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1、2-2 金属的力学性能金属的力学性能主讲：周长勇主讲：周长勇1a教类课课 前前 复复 习习 1、什么是载荷？根据作用性质的不同可以分为哪些？根据作用形式的不同，又可以分为哪些？2、什么是内力？3、什么是应力？它的作用是什么？2a教类2-2 金属的力学性能金属的力学性能力学性能力学性能 强强 度度 拉伸试验拉伸试验 3a教类一、力学性能一、力学性能1 1、概念、概念 金属材料必须具有的一种承受机械载荷承受机械载荷或金属材料必须具有的一种承受机械载荷承受机械载荷或不被破坏的能力，是在外力作用下表现出来的性能。不被破坏的能力，是在外力作用下表现出来的性能。2 2、力学性能指标、力学性能指标 强度、塑
2、性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等 这是重点这是重点要熟记要熟记4a教类二、强二、强 度度1 1、概念、概念 金属在静载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力，其大金属在静载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力，其大小用应力来表示。小用应力来表示。2 2、类型、类型 根据载荷的作用方式不同，分为：根据载荷的作用方式不同，分为：u 抗拉强度抗拉强度强度指标强度指标拉伸试验拉伸试验测定测定u 抗压强度抗压强度u 抗剪强度抗剪强度u 抗扭强度抗扭强度u 抗弯强度抗弯强度这是重点这是重点要熟记要熟记5a教类三、拉伸试验三、拉伸试验1 1、拉伸试样拉伸试样材料：材料：低碳钢低碳钢
3、塑性材料塑性材料铸铸 铁铁脆性材料脆性材料标准试样：标准试样：尺寸符合国标的试样尺寸符合国标的试样标距：标距：等截面测试部分长度等截面测试部分长度L0=10d0；L0=5d0标点标点 l0d0有点难有点难要好好听啊要好好听啊6a教类三、拉伸试验三、拉伸试验2 2、力、力- -伸长曲线（伸长曲线（低碳钢拉伸试验低碳钢拉伸试验）低碳钢拉低碳钢拉-伸长曲线（伸长曲线（动画动画） O FD DL弹性阶段弹性阶段屈服阶段屈服阶段缩颈阶段缩颈阶段FeFeLFmesb强化阶段强化阶段很重要的图很重要的图这是难点这是难点7a教类三、拉伸试验三、拉伸试验l弹性变形阶段弹性变形阶段 FeFe为发生最大弹性变形时的
4、载荷。外力撤去，则变形完全消失。为发生最大弹性变形时的载荷。外力撤去，则变形完全消失。 l屈服阶段屈服阶段 外力大于外力大于FeFe后，试样发生塑性变形，当外力增加到后，试样发生塑性变形，当外力增加到FeLFeL后，曲线为后，曲线为锯齿状，这种拉伸力不增加变形却继续增加的现象称为锯齿状，这种拉伸力不增加变形却继续增加的现象称为屈服屈服。FeLFeL为为屈服载荷。屈服载荷。 工程上使用金属材料，除低碳钢、中碳钢及少数合金钢有屈服现象工程上使用金属材料，除低碳钢、中碳钢及少数合金钢有屈服现象外，大多数没有明显的屈服现象，有些脆性材料，不但没有屈服现象，外，大多数没有明显的屈服现象，有些脆性材料，不
5、但没有屈服现象，而且也不产生而且也不产生“缩颈缩颈”。如铸铁等。如铸铁等。l强化阶段强化阶段 随着变形增大，变形抗力也逐渐增大，这种现象称为形变强化，随着变形增大，变形抗力也逐渐增大，这种现象称为形变强化，FmFm为试样在屈服阶段后所能抵抗的最大力。为试样在屈服阶段后所能抵抗的最大力。l缩颈阶段缩颈阶段 当外力达到最大力当外力达到最大力FmFm后，试样的某一直径处发生局部收缩，称为后，试样的某一直径处发生局部收缩，称为“缩颈缩颈”。 此时截面缩小，变形继续在此截面发生，所需外力也随此时截面缩小，变形继续在此截面发生，所需外力也随之逐渐降低，直至断裂。之逐渐降低，直至断裂。8a教类三、拉伸试验三
6、、拉伸试验低碳钢拉伸试验现象：低碳钢拉伸试验现象：屈服：屈服：颈缩：颈缩：断裂：断裂：9a教类三三. . 塑性塑性常用常用 和和 作为衡量塑性的指标。作为衡量塑性的指标。伸长率：材料在外力作用下，产生永久变形而不引起破坏的能力。材料在外力作用下，产生永久变形而不引起破坏的能力。断面收缩率:FFL良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。4 4、硬度、硬度n定义：材料抵抗表面局部弹塑性变形的能力。定义：材料抵抗表面局部弹塑性变形的能力。 1) 1)布氏硬度布氏硬度HBHB布布氏氏硬硬度度计计n压压头头为为钢钢球球时时，布布氏氏硬硬度度用用符符号号HBS表表示示，适适用用于于布布氏氏硬硬度度值在
7、值在450以下的材料。以下的材料。n压压头头为为硬硬质质合合金金球球时时，用用符符号号HBW表表示示，适适用用于于布布氏氏硬硬度度在在650以下的材料。以下的材料。l120HBS10/1000/30 表表示示直直径径为为10mm的的钢钢球球在在1000kgf载载荷荷作作用用下下保保持持30s测测得得的的布布氏氏硬硬度度值为值为120。 布布氏氏硬硬度度压压痕痕表示方法：表示方法：硬度值+HBS(HBW)+D+F+tn布氏硬度的优点：布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。测量误差小，数据稳定。n缺点：缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的
8、材料。料。n应用：应用：适于测量适于测量退火、正火、调质钢退火、正火、调质钢, 铸铁及有色金属的硬铸铁及有色金属的硬度。度。n材料的材料的 b与与HB之间的经验关系：之间的经验关系： 对于低碳钢对于低碳钢: b(MPa)3.6HB 对于高碳钢：对于高碳钢： b(MPa)3.4HB 对于铸铁：对于铸铁： b(MPa)1HB或或 b(MPa) 0.6(HB-40)2) 洛氏硬度洛氏硬度h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图洛洛氏氏硬硬度度计计n洛氏硬度用符号洛氏硬度用符号HR表示，表示，HR=k-(h1-h0)/0.002n根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为根据压头类型和
9、主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为A、B、C。 n符号符号HR前面的数字为硬度值，前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。后面为使用的标尺。lHRA用于测量高硬度材料用于测量高硬度材料, 如硬如硬质合金、表淬层和渗碳层。质合金、表淬层和渗碳层。lHRB用于测量低硬度材料用于测量低硬度材料, 如有如有色金属和退火、正火钢等。色金属和退火、正火钢等。lHRC用于测量中等硬度材料，如用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。调质钢、淬火钢等。l洛氏硬度的优点：洛氏硬度的优点：操作简便，压操作简便，压痕小，适用范围广。痕小，适用范围广。l缺点：缺点：测量结果分散度大。测量结果分散度大。钢球压头与钢球
10、压头与金刚石压头金刚石压头洛氏硬度压痕洛氏硬度压痕1 1冲击韧度（冲击韧性）冲击韧度（冲击韧性） A AKUKU =mg =mg（H H1 1 H H2 2）（）（J J） a K K = = A AKUKU/S /S （J/cmJ/cm2 2） 材料抵抗冲击载荷而不破坏材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力。的能力。 第二节第二节 动态时材料的力学性能动态时材料的力学性能n材料的材料的a a a a K K K K值愈愈大大，韧性就愈好性就愈好；材料的；材料的a a a a K K K K值愈愈小小，材料材料的脆性愈大的脆性愈大n通常把通常把a a a a K K K K值小小的材料称的材料称为脆性
11、材料脆性材料n研究表明，材料的研究表明，材料的a a a a K K K K值随随试验温度的降低而降低温度的降低而降低。 加加载速度越快，温度越低，表面及冶金速度越快，温度越低，表面及冶金质量越差，量越差， a a a a K K K K在在值越低。越低。n n标准冲击试样有两种，一种是形缺口试样，另一种是标准冲击试样有两种，一种是形缺口试样，另一种是标准冲击试样有两种，一种是形缺口试样，另一种是标准冲击试样有两种，一种是形缺口试样，另一种是形缺口试样。它们的冲击韧度值分别以形缺口试样。它们的冲击韧度值分别以形缺口试样。它们的冲击韧度值分别以形缺口试样。它们的冲击韧度值分别以a KUKU和和和
12、和a KVKV。TITANIC建造中的建造中的Titanic 号号TITANIC的沉没的沉没与船体材料的质量与船体材料的质量直接有关直接有关Titanic 号钢板号钢板（左图）（左图）和和近代船用钢板近代船用钢板（右图）（右图）的冲击试验结果的冲击试验结果Titanic近代船用钢板近代船用钢板20a教类M MH H3 37 70 021a教类巩固练习巩固练习1、名词：力学性能、强度、屈服、缩颈2、判断题：使用性能是指金属材料在使用条件下所能表现出来的性能。 （ ）3、金属材料的性能包括 和 两方面 。4、力学性能包括 、 、 、 及 、 。 5、强度的大小通常用符号 来表示，单位是 。6、简述低碳钢拉伸试验中，拉-伸长曲线的4个阶段。22a教类课堂小结课堂小结 主要内容主要内容力学性能力学性能强强 度度拉伸实验拉伸实验概概 念念衡量指标衡量指标概概 念念类类 型型力力- -拉伸曲线拉伸曲线23a教类布置作业布置作业1、P44 习题 3、42、预习 P24-32 2-2 金属的力学性能 塑性、硬度、疲劳强度、冲击韧性24a教类THANKS!25a教类
