金属材料的力学性能课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,二级,三级,四级,五级,*,金属材料,与热处理,.,单元一 金属材料的力学性能,单元二 金属材料的工艺性能,内 容,.,掌握金属材料的,强度,和,塑性,的概念；,掌握金属材料的,疲劳强度,的概念；,掌握金属材料,冲击韧性,的概念；,掌握材料,硬度,的概念和三种硬度表示方法；,了解材料性能的表示方法。,教学目的和要求,.,一、强度、塑性；,二、疲劳强度；,三、冲击韧性；,四、硬度,教学内容摘要,.,利用强度、硬度和塑性等指标综合评价材料,。,教学重点、难点,教学难点,强度、硬度、塑性和韧性的概念。,教学重点,.,金属材料的基本知识,1.,金属材料的类型：,.,具有金属光泽。,具有较好的延展性，容易加工成型。,易导电、传热，是热和电的良导体。,2.,金属材料的特点：,.,3.,金属材料性能,使用性能,力学性能,(,强度、硬度、塑性、韧性等,),物理性能,（指熔点、导热性、导电性、磁性等）,化学性能,(,抗氧化性、抗腐蚀性等,),其它性能,(,耐磨性、热硬性、消振性等,),工艺性能,加工成形的性能,.,静载荷,是指外力的大小和方向不变或,变化很缓慢,的载荷冲击载荷,是指,突然,增加的载荷；,疲劳载荷,则是指大小和方向随时间作,周期性变化,的载荷。,根据,载荷,作用性质不同,静载荷,冲击载荷,疲劳载荷,是指金属材料在,外加载荷,作用下所表现出来的抵抗能力。,1.1,金属材料的力学性能,.,工件在不同载荷形式下产生的,变形,.,抗拉强度,抗压强度,抗弯强度,抗剪强度,根据所加载荷形式的不同，强度表现为：,.,拉伸试验,（金属的抗拉强度和塑性都是通过拉伸试验测定）,GB/T228.1-2010,.,拉伸试样,（,低碳钢）,d,0,L,0,长试样,：,L,0,=10,d,0,短试样,：,L,0,=5,d,0,.,液压式万能电子材料试验机,拉伸试验机拉伸试验（应力,应变）曲线,e,弹性极限点,S,屈服点,b,极限载荷点,（缩颈点）,K,断裂点,.,（,1,）弹性变形阶段,（,2,）屈服变形阶段,（,3,）强化阶段,（,4,）,缩颈阶段,拉伸过程变化的三个阶段,拉伸试样的颈缩现象,.,弹性与塑性,弹性,:,金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能回复其原来形状的性能，叫做弹性。,弹性变形,:,随着外力消失而消失的变形，叫做弹性变形。,塑性变形,:,在外力消失后留下来的这部分不可恢复的变形，叫做塑性变形。,.,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。,灰铸铁的拉伸曲线,.,强度,：用于表示金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和破坏的能力。,工程上常用的强度衡量指标,屈服点,屈服强度,抗拉强度,注意：一般多用抗拉强度作为判别金属强度高低的指标。,1.1.1,强度,.,对具有明显屈服现象的材料,金属材料产生屈服现象的最低应力值称为屈服强度，用,R,eL,表示，即,对无明显屈服现象的金属材料,常用其产生,0.2%,塑性应变所对应的应力值作为名义屈服点，称为名义,(,条件,),屈服强度，用,R,p0.2,表示。如高碳钢、铜合金、铝合金等。,F,0.2,S,0,R,p0.2,=,（,MPa,）,（,MPa,）,条件屈服强度,:,1.,屈服点、屈服强度,屈服强度,是塑性材料选材和评定的依据。,屈服强度,:,.,脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。,.,2.,抗拉强度（强度极限）,是指试样在拉断前所承受的最大应力。即：,式中：,Fm,试样在拉断前所受到的最大载（,N,）；,So,试样原始横截面积（）。,Rm,抗拉强度,抗拉强度,是脆性材料选材的依据。,（,MPa,）,.,屈强比,（,Re,L,/Rm,）：,0.60.85,屈强比高，材料利用率越高；,屈强比低，零件的可靠性越高,综合考虑材料利用率和安全性,.,1.1.2,塑 性,塑性,:,金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致引起破坏的性能。,塑性的衡量（塑性指标）：伸长率,A,和断面收缩率,Z,。,A,、,Z,越高，材料的塑性越好,A 10%,属塑性材料,良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。,.,2.,伸长率（,A,）,是指试样拉断后的标距伸长量 与原始标距 之比。,用,A,表示，即,1.,断面收缩率（,Z,）,是指试样拉断处横截面积的收缩量与原始横截面积之比。,用下式表示，即：,.,1.1.3,硬 度,硬度的含义,布氏硬度,洛氏硬度,维氏硬度,是指材料抵抗其它更硬物体压入其表面的能力。即表示金属材料抵抗局部变形的能力。,硬度的表示方法,常用的表示方法,压入法,划痕法,回跳法,.,用一定直径的压头（球体），以相应试验力压入待测表面，保持规定时间卸载后，,测量材料表面压痕直径,，,以此计算出硬度值。,1.,布氏硬度,（1,）布氏硬度测量原理,布氏硬度计,.,淬火钢球,HBS,（,硬度值,450,的材料）,硬质合金钢球,HBW,（,硬度值,450,650,的材料）,（,2,）压头：,（,3,）表示方法,例如：,350HBS,、,600HBW,一般，,数字,+,布氏硬度符号或后面依次注明压头直径、实验力以及保存时间。,单位为,MPa,（通常不标明）,.,布氏硬度的优点：,测量误差小，数据稳定。,缺点：,压痕大，不宜测量成品零件或薄件的硬度，以及比压头还硬的材料。,布氏硬度适用于：,常用于测量较软材料、灰铸铁、有色金属、退火正火钢材的硬度。调质处理钢、原材料，毛坯。,当,HBS450,时有效（,HBW450-650),（,4,）布氏硬度特点,.,用锥顶角为,120,的金刚石圆锥或直径,1.588mm,的淬火钢球，以相应试验力压入待测表面，保持规定时间卸载后卸除主试验力，以测量的残余压痕深度增量来计算出硬度值。,实际测量时，硬度值一般有硬度计的刻度盘上直接读出。,(1),洛氏硬度测量原理,2.,洛氏硬度,洛氏硬度计,.,(2),洛氏硬度的分类及应用,.,HRA,、,HRB,、,HRC,分别测得的硬度，,不可直接比较大小,表示为：,硬度值,+,三种不同的标尺代号,。（,无单位）,例如：,2085HRA,20100HRB,2070HRC,（,3,）洛氏硬度表示方法,HR=(k-h)/0.002,不写单位,4,）洛氏硬度特点：,优点,：,缺点,：,测量操作简单，方便快捷，压痕小；测量范围大，能测较薄工件。,测量精度较低，可比性差，不同标尺的硬度值不能比较。,是生产中应用最广泛的硬度试验方法。,可用于,成品检验和薄件表面硬度检验。,不适于,测量组织不均匀材料。,（,5,）洛氏硬度应用：,.,布氏硬度与洛氏硬度的比较,洛式硬度,压痕很小，测量值有局部性，须测数点求平均值，适用成品和薄片，归于无损检测一类；,布式硬度,压痕较大，测量值准，不适用成品和薄片，一般不归于无损检测一类。,洛式硬度,的硬度值是一无名数，没有单位。（因此习惯称洛式硬度为多少度是不正确的。）,布式硬度,的硬度值有单位，且和抗拉强度有一定的近似关系。,洛式硬度,直接在表盘上显示、也可以数字显示，操作方便，快捷直观，适用于大量生产中。布式硬度需要用显微镜测量压痕直径，然后查表或计算，操作较繁琐。,在一定条件下，,HB,与,HRC,可以查表互换。其心算公式可大概记为：,1HRC1/10HB,。,.,维氏硬度计,维氏硬度试验原理,维氏硬度压痕,3.,维氏硬度（,HV,）,.,小负荷维氏硬度计,显微维氏硬度计,维氏硬度（,HV,）测试计,.,用压头为,锥面夹角为,136,的,金刚石四棱锥体。以一定的试验力将压头压入试样表面，保持规定时间卸载后，在试样表面留下一个四方锥形的压痕，测量压痕两对角线长度，以此计算出硬度值。,（2,）表示方法,维氏硬度用符号,HV,表示，符号前的数字为硬度值，后面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。,例如：,580,HV,/30/20,（,1,）维氏硬度测量原理,.,优点：,适用范围广，从极软到极硬材料都可测量,;,测量精度高，可比性强；能测较薄工件。,缺点：,测量操作较麻烦，测量效率低。,（,4,）应用：,广泛用于科研单位和高校，以及薄件表面硬度检验。不适于大批生产和测量组织不均匀材料。,（,3,）特点：,维氏硬度保留了布氏硬度和 洛氏硬度的优点。,.,1.1.4,冲击韧性,1.,冲击韧性,是指金属材料在,冲击载荷作用下,抵抗变形和断裂的能力。,摆锤式一次冲击试验,小能量多次冲击试验,冲击韧性的测定方法,.,摆锤式一次冲击试验,摆锤式冲击实验机,.,试验原理,试样被冲断过程中吸收的能量即,冲击吸收功,（,A,k,）,等于摆锤冲击试样前后的势能差。,(J),.,冲击韧度,a,k,就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击吸收功。,a,k,=,A,k,A,q,(J/cm),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,a,KU,和,a,KV,。,材料的,a,k,值愈,大,，,韧性就愈好,；,材料的,a,k,值愈,小,，,材料的脆性愈大。,通常把,a,k,值,小,的材料称为,脆性材料,研究表明，材料的,a,k,值随试验,温度的降低而降低2.,断裂韧性,低应力脆断,工程零（构）件有时在应力低于许用应力的情况下也会发生突然断裂，称为低应力脆断。,低应力脆断的原因,由于实际应用的材料中常常存在一些裂纹和本身缺陷，如夹杂物、气孔等或加工和使用过程中产生的缺陷，裂纹在应力的作用下失稳而扩展，最终导致零（构）件断裂。,.,1.1.5,疲劳强度,疲劳破坏,零件、工具等即使在,低于材料屈服强度的交变载荷,作用下，经过一定的循环次数后也会发生,突然断裂,，这种现象称为疲劳断裂。,表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值。,.,疲劳破坏,材料在对称载荷下的应力变化规律。,.,疲劳强度,材料交变应力和断裂前应力循环次数之间的关系。,有色金属的循环次数一般取,N=10,8,钢材的循环次数一般取,N=10,7,钢材的,疲劳强度,与,抗拉强度,之间的关系,:,R,-1,=,(0.45,0.55),Rm,疲劳曲线,.,产生疲劳破坏的原因,材料有杂质、表面划伤等缺陷,应力集中,微裂纹,裂纹扩展,破 坏,.,提高疲劳强度措施,材料方面,保证冶炼质量，,减少夹杂物,和热加工产生的,气孔和疏松等缺陷,。,设计方面,尽量使零件避免尖角、缺口和截面突变，以,避免应力集,中及其所引起的疲劳裂纹。,工艺方面,降低零件表面粗糙度，并避,免表面划痕、碰伤,，防止这些地方出现形成疲劳裂纹；采用表面强化方法，如化学热处理、表面淬火、喷丸处理和表面涂层等，降低材料表面形成裂纹的可能性。,.,1.2,金属材料的物理性能和化学性能,1.,金属材料的物理性能：,比重、密度、熔点、导电性、导热性、磁性、,热膨胀系数。,2.,金属材料的化学性能：,耐酸性、耐碱性、抗氧化性。,.,成形工艺的应用,重要环节：,热处理,？,.,1.3,金属材料的工艺性能,金属材料的工艺性能：,是指用不同的加工手段所表现出来的难易程度。,铸造性能（流动性、收缩、偏析等）,锻压性能,切削加工性,焊接性,热处理性能,.,小 结：,1.,强度、塑性的拉深实验测试；三种不同硬度的测试方法。,2.,强度、塑性、韧性、硬度以及疲劳强度的含义、特点、表示方法、及衡量指标。,3.,力学性能的实际应用，提高疲劳强度的措施。,本单元了解了金属材料的类型和性能。重点学习了金属材料的力学性能的指标：强度、塑性、韧性、硬度以及疲劳强度。,.,研究的意义：,性能决定了材料的用途。,性能决定了材料和零部件生产方法。,性能的变化规律为改变材料性能达到人们需求提供途径。,材料性能总结,.,课后作业题,1.,什么是金属材料力学的性能？它与什么因素有关？,2.,什么是强度？塑性？硬度？韧性？,.,谢谢大家！,.,感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络，,如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！,