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1、1.6 金属材料的力学性能,金属材料的性能分为使用性能和工艺性能。,1.6 金属材料的力学性能,使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。,包括力学性能、物理性能和化学性能。,工艺性能：材料在加工过程中所表现的性能。,包括铸造、锻压、焊接、热处理和切削性能等。,决定金属材料的应用范围、安全可靠性和使用寿命。,决定材料是否易于加工或如何加工等。,金属材料的力学性能又称为机械性能，是指金属在外力作用下所反映出来的性能。 具体的说就是金属材料在受到拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力时，对变形与断裂的抵抗能力。,材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。 外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形
2、。 外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。,练一练：举几个日常生活中弹性变形和塑性变形的例子,力学性能,材料在力的作用下，诸如不同载荷所造成的弹性变形、塑性变形、断裂（脆性断裂、韧性断裂、疲劳断裂等）以及金属抵抗变形和断裂能力的衡量指标。 常用的力学性能有：强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。,一、强度与塑性,强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。 塑性是指金属材料在静载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。 金属材料的强度和塑性的判据可通过拉伸试验测定。,1、拉伸实验,在拉伸机上进行。,把标准试样装夹在试验机上，然后对试样缓慢施加拉力，使之不断变形直到拉断为止。,（1）.
3、 拉伸试样（GB6397-86）,长试样：L0=10d0,短试样：L0=5d0,万能材料试验机 a) WE系列液压式 b) WDW系列电子式,（2）拉伸机,拉伸试验视频1,（3）拉伸试验,(a)试样 (b)伸长 (c)产生缩颈 (d)断裂,拉伸试样的颈缩现象,拉伸试验视频1回顾,2、低碳钢拉伸曲线,OA 弹性变形阶段 AABC 屈服阶段 CD 强化阶段 DE 缩颈阶段,脆性材料的拉伸曲线（与低碳钢试样相对比）,脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。,应力 = F/A0 应变 = (l-l0)/l0,3.弹性极限e 弹性极限是指在产生完全弹性变形时材料所能承受的最大应力，即：,式中Fe试样完全弹性
4、变形时所能承受的最大载荷，N ； Ao试样原始截面积，mm2。 e弹性极限，单位是MPa。,弹性极限是表示金属材料不产生塑性变形时所能承受的最大应力值，是工作中不允许有微量塑性变形的设计与选材的重要依据。,强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。 是工程技术上重要的力学性能指标。 由于载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，相应的强度也有抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。 工程上最常用的是屈服强度和抗拉强度。,4、强度,材料强度的大小通常用单位面积上所承受的力来表示，其单位为N/m2(Pa)，但Pa这个单位太小，所以实际工程中常用MPa（MPa=106Pa）作为
5、强度的单位。 一般钢材的屈服强度在2002000MPa 之间，如建造2008年北京奥运会主体育场“鸟巢”外部钢结构的Q460E钢，其屈服强度为460MPa。,屈服现象：,在金属拉伸试验过程中，当应力超过弹性极限后，变形增加较快，此时除了弹性变形外，还产生部分塑性变形。当外力增加到一定数值时，在外力不增加或上下波动情况下，试样继续伸长变形，在力伸长曲线出现一个波动的小平台，这便是屈服现象。,（1）屈服强度,屈服强度,它是拉伸试样产生屈服现象时的应力。,式中Fs试样产生屈服时所承受的最大载荷，N ； Ao试样原始截面积，mm2。,对于高碳淬火钢、铸铁等材料，在拉伸试验中没有明显的屈服现象，无法确定
6、其屈服强度。 国标GB228-2002规定，一般规定以试样产生0.2%塑性变形时的应力作为该材料的屈服强度，称为条件屈服强度，用r0.2表示。,（2）抗拉强度,金属材料在拉断前所能承受的最大应力。用符号b表示。,计算公式,Fb试样在拉断前所承受的最大载荷，N； A0试样的原始横截面积，mm2。,屈服强度和抗拉强度是设计机械零件的主要依据。 机器零件或构件在工作时，一般不允许发生塑性变形，因此多以屈服强度s作为强度设计的依据。 对于脆性材料，因断裂前几乎不发生塑性变形，所以也没有屈服强度，在强度计算时，以抗拉强度b为依据。,强度是指金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力，一般钢材的屈服强度在20010
7、00MPa 之间。 强度越高，表明材料在工作时可以承受越高的载荷。当载荷一定时，选用高强度的材料，可以减小构件或零件的尺寸，从而减小其自重。 因此，提高材料的强度是材料科学中的重要课题，称之为材料的强化。,强度的意义,衡量指标,金属材料产生塑性变形而不被破坏的能力。,断面收缩率：,伸长率：,试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比。,试样拉断处的横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比。,5、塑性,（1）伸长率,l1试样拉断后的标距,mm;,l0试样的原始标距,mm。,思考：值越大，说明材料的塑性越好还是越差？,同一材料的试样长短不同，测得的断后伸长率略有不同。 由于大多数韧性金属材料的集中塑性
8、变形量大于均匀塑性变形量，因此，比例试样的尺寸越短，其断后伸长率越大，用短试样（L05d0）测得的断后伸长率5略大于用长试样（L010d0）测得的断后伸长率10。,（2）断面收缩率,A0 试样原始横截面积,mm2；,A k 试样断裂处的最小横截面积,mm2 。,思考：值越大，说明材料的塑性越好还是越差？,塑性的意义,任何零件都要求材料具有一定的塑性。很显然，断后伸长率和断面收缩率越大，说明材料在断裂前发生的塑性变形量越大，也就是材料的塑性越好。 意义： a）安全，防止产生突然破坏； b）缓和应力集中； c）轧制、挤压等冷热加工变形。,强度与塑性是一对相互矛盾的性能指标。在金属材料的工程应用中，
9、要提高强度，就要牺牲一部分塑性。反之，要改善塑性，就必须牺牲一部分强度。 正所谓“鱼和熊掌二者不能兼得”。但通过细化金属材料的显微组织，可以同时提高材料的强度和塑性。,低碳钢拉伸试验视频2,复习巩固,1、金属的力学性能包括哪些指标？,强度 塑性 硬度 韧性 疲劳强度,复习巩固,1、金属的力学性能包括哪些指标？,2、什么是强度？衡量材料强度的指标是什么？,强度是金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。 强度指标主要有屈服极限和强度极限。,复习巩固,1、金属的力学性能包括哪些指标？,2、什么是强度？衡量材料强度的指标是什么？ 3、设计零件主要依据哪种强度指标？,一般零件以屈服强度s作为强
10、度设计的依据；但对于脆性材料，则以抗拉强度b为依据。,复习巩固,1、金属的力学性能包括哪些指标？,2、什么是强度？衡量材料强度的指标是什么？ 3、设计零件主要依据哪种强度指标？ 4、什么是塑性？材料的塑性指标有哪些？,塑性是指材料在载荷作用下，产生塑性变形而不断裂的能力。 塑性指标有伸长率和断面收缩率。,复习巩固,1、金属的力学性能包括哪些指标？,2、什么是强度？衡量材料强度的指标是什么？ 3、设计零件主要依据哪种强度指标？ 4、什么是塑性？材料的塑性指标有哪些？ 5、低碳钢的拉伸试验中，试样的变化经历过哪些阶段？,弹性变形阶段、屈服阶段、强化阶段、缩颈阶段、断裂,复习巩固,1、金属的力学性能包括哪些指标？,2、什么是强度？衡量材料强度的指标是什么？ 3、设计零件主要依据哪种强度指标？ 4、什么是塑性？材料的塑性指标有哪些？ 5、低碳钢的拉伸试验中，试样的变化经历过哪些阶段？ 6、材料的的值越大，说明材料的塑性越 ； 值越小，说明材料的塑性越 。,差,好,作 业,课本P.35 1.3,
