第1章金属材料的力学性能

测量和计算
Percent elongation= (final length-initial length)/initial length
伸长率δ=（拉断后长度-初始长度）/初始长度
Percent reduction in area = (initia area – final area)/initial area
是衡量材料产生弹性变形难易程度的指标, E称为弹性模量 ,是衡量材料产生弹性变形难易程度的指标,通常又 称为刚度 刚度， 称为刚度，单位 MPa 。
ε
载荷在F 伸长量与载荷已不再成正比关系， 载荷在Fp-Fe间：伸长量与载荷已不再成正比关系，但若 卸除载荷，试样仍然恢复到原来的尺寸， 卸除载荷，试样仍然恢复到原来的尺寸，故仍处于弹性 变形阶段。 变形阶段。
0. 2% offset
0 .2%偏移
Engineering stress-strain curve
（工程）应力-应变 曲线
Plastical range: (塑性变形范围)
拉伸应力 大于屈服强度бs时
ultimate tensile strength:
抗拉强度бb / (最大拉伸强度)
curve drops off because the cross-sectional area reduces significantly during necking:
弹性极限
Fe σe = Ao
比例极限
σp =
Fp Ao
弹性变形条件下，弹性模量的作用。 图2-11 弹性变形条件下，弹性模量的作用。 所有构件具有相等的长度和横截面积。 所有构件具有相等的长度和横截面积。
金属材料的力学性能
屈服强度σ 屈服强度σs
-- 强度、塑性 强度、
金属材料开始产生屈服现象时的最低应力， 金属材料开始产生屈服现象时的最低应力， 金属材料开始发生明显塑性变形的抗力 抗力。 即金属材料开始发生明显塑性变形的抗力。
力学性能— 是指金属材料在外力作用时表现出来的性能。 是指金属材料在外力作用时表现出来的性能。
外力形式：拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转等。 外力形式：拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转等。 静载荷、冲击载荷、 静载荷、冲击载荷、交变载荷等。 强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等 指标：强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。
（工程）应力-应变 曲线
Plastical range: (塑性变形范围)
拉伸应力 大于屈服强度бs时 elastic limit (true yield point)
弹性极限（真实屈服点）
engineering yield strength (0.2% offset:)
(工程)屈服强度бs （0 .2%偏移）
机械制造基础
上海第二工业大学 机电工程学院09数控 机电工程学院 数控
2010年10月 2010年10月
（工程材料部分）复习资料 工程材料部分）
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工具书： 英汉科学技术词典” 工具书：“英汉科学技术词典”， 清华大学编写，国防工业出版社。 清华大学编写，国防工业出版社。
(圆柱形试样，或 板状试样)； (两点标记)
tensile tester
拉伸试验机
cross-head moves vertically pulling the test specimen
(十字滑块拉住试样向上垂直移动 );
extension gage Force transducer
(伸长量测量计)； (力传感器)
金属材料的力学性能
-- 强度、塑性 强度、
抗拉强度σb （强度极限） 抗拉强度σ 强度极限） 金属材料在断裂前所能承受的最大应力， 金属材料在断裂前所能承受的最大应力，是材料抵抗外力 而不致断裂的极限应力值。
Fb σb = AO
MPa） （MPa）
脆性材料： 脆性材料：σb=σs 灰口铸铁
折叠后变形明显减小
断面收缩率Ψ =（初始横截面积-拉断后最小横截面积）/初始横截面积
力学(机械)性能、物理性能、化学性能。 如：力学(机械)性能、物理性能、化学性能。
工艺性能：是指制造工艺过程中材料适应加工的性能。 工艺性能：是指制造工艺过程中材料适应加工的性能。 制造工艺过程中材料适应加工的性能
铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削性能、热处理工艺性。 如：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削性能、热处理工艺性。
金属材料的塑性好坏， 金属材料的塑性好坏，对零件的加工和使 用有重要影响。 用有重要影响。塑性好的材料不仅能较容易 进行锻压、轧制，而且在使用时万一超载， 进行锻压、轧制，而且在使用时万一超载， 由于塑性变形，能避免突然断裂。 由于塑性变形，能避免突然断裂。
测量和计算
Once the sample fractures,two measurements are made: (当试样拉断以后，要做两个测量)： The fractured sample is reassembled as best as possible and the final length of the gage area is measured . (尽可能仔细地把试样拼合在一起，测量 出标距范围内的最终长度.) The final diameter of the necked down portion of the sample is also measured. （还要测量试样缩颈处的最终直径）
明显的塑性变形
断裂
force-deflection curve（拉伸力-伸长量曲线） 伸长量曲线） 力 伸长量曲线
纵坐标：tensile load, Ft (拉伸载荷)
横坐标： extension，δ
（伸长量）
Elestical range （弹性变形范围） Plastical range: （塑性变形范围）
FS σS = AO
ε （MPa） MPa）
工业上使用的某些金属材料， 工业上使用的某些金属材料，如 高碳钢、铸铁等， 高碳钢、铸铁等，在拉伸试验中不出 现明显的屈服现象。 现明显的屈服现象。国标规定以试样 塑性变形量为试样标距长度的0.2% 0.2%时 塑性变形量为试样标距长度的0.2%时, 材料承受的应力称为： 材料承受的应力称为： “条件屈服强度”,并以符号σ0.2表示。 条件屈服强度” 并以符号σ 表示。
金属材料的力学性能
-- 强度、塑性 强度、
指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。 强度指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。 抗拉强度σ 抗压σ 抗弯σ 抗剪τ 抗扭τ 抗拉强度σb、抗压σbc、抗弯σbb、抗剪τb、抗扭τt。
标准拉伸试样: 标准拉伸试样:L0=5d0或L0=10d0
2
Plastic deformation
Permanent increase in length
塑性变形
长度永久性变长
The poit at which the deformation of the material trasitions from elastic deformation to plastic deformation is referred to as the elastic limit or yield point (屈服强度бs ）. 屈服强度 the stress at this peak load is called the ultimate tensile stength(抗拉强度бb) .
（工程）应力-应变 曲线
Elestical range: (弹性变形范围)
Hooke`s law ： б=Eε
式中E——the elastic modulus (弹性模量).
E= ∆sress/ ∆srain
Engineering stress-strain curve
（工程）应力-应变 曲线
Elestical range: (弹性变形范围)
2.0
Fb Fe Fp Fs
弹性变形
1.5
Load / KN
屈服阶段
1.0
缩颈阶段
0.5
试样断裂
0.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
退火低碳钢拉伸曲线 Distance/ mm
金属材料的力学性能
单位: 单位 MPa
-- 强度、塑性 强度、
令: σ = F AO
（单位
Mpa） Mpa）
∆L ε= LO
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Engineering stress-strain curve
（工程）应力-应变 曲线
横坐标：
Tensile strain:
（拉伸）应变
εt =δ/Lo
纵坐标: 拉伸应力) Tensile stress: (拉伸应力 бt 拉伸应力
бt=F/Ao
Engineering stress-strain curve
Tensile test
拉伸试验 Figure 2-12 Typical universal testing machine
图2-12 典型的万能拉伸机
Tensile sample
(拉伸试样 拉伸试样) 拉伸试样
Cylingdrical rod ,or flat plate Tow fiducial marks (gage marks)