航空工程材料-金属材料的力学性能-ppt课件.ppt
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1、 航空工程材料航空工程材料v教学目标: v了解材料的主要力学性能指标:屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性等力学性能及其测试原理;v强调各种力学性能指标的生产实际意义;v了解工程材料的物理性能、化学性能及工艺性能。金属的力学性能定义 : 金属材料的力学性能是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 : 弹性 、刚度、强度、塑性 、 硬度、冲击韧性 、断裂韧度和疲劳强度等。材料的其他性能v物理性能:密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等;v化学性能:耐腐蚀性、抗氧化性
2、、化学稳定性等;v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、刚度和弹性v 评价材料力学性能最简单和最有效的方法就是测定材料的拉伸曲线,在GB/T 63971986金属拉伸试验试样中对试样的形状、尺寸及加工要求均有明确的规定,如图1-1所示。图1-1 圆形标准拉伸试样(a)拉伸前;(b)拉伸后一、刚度和弹性v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拉伸试样拉伸试样2.拉伸过程拉伸过程一、刚度和弹性拉伸试样的颈缩现象拉伸试样的颈缩现象拉伸试验拉伸试
3、验机机vop段:比例弹性变形阶段;段:比例弹性变形阶段;vpe段:非比例弹性变形阶段;段:非比例弹性变形阶段;v 平台或锯齿(平台或锯齿(s段段):屈服阶段):屈服阶段;vsb段:均匀塑性变形阶段,是段:均匀塑性变形阶段,是强化阶段。强化阶段。vb点点:形成了:形成了“缩颈缩颈”。vbk段:非均匀变形阶段,承载段:非均匀变形阶段,承载下降,到下降,到k点断裂。点断裂。v 断裂总伸长为断裂总伸长为Of,其中塑形变其中塑形变形形Og(试样断后测得的伸长试样断后测得的伸长),弹性伸长弹性伸长gf。 l Fl bl ul Fbbk Fss o g fe Fep Fp3.拉伸曲线拉伸曲线图1-2 拉伸曲
4、线4.应力与应变曲线0SFbse0ll退火低碳钢低、中回火钢淬火钢及铸铁中碳调质钢5.不同材料的拉伸曲线不同材料的拉伸曲线二、强度与塑性v1 1、强度、强度 材料在外力作用下抵抗破坏的能力称为强度。根据加载方材料在外力作用下抵抗破坏的能力称为强度。根据加载方式不同,强度指标有许多种,如式不同,强度指标有许多种,如屈服强度、抗拉强度、抗屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等。其中以拉伸等。其中以拉伸试验测得的屈服强度和抗拉强度两个指标应用最多。试验测得的屈服强度和抗拉强度两个指标应用最多。二、强度与塑性v屈服强度屈服强度 在图1-2中,进
5、程超过s点后,材料将发生塑性变形。在BC段,持续持续发生塑性变形而应力却不增加,材发生塑性变形而应力却不增加,材料的这种现象称为屈服料的这种现象称为屈服。s点所对应的应力称为屈服强度,用s 表示,屈服强度反映材料抵抗永久变屈服强度反映材料抵抗永久变形的能力形的能力。实际上,多数材料的屈服阶段不很明显或从拉伸曲线上看不出这一阶段,因此规定用拉伸时产生0.2残余变形所对应的应力为材料的屈服应力,称为条件屈服强度或名义屈服强度,记为0.2,如图1-3所示。图1-3 名义屈服强度的确定2 2、塑性塑性:是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。
6、 (1)断面收缩率断面收缩率: 是指试样拉断处横截面积的收缩量是指试样拉断处横截面积的收缩量 S与原始横截面积与原始横截面积S0之比。之比。(2)伸长率伸长率:是指试样拉断后的标距伸长量是指试样拉断后的标距伸长量 L 与原与原始标距始标距L 0之比。之比。 S0 - S 1 = - 100% S0 l 1 - l0 = - 100% l0二、强度与塑性v与与的数值越大,材料在断裂前发生的变形越大,说明的数值越大,材料在断裂前发生的变形越大,说明材料的塑性越好。由于有些材料在拉伸试验时会出现局部材料的塑性越好。由于有些材料在拉伸试验时会出现局部颈缩,而有些材料则不会,因此用颈缩,而有些材料则不会
7、,因此用表示材料的塑性比用表示材料的塑性比用表示更接近真实情况。表示更接近真实情况。v 由于不同长度的试样所得伸长率不同,长度越大,伸长由于不同长度的试样所得伸长率不同,长度越大,伸长率越小。采用长试样进行拉伸试验,所得伸长率用率越小。采用长试样进行拉伸试验,所得伸长率用1010表表示,而用短试样所得伸长率用示,而用短试样所得伸长率用5 5表示,显然有表示,显然有5 51010。二、强度与塑性 材料的塑性指标具有重要的实际意义。塑性良好的材材料的塑性指标具有重要的实际意义。塑性良好的材料,冷压成型好。飞机和发动机上的许多薄壁零件,料,冷压成型好。飞机和发动机上的许多薄壁零件,如蒙皮、翼肋、燃烧
8、室零件等都是冷压成型的,使用如蒙皮、翼肋、燃烧室零件等都是冷压成型的,使用的材料都应具有良好的塑性。此外,具有一定塑性的的材料都应具有良好的塑性。此外,具有一定塑性的零件,在使用过程中万一超载或形成应力集中,它可零件,在使用过程中万一超载或形成应力集中,它可产生少量塑性变形,由于加工硬化效应而使它的强度产生少量塑性变形,由于加工硬化效应而使它的强度提高,不致突然断裂。如果塑性不够而产生脆性的突提高,不致突然断裂。如果塑性不够而产生脆性的突然断裂,这在工程上是很危险的。然断裂,这在工程上是很危险的。三、三、 硬硬 度度布氏硬度布氏硬度HB 洛氏硬度洛氏硬度HR 维氏硬度维氏硬度HV锉刀法锉刀法硬
9、度硬度( hardness ):是指材料抵抗其他硬物体压入是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力其表面的能力常用测量硬度的方法常用测量硬度的方法(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )布氏硬度计布氏硬度计 三、三、 硬硬 度度v 布氏硬度的试验原理如图布氏硬度的试验原理如图1-41-4所示。将直径为所示。将直径为D D的钢球或硬的钢球或硬质合金球,在一定载荷质合金球,在一定载荷P P的作用下压入试样表面,保持一的作用下压入试样表面,保持一定时间后卸除载荷,所施加的载荷与压痕表面积的比值即定时间后卸除载荷,所施加的载荷与压痕表面积的比值即为布氏硬度。实际操作时,先测量压痕平
10、均直径为布氏硬度。实际操作时,先测量压痕平均直径d d,然后,然后查表得到材料的布氏硬度值。查表得到材料的布氏硬度值。布氏硬度的试验原理图(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )适用范围适用范围:v 450,HBS;v 650,HBW;(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness ) 符号符号HBS或或HBW之前的数字表示硬度之前的数字表示硬度值,符号后面的数字按顺序分别表示球体值,符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。直径、载荷及载荷保持时间。如如: :120HBS10/1000/30表示表示直径为直径为10mm的的钢球钢球在在1000
11、kgf(9.807kN)载荷载荷作用下作用下保保持持30s测得的测得的布氏硬度值为布氏硬度值为120。(2)洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness )h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计洛氏硬度计10HRCHBSv 洛氏硬度的试验原理如图所示,根据压痕深度大小表示材洛氏硬度的试验原理如图所示,根据压痕深度大小表示材料的硬度值,压坑越深,硬度越低。试验时,根据材料硬料的硬度值,压坑越深,硬度越低。试验时,根据材料硬度选择相应的压头。当测定硬度较高的材料时,选用度选择相应的压头。当测定硬度较高的材料时,选用120120的金刚石圆锥压头;测定硬度较低的材料时,选用的
12、金刚石圆锥压头;测定硬度较低的材料时,选用淬火钢球压头。硬度计上有一个表头,测量时表头上可直淬火钢球压头。硬度计上有一个表头,测量时表头上可直接读出被测件的硬度值,故比布氏法方便,而且压痕小,接读出被测件的硬度值,故比布氏法方便,而且压痕小,可以直接在成品零件上测试。可以直接在成品零件上测试。洛氏硬度的试验原理 洛氏法根据测量时选用载荷与压头的不同,分为9个标尺,常用的有A、B、C三个,并将标尺代号标注在符号HR的右边。如HRA、HRB、HRC等,硬度值仍写在符号HR的前面,如50HRC表示用C标尺测定的洛氏硬度为50。应当注意:不同级别的硬度值不能直接相互比较。洛氏法的缺点是测量结果分散度大
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