第1章金属材料的优秀课件

F
弹 性 变 形
塑性变形:外力 去除后不能消失 的变形
塑
b
性 屈服
变
形
s
e
O
Fs Fb
缩颈
断裂
k
L
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
试件从拉伸到断裂经过 的4个阶段
• 1、弹性变形阶段（试件变形随载荷的作用而产生，随
载荷的去除而消失。在弹性阶段中，应力与应变成正比，
呈线性关系，这种关系称胡克定理。当载荷超过FP 时材料
（1）弹性极限
• 即金属材料不产生塑性变形时所能承受的最
大应力。拉伸曲线e点对应的应力σe为弹性极限：
σe= Fe / S0
式中 σe ——弹性极限（MPa）； F e ——试样产生完全弹性变形时的最大载荷
（N）； S0 ——试样原始横截面积（mm 2）。
MPa与Pa的换算
• 我国法定压力单位为帕斯卡（简称帕）， 符号为Pa,1Pa =1N/m2。由于Pa太小，工 程上常用其倍数单位MPa（兆帕）来表示。 1兆帕(MPa)＝1000000帕(Pa) 。Mpa,也是 压强单位，读作兆帕，也就是百万（M）帕 斯卡（Pa）。1MPa＝1000000Pa＝1.00牛 ／平方毫米＝（1／9.8=0.102）千克力／ 平方毫米 。
伸长率
压缩率
塑性
断面收缩率
（1）伸长率
• 即试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。
δ=(L1 - L0)/ L0 ×100%
式中
δ——伸长率（%）；
L1——试样拉断后标距（mm)； L0 ——试样原始标距（mm)。
（2）断面收缩率
•
即试样拉断后，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ颈处横截面积的最大缩减量与原
始的横截面积的百分比。
件局部变细形成颈缩现象）
• 4、缩颈与断裂阶段（由于颈缩，局部截面将迅速减小，
拉力开始下降，直至k点试件断裂。Fb 是试件拉断前能承
受的最大载荷，称为极限载荷）
1、强度指标
• 金属材料的强度是用应力来表示的，即材 料承受载荷后内部产生一个与载荷相平衡 的内力，我们将单位面积上的内力称应力， 用σ表示。为了保证机械零件的正常工作， 我们必须知道金属材料的强度指标，它通 常是指金属材料的弹性极限、屈服点和抗 拉强度。（这些参数可以计算，也可以查 阅相关技术资料）
一、 强度与塑性
• 1、 强度 强度是指金属材料在静荷作用下抵抗永 久变形和断裂 的能力。由于载荷的作用方式有拉 伸、压缩、弯曲、剪切等形式，所以强度也分为 抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。 各种强度间常有一定的联系，使用中一般以抗拉 强度作为最基本的强度指标。
• 2、 塑性 塑性是指金属材料在载荷作用下发生不 可逆变形的能力，也就是金属材料在断裂前发生 塑性变形的能力。衡量金属材料塑性能力的指标 是延伸率和断面收缩率。
1.1 金属材料的力学性能
• 金属材料的力学性能是指金属材料在不同的环境 因素（温度、介质）下，承受外加载荷作用时所 表现的性能，这种性能通常表现为变形和断裂。 因此，金属材料的力学性能可以理解为金属材料 抵抗外加载荷引起的变形和断裂的能力，也称为 金属材料的机械性能。金属材料的机械性能是零 件的设计和选材时的主要依据。外加载荷性质不 同（例如拉伸、压缩、剪切、扭转和弯曲等）， 对金属材料要求的机械性能也将不同。常用的机 械性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多 次冲击抗力和疲劳极限等。下面将分别讨论各种 机械性能。
第1章金属材料的
第1章 金属材料的性能
• 金属材料的性能一般分为工艺性能和使用性 能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制造 过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表 现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏，决定 了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加 工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造 性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工 性等。所谓使用性能是指机械零件在使用条件下， 金属材料表现出来的性能，它包括机械性能、物 理性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏， 决定了它的使用范围与使用寿命。
还将产生微量的塑性变形，它不能随载荷去除而消失）
• 2、屈服变形阶段（当载荷增加到FS 时保持不变，试件
的变形继续增加，这种现象称为材料的屈服。这时在拉伸 曲线上出现锯齿形水平线段）
• 3、冷变形强化阶段（材料过屈服阶段后，又重新出现
了抵抗变形的能力。这时继续增加应力，应变也增加，但
已不成正比关系不再服从虎克定律，到达最高点b时，试
（2）屈服点 屈服点：即试样在拉伸过程中力不增加 （保持恒定）仍能继续伸长（变形）时的 应力。在拉伸曲线上s点对应的应力为屈服 点。
σs=Fs / S0
式中 σs——屈服点（ MPa ）； Fs——试样开始产生屈服现象时
的载荷（N）； S0——试样原始横截面积，（ mm 2）。
条件屈服强度
高碳钢、铸铁等脆性材料在拉伸图中没 有明显的水平阶段（即屈服现象），也不 产生颈缩，而直接被拉断。为了衡量这些 材料的屈服特性,规定产生永久残余变形等 于一定值(一般为原长度的0.2%)时的应力, 称为条件屈服强度或简称屈服强度，用符
号σ0.2表示。
• 计算公式:
σ = 0.2
F0.2 S0
（3） 抗拉强度（强度极限）:材料承受最大载荷时
的应力。用σb表示。
计算公式:
σb=
Fb S0
应用：制作机械零件和工 程构件时的选材和设计的依据 。
2、塑性指标
• 即断裂前材料发生不可逆永久变形的能力，称塑
性。塑性是金属材料的主要力学性能指标。 • 衡量塑性的依据是伸长率和断面收缩率。
金属材料的强度与塑性指标一般是在材料试 验机上通过拉伸试验测得
液压式万能材料试验机
拉伸试样的形状通 常有圆形和板状两 种类。在国家标准
GB6397—1986 《金属拉伸试样》 中，对试样的形状、 尺寸及加工要求均 有明确规定。
长试样：L0=10d0 , 短试样：L0=5d0
拉伸曲线
低碳钢力-伸长曲线
Ψ=（S0-S1）/S0×100%
式中 Ψ——断面收缩率（%）； S1——试样的原始截面积（ mm2） S0——试样拉断后缩颈处的最小横截面积（mm2 )
• 材料的塑性指标对机械零件的加工 和使用具有重要意义。金属材料的 延伸率和断面收缩率数值越大，表 示材料的塑性越好。
二、硬度（Hardnss、代号H）