金属材料的力学性能简介

弹性变形: 随载荷撤除而消失的变形。 E=σ / ε
2.刚度：将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。 弹性模量：弹性下应力与应变的比值,表示材料抵
抗弹性变形的能力。即：
E=σ / ε 材料的E越大，刚度越大； E对组织不敏感； 零件的刚度主要决定于E，也与形状、截面等有
关。
《工程材料与热加工基础》——程晓宇
《工程材料与热加工基础》
第一章 金属的力学性能
机械工程系 金工教研室
《工程材料与热加工基础》——程晓宇
第一章 金属的力学性能
• 教学目标: • １．了解材料的主要力学性能指标：屈服强度、
抗拉强度、伸长率、断面收缩率、硬度、冲击韧 性、疲劳强度、断裂韧性等力学性能及其测试原 理； • ２．强调各种力学性能指标的生产实际意义； • ３．了解工程材料的物理性能、化学性能及工艺 性能。
S0 - S 1 ψ = ——-—× 100%
S0
•(2)伸长率:是指试样拉断后的标距伸长量Δ L 与原
始标距L 0之比。 l 1 - l0
δ = ——-—× 100%
l0
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• 思考:同一材料δ5 ＞ δ10？
• Δl=Δlu＋Δｌb • δ= Δl/l0=Δlu/l0 + Δlb/l0
的重要指标之一。
σe σs σb
Fb
σb =
S0
试样断裂前的最大载荷(N) ( M Pa ) 试样原始横截面积( mm2)
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三、塑性:
是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。
• (1)断面收缩率: 是指试样拉断处横截面积的收缩
量Δ S与原始横截面积S0之比。
e
σe
3.弹性极限: Fe
σe = S0
弹性极限载荷( N ) ( M pa )
试样原始横截面积( mm2)
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4.强度: 材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力。
种类: 抗拉强度、 抗压强度、 抗弯 强 度 、 抗剪强度 、 抗扭强度等。
(1) 屈服点 与屈服强度:
拉伸试样
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第一节 强度和塑性
• 2.拉伸过程
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拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
拉伸试验机
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F
b
• op段：比例弹性变形阶段；
es
k • pe段：非比例弹性变形阶段；
p
Fb
Fe Fs
• 平台或锯齿（s段）：屈服阶段；
材料的其他性能
• 物理性能：
密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、 磁性等；
• 化学性能：
耐腐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等；
• 工艺性能：
铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工 性、热处理工艺性等。
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第一节 强度和塑性
• 一、拉伸实验与拉伸曲线
1.拉伸试样
GB6397-86规定《金属拉伸试样》有： 圆形、矩形、异型及全截面． 常用标准圆截面试样。 长试样：L0=10d0; 短试样：L0=5d0
原始长度( mm)
• (3)应力－应变曲线（ σ- ε曲线）:
• 形状和拉伸曲线相同，单位不同
σe σs σb
ε
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• 5.不同材料的拉伸曲线
退火低碳钢
中碳调质钢
淬火钢及铸铁
低、中回火钢
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F
S0
二、强度和刚度
1.弹性:金属材料受外力作用时产生变 形,当外力去掉后能恢复到原来形状及 尺寸的性能。
• sb段：均匀塑性变形阶段，是 强化阶段。
Fp
• b点：形成了“缩颈”。
o
g
Δl u Δl b
Δl
• bk段：非均匀变形阶段，承载 Δl 下降，到k点断裂。
f • 断裂总伸长为Of，其中塑形变 形Og(试样断后测得的伸长)，
弹性伸长gf。
3.拉伸曲线
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4.应力与应变曲线
• 解： • δ５=[（71-50）/50]x100%=42% • S0=3.14x(10/2)2=78.5(mm2) • S1=3.14x(4.9/2)2=18.85(mm2) • Ψ=[(S0-S1)/S0]x100%=24%
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金属的力学性能
定义 :
金属材料的力学性能是指金属材料在不同 环境（温度、介质）下，承受各种外加载荷 （拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力 等）时所表现出的力学特征。
指标 :
弹性 、刚度、强度、塑性 、 硬度、冲击 韧性 、断裂韧度和疲劳强度等。
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δ < 2 ~ 5% δ ≈ 5 ~ 10% δ > 10%
属脆性材科 属韧性材料 属塑性材料
σ
σe σs σb
E
ε
δu δb δ
塑性指标不直接用于计算，但任何零件都需要一定塑性。 防止过载断裂；塑性变形可以缓解应力集中、削减应力峰值。
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练习题一
• 拉力试样的原标距长度为50mm，直径为10mm，经拉 力试验后，将已断裂的试样对接起来测量，若最后的 标距长度为71mm，颈缩区的最小直径为4.9mm，试 求该材料的伸长率和断面收缩率的值？
• (1)应力σ ：单位面积上试样承受的载荷。这里用试样承受的载
荷除以试样的原始横截面积S 0表示:
•
F
载荷( N )
•
σ= —— ( M pa )
•
S0
原始横截面积( mm2)
• (2)应变ε：单位长度的伸长量。这里用试样的伸长量除以试样
的原始标距表示:
•
Δl
伸长量(mm )
σ
• ε = ——
•
l0
σ0.2：试样产生残余塑性变形0.2%时的应力
试样产生0.2%残余塑性变形
屈服点 σs 、屈服强度σ0.2是零件设计的主要依据； 也是评定金属强度的重要指标之一。
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(2)抗拉强度：试样在断裂前所能承受的最大应力。
• 它表示材料抵抗断裂的能力。 • 是零件设计的重要依据；也是评定金属强度
产生明显塑性变形的最低应力值.
σs
Fs
σs =
S0
试样屈服时的载荷( N ) ( M Pa )
试样原始横截面积( mm2)
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屈服强度( 塑性变形量为0.2%，微量塑性变形)
F0.2
= σ0.2
试样产生0.2%残余塑性变 形时的载荷(N)
( M Pa )
S0
试样原始横截面( mm2)