机械性能
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机械性能是金属材料的常用指标的一个集合,是机械类产品设计中使用的重要材料性能指标。在一般用途机械产品中,机械零件都是在常温、常压和非强烈腐蚀性介质中使用的,因此一般不考虑特种使用状态下的特殊要求。但是由于机械产品的用途千差万别,在使用过程中各机械零件所承受得载荷情况也是各不相同,因此在产品设计中选用的具体材料力学性能指标略有差异。

定义

金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能,称为机械性能(或称为力学性能)。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,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、扭转、冲击、循环载荷等),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。

原理

钢材经过冷加工后,在常温下存放15-20天,或加热至100-200度并保持2小时左右,这个过程称为时效处理。所谓时效敏感性:因时效作用导致钢材性能改变的程度。一般,钢材机械强度提高,而会导致塑性和韧性降低。
通常说一种金属机械性能不好,是指它易折,易断,或者是没有良好的打磨延展性。一般纯金属的机械强度都要弱于合金的强度,举例来说就是钢的性能好于纯铁。

分类

常说的机械性能主要有:弹性、塑性、刚度、时效敏感性、强度、硬度、冲击韧性、疲劳强度和断裂韧性等。
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其原来形状的性能。
塑性:金属材料在外力作用下,产生永久变形而不致引起破坏的能力。
刚度:金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力。
强度:金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。
硬度:金属材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。
冲击韧性:金属材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力。
疲劳强度:当金属材料在无数次重复或交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力。
断裂韧性:用来反映材料抵抗裂纹失稳扩张能力的性能指标


试验

1 试件和实验条件
试件:圆形截面试件l0=10d0或l0=5 d0。矩形截面长试件l0=11.3A0,短试件l0=5.65A0,A0为横截面面积。
试件标距长度l有两种如下图所示,常用为l=10d的这一种;试验条件为:室温静载试验,在电子式万能试验机上进行试验。在GB/T228-2010中对材料的室温、高温、低温、液氮试验都进行了详细规定,可以进行查取。
2低碳钢拉伸应力-应变曲线
横截面上的正应力σ=F/A0;试件在作段内的相对伸长量ε=Δl/ l0,ε称为线应变。以σ为纵坐标,ε为横坐标,绘出σ–ε的关系曲线,称为应力–应变图。
试件受力后,长度增加,产生变形。σ=Eε
σe—弹性极限
1) 屈服阶段
σs—屈服极限
3)强化阶段ce(恢复抵抗变形的能力)
σb—强度极限
它是衡量材料强度的另一个重要指标。
4)局部径缩阶段ef
试件继续变形所需的力F减少,应力σ随之减少。曲线σ–ε迅速下降,直至f点试件被拉断。
2、两个塑性指标:
(1) 延伸率δ
试件拉断后,其塑性变形量(l1-l0)与原始标距l0之比的百分数称为延伸率,即
δ>5%的材料称为塑性材料,如低碳钢、黄铜、铝合金等。
δ≤5%的材料称为脆性材料,如铸铁、高碳钢、玻璃、石料等。
(2) 断面收缩率Ψ
试件断口处横截面面积的相对变化率称为断面收缩率,
3、卸载定律及冷作硬化
弹性范围内卸载、再加载
过弹性范围卸载、再加载
即材料在卸载过程中应力和应变是线形关系,这就是卸载定律。
材料的比例极限增高,延伸率降低,称之为冷作硬化或加工硬化。
工程中常利用冷作硬化来提高材料的弹性极限,以提高承载能力。


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