力学百度Word文件下载.docx

1、无明显屈服现象的金属材料需测量其规定非比例延伸强度或规定残余伸长应力，而有明显屈服现象的金属材料，则可以测量其屈服强度、上屈服强度、下屈服强度。一般而言，只测定下屈服强度。通常测定上屈服强度及下屈服强度的方法有两种：图示法和指针法。图示法试验时用自动记录装置绘制力-夹头位移图。要求力轴比例为每mm所代表的应力一般小于10N/mm2，曲线至少要绘制到屈服阶段结束点。在曲线上确定屈服平台恒定的力Fe、屈服阶段中力首次下降前的最大力Feh或者不到初始瞬时效应的最小力Fel。屈服强度、上屈服强度、下屈服强度可以按以下公式来计算：屈服强度计算公式：Re=Fe/So；Fe为屈服时的恒定力。上屈服强度计算公

2、式：Reh=Feh/So；Feh为屈服阶段中力首次下降前的最大力。下屈服强度计算公式：Rel=Fel/So；Fel为不到初始瞬时效应的最小力Fel。指针法试验时，当测力度盘的指针首次停止转动的恒定力或者指针首次回转前的最大力或者不到初始瞬时效应的最小力，分别对应着屈服强度、上屈服强度、下屈服强度。1 编辑本段三、屈服强度标准建设工程上常用的屈服标准有三种：1、比例极限应力-应变曲线上符合线性关系的最高应力，国际上常采用p表示，超过p时即认为材料开始屈服。2、弹性极限试样加载后再卸载，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。国际上通常以Rel表示。应力超过Rel时即认为材料

3、开始屈服。3、屈服强度 以规定发生一定的残留变形为标准，如通常以0.2%残留变形的应力作为屈服强度，符号为Rp0.2。编辑本段四、影响屈服强度的因素可以有四种强化机制影响金属材料的屈服强度，这就是：（1）固溶强化；（2）形变强化；（3）沉淀强化和弥散强化；（4）晶界和亚晶强化。沉淀强化和细晶强化是工业合金中提高材料屈服强度的最常用的手段。在这几种强化机制中，前三种机制在提高材料强度的同时，也降低了塑性，只有细化晶粒和亚晶，既能提高强度又能增加塑性。影响屈服强度的外在因素有：温度、应变速率、应力状态。随着温度的降低与应变速率的增高,材料的屈服强度升高，尤其是体心立方金属对温度和应变速率特别敏感，

4、这导致了钢的低温脆化。应力状态的影响也很重要。虽然屈服强度是反映材料的内在性能的一个本质指标，但应力状态不同，屈服强度值也不同。我们通常所说的材料的屈服强度一般是指在单向拉伸时的屈服强度。编辑本段五、屈服强度的工程意义传统的强度设计方法，对塑性材料，以屈服强度为标准，规定许用应力=ys/n，安全系数n因场合不同可从1.1到2或更大，对脆性材料，以抗拉强度为标准，规定许用应力=b/n，安全系数n一般取6。需要注意的是，按照传统的强度设计方法，必然会导致片面追求材料的高屈服强度，但是随着材料屈服强度的提高，材料的抗脆断强度在降低，材料的脆断危险性增加了。屈服强度不仅有直接的使用意义，在工程上也是材

5、料的某些力学行为和工艺性能的大致度量。例如材料屈服强度增高，对应力腐蚀和氢脆就敏感；材料屈服强度低，冷加工成型性能和焊接性能就好等等。因此，屈服强度是材料性能中不可缺少的重要指标。抗拉强度（tensile strength） 试样拉断前承受的最大标称拉应力。抗拉强度是金属由均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，也是金属在静拉伸条件下的最大承载能力。对于塑性材料，它表征材料最大均匀塑性变形的抗力，拉伸试样在承受最大拉应力之前，变形是均匀一致的，但超出之后，金属开始出现缩颈现象，即产生集中变形；对于没有（或很小）均匀塑性变形的脆性材料，它反映了材料的断裂抗力。符号为RM，单位为MPA。试样在

6、拉伸过程中，材料经过屈服阶段后进入强化阶段后随着横向截面尺寸明显缩小在拉断时所承受的最大力（Fb），除以试样原横截面积（So）所得的应力（），称为抗拉强度或者强度极限（b），单位为N/mm2（MPa）。它表示金属材料在拉力作用下抵抗破坏的最大能力。计算公式为：=Fb/So 式中：Fb-试样拉断时所承受的最大力，N（牛顿）； So-试样原始横截面积，mm2。抗拉强度（ Rm）指材料在拉断前承受最大应力值。 万能材料试验机当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变形能力又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高，直至应力达最大值。此后，钢材抵抗变形的能力明显降低，并

7、在最薄弱处发生较大的塑性变形，此处试件截面迅速缩小，出现颈缩现象，直至断裂破坏。钢材受拉断裂前的最大应力值称为强度极限或抗拉强度。单位:kg/mm2（单位面积承受的公斤力） 抗拉强度：Tensile strength. 抗拉强度=Eh，其中E为杨氏模量，h为材料厚度 目前国内测量抗拉强度比较普遍的方法是采用万能材料试验机等来进行材料抗拉/压强度的测定!编辑本段张拉膜抗拉强度膜材在纯拉伸力的作用下，不致断裂时所能承受的最大荷载与受拉伸膜材宽度的比值，通常用N/5cm来表示。它分为经向和纬向抗拉强度。经向抗拉强度沿膜材经线方向拉伸时的抗拉强度。纬向抗拉强度沿膜材纬线方向拉伸时的抗拉强度描述材料塑性

8、性能的指标延伸率和截面收缩率。延伸率即试样拉伸断裂后标距段的总变形L与原标距长度L之比的百分数：=L/L100%。工程上常将5%的材料称为塑性材料，如常温静载的低碳钢、铝、铜等；而把5%的材料称为脆性材料，如常温静载下的铸铁、玻璃、陶瓷等。延伸率按照测量方式的不同分为定倍数A5、A10和定标距A50、A80、A100等。A5是比例试样原始标距与直径的比为5, A10是比例试样原始标距与直径的比为10；A50是非比例试样，原始标距为50mm，A80、A100与之同理。塑性1是材料在某种给定载荷下产生永久变形而不破坏的能力。对大多数的工程材料,当其应力低于比例极限（弹性极限）时,应力一应变关系是线

9、性的，表现为弹性行为，也就是说，当移走载荷时，其应变也完全消失。而应力超过弹性极限后，发生的变形包括弹性变形和塑性变形两部分，塑性变形不可逆。评价金属材料的塑性指标包括伸长率（延伸率）A 和断面收缩率Z表示。由于屈服点和比例极限相差很小，因此在ANSYS程序中，假定它们相同。在应力一应变的曲线中，低于屈服点的叫作弹性部分，超过屈服点的叫作塑性部分，也叫作应变强化部分。塑性分析中考虑了塑性区域的材料特性。编辑本段路径相关性既然塑性是不可恢复的，那么这种问题的就与加载历史有关，这类非线性问题叫作与路径相关的或非保守的非线性。路径相关性是指对一种给定的边界条件，可能有多个正确的解内部的应力，应变分布

10、存在，为了得到真正正确的结果，我们必须按照系统真正经历的加载过程加载。编辑本段率相关性塑性应变的大小可能是加载速度快慢的函数，如果塑性应变的大小与时间有关，这种塑性叫作率无关的塑性，相反，与应变率有关的塑性叫作率相关的塑性。大多的材料都有某种程度上的率相关性，但在大多数静力分析所经历的应变率范围，两者的应力应变曲线差别不大，所以在一般的分析中，我们认为应变是与率无关的。编辑本段工程应力，应变与真实的应力、应变塑性材料的数据一般以拉伸的应力应变曲线形式给出。材料数据可能是工程应力（p/A0）与工程应变（ dl/l0），也可能是真实应力（P/A）与真实应变（Ln（l/l0） ）。大应变的塑性分析一

11、般采用真实的应力，应变数据而小应变分析一般采用工程的应力、应变数据。编辑本段什么时候激活塑性当材料中的应力超过屈服点时，塑性被激活（也就是说，有塑性应变发生）。而屈服应力本身可能是下列某个参数的函数。 温度 应变率 以前的应变历史 侧限压力 其它参数 在物理中，塑性即范性，与弹性相对。钢筋的塑性指标：冷弯性能、延伸率铝硅合金 aluminium silicon alloy 一种以铝、硅为主成分的锻造和铸造合金。 一般含硅11%。同时加入少量铜、铁、镍以提高强度。密度2.62.7g/cm3。导热系数101126W/（m）。杨氏模量71.0GPa。冲击值78.5J。疲劳极限45MPa。电热法生产铝

12、硅合金 用于制造低中强度的形状复杂的铸件，如盖板、电机壳、托架等，也用作钎焊焊料。硅含量较低时（比如0.7），铝硅合金的延展性较好，常用来做变形合金；硅含量较高时（比如7%），铝硅合金熔体的填充性较好，常用来做铸造合金。在含硅量超过Al-Si共晶点（硅12.6%）的铝硅合金中，硅的颗粒可量高达14.5%25%时，再加入一定量的Ni，CU，Mg等元素能改善其综合力学性能。它们可用于汽车发动机中代替铸铁汽缸而明显减轻重量。用作汽缸的铝硅合金，可经过电化学处理以浸蚀表层铝而在缸内壁保留镶嵌于基体的初生硅质点，其抗擦伤能力和抗磨损性以明显改善。其中含硅量11%13%的合金以其质轻、低膨胀系数和高耐蚀性

13、能等特点而成为最佳的活塞材料之一。在含硅量超过Al-Si共晶点（硅11.7%）的铝硅合金中，硅的颗粒可明显提高合金的耐磨性，组成一类用途很广的耐磨合金。当含硅量高达14.5%25%时，再加入一定量的Ni，Cu，Mg等元素能改善其综合力学性能。含硅量11%13%的合金以其质轻、低膨胀系数和高耐蚀性能等特点而成为最佳的活塞材料之一。在金属铝中加入相关的非金属原料可以是铝的物理属性发生变化。电热法生产铝硅合金的冶金温度大约在2000左右；在冶金过程中，氧化铝和氧化硅呈液态，一般用炭质还原剂进行还原；矿热炉一般能达到的最高温度大约在13502200左右。调质处理淬火+高温回火=调质 ，调质是淬火加高温

14、回火的双重热处理，其目的是使工件具有良好的综合机械性能。钢的热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火和表面热处理等方法。其中回火又包括调质处理和时效处理。 钢的回火：按照所希望的机械性能将已经淬火的钢重新加热到（350650）一定温度之间进行，碳是以细均分布的渗碳体形式析出。随着回火温度的增加，碳化物的颗粒就增大，屈服点和拉伸强度就下降，降低硬度和脆性，延伸率和收缩率就升高。其目的是消除淬火产生的内应力，以取得预期的力学性能。回火分高温回火、中温回火和低温回火三类。调质处理方法调质处理：淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理。高温回火是指在500-650之间进行回火。调质可以使钢的性能，材质得到很

15、大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。调质处理后得到回火索氏体。回火索氏体（tempered sorbite）是马氏体于回火时形成的，在在光学金相显微镜下放大500600倍以上才能分辨出来，其为铁素体基体内分布着碳化物（包括渗碳体）球粒的复合组织。它也是马氏体的一种回火组织，是铁素体与粒状碳化物的混合物。此时的铁素体已基本无碳的过饱和度，碳化物也为稳定型碳化物。常温下是一种平衡组织。时效处理方法时效处理：为了消除精密量具或模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后（低温回火温度150-250）精加工前，把工件重新加热到100-150，保持5-20小时，这

16、种为稳定精密制件质量的处理，称为时效。对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸，尤为重要。调质钢有碳素调质钢和合金调质钢二大类，不管是碳钢还是合金钢，其含碳量控制比较严格。如果含碳量过高，调质后工件的强度虽高，但韧性不够，如含碳量过低，韧性提高而强度不足。为使调质件得到好的综合性能，一般含碳量控制在0.300.50%。调质淬火时，要求工件整个截面淬透，使工件得到以细针状淬火马氏体为主的显微组织。通过高温回火，得到以均匀回火索氏体为主的显微组织。小型工厂不可能每炉搞金相分析，一般只作硬度测试，这就是说，淬火后的硬度必须达到该材料的淬火硬度，回火后硬度按图要

17、求来检查。调质常常应用在中碳（低合金）结构钢，也用在低合金铸钢中。总之对力学要求高的结构零部件都要进行调质处理。 （hardening and tempering；thermal refining） 金属材料热处理工艺之一。材料在淬火后高温回火叫调质处理。目的是使钢件有很高的韧性和足够的强度，具有综合的优良机械性能。例如立轴、丝杠、齿轮等。一般是在零件加工后进行，也可将粗坯调质后再进行机械加工。1、45钢的调质 45钢是中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，所以应用广泛。它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。45钢淬火温度在A3+（3050），

18、在实际操作中，一般是取上限的。偏高的淬火温度可以使工件加热速度加快，表面氧化减少，且能提高工效。为使工件的奥氏体均匀化，就需要足够的保温时间。如果实际装炉量大，就需适当延长保温时间。不然，可能会出现因加热不均匀造成硬度不足的现象。但保温时间过长，也会也出现晶粒粗大，氧化脱碳严重的弊病，影响淬火质量。我们认为，如装炉量大于工艺文件的规定，加热保温时间需延长1/5。因为45钢淬透性低，故应采用冷却速度大的10%盐水溶液。工件入水后，应该淬透，但不是冷透，如果工件在盐水中冷透，就有可能使工件开裂，这是因为当工件冷却到180左右时，奥氏体迅速转变为马氏体造成过大的组织应力所致。因此，当淬火工件快冷到该

19、温度区域，就应采取缓冷的方法。由于出水温度难以掌握，须凭经验操作，当水中的工件抖动停止，即可出水空冷（如能油冷更好）。另外，工件入水宜动不宜静，应按照工件的几何形状，作规则运动。静止的冷却介质加上静止的工件，导致硬度不均匀，应力不均匀而使工件变形大，甚至开裂。45钢调质件淬火后的硬度应该达到HRC5659，截面大的可能性低些，但不能低于HRC48，不然，就说明工件未得到完全淬火，组织中可能出现索氏体甚至铁素体组织，这种组织通过回火，仍然保留在基体中，达不到调质的目的。45钢淬火后的高温回火，加热温度通常为560600，硬度要求为HRC2234。因为调质的目的是得到综合机械性能，所以硬度范围比较

20、宽。但图纸有硬度要求的，就要按图纸要求调整回火温度，以保证硬度。如有些轴类零件要求强度高，硬度要求就高；而有些齿轮、带键槽的轴类零件，因调质后还要进行铣、插加工，硬度要求就低些。关于回火保温时间，视硬度要求和工件大小而定，我们认为，回火后的硬度取决于回火温度，与回火时间关系不大，但必须回透，一般工件回火保温时间总在一小时以上。2、40Cr钢的调质处理 Cr能增加钢的淬透性，提高钢的强度和回火稳定性，具有优良的机械性能。截面尺寸大或重要的调质工件，应采用Cr钢。但Cr钢有第二类回火脆性。40Cr工件调质的淬回火，各种参数工艺卡片都有规定，我们在实际操作中体会是：（一）40Cr工件淬火后应采用油冷

21、，40Cr钢的淬透性较好，在油中冷却能淬硬，而且工件的变形、开裂倾向小。但是小型企业在供油紧张的情况下，对形状不复杂的工件，可以在水中淬火，并未发现开裂，只是操作者要凭经验严格掌握入水、出水的温度。（二）40Cr工件调质后硬度仍然偏高，第二次回火温度就要增加2050，不然，硬度降低困难。（三）40Cr工件高温回火后，形状复杂的在油中冷却，简单的在水中冷却，目的是避免第二类回火脆性的影响。回火快冷后的工件，必要时再施以消除应力处理。三 影响调质工件的质量，操作工的水平是个重要因素，同时，还有设备、材料和调质前加工等多方面的原因，我们认为： （一）工件从加热炉转移到冷却槽速度缓慢，工件入水的温度已

22、降到低于Ar3临界点，产生部分分解，工件得到不完全淬火组织，达不到硬度要求。所以小零件冷却液要讲究速度，大工件予冷要掌握时间。 （二）工件装炉量要合理，以12层为宜，工件相互重叠造成加热不均匀，导致硬度不匀。 （三）工件入水排列应保持一定距离，过密使工件近处蒸气膜破裂受阻，造成工件接近面硬度偏低。 （四）开炉淬火，不能一口气淬完，应视炉温下降程度，中途闭炉重新升温，以便前后工件淬后硬度一致。 （五）要注意冷却液的温度，10%盐水的温度如高于60，不能使用。冷却液不能有油污、泥浆等杂质，不然，会出现硬度不足或不均匀现象。 （六）未经加工毛坯调质，硬度不会均匀，如要得到好的调质质量，毛坯应粗车，棒料要锻打。 （七）严把质量关，淬火后硬度偏低13个单位，可以调整回火温度来达到硬度要求。但淬火后工件硬度过低，有的甚至只有HRC2535，必须重新淬火，绝不能只施以中温或低温回火以达到图纸要求完事，不然，失去了调质的意义，并有可能产生严重的后果。序号姓名所任职务毕业学校学历职 称工作部门公司职务1丁良生主任广东师范大学本科高级工程师总经办技术副总2姜云副主任东北大学硕士技术中心研究员3黎志勇委员江西师范大学大专助理工程师副部长4何文南昌航空大学工程师56曹小秋南昌大学博士副总经理龚兆汉江西财经大学经济师总经理张务长湖南大学技术部技术总工周寿华销售部销售总监陈 洋会计师财务部财务总监