1、金屬力學(xué)性能,許曉嫦講授,緒論,一 材料的性能（使用性能） 1.物理性能 2.化學(xué)性能 3.工藝性能 4.力學(xué)性能- -金屬在力的作用下所顯示與彈性和非彈性反應(yīng)相關(guān)或涉及應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的性能（GB10623-89 金屬力學(xué)性能試驗(yàn)術(shù)語）,二 失效現(xiàn)象 如：過量彈性變形；過量塑性變形；斷裂和磨損等。 因此金屬材料的力學(xué)性能可以簡單地理解為：金屬抵抗外加載荷（外力）引起的變形和斷裂的能力或金屬材料的失效抗力。 由于機(jī)件的承載條件一般用各種力學(xué)參量（如應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)力場強(qiáng)度因子）表示，因此人們將表征金屬材料力學(xué)行為的力學(xué)參量的臨界值或規(guī)定值稱為金屬力學(xué)性能指標(biāo)或判據(jù)（如強(qiáng)度指標(biāo)、塑性指標(biāo)、韌性指標(biāo)等

2、）。,金屬力學(xué)性能指標(biāo)具體值的高低，表示金屬抵抗變形的斷裂能力的大小，是評定金屬材料質(zhì)量的主要依據(jù)，也是金屬機(jī)件設(shè)計(jì)時(shí)選材時(shí)和進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的主要依據(jù)。 各種力學(xué)性能指標(biāo)需通過實(shí)驗(yàn)來測定。,本課程的主要內(nèi)容： 1.金屬力學(xué)性能指標(biāo)的本質(zhì)、物理概念、實(shí)用意義，以及各種力學(xué)性能指標(biāo)間的相互關(guān)系。 2.影響金屬力學(xué)性能的因素，提高金屬力學(xué)性能的方向和途徑。 3.金屬力學(xué)性能指標(biāo)的測試技術(shù)。,第一章 金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué) 性能 試驗(yàn)方法的特點(diǎn)：溫度、應(yīng)力狀態(tài)、和加載速率是確定的，并常用標(biāo)準(zhǔn)的光滑圓柱體試樣進(jìn)行試驗(yàn)。 第一節(jié) 力伸長曲線和應(yīng)力應(yīng)變曲線 力伸長曲線是拉伸試驗(yàn)中記錄的拉伸力對伸長的關(guān)

3、系曲線 如退火低碳鋼拉伸力伸長曲線,將力伸長曲線的縱、橫坐標(biāo)分別用拉伸試樣的原始截面積和原始標(biāo)距長度去除，則得到應(yīng)力應(yīng)變曲線。（稱工程應(yīng)力應(yīng)變曲線?？山⒔饘俨牧显陟o拉伸條件下的力學(xué)性能指標(biāo)。,說明：符號已變更. 舊，新R, 舊,新A 。,第二節(jié) 彈性變形 一 彈性變形及其實(shí)質(zhì) 一種可逆性變形。在加載和卸載期內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變之間都保持單值線性關(guān)系。（一般不超過0.5%-1.0%）。 二 彈性模量 在彈性變形階段，大多數(shù)金屬的應(yīng)力-應(yīng)變之間符合虎克定律，如拉伸時(shí)=E，剪切時(shí) =(E和分別為拉伸模量和切變模量）由此可知，當(dāng)應(yīng)變?yōu)橐粋€(gè)單位時(shí)，彈性模量等于彈性應(yīng)力，即彈性模量是產(chǎn)生100%彈性變形所需的

4、應(yīng)力。工程上彈性模量被稱為材料的剛度，表征材料對彈性變形的抗力。其值愈大，則在相同應(yīng)力下產(chǎn)生的彈性變形愈小。,三 比例極限,P， -新RP,P 新RP是應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系的最大應(yīng)力 即在拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線上開始偏離直線 時(shí)的應(yīng)力。 四 彈性極限e新Re e 新Re是材料由彈性變形過渡到彈塑性變形時(shí)的應(yīng)力。,RP ，Re的實(shí)際意義：對于要求在服役時(shí)其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系維持嚴(yán)格直線關(guān)系的機(jī)件，如測力計(jì)彈簧是依靠彈性變形的應(yīng)力正比于應(yīng)變的關(guān)系顯示載荷大小的，則材料選擇時(shí)以比例極限為依據(jù)。服役條件是不允許產(chǎn)生微量塑性變形的機(jī)件，則材料選擇時(shí)以彈性極限為依據(jù)。,第三節(jié) 塑性變形 一、 塑性變形方式及特點(diǎn)

5、1.方式：滑移與孿生 2.特點(diǎn)： （1）各晶粒變形的不同時(shí)性和不均勻性 （2）各晶粒變形時(shí)的相互協(xié)調(diào)性 二、屈服現(xiàn)象和屈服點(diǎn)（屈服強(qiáng)度） 1.現(xiàn)象：外力不增加（或保持恒定、增至某一值后突然下降）試樣仍能繼續(xù)伸長。,2.屈服點(diǎn)：舊s，新 （不標(biāo)） （1）上屈服點(diǎn): 舊su，新ReH （2）下屈服點(diǎn): 舊sL，新ReL （3）屈服伸長：舊，新A （4）屈服平臺: （5）呂德斯帶（或屈服線） 外力從上屈服點(diǎn)下降到下屈服點(diǎn)時(shí)，在試樣局部區(qū)域開始形成與拉伸軸約成45度的條帶。,三、屈服強(qiáng)度 （1）規(guī)定非比例伸長應(yīng)力RP0.01、 RP0.05、 R0.02 （2）規(guī)定殘余伸長應(yīng)力Rp0.2 一般將R0.

6、01 （0.01）稱為條件比例極限， 0.2稱為屈服強(qiáng)度(Rp0.2) 四、縮頸現(xiàn)象 五、抗拉強(qiáng)度b, 新Rm 標(biāo)志塑性金屬材料的實(shí)際承載能力。（與硬度、疲勞強(qiáng)度等之間有一定的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系）。,六、塑性 塑性是指金屬材料斷裂前發(fā)生塑性變形的能力。（均勻塑性變形+集中塑性變形） 塑性指標(biāo)： 1.斷后伸長率： 為了使同一材料制成的不同尺寸拉伸試樣得到相同的值，要求00=K（常數(shù)）通常K為5.65，11.3（特殊情況下可取2.82，4.52，9.04），對于圓柱形試樣，相應(yīng)的尺寸為0=5d0或0=10d0 （比例試樣的短試樣和長試樣5 10 ） 新A,5 ,新A11.3, 10,(新A）=1-00100

7、%,2.斷后收縮率： （新Z) =A0-A1 A0 100% 如果 ，金屬拉伸形成縮頸，且差值越大，縮頸越嚴(yán)重。 =或 則金屬材料不形成縮頸。 3、塑性的意義： （1）塑性指標(biāo)是安全力學(xué)性能指標(biāo)。 （2）冷熱加工及機(jī)器裝配、修復(fù)需要。 （3）可評定材料質(zhì)量。,第四節(jié) 金屬的斷裂 一、斷裂的類型 變形、磨損、腐蝕和斷裂是機(jī)件的主要失效形式。 1.韌性斷裂與脆性斷裂： 韌性斷裂前有明顯的塑性宏觀變形（有一個(gè)緩慢的撕裂過程，在此過程中不斷消耗能量。其斷裂面一般平行于最大切應(yīng)力并與主應(yīng)力成45角。斷口呈纖維狀，灰暗色）。 脆性斷裂前無明顯的塑性宏觀變形。,2.斷口特征三要素：纖維區(qū)、放射區(qū)與剪切唇。,3.穿晶斷裂與沿晶斷裂： 穿晶斷裂的裂紋穿過晶內(nèi)，沿晶斷裂的裂紋沿晶界擴(kuò)展。從宏觀上看穿晶斷裂可以是韌性斷裂（如室溫下