關(guān)于金屬材料力學(xué)性能

1、教學(xué)重點(diǎn)： 教學(xué)難點(diǎn)： 解決方法： 強(qiáng)度、塑性、硬度、強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性、疲勞強(qiáng)度等概念及韌性、疲勞強(qiáng)度等概念及其表示方法和工程意義。其表示方法和工程意義。 金屬材料力學(xué)性能與測(cè)試教學(xué)模塊金屬材料力學(xué)性能與測(cè)試教學(xué)模塊重點(diǎn)、難點(diǎn)及解決辦法：重點(diǎn)、難點(diǎn)及解決辦法： 多沖抗力與疲勞強(qiáng)度的理解。多沖抗力與疲勞強(qiáng)度的理解。 檢索分析、查閱參考文獻(xiàn)、檢索分析、查閱參考文獻(xiàn)、實(shí)踐教學(xué)與師生互動(dòng)實(shí)踐教學(xué)與師生互動(dòng) 力學(xué)性能（機(jī)械性能）：力學(xué)性能（機(jī)械性能）：指金屬材指金屬材料具有的抵抗一定外力作用而不被料具有的抵抗一定外力作用而不被破壞的性能。破壞的性能。金屬材料的力學(xué)性能主要有：金屬材料的力學(xué)性能主要

2、有：剛度、剛度、強(qiáng)度、彈性、塑性、硬度、沖擊韌強(qiáng)度、彈性、塑性、硬度、沖擊韌度、斷裂韌度和疲勞強(qiáng)度等。度、斷裂韌度和疲勞強(qiáng)度等。 課題一課題一材料的強(qiáng)度和塑性材料的強(qiáng)度和塑性材料的強(qiáng)度拉伸試樣拉伸試樣 強(qiáng)度強(qiáng)度是指金屬材料是指金屬材料抵抗塑性變形抵抗塑性變形（永久變（永久變形）和形）和斷裂斷裂的能力。的能力。抵抗塑性變形和斷裂的能力越大，則強(qiáng)度抵抗塑性變形和斷裂的能力越大，則強(qiáng)度越高。越高。低碳鋼的力低碳鋼的力- -伸長(zhǎng)曲線伸長(zhǎng)曲線oeoe段：段：彈性變形階段，彈性變形階段，是衡量材料抵抗是衡量材料抵抗彈性變形能力的指標(biāo)。彈性變形能力的指標(biāo)。 0APsseses段：段：屈服階段，屈服階段，是衡

3、量材料抵抗是衡量材料抵抗微量微量塑性變形能力的指標(biāo)。塑性變形能力的指標(biāo)。 條件屈服極限：條件屈服極限：有些塑性較低的材料沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)，有些塑性較低的材料沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)，難于確定產(chǎn)生塑性變形的最小應(yīng)力。故規(guī)定當(dāng)試樣產(chǎn)生難于確定產(chǎn)生塑性變形的最小應(yīng)力。故規(guī)定當(dāng)試樣產(chǎn)生0.2%0.2%的塑變時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為材料開始產(chǎn)生明顯塑性的塑變時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為材料開始產(chǎn)生明顯塑性變形時(shí)的屈服強(qiáng)度，稱為條件屈服極限變形時(shí)的屈服強(qiáng)度，稱為條件屈服極限 。 2 . 00APbbsbsb段：段：塑性變形階段塑性變形階段bkbk段：縮頸階段段：縮頸階段 材料的塑性材料的塑性 金屬材料在外力作用下發(fā)生塑性變形而不

4、破金屬材料在外力作用下發(fā)生塑性變形而不破壞的能力。壞的能力。1、伸長(zhǎng)率、伸長(zhǎng)率 2、斷面收縮率、斷面收縮率 和和越大，塑性越好。越大，塑性越好。 工程意義：工程意義：塑性好，避免開裂，塑性好，避免開裂，安全可靠。安全可靠。 普通鑄鐵塑性差，不能壓力加工，只能鑄造。普通鑄鐵塑性差，不能壓力加工，只能鑄造。課題二課題二材料的硬度材料的硬度教學(xué)重點(diǎn)硬度指標(biāo)的表示方法和實(shí)際應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度本課題重點(diǎn)與難點(diǎn) 金屬材料抵抗其他更硬物體壓入表面的金屬材料抵抗其他更硬物體壓入表面的能力稱為能力稱為硬度硬度。 材料硬度越高，耐磨性越好。材料硬度越高，耐磨性越好。 布氏硬度 壓頭：壓頭：

5、鋼球或鋼球或硬質(zhì)合金球硬質(zhì)合金球布氏硬度實(shí)驗(yàn)原理圖布氏硬度實(shí)驗(yàn)原理圖優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是測(cè)定的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定、數(shù)是測(cè)定的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定、數(shù)據(jù)重復(fù)性強(qiáng)，常用于測(cè)定退火、正火、據(jù)重復(fù)性強(qiáng)，常用于測(cè)定退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼、鑄鐵及有色金屬的硬度。調(diào)質(zhì)鋼、鑄鐵及有色金屬的硬度。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)是對(duì)不同材料需要更換壓頭和是對(duì)不同材料需要更換壓頭和改變載荷，且壓痕較大，壓痕直徑的測(cè)改變載荷，且壓痕較大，壓痕直徑的測(cè)量較麻煩，易損壞成品的表面，故不宜量較麻煩，易損壞成品的表面，故不宜在成品上進(jìn)行試驗(yàn)。在成品上進(jìn)行試驗(yàn)。洛氏硬度用壓頭壓入的用壓頭壓入的壓痕深度壓痕深度作為測(cè)量硬度值的依據(jù)。作為測(cè)量硬度值的依據(jù)。

6、可直接從洛氏硬度計(jì)的可直接從洛氏硬度計(jì)的表盤上讀出，它是一個(gè)表盤上讀出，它是一個(gè)相對(duì)值，規(guī)定每相對(duì)值，規(guī)定每0.002mm0.002mm壓痕深度為一壓痕深度為一個(gè)洛氏硬度單位。用個(gè)洛氏硬度單位。用HRAHRA、HRBHRB和和HRCHRC表示。表示。壓頭類型：壓頭類型：淬火鋼球淬火鋼球壓頭多用于測(cè)定退火件、有色金屬等較壓頭多用于測(cè)定退火件、有色金屬等較軟材料，壓入深度較深；軟材料，壓入深度較深；金剛石金剛石壓頭多用于測(cè)定淬火鋼等較硬材料，壓入壓頭多用于測(cè)定淬火鋼等較硬材料，壓入深度較淺。深度較淺。 采用不同的壓頭與總試驗(yàn)力，硬度標(biāo)尺不同。我國(guó)采用不同的壓頭與總試驗(yàn)力，硬度標(biāo)尺不同。我國(guó)常用的是

7、常用的是HRAHRA、HRBHRB、HRCHRC三種，其中三種，其中HRCHRC采用頂角采用頂角120120的金剛石圓錐體壓頭，主要用于淬火鋼等較的金剛石圓錐體壓頭，主要用于淬火鋼等較硬材料的測(cè)定，硬材料的測(cè)定，應(yīng)用最廣。應(yīng)用最廣。無(wú)單位無(wú)單位，須標(biāo)明硬度符號(hào)，如，須標(biāo)明硬度符號(hào)，如58HRC58HRC、76HRA76HRA。 優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：操作迅速、簡(jiǎn)便，硬度值可從表盤上直接讀出；壓操作迅速、簡(jiǎn)便，硬度值可從表盤上直接讀出；壓痕較小，可在工件表面試驗(yàn)；痕較小，可在工件表面試驗(yàn)；可測(cè)量較薄工件，因而廣泛用于熱處理質(zhì)量的檢驗(yàn)?？蓽y(cè)量較薄工件，因而廣泛用于熱處理質(zhì)量的檢驗(yàn)。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：

8、精確性較低，硬度值重復(fù)性差、分散度大，通常需精確性較低，硬度值重復(fù)性差、分散度大，通常需在材料的不同部位測(cè)試數(shù)次，取其平均值。在材料的不同部位測(cè)試數(shù)次，取其平均值。不同標(biāo)尺測(cè)得的硬度值沒(méi)有聯(lián)系，不能直接比較！不同標(biāo)尺測(cè)得的硬度值沒(méi)有聯(lián)系，不能直接比較！ 維氏硬度單位壓痕面積的力。試驗(yàn)力較小，壓頭是錐單位壓痕面積的力。試驗(yàn)力較小，壓頭是錐面夾角為面夾角為136136的金剛石正四棱錐體，的金剛石正四棱錐體，壓痕淺，壓痕淺，適于測(cè)量適于測(cè)量零件薄的表面硬化層的硬度。零件薄的表面硬化層的硬度。試驗(yàn)試驗(yàn)載荷可任意選擇，故可測(cè)硬度范圍寬，工作載荷可任意選擇，故可測(cè)硬度范圍寬，工作效率較低。效率較低。用用H

9、VHV表示。表示。優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可測(cè)軟、硬金屬，特別是極薄零件和：可測(cè)軟、硬金屬，特別是極薄零件和滲碳層、滲氮層的硬度，測(cè)得的數(shù)值較準(zhǔn)確。滲碳層、滲氮層的硬度，測(cè)得的數(shù)值較準(zhǔn)確。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：測(cè)定較麻煩，工作效率不如洛氏硬：測(cè)定較麻煩，工作效率不如洛氏硬度，不適合成批生產(chǎn)的常規(guī)檢驗(yàn)。度，不適合成批生產(chǎn)的常規(guī)檢驗(yàn)。 課題三材料的韌性和疲勞強(qiáng)度教學(xué)重點(diǎn) 韌性指標(biāo)的表示方法和實(shí)際應(yīng)用。 教學(xué)難點(diǎn)疲勞的概念、表示方法、提高疲勞強(qiáng)度措施。韌性1、沖擊吸收功 金屬材料在斷裂前吸收變形能量的能力。金屬材料在斷裂前吸收變形能量的能力。 疲勞疲勞 雖然零件所承受的交變應(yīng)力數(shù)值小于材料的雖然零件所承受的交

10、變應(yīng)力數(shù)值小于材料的屈服強(qiáng)度，但在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后也會(huì)發(fā)生斷裂，屈服強(qiáng)度，但在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后也會(huì)發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。疲勞斷裂。 對(duì)稱循環(huán)交變應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)交變應(yīng)力 疲勞曲線-1Nn21N1N2NnNc鋼鐵材料：鋼鐵材料：107次次非鐵合金：非鐵合金：108次次 試驗(yàn)證明，金屬材料所受最大交變應(yīng)力試驗(yàn)證明，金屬材料所受最大交變應(yīng)力maxmax 愈大，則斷裂愈大，則斷裂前所受循環(huán)周次前所受循環(huán)周次N N少。少。 工程上規(guī)定，材料經(jīng)相當(dāng)循環(huán)周次不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力稱工程上規(guī)定，材料經(jīng)相當(dāng)循環(huán)周次不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力稱疲勞極限，疲勞極限，以以-1-1表示。表示。 部分工程材料的疲勞極限

11、部分工程材料的疲勞極限-1-1（MPaMPa）提高材料疲勞極限的途徑提高材料疲勞極限的途徑設(shè)計(jì)方面設(shè)計(jì)方面 避免交角、缺口和截面突變，以避免避免交角、缺口和截面突變，以避免應(yīng)力集中及其引起的疲勞裂紋。應(yīng)力集中及其引起的疲勞裂紋。材料方面材料方面 使晶粒細(xì)化，減少材料內(nèi)部存在的夾使晶粒細(xì)化，減少材料內(nèi)部存在的夾雜物和由熱加工引起的缺陷如疏松、氣孔等。雜物和由熱加工引起的缺陷如疏松、氣孔等。機(jī)加工方面機(jī)加工方面 降低零件表面粗糙度值。降低零件表面粗糙度值。表面強(qiáng)化方面表面強(qiáng)化方面 采用化學(xué)熱處理、表面淬火、噴采用化學(xué)熱處理、表面淬火、噴丸處理和表面涂層等，使零件表面造成丸處理和表面涂層等，使零件表

12、面造成壓應(yīng)力壓應(yīng)力，以抵消或降低表面拉應(yīng)力引起疲勞裂紋的可能性。以抵消或降低表面拉應(yīng)力引起疲勞裂紋的可能性。物理性能物理性能：不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)就能表現(xiàn)出來(lái)的性能，如密度、：不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)就能表現(xiàn)出來(lái)的性能，如密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性和磁性等。熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性和磁性等。 課題四課題四 金屬材料的物理和化學(xué)性能金屬材料的物理和化學(xué)性能化學(xué)性能化學(xué)性能：材料在化學(xué)介質(zhì)的作用下所表現(xiàn)出來(lái)的性能。：材料在化學(xué)介質(zhì)的作用下所表現(xiàn)出來(lái)的性能。如材料的耐腐蝕性能、抗氧化性能和化學(xué)穩(wěn)定性能等。如材料的耐腐蝕性能、抗氧化性能和化學(xué)穩(wěn)定性能等。 工藝性能：金屬材料適應(yīng)加工工藝要求的能力。按工藝工藝性能：金屬材料適應(yīng)加工工藝要求的能力。按工藝方法的不同，可分為方法的不同，可分為鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理性能切削加工性能和熱處理性能。1 1）鑄造性能。）鑄造性能。 利用金屬的可熔性將其熔化后，利用金屬的可熔性將其熔化后，注入鑄型制成鑄件的難易程度，包括金屬液體的注入鑄型制成鑄件的難易程度，包括金屬液體的流動(dòng)性和收縮性。流動(dòng)性和收縮性。 2 2）鍛造性能。）鍛造性能。 金屬材料在鍛造過(guò)程中承受壓力金屬材料在鍛造過(guò)程中承受壓力加工而具有的塑性變形能力。加工