金属材料的机械性能.ppt

第一章 金属材料的机械性能 机械设计中，材料的选择是按结构 材料的力学性能－即机械性能来进行选 择的材料的力学性能（机械性能）：即材 料抵抗外力的能力其主要表现为：在 静载荷下，动载荷下，特殊状态载荷下 的力学性能 第一节 静载时材料的机械性能 静载时材料的机械性能指标（力学性能 指标），可用静拉伸试验测定试验中注意： ，及 应力、应变图（图 1－1）等概念 一，静载时材料的机械（力学)性能（一）弹性和刚度弹性：在应力、应变图上，如加载后 应力不超过 ，卸载后试样即可完全恢 复原状，这种不产生永久变形的性能， 称为弹性弹性极限 ：（图 1－1）上E点的应力 值，即不产生永久变形的最大应力值 比例极限 ：（图 1－1）上P点的应力 值，即保持应力与应变成正比关系的最 大应力值 * 与 ，实用中常取相同值刚度：在图 1－1上，OP直线的斜 率， 是材料的弹性模量E，弹性模量E又称为刚度 ，它是表征材料抵抗产生弹性变形的能力（ 即衡量材料产生变形难易程度的指标其定义式为：E愈大，使其产生弹性变形的应力亦愈大，变 形愈困难。

注： ＊ E为材料本身的指标，随材料不同而不同 故各种钢材的弹性模量均为：E＝190000～220000 （ ） E 只取决于材料本身，基本不受热处理、合金化、冷热加工方式的影响 ＊ E的值，随温度T的升高而降低 （二）强度强度：外力作用下，材料抵抗变形与断 裂的能力衡量强度的指标为：屈服强度 ，抗拉强度1. 屈服强度 ：即（图 1－1）上，S点的应力，表示材料在外力作用下开始产生塑性变形的最低应力值零（构）件在工作中一般不允许产生 塑性变形因此, 是零（构）件设计计算时的主要参数，是材料选择的重要指标2. 抗拉强度 ：即图 （1－1）上，B点的应力，是试样 在拉断前的最大应力值，同样是零（构）件 设计、选材的重要指标注：＊ 的比值称为屈强比屈强比愈小，构件可靠性愈高, 但材料利用率愈低＊ 热处理、 合金化、 冷热加工等对 的数值会产生很大的影响三）塑性塑性：产生塑性变形但不断裂的性能称为 塑性塑性大小，用伸长率 ，断面收缩率表示：注：＊ ， 的值愈大，材料塑性愈好 。

需承受各种变形加工与冲击载荷的零件应具有一定的塑性 ＊ ， 虽然与 ， ， 一样 ，是材料的力学性能指标，但在零（构 ） 件的设计中，却不参与强度计算过 程另： ， ， ， ， 均为材料的整 体强度标二，硬度---静载时材料的局部机械（力学）性能指标硬度：是指金属表面抵抗其它硬物压入的 能力，是材料对局部塑性变形的抗力随着被测材 料的种类，软硬程度、厚薄尺寸的不同，工程上常 用的硬度指标有：布氏硬度HB，洛氏硬度HRC，肖氏硬度HV， 维氏硬度HS等，各种硬度指标的值之间，可以换算 （一）布氏硬度HB定义：见图1－2，以3000kgf的压力 P，将直径为D的淬火钢球压入金属材料表 面，得到压痕直径为d，则载荷p与压痕面 积的比值，即为布氏硬度HB值 实际上由 HB的表达式可知，测得压痕直径d的数值， 即可求出布氏硬度值注：太薄、太硬（ HB450）的材料不易采 用布氏硬度 （二）洛氏硬度洛氏硬度，随测试时使用的压头及施加压力的不 同，分为HRA、HRB、HRC等三种硬度指标，最常 用的为HRCHRC P=150kgf 金刚石锥头（顶角 ）用压痕深h 值标定,压痕越深，硬度越低。

HRAP=60kgf 金刚石锥头（顶角 ）用压痕深h值标定,压痕越深，硬度越低注：HRC，HRA用于渗碳层，表面淬火层，硬质合金材料的硬度表示HRBP=100kgf D＝1.588mm钢球 用压 痕 深h值标定,压痕越深，硬度越低HRB适用于软铜,铜合金材料的硬度表示 说明：1 各种硬度值之间有换算关系2 材料的硬度HB与 值之间亦有换算关系，如：低碳钢 HB约为高碳钢 HB约为调质合金钢 HB约为铝铸件 HB约为退火青铜、黄铜 HB约为 这些关系可用于热处理后零件实际 值的 测定，即可用实测零件硬度值的方法来确定零 件的实际强度，同时判断零件的热处理质量第二节 动载时材料的机械性能 动载荷：主要有两种形式：冲击：以较高速度施加到零件上的 载荷交变载荷：其大小与方向作周期性 变化的载荷一， 冲击韧性（ ）定义：即指材料抵抗冲击的能力，用 的值表示由其测量方法（见图1－3）确定的 计算式为 ：J/cm 式中单位： 1 J/cm ＝0.1kgf、m/cm 冲击韧性（ ）的大小，除取决于材料 本身外，还受温度，试样大小，缺口形状等的 影响。

说明：1. 不参与零（构）件的设计计算过程2. 工作时受冲击的零件，进行强度计算时,应 按经验选择有一定 值的材料如：受冲击的零件，选材 49 J/cm一般载荷零件，选材 ＝29～49 J/cm3. 实际中，常用冲击试验来检验:①材料的组织均匀性、白点、裂纹等②用来检验材料的热处理质量如：回火脆性，晶粒大小等二，疲劳强度疲劳断裂现象：零件工作时承受交变载荷，即 使交变应力往往低于 ，但经一定循环次数后便 发生的断裂现象原因：材料内部缺陷，加工过程中的外伤、划 痕，设计不合理引起的应力集中等疲劳强度：指在一定应力循环次数下，不发生 断裂的最大应力常用疲劳强度指标为 ：――对称循环疲劳强度――脉动循环疲劳强度一定应力循环次数：即循环基数N（见后图1 －4），(钢 ,有色金属 )说明：冲击韧性（ ），疲劳强度 ，都是材料的整体力学性能疲劳强度指标，是零 件强度计算、选择材料的重要参数第三节 特殊状态下材料的机械性能 特殊状态：指零件的工作环境温度很高，或 实际材料内部存在缺陷时。

高温：＊室温下材料的力学性能指标不能 表示高温下的性能一般随温度T上升，E， ，HB值 下降，而 ， 值上升＊设计时，选材不合理，零件高温 下会发生蠕变 断裂韧性 ：指材料在存在内部裂纹等疵病时 ，抵抗脆性断裂的能力值可由实验测定，它是材料本身 的特性，与材料成分，热处理及加工工艺 等有关在零件加工前，对所选材料进行 测定，可为安全设计提供保证－－－－－－－－－－第一章完。