金屬的性能1.1力學性能.ppt

Chapter 1 金屬的性能,1.1 力學性能(mechanical properties) 一、承受靜載時力學性能 1.拉伸實驗,拉伸試驗機,Chapter 1 金屬的性能,載荷F變形量L曲線 應力(stress)F/A0(MPa), 應變(strain) = L/L0(%) 應力應變曲線（曲線）,Chapter 1 金屬的性能,Chapter 1 金屬的性能,(1)彈性模量E：彈性階段： E 。E為材料的彈性模量(剛性系數(shù))，表征材料的抵抗彈性變形的抗力。,實例與問題？,Chapter 1 金屬的性能,(2)強度(strength):材料抵抗變形和斷裂的能力 (MPa) 彈性極限(plastic )e 屈服強度(yield )s： 材料出現(xiàn)一定塑性 變形時的應力。 S屈服點,Chapter 1 金屬的性能,0.2名義屈服極限：(產(chǎn)生0.2塑性變形時的應力值) 拉伸強度(tensile )b：試樣拉伸時承受的最大載荷的應力強度極限,屈服強度是工程中選材時強度設(shè)計和校核的主要依據(jù)。,問題？,Chapter 1 金屬的性能,(3)塑性(plasticity)：材料發(fā)生永久變形但不斷裂 的能力 延伸率(elongation): = (L1L0)/ L0 100% (%) 斷面收縮率(reduction of area):(A0Ak)/A0(%),Chapter 1 金屬的性能,注： 不同材料具有不同形狀的曲線,Chapter 1 金屬的性能,注： 名義曲線與真實曲線,Chapter 1 金屬的性能,2. 硬度(hardness):常表征材料表面的塑變抗力 布氏硬度(Brinell ),布氏硬度計,Chapter 1 金屬的性能,HBS淬火鋼壓頭，可測450HBS以下 HBW硬質(zhì)合金壓頭，450650 HBW 測法：量d值，查表得出HBS(W),Chapter 1 金屬的性能,主要用于鑄鐵、有色合金、退火和正火鋼 一定條件下，材料的HBS與b的存在以下關(guān)系： b = k HBS k-與材料有關(guān)的常數(shù)，低碳鋼為0.36；高碳鋼為0.34；合金鋼為0.325；灰鑄鐵為0.1,Chapter 1 金屬的性能,洛氏硬度(Rockwell )：以壓痕深度量度材料 硬度 常用的有HRA(用于硬質(zhì)合金、陶瓷、硬薄件)，HRC(用于淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼)；其硬度值在硬度計表盤上顯示；壓痕??；不同標度之間不可換算。,Chapter 1 金屬的性能,Chapter 1 金屬的性能,維氏硬度(Vickers )：原理同HB HvP/Av =1.8544P/d2,Chapter 1 金屬的性能,Hv具有統(tǒng)一性：不同載荷之間可比較；還可用于壓痕法測脆性材料的斷裂韌度 硬度是表征材料力學性能的綜合物理量；是比較量,Chapter 1 金屬的性能,二、承受動載時力學性能 沖擊韌度(impact toughness)：材料抵抗沖擊載荷的能力,表達式：k = Ak / A0 （J/cm2）,Chapter 1 金屬的性能, 通常，k值大的材料稱為韌性材料，反之為脆性材料 材料承受大能量沖擊，抗沖擊能力主要取決于k、；材料承受小能多沖，抗沖擊能力主要取決于強度。 沖擊韌度受材料組織、表面質(zhì)量、環(huán)境溫度等因素影響,Chapter 1 金屬的性能,Chapter 1 金屬的性能,Chapter 1 金屬的性能,不作為選材的主要指標； 低溫服役的工件選材注意脆性轉(zhuǎn)變溫度,Chapter 1 金屬的性能,建造中的Titanic 號,Chapter 1 金屬的性能,Chapter 1 金屬的性能,三、承受交變載荷作用時強度指標 疲勞強度(fatigue ) 1.材料的疲勞：材料在小于b(s)的交變應力作用下?lián)p壞的現(xiàn)象稱為疲勞。 交變應力隨時間而變化的應力,Chapter 1 金屬的性能,2.疲勞破壞特征： 突然性斷裂前沒有明顯的塑性變形 缺口敏感：表面缺陷或缺口成為裂紋源 零件的疲勞斷口：由疲勞源（或裂紋源）、裂紋擴展區(qū)和斷裂區(qū)組成。,Chapter 1 金屬的性能,Chapter 1 金屬的性能,3.疲勞強度：材料經(jīng)過N次應力循環(huán)而不破壞的最大應力 N循環(huán)次數(shù)。對于鋼鐵材料，數(shù)量級為107；對于有色合金，數(shù)量級為108,Chapter 1 金屬的性能,4.提高零件疲勞強度的措施： a.提高零件表面質(zhì)量； b.避免應力集中； c.提高材料的b(s),Chapter 1 金屬的性能,1943年美國T-2油輪發(fā)生斷裂,北極星導彈,Chapter 1 金屬的性能,四、斷裂韌度(fracture toughness) 材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴展的能力。 KI 應力場強度因子 (I表示裂紋在外力下呈張開型),Chapter 1 金屬的性能,KIC =YC a1/2，臨界應力場強度因子 Y與裂紋形狀、加載方式有關(guān)的系數(shù) C裂紋失穩(wěn)擴展應力 a裂紋長度的1/2,Chapter 1 金屬的性能,單邊切口梁(SENB)法測定KIC 斷裂韌性計算公式：,其中：a切口裂紋長度(mm)； b試樣寬度(mm)； P施加應力(N)； L跨距(mm)； W試樣高（mm）； Y無量綱系數(shù)，與a/W及加載速度有關(guān),Chapter 1 金屬的性能,壓痕法(IP)測定KIC,KIC斷裂韌性(Pam1/2); l 裂紋的平均長度(m) d 壓痕對角線長度(m); Hv 維氏硬度(Pa),Chapter 1 金屬的性能,五、材料的耐磨性 (wear-resistance) 材料抵抗磨損的能力： 1/ 磨損率 ：材料在單位時間或單位運動距離內(nèi)磨損質(zhì)量。,相對耐磨性 相 標/試 標、試分別表示標準試樣和試驗試樣的耐磨性。 提高耐磨性途徑：