材料的力学性能-ppt课件.ppt

1、ppt课件1第一章 材料的力学性能了解材料的性能是正确使用和加工材料的基础概述ppt课件2互动讨论题1以同学们现有的经验与知识，在选择某种材料来制造某个机械零件时，应该考虑哪些因素？ppt课件3性能：能否满足使用要求制成零件的难易程度经济：材料是否容易获得材料价格及运输等成本资源环境：材料是否可以再生产材料生产及使用对环境的影响ppt课件4互动讨论题2在上述必须考虑的因素中，首先要考虑的关键因素是什么？A、材料的性能B、材料的成本C、材料对资源与环境的影响ppt课件5材 料 的 性 能使用性能：工艺性能：力学性能物理性能化学性能冷加工性能热加工性能热处理性能ppt课件6 力 学 性 能强度、塑

2、性硬度冲击吸收功疲劳强度断裂韧度ppt课件7第一节 强度与塑性材料在外力作用下的表现行为：变形 断裂材料在外力作用下的行为过程： 弹性变形塑性变形断裂 （永久变形）ppt课件8一、拉伸试验与力伸长曲线1、拉伸试验简介* 拉伸试样：长试样：l0=10d0; 短试样：l0=5d0d0l0ppt课件9液压式万能电子材料试验机拉伸试验机ppt课件102、力伸长曲线FesbklFsFbppt课件11二、强度指标 强度的定义：材料抵抗塑性变形和断裂的能力。 强度的大小：用应力表示。 什么叫应力？材料单位截面积上的内力，用表示，单位为MPb。 1MPb=1MN/m2 =1N/mm2 ppt课件12 常用强度

3、指标：屈服点、规定残余伸长应力、抗拉强度。1、屈服点与规定残余伸长应力屈服点： s = Fs/S 0 问题：有些材料在拉伸过程中没有屈服现象。怎么办？ppt课件13规定残余伸长应力： r0.2 =Fr0.2/S 0slF0.20.2%l0oppt课件14物理意义： 材料抵抗微量塑性变形的能力。工程意义： 机械设计和选材的重要论据。为什么？ 机械零件在工作中不允许产生明显的塑性变形。ppt课件152、抗拉强度抗拉强度： b = Fb/S 0物理意义： 材料在拉伸条件下断裂前能够随的最大应力。工程意义： 也是机械设计和选材的重要论据。ppt课件16讨论1： s 、r0.2、 b都是机械设计和选材的

4、重要论据。实际使用时怎办？塑性材料： s 、r0.2 脆性材料： b屈强比： s / bppt课件17讨论2： 屈强比 s / b有何意义？ 屈强比 s / b值越大，材料强度的有效利用率越高，但零件的安全可靠性降低。 所以在实际应用时要根据具体情况考虑。 ppt课件18三、塑性指标 塑性的定义：材料在静载荷作用下产生塑性变形的能力。 常用指标： 断后伸长率、断面收缩率ppt课件191、断后伸长率 问题： 的大小与试样标距长度有关。同种材料5 10 ( l1- l0)= 100% l0ppt课件202、断面收缩率 的大小不受尺寸影响，比较确切地反映了材料的塑性。但测量精度相对较差。 ( s1-

5、 s0)= 100% s0ppt课件21物理意义： 反映了材料在拉伸条件下塑性变形的能力。工程意义： 塑性好的材料不仅便于加工（轧、锻、冲等），而且零件的安全性较高。ppt课件22讨论： 强度与塑性是一对矛盾。在实际选用时怎样考虑？自行车三角架起重机吊钩齿轮、轴工具（扳手、旋具）ppt课件23上堂课复习拉伸过程、屈服、颈缩现象拉伸试验：强度指标：s 、r0.2、 b 方法、试样力-伸长曲线：塑性指标： 、 、ppt课件24 拉伸试验是否适用于生产现场对零件进行质量检验？思考题： 不适应，多用于原材料质量检验和科研、试制过程中。 ？因为它是破坏性试验。 ？生产中需要其他力学性能试验方法。ppt课

6、件25第二节 硬 度衡量材料软硬程度的指标。定义：物理意义：与试验方法有关。ppt课件26常用硬度试验法：刻划法：里氏回跳法：肖氏压入法：布氏、洛氏、维氏 工业上应用广泛的是静载荷压入法硬度试验。ppt课件27一、布氏硬度1、试验方法简介hd/2/2F压头试样布氏硬度试验原理ppt课件28ppt课件29试验原理概述：方法：用一定直径的压头（球体），以相应试验力压入待测表面，保持规定时间卸载后，测量材料表面压痕直径，以此计算出硬度值。ppt课件30布氏硬度值：计算：用球面压痕单位面积上所承受的平均压力表示。符号：HBS（HBW）计算公式： 2F HBS=0.102 D(D-D2-d2) ppt课

7、件31讨论2：布氏硬度值的物理意义？讨论1：布氏硬度的计算很麻烦， 实际应用时怎么解决？ 布氏硬度值越高，材料抵抗硬物压入的能力越强，材料的硬度越高。查表，见实验指导书ppt课件32布氏硬度试验规范：压 头：材料与直径D试验力： F的大小N (kgf)试验力保持时间：t (s)详见表1-1 （P11）ppt课件331、首先根据被测材料的硬度范围选择压头的材料：对布氏硬度值450的材料： 选用淬火钢球压头对布氏硬度值450的材料： 选用硬质合金球压头ppt课件34讨论3：试验前怎样估计材料的 硬度范围？ 2、然后根据被测材料种类和厚度，按表1-1选定D、F和t。例：测量厚度为30mm的低碳钢试样

8、的布氏硬度。试验规范为：淬火钢球压头、D=10mm、F=29420N、t=10sppt课件35布氏硬度值的表示： 常用试验规范（ D=10mm、F=29420N、t=1015s）条件下测得的布氏硬度值： 275HBS 525HBW 其他条件下测得的布氏硬度值： 120HBS10/1000/30 550HBW5/75ppt课件36布氏硬度试验的特点：优点：测量误差小（因压痕大），数据稳定，重复性强。缺点：压痕面积较大，测量费时。应用：常用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料的硬度。不适于测量成品零件或薄件的硬度。ppt课件37二、洛氏硬度1、试验方法简介00112332h0hh1ppt课件

9、38. ppt课件39试验原理概述：方法：用锥顶角为120的金刚石圆锥或直径1.588mm的淬火钢球，以相应试验力压入待测表面，保持规定时间卸载后卸除主试验力，以测量的残余压痕深度增量来计算出硬度值。ppt课件40试验过程： 初试验力F1：1-1 压痕深度h0 主试验力F1：2-2 压痕深度h1 卸除主试验力，保留初试验力： 3-3 残余压痕深度增量hppt课件41洛氏硬度值：计算：用残余压痕深度增量来计算。符号：H R计算公式：H R=K-（ h/0.002)式中K=100（金刚石）或130（ 钢球)ppt课件42问题：残余压痕深度增量的测量是 非常困难的，实际应用时怎 么解决？实际测量时是

10、从表盘上直接读出洛氏硬度值的。ppt课件43洛氏硬度值的试验规范(标尺)： 见表1-2（ P12）HRC 2067 150kgf 金刚石HRB 20100 100kgf 淬火钢球HRA 2088 60kgf 金刚石洛氏硬度值的表示： 45HRC、65HRB、80HRAppt课件44洛氏硬度试验的特点：优点：测量操作简单，方便快捷，压痕小；测量范围大，能测较薄工件。缺点：测量精度较低，可比性差，不同标尺的硬度值不能比较。应用：是生产中应用最广泛的硬度试验方法，并可用于成品检验和薄件、表面硬度检验。不适于测量组织不均匀材料。ppt课件45三、维氏硬度1、试验方法简介 与布氏硬度试验原理基本相同。只

11、是压头改用了金刚石四棱锥体，试验力小但范围大（49.03N980.7N)，测量精度高，适用范围广。ppt课件46ppt课件47试验方法概述： 以一定的试验力将压头压入试样表面，保持规定时间卸载后，在试样表面留下一个四方锥形的压痕，测量压痕两对角线长度，以此计算出硬度值。ppt课件48维氏硬度值：计算：用压痕两对角线的平均长度来计算。符号：H V计算公式：H V=0 . 1891F/d2aadppt课件49维氏硬度值的表示： 与布氏硬度基本相同，在后面要标注试验条件试验力和保持时间（1015S不标）。 例：580HV30表示用30kgf (294.2N)试验力保持1015S测定的维氏硬度值为58

12、0。ppt课件50维氏硬度试验的特点：优点：适用范围广，从极软到极硬材料都可测量;测量精度高，可比性强；能测较薄工件。缺点：测量操作较麻烦，测量效率低，对试样表面质量要求高。应用：广泛用于科研单位和高校，以及薄件、表面硬度检验。不适于大批生产和测量组织不均匀材料。ppt课件51讨论1：三种常用硬度试验方法的 比较 讨论2：三种常用硬度值的比较ppt课件52下堂课内容：第三节 冲击吸收功第四节 疲劳强度请同学们认真预习！ppt课件53上堂课复习HRC、HRB、HRA布氏硬度：维氏硬度：洛氏硬度：HBS、HBWHVppt课件54 前述强度、塑性、硬度等力学性能均系材料在静载荷作用下表现的力学行为。

13、思考题：零件在实际工作中是否只 承受静载荷作用？ ？否！零件在实际工作中更多承受动载荷作用。ppt课件55 ？材料在动载荷作用下表现的力学行为是否相同？大小与方向随时间发生变明显化的载荷。 ？什么是动载荷？如：冲击载荷、交变载荷冲击载荷对零件的破坏性比静载荷要大得多。ppt课件56第三节 冲击吸收功材料抵抗冲击力作用的能力。冲击韧性定义：冲击韧性的表示：一般用冲击吸收功来表示。冲击吸收功的定义：材料在冲击力作用下折断时所吸收的功。ppt课件57冲击吸收功的测量：冲击试验一、夏比冲击试验1、试验原理简介 夏比冲击试验是将带有缺口的标准试样安放在试验机上的机架上，使试样的缺口位于两支座中间并背向摆

14、锤的冲击方向，如下图：ppt课件58mgmgh1h2ppt课件59 将一定质量m的摆锤提升到h1高度，此时摆锤具有位能mg h1；让摆锤自由落下冲断试样后升到h2高度，此时摆锤具有位能为mg h2。 显然，摆锤在冲断试样后损失的能量为：AKV（AKU）= mg h1- mg h2 （J）ppt课件60 AKV（AKU）就是试样在一次冲击试验作用下折断时所吸收的功，称为冲击吸收功。 实际测量时，冲击试样必须按国家标准制造，有夏比V型和U型缺口试样两种。 AKV（AKU）可从冲击试验机的刻度盘上直接读出。2、冲击吸收功ppt课件61讨论2：为什么AKV只是设计的参考指标？讨论1：冲击吸收功的工程意

15、义 因测量结果受试样形状、表面形态、内部组织的影响大，测量数据重复性差。 反映了材料抵抗冲击力而不破坏的能力。是评定材料力学性能的重要指标。是机械设计的参考指标。ppt课件623、韧脆转变温度 实践表明，同种材料的冲击吸收功与试验温度有关。 用同种材料在一系列不同的温度下进行冲击试验，可得到冲击吸收功与试验温度的关系曲线，称为冲击吸收功-温度关系曲线。ppt课件63上平台区下平台区过渡区韧脆转变温度AKVTOppt课件64讨论3：韧脆转变温度的工程意义 反映了有些材料在室温时并不显示脆性，但低温时可能发生脆断。韧脆转变温度是衡量材料冷脆倾向的重要指标。讨论4：韧脆转变温度高好、低好？ 韧脆转变

16、温度越低，材料的低温抗冲击性越好，不容易发生低温脆断。ppt课件65讨论4：韧脆转变温度应用举例 A、气温是变化的； B、机械产品的地域性。 车辆、桥梁、 输油管道、船舶ppt课件66二、多次冲击试验 实际生产中，零件经一次冲击即断裂的情况是极少的。多数零件是在小能量冲击条件下经受许多次(103)冲击后才断裂。这种冲击称为小能量多次冲击。 要测量材料在小能量多次冲击作用下的抗力，可采用小能量多次冲击试验。ppt课件67 试验时将多冲试样安放在试验机支座上，用小能量进行多次冲击，直到试样断裂，得出材料在一定冲击能量下，开始出现裂纹和最后断裂的冲击次数，以此作为多冲抗力。多冲试验方法：ppt课件6

17、8 研究表明：材料的冲击抗力是取决于强度和塑性的综合性能指标。讨论5：冲击抗力与强度、塑性的关系冲击抗力与强度、塑性的关系 大能量一次冲击时，冲击抗力主要取决于塑性。 小能量多次冲击时，冲击抗力主要取决于强度。ppt课件69第四节 疲劳极限 1、什么叫疲劳现象？一、疲劳现象 零件在循环应力的作用，即使工作时承受的应力低于材料的屈服点或规定残余伸长应力，在经受一定的应力循环后也会发生突然断裂，这种现象称为疲劳。ppt课件70 什么叫循环应力（载荷）？ 大小或方向随时间发生周期性变化应力（载荷），也称交变应力 。 2、疲劳断裂的破坏性 疲劳断裂都是突然发生的，断裂前没有明显的塑性变形，具有极大的危

18、险性 。 机械零件的断裂中，80%因疲劳引起，每年造成巨大损失。ppt课件71 3、疲劳断裂的过程 裂纹源扩散（截面逐步减小）最后突然脆断讨论：设计选材时怎样防止疲劳？ 需要一个能反映材料抵抗循环应力的力学性能指标。ppt课件72 1、定义二、疲劳极限 材料在循环应力作用下，经受无限次循环而不断裂的最大应力值称为疲劳极限。 疲劳极限用疲劳试验测量，通常在放置对称弯曲疲劳试验机上进行。通过试验得出疲劳曲线。ppt课件73 用一批试样在不同的循环应力下进行疲劳试验，直到试样断裂。记录下每个试样循环应力与试样断裂前循环次数N，最后绘出- N关系曲线，称为疲劳曲线。 2、疲劳曲线ppt课件74N-10

19、107疲劳曲线ppt课件75 由疲劳曲线可见，循环应力越低，则材料在断裂前循环次数N越大。 3、疲劳极限 当降低到某一定值 -1后 ，疲劳曲线与横坐标平行。表明当 -1时，材料经受无限有次循环也不会断裂。 -1就称为 疲劳极限。ppt课件76 不可能！因此，我们工程上定义：对钢铁材料，取N=107作为无限次；对非铁金属材料，取N=108作为无限次。讨论1：实际疲劳试验时是否可能进行疲劳试验时是否可能进行 无限次重复试验？无限次重复试验？ppt课件77 零件的疲劳极限受诸多因素影响：结构设计、表面粗糙度、表面应力状态等。讨论2：实际生产中怎样提高零件的 抗疲劳性能？ 因此，设计时应正确选材并避免

20、容易产生应力集中的结构；生产中降低零件表面粗糙度并进行表面热处理。ppt课件78本章小结 一、材料在静载作用下的力学性能 强度：s 、r0.2、 b 、 塑性： 硬度：HRC、HRB、HRA布氏：维氏：洛氏：HBS、HBWHVppt课件79二、材料在动载作用下的力学性能 冲击吸收功：AKV-1 疲劳极限：讨论：上述力学性能的实际应用？ 强度与塑性是设计与选材的主要依据；硬度是生产中检验力学性能的主要方法；冲击吸收功和疲劳极限对于承受动载的零件必须兼顾的力学性能。ppt课件80本章作业 P19 习题：14下堂课教学内容 第二章 金属的晶体结构与结晶ppt课件81下堂课教学内容：第二节 硬度 请同学们先预习