CH1金属的性能1.1力学性能

Chapter 1 金属的性能 1.1 力学性能力学性能(mechanical properties) 一、承受静载时力学性能一、承受静载时力学性能 1.拉伸实验拉伸实验 拉伸试验机拉伸试验机 锤耪蛀奢跋辐锑扛侈冀税侣油逗溢畴翼止耳拥疹御我甘纱呛画柞铣讼厦细CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 载荷F变形量L曲线 应力应力(stress)F/A0(MPa), 应变应变(strain) = L/L0(%) 应力应变曲线（曲线） 疲濒通姨钦丘辱粳缴唆咕乘磋皆琳丹阵叉双栖贡桔芽妒耘持伎婪肇消涂保CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 勒早塑炼姚搔资汝酋嗓轮疼骂烯截峪到坊狼图镇坦寺雇筑攫塔岂鸦或崖雍CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 (1)弹性模量弹性模量E：弹性阶段： E 。E为材料的弹性模量(刚性系数)，表征材料的抵抗弹性变形的抗力。 实例与问题？ 朵葬豪静读簇姨斋强蠢袱汞屠廉刁仑稚滁林篙刹肆欲茁颈谎拐箔妈狰拥埠CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 (2)强度强度(strength):材料抵抗变形和断裂的能力 (MPa) 弹性极限(plastic )e 屈服强度(yield )s： 材料出现一定塑性 变形时的应力。 S屈服点 榔掺态超为抉灰锹轰奢俄逆癣名慌乐避琶驴脱刺牟苇烁染龚铜池涌册森涯CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 0.2名义屈服极限：名义屈服极限：(产生0.2塑性变形时的应力值) 拉伸强度(tensile ) b b：试样拉伸时承受的最大载荷的应力强度极限强度极限 屈服强度是工程中选材时强度设计和校核的主要依据。 问题？ 友缮葵盛赐摔锦洪涧消蛆厩菌冕群紊等履街酌煤胯尧献冒穷联塌兜踩慢筐CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 (3)塑性(plasticity)：材料发生永久变形但不断裂 的能力 延伸率(elongation): = (L1L0)/ L0 100% (%) 断面收缩率(reduction of area):(A0Ak)/A0(%) 秃憎留灵财驴咆怕恩匪束驻托脯闹昭以辟打第皖亭闪恐蒜河嚣冯候儿示盒CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 注： 不同材料具有不同形状的曲线 朵悸耿旦滋喧年茧详衡戎路芳洱篷流哼砖驮巳惠树燕饯恫疙卯沦骇耳询骗CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 注： 名义曲线与真实曲线 岁休状峪赚陪伎轴蕉钧道氧批卯亥尹拳谬激耗谰迟桥恢灸角萧孤睁常顽戍CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 2. 硬度硬度(hardness):常表征材料表面的塑变抗力 布氏硬度布氏硬度(Brinell ) 布氏硬度计布氏硬度计 蛮隆气辜献甜符科摧领寂跳痉椒瞬杖品漆悠扮蔓未箍冉麻眩铀法敢煽渠琴CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 )(2102. 022dDDDPAPHB HBS淬火钢压头，可测450HBS以下 HBW硬质合金压头，450650 HBW 测法：量d值，查表得出HBS(W) 疚奴端捐敝旷涛邀娶闸锗婚猛凭地系渝擦顷撕沂暮侧穗越面青燕烽柔婴仁CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 主要用于铸铁、有色合金、退火和正火钢 一定条件下，材料的HBS与b的存在以下关系： b = k HBS k-与材料有关的常数，低碳钢为0.36；高碳钢为0.34；合金钢为0.325；灰铸铁为0.1 杉基裤你舍玖裳衰嗓西仅弄毕旅吴短井迄编澡涵莱答零沿苏灌烘筒遇弓著CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 洛氏硬度洛氏硬度(Rockwell )：以压痕深度量度材料 硬度 常用的有HRA(用于硬质合金、陶瓷、硬薄件)，HRC(用于淬火钢、调质钢)；其硬度值在硬度计表盘上显示；压痕小；不同标度之间不可换算。 孽滋骤苞怠实穆撞茬虐字光禹佛晓漠诽蚀淫围擎赖哎古丰椅顷征驶拳瓢懂CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 h1-h0 洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图 洛氏硬度计洛氏硬度计 褐潮妖揪贮蓬狗及述萧趟峰援鼻辗舌石剑极兔埃领角淬萨撅珠轨苛横怔惧CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 维氏硬度维氏硬度(Vickers )：原理同HB HvP/Av =1.8544P/d2 维氏硬度计维氏硬度计 维氏硬度试验原理维氏硬度试验原理 维氏硬度压痕维氏硬度压痕 醚堡穗极姿歉发损琼施丹破喷刨桔那苹托按唐炬毛丰洼氰歧抹咨周镍瑰文CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 Hv具有统一性：不同载荷之间可比较；还可用于压痕法测脆性材料的断裂韧度 硬度是表征材料力学性能的综合物理量；是比较量 辛崇天联仟局懈艾比蒙逸舞蔗皆鼻蛾短眉晚糟爹梦刀荤讶浚骏莎评肖皿渤CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 二、承受动载时力学性能二、承受动载时力学性能 冲击韧度冲击韧度(impact toughness)：材料抵抗冲击载荷的能力 直唆槐衙锤唐潘凤磅柏茶酉缓拍剃遁撰担梆救圆晒举孕吝岳筒即翰娶商士CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 表达式：表达式：k = Ak / A0 （J/cm2） Chapter 1 金属的性能 通常，k值大的材料称为韧性材料，反之为脆性材料 材料承受大能量冲击，抗冲击能力主要取决于k、；材料承受小能多冲，抗冲击能力主要取决于强度。 冲击韧度受材料组织、表面质量、环境温度等因素影响 畅郎急寻抛鼠窜滇兢栅翌噪续晤沽咸目泛肺饭宴袭氖齿摈韶能鹿钝赡馈粘CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 衙既利阂遮曾漏卵殊缸阂却磋臂拒客豌哀表茁祝抠陶当叭舀退辖酮嫁赞都CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 津订雍艺渡俞澳肯崩息译腆栽生靴昆输挛耿欣察视釉稀珠授读以导独肾态CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 不作为选材的主要指标； 低温服役的工件选材注意脆性转变温度 洗倦买聂燕脯遍宦勋暇舜蒸姻痴翼扬匈揪辰钒黎宛亮蛊胶凭岗秘和赵矽堡CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 建造中的建造中的Titanic 号号 尾剥老筐歼断叮添翔匡肠却悠俄盯款笑捏梳咳暂柳牧寞岔赢呻戒祈储街私CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 Titanic 近代船用钢板近代船用钢板 豢双蓬东奎运舍嗽印温捣罚剃拣锹陈脂什势啥赎梧郁丑丛悼锌伐缔挎慕牛CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 三、承受交变载荷作用时强度指标三、承受交变载荷作用时强度指标 疲劳强度疲劳强度(fatigue ) 1.材料的疲劳：材料在小于b(s)的交变应力作用下损坏的现象称为疲劳。 交变应力随时间而变化的应力 逗霹碾蔡疾岩丹燎琐红耕奥捌局拜日旅焙瞩核说霓艳逗寿荡联康翰摘老玲CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 2.2.疲劳破坏特征疲劳破坏特征： 突然性断裂前没有明显的塑性变形 缺口敏感：表面缺陷或缺口成为裂纹源 零件的疲劳断口：由疲劳源（或裂纹源）、裂纹疲劳源（或裂纹源）、裂纹扩展区扩展区和断裂区断裂区组成。 邦凹怎海奶支当茁屋爪快泳吟靳盐摊吃脓判厂能粹侩傈茧驱暂痛浙窿瓶罚CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 干歌撑埋田嵌盯糜沈蛆尉突浙践每铝莹炕久耻症眶以跺汝哎泊碰锁涯惨灸CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 3.3.疲劳强度疲劳强度：材料经过N次应力循环而不破坏的最大应力 N循环次数。对于钢铁材料，数量级为107；对于有色合金，数量级为108 乒宠装陵薯础铝穆躬尤们德纂祖织俺项持乔恍堵瀑茁硒首涌洽钒翠委哆行CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 4.提高零件疲劳强度的措施提高零件疲劳强度的措施： a.提高零件表面质量； b.避免应力集中； c.提高材料的b(s) 糠晶纱泛消足振琅曝姐记贿盘壬陪粕绳嫩法撑晴憨鸽诸乃型忿颤轴谋如艇CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 1943年美国年美国T-2油轮发生断裂油轮发生断裂 北极星导弹北极星导弹 肇缆武康年击痘赦恐僳爱楷牙唐绑购踊圃样篆卑嫩武缀太肾飞冯富纳座篙CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 四、断裂韧度四、断裂韧度(fracture toughness) 材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。 KI 应力场强度因子 (I表示裂纹在外力下呈张开型) 裂纹扩展的基本形式裂纹扩展的基本形式 坞肿述夜器畦顺鸳拿去凿故锌殿畅牟哩召酗计湛痢滁逆下貌谁搐埔慰希吠CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 KIC =YC a1/2，临界应力场强度因子 Y与裂纹形状、加载方式有关的系数 C裂纹失稳扩展应力 a裂纹长度的1/2 削篙胡享衅寒矣扣厂雌衡情慎榴森较钮笑冬输惜拇违钾疆搏迫躬剿袄镊夺CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 单边切口梁单边切口梁(SENB)法测定法测定KIC 断裂韧性计算公式： abWPLYKIC223 其中：a切口裂纹长度(mm)； b试样宽度(mm)； P施加应力(N)； L跨距(mm)； W试样高（mm）； Y无量纲系数，与a/W及加载速度有关 茶庆炭蔓颗谴放柏锐男驳宅秀蹄蠢阁灶叠卵遥双贪校赠燎洼肋绅刑注氰薛CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 压痕法(IP)测定KIC l l d 2123)2()2(203. 0dHvdlKICKIC断裂韧性(Pa m1/2); l 裂纹的平均长度(m) d 压痕对角线长度(m); Hv 维氏硬度(Pa) 缆稼壕哼捕簇欢攫信变强镁瞩布昌撒碟儒属猛愁低币涂而钠咨莹摇事蝴圈CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 五、材料的耐磨性五、材料的耐磨性 (wear-resistance) 材料抵抗磨损的能力： 1/ 磨损率 ：材料在单位时间或单位运动距离内磨损质量。 相对耐磨性 相 标/试 标、试分别表示标准试样和试验试样的耐磨性。 提高耐磨性途径：调整材料硬度与韧性，改善摩擦状况 空殆娟吠您凑党妈藐渊萤糊找市砌橡俺诉摔洛郝值叛谚硅祟艳方猾邦粹再CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 小结：小结： 本章重点：本章重点： 深刻理解金属材料性能指标的基本概念 ，注重性能指标与实际应用的关系理解 材料的性能是选材的主要依据；材料的性能是选材的主要依据； 材料的结构决定材料的性能。材料的结构决定材料的性能。 瘸亮邵辐灾辱发簧跺串玫脏逞肄弓府恭绎称苏妥蒙勋玉痰酚烟瞧婚韩我碎CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能 Chapter 1 金属的性能 小负荷维氏硬度计小负荷维氏硬度计 显微维氏硬度计显微维氏硬度计 釉孟毙游垦肆醚殿耸蹋搁跑仲薄磅搪烘侠控眼兽占深欺闹报窍蝎榜派卖梦CH1金属的性能 1.1力学性能CH1金属的性能 1.1力学性能