金属材料的力学性能PPT课件

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金属材料力学性能

第一章金属材料力学性能

金属材料的使用性能包括物理性能、化学性能、工艺性能和力学性能，对于工程材料来说，其中最重要的是力学性能。

金属材料的力学性能是指金属在外加载荷(外力或能量)作用下或载荷与环境因素(温度、介质和加载速率)联合作用下所表现的行为。由于载荷施加的方式多种多样，而环境、介质的变化又十分复杂，所以金属在这些条件下所表现的行为就会大不相同，致使金属材料力学性能所研究的内容非常广泛，它已发展成为介于金属学和材料力学之间的一门边缘学科。

金属材料的力学性能包括强度、硬度、塑性和韧性等性能。因为金属构件的承载条件一般用各种力学参量(如应力、应变和冲击能量等)来表示，因此，人们便将表征金属材料力学行为的力学参量的临界值或规定值称为金属材料力学性能指标，如强度指标、塑性指标、韧性指标等等。本章将在介绍金属材料力学性能基本知识的基础上着重介绍这些性能指标的物理概念及实用意义。

第一节拉伸曲线和应力应变曲线

拉伸试验是工业上最广泛使用的力学性能试验方法之一。试验时在拉伸机上对圆柱试样或板状试样两端缓慢地施加载荷，使试样受轴向拉力沿轴向伸长，一般进行到拉断为止。

一般试验机都带有自动汜录装置，可把作用在试样上的力和所引起的试样伸长自动记录下来，绘出载荷—伸长曲线，称拉伸曲线或拉伸图。

图1—1为退火低碳钢拉伸曲线示意图。曲线的纵坐标为载荷(P)，横坐标是绝对伸长(△L)，由图可见，载荷比较小时，试样伸长随载荷增加成正比例增加，保持直线关系。载荷超过户。后，拉伸曲线开始偏离直线。载荷在Pe以下阶段，试样在加载时发生变形，卸载后变形能完全恢复，该阶段为弹性变形阶段。当载荷超过户。后，试样在继续产生弹性变形的同时，将产生塑性变形，进入弹塑性变形阶段。此时，若在载荷P

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作用下试样的变形为dc，则弹性变形和塑性变形分别为ab和bc(如图1—2所示)。若卸载，弹性变形ab将恢复，塑性变形6c被保留，使试样的伸长只能部分地恢复，而保留一部分残余变形OD。当载荷达到尸。时，在拉伸曲线上出现锯齿或平台。即载荷虽然保持不变或发生波动，而试样继续伸长(变形量继续增加)，这种现象称为屈服。由于在弹塑性变形阶段有塑性变形的产生，因此试样要继续变形，就必须不断增加载荷。随着塑性变形增大，载荷升高。当到最大载荷户b时，试样的某一部位横截面开始缩小，出现了颈缩。随着伸长量的增加，试样的变形主要集中在颈缩处而使试样的颈缩越来越明显。由于颈缩处试样截面急剧缩小，继续变形所需的载荷下降。载荷达尸k时，试样产生断裂。

金属材料的力学性能教案

1 金属材料的力学性能

（第一课时）

潘甜

教学内容：金属材料力学性能的概念、力学性能指标及测定方法

教学目标：

1、掌握金属材料力学性能的基本概念。

2、理解金属材料的各种力学性能指标的表达方式及测定方法。

教学重点：

1、材料的力学性能的概念。

2、强度、塑性指标的概念及测量方法。

教学难点：对材料的应力-应变曲线各阶段进行分析得出材料的力学性能指标

教学过程：

一、导入

前面我们已经学习了工程材料的种类及成形，材料的种类繁多，用途甚广，但不同的材料性能各异，掌握各种材料的性能对材料的选择、加工及应用具有重要作用。金属材料是目前应用最广泛的工程材料，我们首先了解金属材料的性能，而金属材料的力学性能指标是选择、使用金属材料的重要依据，所以，我们重点学习金属材料的力学性能的概念及性能指标。

二、授课内容

1、金属材料的力学性能

2 金属材料的性能可分为使用性能和工艺性能两大类。使用性能指材料在使用过程中所表现出来的性能，包括力学性能、物理性能和化学性能。工艺性能指材料在被加工过程中适应各种冷热加工的性能，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能等。

材料的力学性能指材料在常温、静载作用下受外力作用（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）表现出来的宏观力学特性（变形或断裂）。材料的力学性能主要有刚度、强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度等。这些力学性能需采用标准试样在材料试验机上按照规定的试验方法和程序测定。

2、低碳钢拉伸应力-应变曲线

低碳钢拉伸的应力-应变曲线是说明材料力学性能的最明显的示例。如图1所示，有一低碳钢圆柱标准试样，在拉伸试验机上对试样轴向施加静拉力𝐹，使试样产生变形直至断裂，可测出试样的拉伸力与伸长量的𝐹−∆𝐿拉伸曲线图。为消除试件尺寸对材料性能的影响，定义应力σ=𝐹𝐴（单位面积上的拉力），应变ε=∆𝐿𝐿（单位长度的伸长量）代替𝐹和∆𝐿，得到应力-应变曲线，如图2所示，对应力-应变曲线进行分析：

金属材料的力学性能(表)

表2—3 常用力学性能指标及其含义

力学

性能性能指标含义

符号名称旧标符号单位

强度 Rm 抗拉强度 σb

MPa 试样拉断前所能承受的最大应力

Rel 下屈服强度 σs 发生塑性变形而力不增加时的应力点

Rp0.2 规定非比例延伸强度 σ0.2 规定非比例延伸率为0.2％时的应力

塑性 A（A11.3）断后伸长率 δs (δ)

—— 断后标距的伸长量与原始标距之比的百分率

Z 断面收缩率 ψ 断后试样的最大收缩量与原始横截面积之比的百分率

硬度 HBW 布氏硬度 HBW、HBS MPa 球形压痕单位面积上所受的平均压力

（A、B、C）洛氏硬度

（A、B、C标尺） HR

（A、B、C） —— 用洛氏硬度相应标尺刻度满程与压痕深度之差计算的硬度值

HV 维氏硬度 HV MPa 正四棱锥压痕单位面积上所受的平均压力

冲击吸收能量 K 冲击韧度 ak J 试验时冲击试样所吸收的能量

疲劳

强度 R-1 疲劳极限 σ-1 MPa 试样承受无数次（或给定次数）对称循环应力仍不断裂的最大应力