1.2金属的强度和塑性 (课件）--2022-2023学年高二劳动版《金属材料及热处理（第三版）》

02 金属的强度和塑性 1．载荷 金属材料在使用和加工过程中所受到的各种外力统称为载荷，用符号 F 表示。载荷按其作用性质不同，可分为静载荷、冲击载荷及交变载荷三种。 静载荷是指大小和方向不变或变化缓慢的载荷。如桥梁的主索和吊索所承受的载荷可视为静载荷。 冲击载荷是指在短时间内以较高速度作用于工件上的载荷。如錾削加工时，錾子所受的载荷为冲击载荷。 交变载荷是指大小或方向随时间发生周期性变化的载荷。如齿轮在工作过程中所承受的载荷为交变载荷。 任务二　金属的强度和塑性 一、载荷、变形与应力 任务二　金属的强度和塑性 2．变形 金属材料受到载荷作用而产生的几何形状和尺寸的变化称为变形。变形分为弹性变形和塑性变形。随载荷的存在而产生、随载荷的去除而消失的变形称为弹性变形；载荷去除后仍不能恢复的变形称为塑性变形。 3．应力 金属材料在受到外力作用时，其内部作用着与外力相对抗的力称为内力。单位面积上的内力称为应力，用 R 表示。应力能够准确地反映金属材料内部的受力状态，因此，所有强度指标都是用应力表示的。当外力为拉伸载荷（F）时，其横截面积（S）上应力的计算公式为 金属材料的强度和塑性指标是通过拉伸试验测量的。 1．试样——拉伸试样 试验时，首先将被测试材料加工成标准试样，按照相关国家标准的规定，常用拉伸试 样如图 1-2 所示。图中 d 是试样的原始直径，du 是试样缩颈处直径，Lo 为试样的原始标距，Le 为引伸计标距，Lu 为断后标距。根据标距长度与直径之间的关系，比例试样分为长比例试样（Lo=10d0）和短试样（Lo=5d0）两种。 任务二　金属的强度和塑性 二、拉伸试验 2．试验设备——拉伸试验机 如图 1-3 所示为拉伸试验机。将试样装夹在试验机上，然后缓慢施加拉伸载荷，直至拉断试样。 任务二　金属的强度和塑性 3．试验结果与分析——拉伸曲线 拉伸试验测出的拉伸载荷与伸长量关系的曲线叫作拉伸曲线。如图 1-4 所示是低碳钢的拉伸曲线，图中纵坐标表示拉伸载荷，横坐标表示伸长量 ΔL。图中明显地表现出以下几个变形阶段。 任务二　金属的强度和塑性 （1）Oe——弹性变形阶段。当 F<Fe 时，如果卸载，试样即恢复原状。 （2）s 点附近——屈服阶段。当载荷增加到一定数值时，曲线上出现水平或锯齿状线段，这种在载荷不增加的情况下，试样还继续伸长的现象称为屈服。屈服阶段后，材料开始出现明显塑性变形，此时去除载荷，试样将出现残余伸长。 （3）屈服后至 b 点——强化阶段。此阶段载荷越大，试样塑性变形量越大。随着塑性变形量增大，试样变形抗力也逐渐增加，这种现象称为形变强化（或称加工硬化）。 （4）bz ——缩颈阶段（局部塑性变形阶段）。当载荷达到最大值 Fm 后，试样截面发生局部收缩，称为“缩颈”。这时变形主要集中于缩颈部位，直至 z 点时被拉断。 工程上使用的金属材料，多数没有明显的屈服现象。有些脆性材料，不仅没有屈服现象，而且也不产生“缩颈”，如铸铁等。 任务二　金属的强度和塑性 金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度，用符号 R 表示。强度的大小通常用应力来表示，常见的指标如下。 1．屈服强度 当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间发生塑性变形而载荷不增加时的应力称为屈服强度，分为上屈服强度和下屈服强度。 上屈服强度为试样发生屈服而载荷首次下降前的最高应力值，用 ReH 表示，单位为MPa，用下式计算。 任务二　金属的强度和塑性 三、强度与强度指标 任务二　金属的强度和塑性 式中　FeH——试样发生屈服而载荷首次下降前的最大值，N； 　 So——试样原始横截面积，mm2。 下屈服强度为在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应力值，用 ReL 表示，单位为MPa，用下式计算。 式中　FeL——不计初始瞬时效应时屈服期间的最小载荷，N； 　 So——试样原始横截面积，mm2。 2．规定塑性延伸强度 Rp 规定塑性延伸强度指塑性延伸率 ep 等于规定的引伸计标距百分率时的应力，用 Rp 表示，如图 1-5 所示。使用的符号应附脚注说明所规定的百分率，例如 Rp0.2，表示规定塑性延伸率为 0.2% 时的应力。对于无明显屈服现象的金属材料，一般使用其规定塑性延伸强度 Rp 代替下屈服强度 ReL。定义中塑性延伸率指试验中任一给定时刻引伸计标距的塑性延伸与引伸计标距之比的百分率；引伸计标距指用引伸计测量试样延伸时所使用试样平行长度部分的长度（见图 1-2），测量屈服强度和规定强度性能时推荐 Le ≥ Lo /2。 任务二　金属的强度和塑性 3．规定总延伸强度 Rt 规定总延伸强度指规定总延伸率 et 等于规定的引伸 计标距百分率时的应力