24金属材料的力学性能

第一章金属材料的力学性能第一节强度与塑性第二节硬度第三节冲击韧度第四节疲劳一、拉伸试验在万能材料实验机上做拉伸实验第一节强度与塑性二、强度•金属材料在载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度。•按外力作用的性质不同，分为：屈服强度s、抗拉强度b、抗压强度bc、抗剪强度τb等。1、屈服点与屈服强度金属材料开始产生屈服现象时的最低应力值称为屈服点，用符号σs表示。σs=Fs/Ao式中Fs—试样发生屈服时的载荷（N）;Ao—试样的原始横截面积（mm2）。工业上使用的某些金属材料，如高碳钢、铸铁等，在拉伸过程中，没有明显的屈服现象，无法确定其屈服点σs，按GB/T2228规定，可用屈服强度σ0.2来表示该材料开始产生塑性变形时的最低应力值。屈服强度为试样标距部分产生0.2%残余伸长时的应力值，即σ0.2=F0.2/Ao式中F0.2—试样标距产生的0.2%残余伸长时载荷（N）；Ao—试样的原始横截面积（mm2）。屈服强度的测定2、抗拉强度•金属材料在断裂前所能承受的最大应力值称为抗拉强度，用符号σb表示。σb=Fb/Ao式中Fb—试样在断裂前所承受的载荷（N）；Ao—试样原始横截面积（mm2）。三、塑性•金属材料的载荷作用下，断裂前材料发生不可逆久变形的能力称为塑性。•通过拉伸试验可测定材料的塑性。•常用的塑性指标有断后伸长率和断面收缩率ψ。=(L1-L0)/L0ψ=(F0-F1)/F0第二节硬度•硬度是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。•可用硬度试验机测定，常用的硬度指标有布氏硬度HBW、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和维氏硬度HV。第三节、冲击韧度•试验时，将试样放在试验机两支座上，。把质量为m的摆锤抬到高H，使摆锤具有位能为mHg。摆锤落下冲断试样后升至h高度,具有位能为mhg，故摆锤冲断试样推动的位能为mHg—mhg，这就是试样变形和断裂所消耗的功称为冲击吸收功AK，即AK=mg(H-h)•用试样的断口处截面积SN（cm2）去除AK（J）即得到冲击韧度，用ak表示，单位为J/cm2.•aK=AK/SN第四节、疲劳一、疲劳概念虽然零件所承受的交变应力数值小于材料的屈服强度，但在长时间运转后也会发生断裂，这种现象称为疲劳断裂。对称循环交变应力据统计，机械零件断裂中有80%是由于疲劳引起。二、疲劳曲线与疲劳极限•试验证明，金属材料所受最大交变应力σmax愈大，则断裂前所受的循环周次N（定义为疲劳寿命）愈少，这种交变应力σmax与疲劳寿命N的关系曲线称疲劳曲线或S—N曲线•工程上规定，材料经受相当循环周次不发生断裂的最大应力称为疲劳极限，以符号σ-1表示。疲劳曲线-1Nn21N1N2NnNc钢铁材料：107次非铁合金：108次部分工程材料的疲劳极限σ-1（MPa）三、提高材料疲劳极限的途径1、设计方面尽量使用零件避免交角、缺口和截面突变，以避免应力集中及其所引起的疲劳裂纹。2、材料方面通常应使晶粒细化，减少材料内部存在的夹杂物和由于热加工不当引起的缺陷。如疏松、气孔和表面氧化等。3、机械加工方面要降低零件表面粗糙度值。4、零件表面强化方面可采用化学热处理、表面淬火、喷丸处理和表面涂层等，使零件表面造成压应力，以抵消或降低表面拉应力引起疲劳裂纹的可能性。