金属的性能力学性能.pptx

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1、Chapter 1 金属的性能载荷F变形量L曲线 应力应力(stress)F/A0(MPa),应变应变(strain)=L/L0(%)应力应变曲线（曲线）第1页/共36页Chapter 1 金属的性能第2页/共36页Chapter 1 金属的性能(1)弹性模量弹性模量E：弹性阶段：E。E为材料的弹性模量(刚性系数)，表征材料的抵抗弹性变形的抗力。实例与问题？第3页/共36页Chapter 1 金属的性能(2)强度强度(strength):材料抵抗变形和断裂的能力(MPa)弹性极限(plastic)e屈服强度(yield)s：材料出现一定塑性变形时的应力。S屈服点第4页/共36页Chapter

2、1 金属的性能 0.2名义屈服极限：名义屈服极限：(产生0.2塑性变形时的应力值)拉伸强度(tensile)b b：试样拉伸时承受的最大载荷的应力强度极限强度极限 屈服强度是工程中选材时强度设计和校核的主要依据。问题？第5页/共36页Chapter 1 金属的性能 (3)塑性(plasticity)：材料发生永久变形但不断裂 的能力 延伸率(elongation):=(L1L0)/L0 100%(%)断面收缩率(reduction of area):(A0Ak)/A0(%)第6页/共36页Chapter 1 金属的性能注：不同材料具有不同形状的曲线 第7页/共36页Chapter 1 金属的性

3、能注：名义曲线与真实曲线 第8页/共36页Chapter 1 金属的性能2.硬度硬度(hardness):常表征材料表面的塑变抗力 布氏硬度布氏硬度(Brinell)布布氏氏硬硬度度计计第9页/共36页Chapter 1 金属的性能 HBS淬火钢压头，可测450HBS以下 HBW硬质合金压头，450650 HBW 测法：量d值，查表得出HBS(W)第10页/共36页Chapter 1 金属的性能主要用于铸铁、有色合金、退火和正火钢一定条件下，材料的HBS与b的存在以下关系：b=k HBS k-与材料有关的常数，低碳钢为0.36；高碳钢为0.34；合金钢为0.325；灰铸铁为0.1第11页/共3

4、6页Chapter 1 金属的性能洛氏硬度洛氏硬度(Rockwell)：以压痕深度量度材料 硬度 常用的有HRA(用于硬质合金、陶瓷、硬薄件)，HRC(用于淬火钢、调质钢)；其硬度值在硬度计表盘上显示；压痕小；不同标度之间不可换算。第12页/共36页Chapter 1 金属的性能h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计第13页/共36页Chapter 1 金属的性能维氏硬度维氏硬度(Vickers)：原理同HB HvP/Av=1.8544P/d2维氏硬度计维氏硬度试验原理维氏硬度压痕第14页/共36页Chapter 1 金属的性能 Hv具有统一性：不同载荷之间可比较；还可用于压痕法测脆性材料的断

5、裂韧度硬度是表征材料力学性能的综合物理量；是比较量第15页/共36页Chapter 1 金属的性能二、承受动载时力学性能二、承受动载时力学性能 冲击韧度冲击韧度(impact toughness)：材料抵抗冲击载荷的能力 第16页/共36页表达式：k=Ak/A0 （J/cm2）Chapter 1 金属的性能 通常，k值大的材料称为韧性材料，反之为脆性材料 材料承受大能量冲击，抗冲击能力主要取决于k、；材料承受小能多冲，抗冲击能力主要取决于强度。冲击韧度受材料组织、表面质量、环境温度等因素影响第17页/共36页Chapter 1 金属的性能第18页/共36页Chapter 1 金属的性能第19页

6、/共36页Chapter 1 金属的性能不作为选材的主要指标；低温服役的工件选材注意脆性转变温度第20页/共36页Chapter 1 金属的性能建造中的建造中的Titanic 号号第21页/共36页Chapter 1 金属的性能Titanic近代船用钢板近代船用钢板第22页/共36页Chapter 1 金属的性能三、承受交变载荷作用时强度指标三、承受交变载荷作用时强度指标 疲劳强度(fatigue)1.材料的疲劳：材料在小于b(s)的交变应力作用下损坏的现象称为疲劳。交变应力随时间而变化的应力第23页/共36页Chapter 1 金属的性能2.2.疲劳破坏特征疲劳破坏特征：突然性断裂前没有明显

7、的塑性变形缺口敏感：表面缺陷或缺口成为裂纹源零件的疲劳断口：由疲劳源（或裂纹源）、裂纹疲劳源（或裂纹源）、裂纹扩展区扩展区和断裂区断裂区组成。第24页/共36页Chapter 1 金属的性能第25页/共36页Chapter 1 金属的性能3.3.疲劳强度疲劳强度：材料经过N次应力循环而不破坏的最大应力N循环次数。对于钢铁材料，数量级为107；对于有色合金，数量级为108第26页/共36页Chapter 1 金属的性能4.提高零件疲劳强度的措施提高零件疲劳强度的措施：a.提高零件表面质量；b.避免应力集中；c.提高材料的b(s)第27页/共36页Chapter 1 金属的性能1943年美国T-2

8、油轮发生断裂北极星导弹第28页/共36页Chapter 1 金属的性能四、断裂韧度四、断裂韧度(fracture toughness)材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。KI 应力场强度因子(I表示裂纹在外力下呈张开型)裂纹扩展的基本形式第29页/共36页Chapter 1 金属的性能KIC=YC a1/2，临界应力场强度因子Y与裂纹形状、加载方式有关的系数C裂纹失稳扩展应力 a裂纹长度的1/2第30页/共36页Chapter 1 金属的性能单边切口梁(SENB)法测定KIC断裂韧性计算公式：其中：a切口裂纹长度(mm)；b试样宽度(mm)；P施加应力(N)；L跨距(mm)；W试样高（mm）；Y无量纲

9、系数，与a/W及加载速度有关第31页/共36页Chapter 1 金属的性能 压痕法(IP)测定KIClldKIC断裂韧性(Pam1/2);l 裂纹的平均长度(m)d 压痕对角线长度(m);Hv 维氏硬度(Pa)第32页/共36页Chapter 1 金属的性能五、材料的耐磨性五、材料的耐磨性 (wear-resistance)材料抵抗磨损的能力：1/磨损率：材料在单位时间或单位运动距离内磨损质量。相对耐磨性 相 标/试 标、试分别表示标准试样和试验试样的耐磨性。提高耐磨性途径：调整材料硬度与韧性，改善摩擦状况第33页/共36页Chapter 1 金属的性能小结：小结：本章重点：本章重点：深刻理解金属材料性能指标的基本概念，注重性能指标与实际应用的关系理解材料的性能是选材的主要依据；材料的性能是选材的主要依据；材料的结构决定材料的性能。材料的结构决定材料的性能。第34页/共36页Chapter 1 金属的性能小负荷维氏硬度计显微维氏硬度计第35页/共36页感谢您的观看。第36页/共36页