__金屬材料的力學(xué)性能ppt課件

1、第一章 金屬資料的力學(xué)性能n第一節(jié)：靜載荷條件下資料的力學(xué)性能n第二節(jié)：非靜載荷時資料的力學(xué)性能n第三節(jié)：金屬資料的斷裂韌度n第四節(jié)：高溫下資料的力學(xué)性能金屬資料的性能金屬資料的性能1運用性能：在運用過程中表現(xiàn)出的性能運用性能：在運用過程中表現(xiàn)出的性能力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能等。力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能等。 力學(xué)性能又稱機械性能力學(xué)性能又稱機械性能是指資料抵抗是指資料抵抗外力載荷作用的才干。設(shè)計零件時是由力外力載荷作用的才干。設(shè)計零件時是由力學(xué)性能作為主要設(shè)計根據(jù)的。學(xué)性能作為主要設(shè)計根據(jù)的。2工藝性能：在各種加工過程中表現(xiàn)出來的性工藝性能：在各種加工過程中表現(xiàn)出來的性能。如：鑄造性能

2、、鍛造性能、焊接性能、切能。如：鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削性能等。削性能等。第一節(jié) 靜載荷條件下 資料的力學(xué)性能n靜載荷靜載荷是指對資料緩慢地施加載荷，是指對資料緩慢地施加載荷，使資料的相對變形速度較小時的載荷使資料的相對變形速度較小時的載荷普通是小于普通是小于0.01mm/s。n動載荷動載荷1是指加載速度比較快，是指加載速度比較快，使資料的塑性變形速度也較快的沖擊載使資料的塑性變形速度也較快的沖擊載荷。荷。2作用力大小與方向作周期性變作用力大小與方向作周期性變化的交變載荷?；慕蛔冚d荷。一、靜拉伸實驗及資料的強度與塑性規(guī)范拉伸試樣GB22887lL0試樣原始標距長度mmld0試樣的原

3、始直徑mml 長試樣L0=10d0 短試樣 L0=5d0靜拉伸實驗機原理一、靜拉伸實驗及資料的強度與塑性=L/ L0L=Lk L0=F/A0 圖12低碳鋼拉伸曲線低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變曲線n彈性變形彈性變形是指當外力解除后變形可是指當外力解除后變形可以全部消除恢復(fù)原狀的變形。以全部消除恢復(fù)原狀的變形。n彈性極限彈性極限 e=Fe/A0 e=Fe/A0 n物理意義物理意義資料堅持完全彈性變形所資料堅持完全彈性變形所接受的最大應(yīng)力。表征資料對極微接受的最大應(yīng)力。表征資料對極微量塑性變形的抗力。量塑性變形的抗力。一彈性極限和剛度一彈性極限和剛度1 1、彈性極限、彈性極限n資料剛度彈性模量資料剛度彈性模量 E

4、=/=tg E=/=tgn物理意義物理意義資料產(chǎn)生單位彈性的相對資料產(chǎn)生單位彈性的相對變形所需的應(yīng)力。它是表征資料抵抗彈變形所需的應(yīng)力。它是表征資料抵抗彈性變形才干的力學(xué)性能目的。性變形才干的力學(xué)性能目的。一彈性極限和剛度一彈性極限和剛度2 2、資料剛度、資料剛度E En資料強度資料強度是指在外力作用下，資料是指在外力作用下，資料抵抗變形和斷裂的才干。抵抗變形和斷裂的才干。n屈服點屈服強度：屈服點屈服強度： s=Fs/A0n物理意義物理意義是指資料在外力作用下開是指資料在外力作用下開場產(chǎn)生明顯塑性變形的最小應(yīng)力。表征場產(chǎn)生明顯塑性變形的最小應(yīng)力。表征資料抵抗微量塑性變形的才干。資料抵抗微量塑性

5、變形的才干。二資料強度1、屈服點s 二資料強度2、抗拉強度n抗拉強度抗拉強度 b=Fb/A0n物理意義物理意義資料斷裂前所接受的最大資料斷裂前所接受的最大應(yīng)力。應(yīng)力。n屈強比屈強比 s/bn 資料的屈強比愈小，構(gòu)件的可靠性愈資料的屈強比愈小，構(gòu)件的可靠性愈高。高。三資料的塑性三資料的塑性1 1、伸長率、伸長率n資料塑性：是指資料在外力作用下產(chǎn)生塑性變資料塑性：是指資料在外力作用下產(chǎn)生塑性變 形而不發(fā)生斷裂的才干。形而不發(fā)生斷裂的才干。n伸長率伸長率：是指試樣拉斷后其標距長度的相對：是指試樣拉斷后其標距長度的相對伸長值。定義為：伸長值。定義為：n n短試樣的伸長率記為短試樣的伸長率記為55L0=

6、5d0L0=5d0n長試樣的伸長率記為長試樣的伸長率記為1010或或L0=10d0L0=10d0n對于同一種塑性資料對于同一種塑性資料510 510 %100%100000lllllk三資料的塑性2、斷面收縮率n斷面收縮率斷面收縮率：是指試樣拉斷后斷口處橫截面：是指試樣拉斷后斷口處橫截面積的相對收縮值。定義為：積的相對收縮值。定義為：n斷面收縮率與試樣尺寸無關(guān)；斷面收縮率與試樣尺寸無關(guān)；n金屬資料只需具備足夠的塑性才干接受各種變金屬資料只需具備足夠的塑性才干接受各種變形加工。形加工。%100%1000010AAAAA二、硬度二、硬度n硬度是衡量資料軟硬程度的一種力學(xué)性能目的。是資料硬度是衡量資

7、料軟硬程度的一種力學(xué)性能目的。是資料抵抗部分塑性變形的才干，或者說抵抗其它硬物壓入的抵抗部分塑性變形的才干，或者說抵抗其它硬物壓入的才干。才干。n硬度計種類：布氏硬度硬度計種類：布氏硬度HBHB、 洛氏硬度洛氏硬度HRHR、 維氏硬度維氏硬度HVHV n重要零件或零件的重要部位大多規(guī)定資料的硬度值。由重要零件或零件的重要部位大多規(guī)定資料的硬度值。由于：于：1 1硬度丈量簡便迅速，不需做試樣，也不需破硬度丈量簡便迅速，不需做試樣，也不需破壞試件；壞試件；2 2多數(shù)金屬資料的抗拉強度可以根據(jù)其硬多數(shù)金屬資料的抗拉強度可以根據(jù)其硬度值進展估算。所以硬度是一個很重要的力學(xué)性能目的。度值進展估算。所以硬

8、度是一個很重要的力學(xué)性能目的。 一布氏硬度HBn設(shè)備：布氏硬度計n方法：用規(guī)定直徑的淬火剛球或硬質(zhì)合金球以一定的實驗力壓入所測資料的外表，堅持規(guī)定時間后，卸除實驗力，丈量外表壓痕直徑，然后根據(jù)布氏硬度的定義公式計算出布氏硬度值。n其物理意義是壓痕外表上單位面積所接受的壓力。 布氏硬度丈量原理及計算AFHB 222dDDDA圖13 布氏硬度原理圖工件壓頭布氏硬度的表示方法n規(guī)范寫法：布氏硬度值 ，布氏硬度符號，測試條件壓頭直徑mm/實驗力kgf/實驗力作用時間s。如：200HBS2.5/187.5/30n簡單寫法：200HBSn淬火剛球作壓頭HBS最大有效丈量值為450HBSn硬質(zhì)合金壓頭HBW

9、最大有效丈量值為650HBW 二洛氏硬度HRn洛氏硬度是以壓頭壓入金屬資料的壓痕深度來洛氏硬度是以壓頭壓入金屬資料的壓痕深度來表征資料的硬度。表征資料的硬度。n壓頭：壓頭：1 1錐角為錐角為120120的圓錐金剛石；的圓錐金剛石； 2 21.588mm1.588mm的淬火剛球的淬火剛球 n壓痕的深度直接可用百分表測出來，還需另外壓痕的深度直接可用百分表測出來，還需另外的丈量和計算，非常方便，效率高，是實踐消的丈量和計算，非常方便，效率高，是實踐消費中運用最普遍的一種硬度丈量方法。費中運用最普遍的一種硬度丈量方法。洛氏硬度丈量原理002. 0ekHRlh為壓痕深度l金剛石壓頭l k=0.2 l剛

10、球壓頭l k=0.26lP0為初載荷lP1為主載荷lP= P0 + P1圖14 洛氏硬度原理圖h三種洛氏硬度實驗條件標值標值壓頭類型壓頭類型初載荷初載荷（kgkg）總載荷總載荷（kgkg）測試范測試范圍圍應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例HRA1200金剛石圓錐10607085硬質(zhì)合金、表面淬硬層、滲碳層HRB1.588mm淬火鋼球1010025100有色金屬、退火鋼、正火鋼HRC1200金剛石圓錐101502067淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼總載荷總載荷=初載荷初載荷+主載荷主載荷三維氏硬度HV1、維氏硬度是一種以正四棱錐 金剛石為壓頭的硬度丈量方 法。2、硬度值的定義與布氏硬度相 同，即壓痕外表上單位面積 所接受的壓力。

11、所不同的是 壓痕外形為正四棱錐形。3、硬度值計算公式： 2102. 08544. 1dFAFHV圖15 維氏硬度原理圖n布氏硬度壓痕面積大，代表性好準確，效率低；適宜測試硬度較低的資料；不適宜丈量薄件和廢品件。n洛氏硬度壓痕面積小，代表性較差，所以通常要取三點平均值作為測試結(jié)果；測試極為方便，是實踐消費中最為常用的一種測試方法；普通用于較高硬度的丈量。n維氏硬度非常準確；從低硬度到高硬度均可丈量；測試設(shè)備昂貴，科學(xué)研討用該方法較多。n各種硬度值可進展粗略換算，n 換算公式如下：n 三種硬度測試方法優(yōu)缺陷HBHV10HRC第二節(jié) 非靜載荷時資料的力學(xué)性能n靜載荷靜載荷 是指對資料緩慢地施加載荷，

12、使是指對資料緩慢地施加載荷，使資料的相對變形速度較小時的載荷普通是小資料的相對變形速度較小時的載荷普通是小于于0.01mm/s0.01mm/s。n非靜載荷動載荷非靜載荷動載荷1 1是指加載速度是指加載速度比較快，使資料的塑性變形速度也較快的沖擊比較快，使資料的塑性變形速度也較快的沖擊載荷，鍛床、沖床等。載荷，鍛床、沖床等。2 2作用力大小與方作用力大小與方向作周期性變化的交變載荷，如軸、彈簧、齒向作周期性變化的交變載荷，如軸、彈簧、齒輪等。輪等。一、沖擊韌度n沖擊韌度：是指資料抵抗沖擊載荷的才干。以沖擊韌度：是指資料抵抗沖擊載荷的才干。以單位面積接受的沖擊吸收功來衡量。單位面積接受的沖擊吸收功

13、來衡量。n計算公式：計算公式：n試樣種類：試樣種類：n尺寸：尺寸： 10mm 10mm10mm10mm55mm 55mm n無缺口無缺口nV V型缺口型缺口nU U型缺口型缺口0AAakkAk=mgHn對于普通常用鋼材來說，沖擊吸收功越大，資料的韌性越好。n思索到試樣被沖斷所需的沖擊吸收功，并非均勻地耗費于斷口處。所以，往往直接用沖擊吸收功來表征資料的沖擊韌度。n資料的沖擊韌度值除了取決于資料本身之外，還與環(huán)境溫度及缺口的情況親密相關(guān)。n沖擊韌度除了用來表征資料的韌性大小外，還用來丈量韌脆轉(zhuǎn)變溫度。n資料的沖擊韌度普通只作為設(shè)計的參考值。一、沖擊韌度二、疲勞強度n疲勞強度：是指資料抵抗交變應(yīng)力

14、的才干。疲勞強度：是指資料抵抗交變應(yīng)力的才干。n應(yīng)力循環(huán)對稱因數(shù)：應(yīng)力循環(huán)對稱因數(shù)：n =-1 =-1 疲勞強度疲勞強度-1 -1 n 軸類所遭到的交變彎曲應(yīng)力軸類所遭到的交變彎曲應(yīng)力n脈動循環(huán)交變應(yīng)力脈動循環(huán)交變應(yīng)力 n =0 =0 疲勞強度疲勞強度0 0 n 齒輪齒跟遭到的循環(huán)齒輪齒跟遭到的循環(huán)n 彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力maxmin疲勞強度的測試n在疲勞實驗機上，用較多的試棒，在不同交變載荷下進展實驗，作出疲勞曲線。疲勞強度的測試資料經(jīng)交變應(yīng)力無數(shù)次循環(huán)作用而不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力稱為資料的疲勞強度。應(yīng)力循 環(huán) 次 數(shù) 圖18金屬資料的疲勞曲線表示圖疲勞強度的定義疲勞強度的定義n疲勞強度定義為：資

15、料經(jīng)交變應(yīng)力無數(shù)次循環(huán)作用而不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力。n工程上規(guī)定，對于鋼鐵資料為107次；對于有色金屬資料為108次。n資料的疲勞強度-1與抗拉強度b親密相關(guān)。對鋼來說，其關(guān)系為-1=0.450.55b?？梢姡Y料的疲勞強度隨其抗拉強度增高而增高。n金屬資料的疲勞強度通常都小于屈服點，這闡明資料抵抗交變應(yīng)力比抵抗靜應(yīng)力的才干低。 疲勞強度的影響要素n疲勞強度的影響要素：疲勞強度的影響要素：1 1資料本身的組織構(gòu)資料本身的組織構(gòu)造形狀；造形狀； 2 2外表粗糙度和應(yīng)力形狀。外表粗糙度和應(yīng)力形狀。n提高零件疲勞強度的措施：提高零件疲勞強度的措施：n 1 1、改善內(nèi)部組織；、改善內(nèi)部組織；n 2 2、設(shè)計上減小應(yīng)力集中，轉(zhuǎn)接處防止銳、設(shè)計上減小應(yīng)力集中，轉(zhuǎn)接處防止銳角銜接；角銜接；n 3 3、降低零件外表粗糙度；、降低零件外表粗糙度；n 4 4、強化外表，如外表淬火、外表滾壓、強化外表，如外表淬火、外表滾壓、滲碳等。滲碳等。 n早在上世紀20年代,Griffth就提出了著名的裂紋體的脆斷強度實際。n第二次世界大戰(zhàn)后，廣泛運用高強度資料，引起了一系列的脆斷事故。而且斷裂應(yīng)力遠低于s，即低應(yīng)力脆斷。n為防止低應(yīng)力脆斷，不得不對其強度斷裂抗力進展研討，從而構(gòu)成斷裂力學(xué)這門新學(xué)科。n根據(jù)斷裂力學(xué)的分析，裂紋的尖端前沿存在應(yīng)力集中，構(gòu)成裂紋尖端的應(yīng)力場，