金属的力学性能

金属的力学性能定义: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:强度、硬度、塑性、冲击韧性、弹性、刚度、断裂韧度和疲劳强度等。其它性能：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，即化学稳定性；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。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拉伸试样2.拉伸过程夹具拉伸试验机颈缩OA’段：正比例弹性变形阶段；A’A段：非比例弹性变形阶段；AB段：微量塑变阶段（外力去除后残留的永久变形）BC段：屈服现象CD段：均匀塑性变形阶段，是加工硬化阶段。D点：形成了“缩颈”。DE段：非均匀塑性变形阶段，承载下降，到E点断裂。3.拉伸曲线退火低碳钢低、中回火钢淬火钢及铸铁中碳调质钢4.不同材料的拉伸曲线二、力学性能指标应力：σ=F/S0;应变：ε＝Δl/l0=(l-l0)/l01.强度定义：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。（1）抗拉强度（强度极限）：材料断裂前承受的最大应力，σb→Rm（新标准）（2）屈服点（屈服强度）：产生屈服现象时对应的应力，σs或σ0.2→R0.2（新标准），反应材料抵抗永久变形的能力。2.塑性定义：材料受力破坏前承受最大塑性变形的能力，指标如下：（1）延伸率（伸长率）：拉断后残余伸长与原标距比值，δ=(lf-l0)/l0（2）断面收缩率：拉断后，断口最小截面积的减少量与原截面积的比值，ψ=(S0-Sf)/S0Δ↑，ψ↑→塑性↑3.冲击韧性定义：材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力；本质上是材料从变形到断裂整个过程所吸收的能量，即冲击功Ak。单位面积上的冲击功即为冲击韧性，用ak表示。冲击试验机冲击试样和冲击试验示意图韧脆转变温度：在某温度范围内，ak值发生急剧下降的现象。→低应力脆断4.硬度定义：材料抵抗局部塑性变形的能力，或者是抵抗更硬物体压入的能力。（1）布氏硬度HB：淬火钢球或硬质合金球压头，测压痕平均直径d，查表。优点：测量误差小；缺点：压痕大，不用于薄件和成品件。(2)洛氏硬度HR（A,B,C）金刚石圆锥体或淬火钢球压头，初载荷＋主载荷，测深度h0、h1分别为加初载荷和卸除主载荷的深度，然后换算HR=(K-h)/0.002，现在的设备直接度数。优点：操作简便，压痕小，适用范围广；缺点：测量数据离散。h1-h0洛氏硬度测试示意图计(3)维氏硬度HV正四棱锥金刚石压头，测压痕对角线长度d，查表。优点：可测量极软到极硬的材料，特别适合于测量表面硬化层硬度。5.疲劳强度（疲劳极限）交变载荷：大小或方向随时间而变化的载荷。→材料在远低于其屈服强度的应力下发生断裂，此现象称为疲劳。疲劳强度：材料经过无数次应力循环后仍不发生断裂时的最大应力。1943年美国T-2油轮发生断裂6.断裂韧度KIC材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。应力场强度因子KI=Y·σ√aa－裂纹半长；当KI≥KIC,裂纹失稳扩展。这个临界值KIC即为断裂韧度。断裂韧度低，会导致材料在远低于σb的情况下发生断裂。