机械工程材料——金属材料的力学性能

包含金属在不同环境因素下，承受外加载荷作用所表现的行为、强度、刚度、弹性和塑性、疲劳（疲劳断裂）等。

金属材料的力学性能

• 概念
  • 金属在不同环境因素下，承受外加载荷作用所表现的行为
    • 表现：金属的变形和断裂
• 强度、刚度、弹性和塑性
  • 测定方法：金属材料室温拉伸性能试验
  • 刚度
    • 材料抵抗弹性形变的能力
    • 与零件横截面大小、形状、弹性模量E有关
    • 弹性模量
      • 对组织不敏感
  • 弹性
    • 当外力解除后，变形能够全部消除恢复原状的变形
      • 弹性变形
    • 弹性极限
      • 通过合金化、热处理、冷塑性变形来提高
  • 强度
    • 静力作用下，抵抗永久变形和断裂的性能
    • 屈服强度/条件屈服强度
    • 抗拉强度
    • 零件设计的主要依据
  • 塑性
    • 静力作用，产生塑性变形而不破坏的能力
    • 力学指标
      • 伸长率
      • 断面收缩率
    • 塑性变形作用
      • 能发生一定塑性变形而不至于突然脆断
      • 缓和应力集中
      • 消减应力峰
• 硬度
  • 衡量金属材料软硬程度的指标
  • 测定硬度的方法
    • 布氏硬度 HBW
      • 压痕面积较大，能反映出较大范围内被测金属的平均硬度，结果较精确
      • 用于偏软的材料、原材料或半成品的测量（铸铁、有色金属）
    • 洛氏硬度 HR
      • 压痕小，可在工件表面或较薄金属上实验，可测出极软到极硬
      • 成品、薄片金属、硬度较高的金属
    • 维氏硬度 HV
      • 所加试验力小，亚入深度浅
      • 金属箔、金属粉末、极薄表层
• 其他性能
  • 使用性能
  • 工艺性能
• 疲劳（疲劳断裂）
  • 工作应力低于其屈服强度发生的断裂
  • 产生原因
    • 零件应力高度集中的部位/材料强度较低的部位
    • 交变/重复应力的反复作用，产生疲劳裂纹
    • 随着应力循环周次增加，疲劳裂纹扩展，使有效承受载荷减小
    • 疲劳裂纹产生、疲劳裂纹扩展、瞬时断裂
  • 疲劳极限
    • 抗拉强度越高，疲劳极限越高
    • 提高途径
      • 避免尖角、缺口、截面突变，以免应力集中
      • 降低零件表面粗糙度、提高表面加工质量，减少表面缺陷、表面损伤
      • 采用各种表面强化处理
  • 其他疲劳
    • 低周疲劳
    • 冲击疲劳
    • 热疲劳
    • 接触疲劳
    • 腐蚀疲劳
• 冲击韧性
  • 金属材料在冲击力作用下，抵抗破坏的能力
  • 冲击试验
    • 评定金属材料的冲击韧性
    • 应用
      • 评定材料低温变脆倾向
        • 转变温度越低，低温冲击韧性越好
      • 反映原材料的冶金质量和热加工产品质量