金屬材料的力學(xué)性能課件.ppt

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1、機(jī)械制造基礎(chǔ)工程材料應(yīng)用基礎(chǔ)緒論1、機(jī)械制造基礎(chǔ)的課程性質(zhì)：①一門(mén)研究機(jī)械制造全過(guò)程中，金屬零件制造工藝的綜合性技術(shù)學(xué)科。②工科院校的一門(mén)綜合性技術(shù)基礎(chǔ)課程，是機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的必修課之一。2、機(jī)械制造基礎(chǔ)的課程任務(wù)：可用以下表達(dá)式描述機(jī)械制造的全過(guò)程。第一章金屬材料的力學(xué)性能第一節(jié)強(qiáng)度與塑性第二節(jié)硬度第三節(jié)沖擊韌性第四節(jié)疲勞一、拉伸試驗(yàn)在萬(wàn)能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)上做拉伸實(shí)驗(yàn)第一節(jié)強(qiáng)度與塑性二、強(qiáng)度金屬材料在載荷作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力稱(chēng)為強(qiáng)度。按外力作用的性質(zhì)不同，分為：屈服強(qiáng)度σs、抗拉強(qiáng)度σb、抗壓強(qiáng)度σbc、抗剪強(qiáng)度τb等。1、屈服點(diǎn)與屈服強(qiáng)度金屬材料開(kāi)始產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最低應(yīng)力值稱(chēng)為屈服點(diǎn)

2、，用符號(hào)σs表示。σs=Fs/Ao式中Fs—試樣發(fā)生屈服時(shí)的載荷（N）;Ao—試樣的原始橫截面積（mm2）。工業(yè)上使用的某些金屬材料，如高碳鋼、鑄鐵等，在拉伸過(guò)程中，沒(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象，無(wú)法確定其屈服點(diǎn)σs，按GB/T2228規(guī)定，可用屈服強(qiáng)度σ0.2來(lái)表示該材料開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形時(shí)的最低應(yīng)力值。屈服強(qiáng)度為試樣標(biāo)距部分產(chǎn)生0.2%殘余伸長(zhǎng)時(shí)的應(yīng)力值，即σ0.2=F0.2/Ao式中F0.2—試樣標(biāo)距產(chǎn)生的0.2%殘余伸長(zhǎng)時(shí)載荷（N）；Ao—試樣的原始橫截面積（mm2）。屈服強(qiáng)度的測(cè)定2、抗拉強(qiáng)度金屬材料在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力值稱(chēng)為抗拉強(qiáng)度，用符號(hào)σb表示。σb=Fb/Ao式中Fb—試樣在斷

3、裂前所承受的載荷（N）；Ao—試樣原始橫截面積（mm2）。三、塑性金屬材料的載荷作用下，斷裂前材料發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)永久變形的能力稱(chēng)為塑性。通過(guò)拉伸試驗(yàn)可測(cè)定材料的塑性。常用的塑性指標(biāo)有斷后伸長(zhǎng)率?和斷面收縮率ψ。?=(L1-L0)/L0ψ=(F0-F1)/F0第二節(jié)硬度硬度是指金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。可用硬度試驗(yàn)機(jī)測(cè)定，常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度HBW、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和維氏硬度HV。第三節(jié)沖擊韌性試驗(yàn)時(shí)，將試樣放在試驗(yàn)機(jī)兩支座上，把質(zhì)量為m的擺錘抬到高H，使擺錘具有位能為mHg。擺錘落下沖斷試樣后升至h高度,具有位能為mhg，故擺錘沖斷試樣推

4、動(dòng)的位能為mHg—mhg，這就是試樣變形和斷裂所消耗的功稱(chēng)為沖擊吸收功AK，即AK=mg(H-h)用試樣的斷口處截面積SN（cm2）去除AK（J）即得到?jīng)_擊韌度，用ak表示，單位為J/cm2.aK=AK/SN第四節(jié)疲勞一、疲勞概念雖然零件所承受的交變應(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，這種現(xiàn)象稱(chēng)為疲勞斷裂。對(duì)稱(chēng)循環(huán)交變應(yīng)力據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)械零件斷裂中有80%是由于疲勞引起。二、疲勞曲線與疲勞極限試驗(yàn)證明，金屬材料所受最大交變應(yīng)力σmax愈大，則斷裂前所受的循環(huán)周次N（定義為疲勞壽命）愈少，這種交變應(yīng)力σmax與疲勞壽命N的關(guān)系曲線稱(chēng)疲勞曲線或S—N曲線工程上規(guī)定，材料經(jīng)受相

5、當(dāng)循環(huán)周次不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力稱(chēng)為疲勞極限，以符號(hào)σ-1表示。疲勞曲線σ-1σNσnσ2σ1N1N2NnNc鋼鐵材料：107次非鐵合金：108次部分工程材料的疲勞極限σ-1（MPa）三、提高材料疲勞極限的途徑1、設(shè)計(jì)方面盡量使用零件避免交角、缺口和截面突變，以避免應(yīng)力集中及其所引起的疲勞裂紋。2、材料方面通常應(yīng)使晶粒細(xì)化，減少材料內(nèi)部存在的夾雜物和由于熱加工不當(dāng)引起的缺陷。如疏松、氣孔和表面氧化等。3、機(jī)械加工方面要降低零件表面粗糙度值。4、零件表面強(qiáng)化方面可采用化學(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。