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1、第8章 金属的力学性能,第一节 强度与塑性 第二节 硬度 第三节 冲击韧度 第四节 疲劳,第8章 金属的力学性能,引言：,1、金属材料的性能,使用性能：,指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性能、物理性能和化学性能。,工艺性能：,指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加工和热处理的性能。,2、金属材料力学性能,包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削加工性能和热处理工艺性能等。,指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。,第一节 强度与塑性,一、材料的拉伸曲线,1、oe段：直线、弹性变性,2、es段：曲线、弹性变形+塑性变形,5、b点
2、：出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。,3、s s段：水平线（略有波动）明显的塑性变形屈服现象，作用的力基本不变，试样连续伸长。,4、sb曲线：弹性变形+均匀塑性变形,拉伸试验,拉力试验机,拉伸试样,拉伸破坏试样（低碳钢）,强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力 。,一、强度的指标,2、抗拉强度,指试样拉断前所承受的最大拉应力。 其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力。,1、屈服点,b = Fb/S0,当材料的内应力b时，材料将产生断裂。 b常用作脆性材料的选材和设计的依据。,符号： s 材料产生屈服现象时的最小应力,s = Fs/S0,Fs：
3、试样屈服时所承受的拉伸力（N） S0 ：试样原始横截面积（mm）,压缩试验,压缩试样,试验前,破坏后（灰铸铁）,破坏后（低碳钢）,压缩试验,剪切试验,剪切试样,剪切试验,扭转试验,扭转试样,扭转试验,扭转破坏试样（低碳钢）,扭转破坏试样（灰铸铁）,二、塑性指标,塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。,1、断后伸长率,2、断面收缩率,指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。,指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。,=(L1-L)/L x 100%,L:标距（本实验L=100） L1:拉断后的试件标距。将断口密合在一起，
4、用卡尺直接量出。,=(A0-A1)/A0 x 100%,A0:试件原横截面积。 A1:断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。,第二节 硬度,引言：,1、定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法有关。,2、硬度的测试方法（1）布氏硬度（2）洛氏硬度（3）维氏硬度（4）肖氏硬度,1、布氏硬度试验（布氏硬度计）,原理:用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。,2、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。
5、如：120HBS 500HBW,4、测量范围 用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等.,一、布氏硬度,3、优缺点 （1）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）（2）可测的硬度值不高（3）不测试成品与薄件（4）测量费时，效率低,1、洛氏硬度试验（洛氏硬度计）,原理: 用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬度试验。,2、洛氏硬度值 用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。如：50HRC,4、测量范围 用于测量淬火钢、硬质合金等材料.,二、洛氏硬度,3、优缺点 （1）试验简单、方便、迅速（
6、2）压痕小，可测成品，薄件（3）数据不够准确，应测三点取平均值（4）不应测组织不均匀材料，如铸铁。,1、维氏硬度试验,原理:用夹角为136的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F（49.03-980.07N）压入试样表面，测出压痕对角线长度d。,2、维氏硬度值 用压痕对角线长度表示。如：640HV。,4、测量范围 常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。,三、维氏硬度,3、优缺点 （1）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）（2）可测成品与薄件（3）试样表面要求高，费工。,三、冲击韧度,试验时，将试样放在试验机两支座上，。把质量为m的摆锤抬到高H，使摆锤具有位能为mHg。摆锤落下冲断试样后升
7、至h高度,具有位能为mhg，故摆锤冲断试样推动的位能为mHgmhg，这就是试样变形和断裂所消耗的功称为冲击吸收功AK，即 AK=mg(H-h) 用试样的断口处截面积SN（cm2）去除AK（J）即得到冲击韧度，用ak表示，单位为J/cm2. aK=AK/SN,第四节、疲劳,一、疲劳概念 虽然零件所承受的交变应力数值小于材料的屈服强度，但在长时间运转后也会发生断裂，这种现象称为疲劳断裂。,对称循环交变应力,据统计，机械零件断裂中有80%是由于疲劳引起。,二、疲劳曲线与疲劳极限,试验证明，金属材料所受最大交变应力max 愈大，则断裂前所受的循环周次N（定义为疲劳寿命）愈少，这种交变应力max 与疲劳
8、寿命N的关系曲线称疲劳曲线或SN曲线 工程上规定，材料经受相当循环周次不发生断裂的最大应力称为疲劳极限，以符号-1表示。,钢铁材料：107次 非铁合金：108次,部分工程材料的疲劳极限-1（MPa）,三、提高材料疲劳极限的途径,1、设计方面 尽量使用零件避免交角、缺口和截面突变，以避免应力集中及其所引起的疲劳裂纹。 2、材料方面 通常应使晶粒细化，减少材料内部存在的夹杂物和由于热加工不当引起的缺陷。如疏松、气孔和表面氧化等。 3、机械加工方面 要降低零件表面粗糙度值。 4、零件表面强化方面 可采用化学热处理、表面淬火、喷丸处理和表面涂层等，使零件表面造成压应力，以抵消或降低表面拉应力引起疲劳裂纹的可能性。,复习思考题参考答案,
