2金属的力学性能

《2金属的力学性能》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2金属的力学性能（56页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、化工设备机械基础 化工学院第二章第二章 金属的力学性能金属的力学性能 所谓金属的力学性能，即金属在受到所谓金属的力学性能，即金属在受到外力作用时的外力作用时的“表现表现”。本章介绍一些所本章介绍一些所谓金属的性能参数。谓金属的性能参数。本章主要是一些基本本章主要是一些基本概念和定义，要求概念清楚，并加以记忆。概念和定义，要求概念清楚，并加以记忆。主要内容：主要内容：第一节第一节 弹性体的变形与内力弹性体的变形与内力第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 弹性体的变形与内力弹性体的变形与内力一、变形与内力的概念一、变形与内力的概念弹性变形与塑性变形（区别

2、与联系）弹性变形与塑性变形（区别与联系）可完全恢复的变形称为可完全恢复的变形称为弹性变形弹性变形。不可恢复的变形称为不可恢复的变形称为塑性变形塑性变形。内力内力金属在发生弹性变形时，其内部各质点间的相对位置金属在发生弹性变形时，其内部各质点间的相对位置要发生改变，伴随着此改变，原子间相互作用力必要发生改变，伴随着此改变，原子间相互作用力必发生改变。这种由于构件受力后发生变形，原子间发生改变。这种由于构件受力后发生变形，原子间相互作用力发生的变化称为相互作用力发生的变化称为附加内力附加内力，简称内力。，简称内力。内力与外力的关系内力与外力的关系内力由外力所引起，并伴随着内力由外力所引起，并伴随着

3、弹性变形弹性变形而产生的。内而产生的。内力的作用是力图使各质点恢复其原来位置，抵抗外力的作用是力图使各质点恢复其原来位置，抵抗外力对构件的破坏。力对构件的破坏。化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 弹性体的变形与内力弹性体的变形与内力化工设备机械基础 化工学院 杆件基本变形杆件基本变形化工设备机械基础 化工学院拉伸与压缩拉伸与压缩扭转扭转弯曲弯曲化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 弹性体的变形与内力弹性体的变形与内力二、变形的度量二、变形的度量 长度为长度为ll、直径为、直径为d d的圆截面直杆，受到拉力的圆截面直杆，受到拉力P P作用后，杆的长度增至作用后，杆的长度增至ll1 1，直径

4、减至，直径减至d d1。由此给。由此给出如下度量变形的量：出如下度量变形的量：1.1.杆的绝对伸长量杆的绝对伸长量 ll ll=l l1 l l只反映杆的总变形量，不能说明杆的变形程度。只反映杆的总变形量，不能说明杆的变形程度。2.2.相对伸长值、线应变相对伸长值、线应变 当杆是均匀变形时，用单位长度杆的伸长（或当杆是均匀变形时，用单位长度杆的伸长（或缩短）值来度量杆的缩短）值来度量杆的线变形程度线变形程度。即：。即：=ll/ll化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 弹性体的变形与内力弹性体的变形与内力 当杆沿轴线方向变形不均匀，要逐段研究每一小当杆沿轴线方向变形不均匀，要逐段研究每一小段的

5、相对伸长值段的相对伸长值。为此，从杆上某点为此，从杆上某点A A处取一很小正六面体（处取一很小正六面体（P29P29图图2-22-2），正六面体沿轴线方向原来长度为），正六面体沿轴线方向原来长度为x x，变形，变形后长度增加了后长度增加了x x，由于轴线方向为非均匀变形，由于轴线方向为非均匀变形，所以是所以是 相对伸长值。如果相对伸长值。如果x x趋于零，这时：趋于零，这时：称为称为某点某点A A处的线应变处的线应变。由此，线应变应理解为对点而言；均匀拉伸变由此，线应变应理解为对点而言；均匀拉伸变形时，各点线应变相同；非均匀变形时，各点线应变形时，各点线应变相同；非均匀变形时，各点线应变不同。

6、不同。化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 弹性体的变形与内力弹性体的变形与内力三、直杆受拉（压）时的内力三、直杆受拉（压）时的内力1.1.轴力的概念轴力的概念直杆受直杆受拉（压）拉（压）时产生的内力称为时产生的内力称为轴力轴力。2.2.轴力的正负规定轴力的正负规定同一截面内仅存在同一轴力，即大小相等，同一截面内仅存在同一轴力，即大小相等，正负也应相同。由此，依据构件变形作正负也应相同。由此，依据构件变形作如下规定：伴随如下规定：伴随拉伸拉伸变形产生的轴力变形产生的轴力取取正值正值，伴随，伴随压缩压缩变形产生的轴力变形产生的轴力取负值取负值，即：即：拉正压负拉正压负。化工设备机械基础 化工学

7、院第一节第一节 弹性体的变形与内力弹性体的变形与内力3.轴力的计算轴力的计算 截面法截面法 截面法是揭示、确定承载物体内力分量的一截面法是揭示、确定承载物体内力分量的一种分析方法。用一假想截面将处于平衡状态的物体种分析方法。用一假想截面将处于平衡状态的物体截为两部分，根据静力学原理，物体整体平衡其分截为两部分，根据静力学原理，物体整体平衡其分体也必平衡，为此在两分体的截开处必作用着性质体也必平衡，为此在两分体的截开处必作用着性质相同、大小相等、方向相反的内力。相同、大小相等、方向相反的内力。任选一个分体作任选一个分体作静力学平衡研究静力学平衡研究，从而可计算出，从而可计算出各个内力。各个内力。

8、化工设备机械基础 化工学院截面法基本步骤：截面法基本步骤：1.首先确定作用在杆件上所有未知的外力；首先确定作用在杆件上所有未知的外力；2.在所要考察的横截面处，用在所要考察的横截面处，用假想截面假想截面将杆将杆件件截开截开，分为两部分；，分为两部分；3.考察考察其中任意一部分的其中任意一部分的平衡平衡，在截面形心处，在截面形心处建立合适的直角坐标系，由平衡方程计算各内建立合适的直角坐标系，由平衡方程计算各内力的大小和方向；力的大小和方向；4.考察另一部分平衡，验证结果的正确性。考察另一部分平衡，验证结果的正确性。第一节第一节 弹性体的变形与内力弹性体的变形与内力化工设备机械基础 化工学院第一节

9、第一节 弹性体的变形与内力弹性体的变形与内力由截面法计算轴力法则：由截面法计算轴力法则：受轴线方向外力作用的直杆，其任意受轴线方向外力作用的直杆，其任意截面上的截面上的轴力轴力，在数值上，在数值上等于等于该截面该截面一侧一侧所有轴向外力的代数和所有轴向外力的代数和；背向该；背向该截面的外力取正值，指向该截面的外截面的外力取正值，指向该截面的外力取负值。力取负值。化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 弹性体的变形与内力弹性体的变形与内力例题例题2-1P30 计算如图所示杆件计算如图所示杆件1-1，2-2，3-3截面上的内力（轴力），设截面上的内力（轴力），设p=p=100N，Q=Q=200N。

10、化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 弹性体的变形与内力弹性体的变形与内力解：解：图图a1.1-1截面截面 取截面右侧为研究对象，其轴力等于截面右侧所有取截面右侧为研究对象，其轴力等于截面右侧所有外力的代数和。外力的代数和。S1=P-Q=100-200=-100N，为负值，说明是压缩轴力。，为负值，说明是压缩轴力。2.同理得同理得2-2截面截面上轴力：上轴力：S2=-Q=-200N（压）（压）图图b1.1-1截面截面S1=P=100N（拉）（拉）2.2-2截面截面S2=P-Q=100-200=-100N（压）（压）3.3-3 截面截面S3=P=100N（拉）（拉）例 求截面1-1，2-2，3

11、-3上的轴力，画轴力图。轴力图轴力图化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 弹性体的变形与内力弹性体的变形与内力 考察图中杆件横截面上微小面积考察图中杆件横截面上微小面积A，设其上总，设其上总内力为内力为FR，作用在此微小面积上内力的平均值为：作用在此微小面积上内力的平均值为：称为平均应力。称为平均应力。当所取面积为无限小当所取面积为无限小时，上述平均内力便趋于一时，上述平均内力便趋于一极限值，这一极限值即称为极限值，这一极限值即称为该点该点处的应力。也即单位面处的应力。也即单位面积上承受的内力积上承受的内力,单位单位Pa或或MPa。四、受拉直杆内的应力四、受拉直杆内的应力1.应力的概念：应力

12、的概念：化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 弹性体的变形与内力弹性体的变形与内力正应力正应力压应力压应力（负值负值）引起构件缩短，即压应变引起构件缩短，即压应变（负值负值）拉应力拉应力（正值正值）引起构件伸长引起构件伸长，即拉应变即拉应变（正值正值）按照以上应力的定义，将某点的应力沿空间按照以上应力的定义，将某点的应力沿空间三个坐标方向分解，得到两种应力：三个坐标方向分解，得到两种应力：正应力正应力方向垂直于横截面的应力，常以方向垂直于横截面的应力，常以表示表示切应力切应力方向平行于横截面的应力，常以方向平行于横截面的应力，常以表示表示化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 弹性体的变形与

13、内力弹性体的变形与内力2.2.受拉直杆横截面上的正应力受拉直杆横截面上的正应力实验证明：沿实验证明：沿中心轴线中心轴线受拉的直杆，其横受拉的直杆，其横截面上的截面上的内力沿截面均布内力沿截面均布，截面上各点，截面上各点的的应力均相等应力均相等，并可表示如下：，并可表示如下：=S/A=S/A式中式中S S为为研究截面研究截面上的轴力。上的轴力。化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 弹性体的变形与内力弹性体的变形与内力3.3.简单拉伸直杆斜截面上的应力简单拉伸直杆斜截面上的应力 直杆两端作用一对等值、反向、直杆两端作用一对等值、反向、共线的轴向外力共线的轴向外力F F，如图，求其斜截面，如图，求

14、其斜截面m-km-k上的内力与应力。上的内力与应力。化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 弹性体的变形与内力弹性体的变形与内力用截面法，将杆沿斜截面用截面法，将杆沿斜截面m-k截开，则轴截开，则轴向内力向内力S=p pa a（A/cosa a）=F式中式中 p pa a斜截面上的轴向应力斜截面上的轴向应力，MPa A杆的横截面面积杆的横截面面积，mm2 a a杆的轴线与斜截面杆的轴线与斜截面m-km-k的外法线的外法线n n之间之间的夹角。的夹角。由此得到：由此得到：p pa a=cosa a（F/A）=cosa a化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 弹性体的变形与内力弹性体的变形与内力

15、将将p pa a沿垂直于斜截面和平行于斜截面分解，沿垂直于斜截面和平行于斜截面分解，得到垂直于斜截面的得到垂直于斜截面的正应力正应力a a和平行和平行于斜截面于斜截面剪应力剪应力a a，则：，则：a a=p=pa acoscosa a=cos=cos2 2a aa a=p=pa asinsina a=cos=cosa asinsina a =（sin2sin2a a）/2/2化工设备机械基础 化工学院第一节第一节 弹性体的变形与内力弹性体的变形与内力分析以上两式得出：分析以上两式得出：受拉压直杆内，受拉压直杆内，最大正应力最大正应力存存在在于杆于杆的的横截面内横截面内；最大剪应力最大剪应力存存

16、在在于与横于与横截面相交的截面相交的45度和度和135度度的两个相互的两个相互垂直的垂直的斜截面内斜截面内；最大剪应力在数值；最大剪应力在数值上等于最大正应力的一半。上等于最大正应力的一半。正应力的作用是要把两相邻截面拉开；正应力的作用是要把两相邻截面拉开；而剪应力的作用是使两相邻截面产生而剪应力的作用是使两相邻截面产生相对错动的趋势。相对错动的趋势。化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能 合理选材合理选材，必须了解材料的性能。材料的性能主，必须了解材料的性能。材料的性能主要包括物理性能、力学性能、化学性能和加工工艺性要包括物理性能、力学性能、化学性能和加工工艺性

17、能。本节主要讨论材料的能。本节主要讨论材料的力学性能力学性能。所谓的所谓的力学性能力学性能，即材料在受到外力作用下在强，即材料在受到外力作用下在强度与变形等方面的度与变形等方面的“表现表现”。材料的力学性能主要通过各种力学试验得到，如材料的力学性能主要通过各种力学试验得到，如拉伸、压缩、弯曲、冲击、疲劳、硬度等试验。拉伸、压缩、弯曲、冲击、疲劳、硬度等试验。通常采用弹性、塑性、强度、硬度和韧性等指标通常采用弹性、塑性、强度、硬度和韧性等指标来衡量材料的力学性能。来衡量材料的力学性能。本节重点介绍本节重点介绍低碳钢的拉伸实验低碳钢的拉伸实验及由此得到的一及由此得到的一系列力学性能指标的系列力学性

18、能指标的含义与用途含义与用途。同时介绍材料在。同时介绍材料在高高温和低温温和低温下的一些性能特点。下的一些性能特点。化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能一、拉伸实验一、拉伸实验1.1.试件的准备及试验的进行试件的准备及试验的进行标准试件标准试件：长径比一定、几何形状和受力条件符合轴向拉伸要求长径比一定、几何形状和受力条件符合轴向拉伸要求的试件。形状有的试件。形状有圆形圆形与矩形两种，试验前在试件中与矩形两种，试验前在试件中段等直部分的两端标记，其间距离称作试件段等直部分的两端标记，其间距离称作试件标距标距。标准标准长径比长径比对两种形状各有两种：对两种形状各有两

19、种：圆形截面：圆形截面：l0 0=10d=10d 和和 ll0 0=5d=5d；矩形截面：矩形截面：化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能 试验过程中，试验过程中，缓慢缓慢增加试验载荷，自动增加试验载荷，自动记录试件抗力（载荷）与标距的伸长量记录试件抗力（载荷）与标距的伸长量ll之之间的定量关系，并绘图。如图所示，称为材间的定量关系，并绘图。如图所示，称为材料的料的拉伸曲线拉伸曲线。化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能2.2.试验结果的整理试验结果的整理拉伸曲线拉伸曲线p-lp-l定量表达材料某些性质时不定量表达材料某些性质时不大方

20、便，受大方便，受试件尺寸试件尺寸的影响。如上图中的影响。如上图中的曲线的曲线1 1和曲线和曲线2 2既是用不同直径的试件既是用不同直径的试件作出的。还有长度的影响等。作出的。还有长度的影响等。为了消除试件粗细和长短的影响，将为了消除试件粗细和长短的影响，将p-lp-l曲线改为单位面积上的拉力即曲线改为单位面积上的拉力即应力应力与试与试件的件的平均线应变（平均线应变（=l l/l l）曲线，即曲线，即应应力力-应变应变（-）曲线。）曲线。化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能应力应力-应变曲线（应变曲线（p33图图212）Oepsb线弹性阶段线弹性阶段屈服阶段屈服阶

21、段强化阶段强化阶段颈缩阶段颈缩阶段应力应力-应变（应变（-）图）图p-比例极限比例极限e-弹性极限弹性极限s-屈服极限屈服极限b-强度极限强度极限Q235-A b=375500MPa低碳钢低碳钢(C0.3%)拉伸实验拉伸实验滑移线颈缩化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能3.3.从拉伸试验中得到的力学性能参数从拉伸试验中得到的力学性能参数拉伸试验的四个阶段：拉伸试验的四个阶段：（1 1）弹性变形阶段与虎克定律）弹性变形阶段与虎克定律曲线曲线obob段表示材料的弹性变形阶段。段表示材料的弹性变形阶段。b b点所对应的点所对应的应力是保证材料不发生不可恢复变形的最高限

22、应力是保证材料不发生不可恢复变形的最高限值，此应力值称为弹性极限，用值，此应力值称为弹性极限，用e e表示。低碳表示。低碳钢的弹性极限钢的弹性极限e e大约是大约是210MPa210MPa。弹性阶段，应力与应变成直线关系，弹性阶段，应力与应变成直线关系，OaOa与横轴夹与横轴夹角为角为，则：，则：此即此即胡克定律胡克定律，说明应力与应变成正比，比例常数，说明应力与应变成正比，比例常数E 叫做叫做弹性模量弹性模量。胡克定律同样适用于受压杆。胡克定律同样适用于受压杆。化工设备机械基础 化工学院 弹性变形阶段 OA段，比例极限P(弹性极限),Q235-A，200MPaEAEA抗拉刚度抗拉刚度E E弹

23、性模量，低碳钢弹性模量，低碳钢 E=(2.0-2.1)x10E=(2.0-2.1)x105 5MPaMPa去外力后变形完全消失的性质称为弹性。去外力后变形完全消失的性质称为弹性。化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能横向变形横向线应变 横向变形系数或泊松比横向变形系数或泊松比纵向线应变化工设备机械基础 化工学院化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能(2)(2)屈服阶段、屈服极限屈服阶段、屈服极限S S 一般认为应力到达屈服极限是材料丧失工作能力的标志，零件的实际工作应力必须低于s。名义屈服极限0.2：0.2%的塑性应变所对应的应力。滑

24、移线或剪切线Q235-A s=235MPa应力几乎不变，应变不断增加，产生明显的塑性变应力几乎不变，应变不断增加，产生明显的塑性变应力几乎不变，应变不断增加，产生明显的塑性变应力几乎不变，应变不断增加，产生明显的塑性变形的现象，称为屈服现象。形的现象，称为屈服现象。形的现象，称为屈服现象。形的现象，称为屈服现象。化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能塑性良好材料拉伸塑性良好材料拉伸化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能（3 3）强化阶段）强化阶段 经过屈服阶段之后，材料又增强了抵抗变形的经过屈服阶段之后，材料又增强了抵抗变形的能力。这

25、时，要使材料继续变形需要增大应力。经能力。这时，要使材料继续变形需要增大应力。经过屈服阶段之后，材料重新呈现抵抗继续变形的能过屈服阶段之后，材料重新呈现抵抗继续变形的能力，称为应变硬化。硬化阶段的最高点所对应的正力，称为应变硬化。硬化阶段的最高点所对应的正应力，称为材料的应力，称为材料的强度极限强度极限（抗拉强度），并用（抗拉强度），并用b b。抗拉强度是压力容器设计常用的性能指标，它抗拉强度是压力容器设计常用的性能指标，它是试件拉断前最大负荷下的应力，反映了材料是试件拉断前最大负荷下的应力，反映了材料抵抗抵抗断裂能力断裂能力的大小，是衡量材料强度的一个的大小，是衡量材料强度的一个重要重要指标

26、。指标。低碳钢的低碳钢的b b大约为大约为380MPa380MPa。由于外力作用的形式不同，有抗拉强度、由于外力作用的形式不同，有抗拉强度、抗压强度抗压强度、抗弯强度和抗剪强度抗弯强度和抗剪强度等。等。化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能（4 4）颈缩阶段）颈缩阶段当应力增长至最大值当应力增长至最大值b b之后，试样的某一局之后，试样的某一局部显著收缩，产生所谓部显著收缩，产生所谓“颈缩颈缩”。之后，。之后，使试件继续变形所需之拉力减小，应力使试件继续变形所需之拉力减小，应力应变曲线相应呈现下降，最后导致试样在应变曲线相应呈现下降，最后导致试样在颈缩处断裂。颈缩

27、处断裂。化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能（5 5）试件断裂后的处理）试件断裂后的处理（塑性指标塑性指标）延伸率延伸率试件被拉断后对接起来测出其长度为试件被拉断后对接起来测出其长度为l l1 1，则，则l l1 1-l-l0 0是试是试件在被拉断后总的塑性伸长量，由此定义延伸率件在被拉断后总的塑性伸长量，由此定义延伸率：值反映的是材料在断裂前值反映的是材料在断裂前最大最大能够承受的能够承受的塑性变形量塑性变形量，是是评价材料塑性好坏评价材料塑性好坏的一个指标。对于初始标距分别为的一个指标。对于初始标距分别为l l0 0=10d=10d 和和 l l0 0=5d

28、=5d，延伸率表示为：，延伸率表示为：和和5 5。低碳钢的。低碳钢的值值为为202030%30%，认为具有良好的塑性，而灰铸铁的，认为具有良好的塑性，而灰铸铁的大约为大约为1%1%，认为是典型的脆性材料，认为是典型的脆性材料一般认为一般认为：5%5%为塑性材料，为塑性材料，5%5%为脆性材料。为脆性材料。化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能断面收缩率断面收缩率式中式中A A0 0是试件原始横截面面积，是试件原始横截面面积，A A1 1是试件拉断后是试件拉断后颈缩处测得的最小横截面面积。低碳钢的颈缩处测得的最小横截面面积。低碳钢的值值大约为大约为60%60%。s

29、s、b b、是工程上常用的性能指标，在是工程上常用的性能指标，在材料手册材料手册或机械设计手册中能查到。或机械设计手册中能查到。第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能试件的中途卸载与重复拉伸试件的中途卸载与重复拉伸在强化阶段卸载后，如重新加载曲线将沿卸载曲线上升。在强化阶段卸载后，如重新加载曲线将沿卸载曲线上升。在强化阶段卸载后，如重新加载曲线将沿卸载曲线上升。在强化阶段卸载后，如重新加载曲线将沿卸载曲线上升。对试件预先加载，使其对试件预先加载，使其对试件预先加载，使其对试件预先加载，使其达到强化阶段，然后卸达到强化阶段，然后卸达到强化阶段，然后卸达到强化阶段，然后卸载；当再加载时试件的载

30、；当再加载时试件的载；当再加载时试件的载；当再加载时试件的线弹性阶段将增加，而线弹性阶段将增加，而线弹性阶段将增加，而线弹性阶段将增加，而其塑性降低。称为其塑性降低。称为其塑性降低。称为其塑性降低。称为冷作冷作冷作冷作硬化硬化硬化硬化.化工设备机械基础 化工学院反映材料力学性能的主要指标：反映材料力学性能的主要指标：l强度性能强度性能：抵抗破坏的能力，用s和b表示。l弹性性能弹性性能：抵抗弹性变形的能力，用E表示。l塑性性能塑性性能：塑性变形的能力，用延伸率和截面收缩率表示。化工设备机械基础 化工学院1616锰钢的机械性能优于低碳钢。锰钢的机械性能优于低碳钢。锰钢的机械性能优于低碳钢。锰钢的机

31、械性能优于低碳钢。化工设备机械基础 化工学院4.4.脆性材料受拉时的力学性能脆性材料受拉时的力学性能主要特点：不发生颈缩主要特点：不发生颈缩00不产生伸长量不产生伸长量00只能测出断裂极限只能测出断裂极限b b，不能测，不能测 出其它极限。出其它极限。第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能化工设备机械基础 化工学院铸 铁 拉 伸应力-应变图灰铸铁b=205 MPa化工设备机械基础 化工学院二、压缩时材料的力学性能二、压缩时材料的力学性能材料压缩试验，通常采用短试样。材料压缩试验，通常采用短试样。塑性材料塑性材料：发生屈服前，与拉伸时应力：发生屈服前，与拉伸时应力应变曲线基本重应变曲线基本重

32、合；屈服后，其应力合；屈服后，其应力应变曲线上翘，无断裂极限。应变曲线上翘，无断裂极限。脆性材料脆性材料：压缩断裂极限比拉伸断裂极限大很多，通常是：压缩断裂极限比拉伸断裂极限大很多，通常是抗拉强度的抗拉强度的4 45 5倍。因此铸铁常被做成机座等承压构件。倍。因此铸铁常被做成机座等承压构件。第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能低碳钢压缩低碳钢压缩铸铁压缩铸铁压缩塑性材料和脆性材料力学性能比较塑性材料和脆性材料力学性能比较塑性材料塑性材料脆性材料脆性材料断裂前有很大塑性变形断裂前有很大塑性变形断裂前变形很小断裂前变形很小抗压能力与抗拉能力相近抗压能力与抗拉能力相近抗压能力远大于抗拉能力抗压

33、能力远大于抗拉能力延伸率延伸率 5%5%延伸率延伸率 5%5%可承受冲击载荷，适可承受冲击载荷，适合于锻压和冷加工合于锻压和冷加工适合于做基础构件或外壳适合于做基础构件或外壳材料的塑性和脆性会因为制造方法工艺条件材料的塑性和脆性会因为制造方法工艺条件的改变而改变。的改变而改变。化工设备机械基础 化工学院化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能三、温度对材料力学性能的影响三、温度对材料力学性能的影响1.1.温度对短时静载试验所得结果的影响温度对短时静载试验所得结果的影响 （参见（参见P39P39图图2-202-20）总趋势总趋势为随着为随着温度的升高温度的升高，材料的

34、材料的E E，s s，b b均降低，而均降低，而，增大。增大。随着随着温度的降低温度的降低，材料的塑性指标减小，室温下，材料的塑性指标减小，室温下塑性良好的材料如钢在液氢温度时变为脆性材料。塑性良好的材料如钢在液氢温度时变为脆性材料。低温下工作的构件，往往在应力远未达到材料屈低温下工作的构件，往往在应力远未达到材料屈服限前即遭破坏，因此在服限前即遭破坏，因此在低温（低温（-20-20）下工作的容下工作的容器，注意材料的选择。器，注意材料的选择。化工设备机械基础 化工学院温度对短时静载试验结果的影响温度对短时静载试验结果的影响化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能2

35、.2.高温时的蠕变与应力松弛高温时的蠕变与应力松弛（1 1）蠕变及蠕变极限）蠕变及蠕变极限(n n)蠕变蠕变：是指在：是指在高温高温和一定和一定应力应力下应变下应变随时间随时间而增加的而增加的现象，或者金属在高温和内应力作用下逐渐产生塑现象，或者金属在高温和内应力作用下逐渐产生塑性变形的性变形的现象现象。对于某些金属，如铅、锡在常温下。对于某些金属，如铅、锡在常温下也有蠕变现象，而钢和有色金属在温度超过一定值也有蠕变现象，而钢和有色金属在温度超过一定值后才会发生蠕变，如碳素钢在后才会发生蠕变，如碳素钢在300300350350以上、合以上、合金钢在金钢在350350400400以上时才发生蠕变

36、。以上时才发生蠕变。蠕变极限蠕变极限：在某一高温下，为使试件：在某一高温下，为使试件1010万万小时内产生小时内产生的塑性应变值不超过的塑性应变值不超过1%1%，允许试件能够承受的最大，允许试件能够承受的最大应力值，称作在该温度、该蠕变速度条件下的蠕变应力值，称作在该温度、该蠕变速度条件下的蠕变极限。用极限。用n n表示表示 。化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能 蠕变极限蠕变极限与材料的组成、组织结构有与材料的组成、组织结构有关，而且与关，而且与工作温度工作温度和允许的和允许的蠕变速度蠕变速度紧紧密相连。反映了材料在一定高温下抵抗发密相连。反映了材料在一定高温

37、下抵抗发生生缓慢塑性变形的能力缓慢塑性变形的能力。化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能（2 2）持久强度）持久强度把试件在某一把试件在某一高温高温下，在规定的时间内不断裂所允许下，在规定的时间内不断裂所允许试件承受的试件承受的最高应力最高应力，称作材料在该温度下、该持，称作材料在该温度下、该持续时间内的持久强度，用续时间内的持久强度，用D D表示表示 。（3 3）应力松弛）应力松弛在总变形量保持不变，在总变形量保持不变，初始初始弹性变形弹性变形随时间随时间的推移逐渐的推移逐渐转化为塑转化为塑性变形性变形并引起构件内并引起构件内应力减小的现象，称应力减小的现象，称

38、为为应力松弛应力松弛。如高温管道上的法兰如高温管道上的法兰连接螺栓。连接螺栓。化工设备机械基础 化工学院第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能四、金属的缺口冲击试验四、金属的缺口冲击试验是将带有缺口并具有标准尺寸的长方形试件从缺口处冲断的一是将带有缺口并具有标准尺寸的长方形试件从缺口处冲断的一种试验（种试验（P41P41图图2 22323）。摆锤冲断试件所消耗的功称为）。摆锤冲断试件所消耗的功称为冲击冲击功功，用，用A Ak k表示，单位为焦耳。表示，单位为焦耳。单位断口截面的冲击功称为材料的单位断口截面的冲击功称为材料的冲击韧性冲击韧性，用，用a akvkv或或a akUkU表示。表示。

39、a akvkv反映了材料抗脆性断裂的能力，也即韧性的好坏。反映了材料抗脆性断裂的能力，也即韧性的好坏。韧性韧性是是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。能力。测取冲击功的目的：测取冲击功的目的：一是在一定程度上反映材料的抗脆断能力（材料对微观缺陷敏一是在一定程度上反映材料的抗脆断能力（材料对微观缺陷敏感性）；二是确定材料的脆性转变温度感性）；二是确定材料的脆性转变温度本节其它内容本节其它内容自学自学，了解。，了解。截面突变（如阶梯轴）和轴力突变，应将杆件在截面突变处和轴力突变处分断，分别求出各段的变形，再相加，得到总体变形

40、。补充：虎克定律的应用补充：虎克定律的应用 当截面尺寸和轴力沿截面的变化是平缓的，且外力作用线与轴线重合，总体变形积分计算。例 变截面杆是圆锥的一部分，左右两端的直径分别为d1和d2。如果不计杆件的自重，求在轴向拉力P作用下杆件的变形。超静定问题超静定问题 例例 三根同材料和截面的三根同材料和截面的钢杆一端铰接墙壁上，钢杆一端铰接墙壁上，另一端铰接在一平板刚另一端铰接在一平板刚体上，其中两侧钢杆长体上，其中两侧钢杆长度为度为L，而中间一根钢，而中间一根钢杆较两侧的短杆较两侧的短=L/2000，求三杆的，求三杆的装配应力。设装配应力。设E=210GPa。N1=N2，N3=N1+N2 变形协调条件得到：化工设备机械基础 化工学院化工设备机械基础 化工学院本章作业：本章作业：检测题检测题 自己做，不交。自己做，不交。P45 习题习题2.P45 习题习题5.P46 习题习题6.