《第2章section-1工程材料的性能.优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章section-1工程材料的性能.优秀PPT.ppt（46页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、其次章 工程材料的性能及应用基础p 工程材料的力学性能工程材料的力学性能p 材料的晶体结构与结晶过程p 工程材料的分类、编号及用途学习要求与本章难点学习要求与本章难点要求：要求：驾驭材料的常见力学性能指标与表示方法，学会驾驭材料的常见力学性能指标与表示方法，学会材料的选择。材料的选择。了解材料的基本晶体结构、合金的组织结构。了解材料的基本晶体结构、合金的组织结构。了解不同类工程材料的特点与差异。了解不同类工程材料的特点与差异。学会二元相图的建立、分析与运用。学会二元相图的建立、分析与运用。难点：难点：二元相图的建立、分析与运用。二元相图的建立、分析与运用。第一节第一节 工程材料的力学性能工程材
2、料的力学性能 本节重点：本节重点：金属材料的力学性能金属材料的力学性能主要内容：金属材料的力学性能主要内容：金属材料的力学性能,包括材料的强包括材料的强 度度、硬度、塑性、冲击韧性、疲惫、硬度、塑性、冲击韧性、疲惫 强度等。强度等。本节难点：本节难点：各性能指标的物理意义和测定方法各性能指标的物理意义和测定方法力学性能力学性能工程材料性能使用性能工艺性能强度、硬度、刚度塑性、韧性、弹性物理性能（密度、熔点、热膨胀性、导电性、导热性、磁性等）热处理性能化学性能（抗氧化性、耐腐蚀性、化学稳定性等）塑性加工性能焊接性能切削加工性铸造性能一、强度一、强度（strength）o材料反抗由外力载荷所引起的
3、变形或断裂的实力称为强度。常用的强度性能指标主要是抗拉强度和屈服强度强度的测定强度的测定测定方法：测定方法：拉伸试验拉伸试验OE弹性变形阶段；ES屈服阶段；SB强化阶段；BK缩颈阶段低碳钢拉伸曲线低碳钢拉伸曲线 将材料制成标准试样。在材料试验机上对试件轴向施加静拉力F；在坐标上绘制拉力F（或应力）和变形L（或应变）的关系曲线，得到拉伸曲线图（或应力应变图）。1）金属材料的抗拉强度）金属材料的抗拉强度bo当载荷达到Fb时，试样的局部截面缩小，产生所谓的“缩颈”现象。由于试样局部截面渐渐缩小，故载荷也渐渐减小，当达到拉伸曲线上k点时，试样发生断裂。o材料在断裂前所承受的最大应力值称为抗拉强度或强度
4、极限，用b表示，单位MPa。图中B点所对应的应力值即为b。SB强化阶段；BK缩颈阶段屈服强度屈服强度so当载荷达到Fs时，曲线出现横向震荡或水平线段，这表示拉力不再增加，但变形仍在进行，此时若卸载，试样的变形不能全部消逝，产生微量的塑性变形。S点称屈服点。o屈服点的应力称为屈服强度，记为s，单位MPa。ES屈服阶段 对铸铁、高碳钢等脆性材对铸铁、高碳钢等脆性材料料，拉伸曲线无明显屈服现象，拉伸曲线无明显屈服现象，国家标准规定用试样标距长度国家标准规定用试样标距长度产生产生0.2%塑性变形（或残余塑性变形（或残余应变）时的应力值作为该材料应变）时的应力值作为该材料的屈服强度，以的屈服强度，以0.
5、2表示。表示。s、0.2、b：选材主要依据。铸铁拉伸曲线铸铁拉伸曲线o依据高分子所表现的力学性质和分依据高分子所表现的力学性质和分子热运动特征，可以将其划分为玻子热运动特征，可以将其划分为玻璃态、高弹态和粘流态，通常称这璃态、高弹态和粘流态，通常称这些状态为聚集态。些状态为聚集态。o聚集态的转变主要与温度有关。聚集态的转变主要与温度有关。oTz(Tz(脆韧转变温度）脆韧转变温度）TgTg（玻璃化转（玻璃化转变温度）变温度）Tf Tg)(T=Tg)bybdyabcedE聚合物拉伸时典型的应力聚合物拉伸时典型的应力-应变图应变图y：屈服应力：屈服应力b：抗拉强度：抗拉强度Tg 玻璃态临界温度Tf
6、粘流态临界温度TgTTf：高弹态oa段：普弹形变ab段：高弹形变，（b：屈服点）bc段：缩颈形变cd段：应变软化de段：应力硬化二、二、弹性和刚度弹性和刚度弹性和弹性变形？弹性和弹性变形？材料受外力作用时产生变形。材料受外力作用时产生变形。当外力去掉后变形随之消当外力去掉后变形随之消逝，材料复原其原来形态逝，材料复原其原来形态的性能称为弹性。的性能称为弹性。随外力消退而消逝的变形，随外力消退而消逝的变形，称为弹性变形称为弹性变形。OE弹性变形阶段刚度？刚度？材料反抗弹性变形的实力，称为刚度。材料反抗弹性变形的实力，称为刚度。材料在弹性范围内，应力与应变成正比，其比值材料在弹性范围内，应力与应变
7、成正比，其比值E=/称称为弹性模量。为弹性模量。（碳钢（碳钢E 200GPa,铜铜E108GPa,聚四氟乙烯聚四氟乙烯E1.4GPa）弹性模量弹性模量E的大小，标记着材料反抗弹性变形的实力，即的大小，标记着材料反抗弹性变形的实力，即材料刚度的大小。材料刚度的大小。E值的大小主要取决于材料的本性，一些处理方法（如热值的大小主要取决于材料的本性，一些处理方法（如热处理、冷热加工、合金化等）对它影响很小。处理、冷热加工、合金化等）对它影响很小。o须要留意的是，材料的刚度不等于机件的刚度，须要留意的是，材料的刚度不等于机件的刚度，机件的刚度除与材料的刚度有关外，还与机件的机件的刚度除与材料的刚度有关外
8、，还与机件的结构有关。结构有关。o提高零件刚度的方法有：提高零件刚度的方法有：o增加横截面面积增加横截面面积o变更截面形态变更截面形态o选用弹性模量较大的材料选用弹性模量较大的材料三、三、塑性塑性o材料在外力作用下，产生永久残余变形而不断裂的实力，称为塑性。o工程上常用延长率和断面收缩率作为材料的塑性指标。1)延长率延长率o试样在拉断后的相对伸长量称为延长率，用符试样在拉断后的相对伸长量称为延长率，用符号号表示，即表示，即o式中：式中：L0L0试样原始标距长度；试样原始标距长度；o L1 L1试样拉断后的标距长度。试样拉断后的标距长度。2)断面收缩率断面收缩率o试样被拉断后横截面积的相对收缩量
9、称为断面试样被拉断后横截面积的相对收缩量称为断面收缩率，用符号收缩率，用符号表示，即表示，即o式中：式中：A A0 0试样原始的横截面积；试样原始的横截面积；A A1 1试样拉断处的横截面积试样拉断处的横截面积 o材料的和值越大，塑性越好。o用表示塑性更接近材料的真实应变。四、四、硬度硬度o硬度是固体材料反抗局部塑性变形、压入或压痕的硬度是固体材料反抗局部塑性变形、压入或压痕的实力。实力。o一般状况下，材料的强度越高，硬度也越高。一般状况下，材料的强度越高，硬度也越高。材料的硬度干脆影响到材料的耐磨性及切削加工性。不材料的硬度干脆影响到材料的耐磨性及切削加工性。不材料的硬度干脆影响到材料的耐磨
10、性及切削加工性。不材料的硬度干脆影响到材料的耐磨性及切削加工性。不管是刀具、量具、刃具还是工件都要有足够的硬度才能管是刀具、量具、刃具还是工件都要有足够的硬度才能管是刀具、量具、刃具还是工件都要有足够的硬度才能管是刀具、量具、刃具还是工件都要有足够的硬度才能保证他们的运用性能和寿命。保证他们的运用性能和寿命。保证他们的运用性能和寿命。保证他们的运用性能和寿命。刀具的硬度要大大高于材料的硬度，才能进行正常的切刀具的硬度要大大高于材料的硬度，才能进行正常的切刀具的硬度要大大高于材料的硬度，才能进行正常的切刀具的硬度要大大高于材料的硬度，才能进行正常的切削加工。削加工。削加工。削加工。常用的硬度指标
11、有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。不常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。不常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。不常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。不同的硬度指标，其测试方法和适用范围不同同的硬度指标，其测试方法和适用范围不同同的硬度指标，其测试方法和适用范围不同同的硬度指标，其测试方法和适用范围不同 。n n测试硬度仪器：常用的有布氏硬度机、洛氏硬度机和维测试硬度仪器：常用的有布氏硬度机、洛氏硬度机和维测试硬度仪器：常用的有布氏硬度机、洛氏硬度机和维测试硬度仪器：常用的有布氏硬度机、洛氏硬度机和维氏硬度机等。氏硬度机等。氏硬度机等。氏硬度机等。布布氏氏硬硬度度计计
12、球冠面积，不好算，可干脆查表（由d干脆查HB值）1 1 1 1、布氏硬度、布氏硬度、布氏硬度、布氏硬度HB HB HB HB 测试方法是以直径为测试方法是以直径为测试方法是以直径为测试方法是以直径为D D D D的钢球或硬质合金球为压头的钢球或硬质合金球为压头的钢球或硬质合金球为压头的钢球或硬质合金球为压头,在载荷在载荷在载荷在载荷P P P P的静压力下的静压力下的静压力下的静压力下,压入被测材料的表面，保持确定压入被测材料的表面，保持确定压入被测材料的表面，保持确定压入被测材料的表面，保持确定时间后撤去载荷，材料上得到直径为时间后撤去载荷，材料上得到直径为时间后撤去载荷，材料上得到直径为时
13、间后撤去载荷，材料上得到直径为d d d d的压痕。硬度以的压痕。硬度以的压痕。硬度以的压痕。硬度以下式计算（单位压痕表面积上的力下式计算（单位压痕表面积上的力下式计算（单位压痕表面积上的力下式计算（单位压痕表面积上的力MPaMPaMPaMPa）：式中：P试验力(N)D压头的直径(mm)压压压压头头头头为为为为钢钢钢钢球球球球时时时时，布布布布氏氏氏氏硬硬硬硬度度度度用用用用符符符符号号号号HBSHBSHBSHBS表表表表示示示示，适适适适用用用用于于于于布布布布氏氏氏氏硬硬硬硬度度度度值值值值在在在在450450450450以下的材料。以下的材料。以下的材料。以下的材料。压压压压头头头头为为
14、为为硬硬硬硬质质质质合合合合金金金金球球球球时时时时，用用用用符符符符号号号号HBWHBWHBWHBW表表表表示示示示，适适适适用用用用于于于于布布布布氏氏氏氏硬硬硬硬度度度度在在在在650650650650以以以以下下下下的材料。的材料。的材料。的材料。标记：数字标记：数字标记：数字标记：数字+HB+HB+数字数字数字数字F 符号符号符号符号HBSHBSHBSHBS或或或或HBWHBWHBWHBW之前的数字之前的数字之前的数字之前的数字表示硬度值；表示硬度值；表示硬度值；表示硬度值；F 符号后面的数字分别表示：球体直径、载荷符号后面的数字分别表示：球体直径、载荷符号后面的数字分别表示：球体直
15、径、载荷符号后面的数字分别表示：球体直径、载荷 及载荷保持时间。及载荷保持时间。及载荷保持时间。及载荷保持时间。如如如如：120HBS10/1000/30 120HBS10/1000/30（原原原原表表表表示示示示HB120)HB120)钢钢球球直直径径为为10mm10mm，作作用载荷用载荷1000kgf1000kgf，保持，保持30s30s，测得的布氏硬度值。，测得的布氏硬度值。布布氏氏硬硬度度压压痕痕oo布氏硬度的优点布氏硬度的优点布氏硬度的优点布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定（重复性好）。：测量误差小，数据稳定（重复性好）。：测量误差小，数据稳定（重复性好）。：测量误差小，数据稳定（
16、重复性好）。oo缺点：缺点：缺点：缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。的材料。的材料。的材料。oo适于测量退火、正火、调质钢适于测量退火、正火、调质钢适于测量退火、正火、调质钢适于测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬铸铁及有色金属的硬铸铁及有色金属的硬铸铁及有色金属的硬度。度。度。度。洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图h1-h0洛洛氏氏硬硬度度计计 测测测测试试试试方方方方法法法法是是是是以以以以120120120120金金金金刚刚刚刚石石石
17、石圆圆圆圆锥锥锥锥体体体体（A A A A、C C C C）或或或或淬淬淬淬火火火火钢钢钢钢球球球球（B B B B）为为为为压压压压头头头头，在在在在规规规规定定定定的的的的载载载载荷荷荷荷下下下下，垂垂垂垂直直直直压压压压入入入入被被被被测测测测材材材材料料料料表表表表面面面面，卸卸卸卸载载载载后后后后依依依依据据据据压压压压入入入入深深深深度度度度h h h h，由由由由刻刻刻刻度度度度盘盘盘盘上上上上指指指指针针针针干干干干脆脆脆脆指指指指示示示示出出出出HRHRHRHR值值值值。是个无量纲数。是个无量纲数。是个无量纲数。是个无量纲数。2 2 2 2、洛氏硬度、洛氏硬度、洛氏硬度、洛氏
18、硬度HRHRHRHR 依据压头类型和载荷不同依据压头类型和载荷不同依据压头类型和载荷不同依据压头类型和载荷不同有有有有A A A A、B B B B、C C C C、D D D D、E E E E、F F F F、G G G G、H H H H、K K K K等等等等9 9 9 9个标尺。其中常用于钢个标尺。其中常用于钢个标尺。其中常用于钢个标尺。其中常用于钢材硬度测试的标尺一般为材硬度测试的标尺一般为材硬度测试的标尺一般为材硬度测试的标尺一般为A A A A、B B B B、C C C C，即，即，即，即HRAHRAHRAHRA、HRBHRBHRBHRB、HRCHRCHRCHRC。（见下表）
19、（见下表）（见下表）（见下表）为能测试从软到硬各种材料的硬度标尺压头总载荷（N）适用测试材料有效值HRA120金刚石圆锥体600硬质合金、表面淬火钢7085HRB1.588mm淬火钢球1000退火钢25100HRC120金刚石圆锥体1500一般淬火钢件2067标记：标记：标记：标记：50HRC50HRC50HRC50HRC，符号，符号，符号，符号HRHRHRHR前面的数字为硬度值，后面为运用的标尺。前面的数字为硬度值，后面为运用的标尺。前面的数字为硬度值，后面为运用的标尺。前面的数字为硬度值，后面为运用的标尺。lHRAHRA用于测量高硬度材料用于测量高硬度材料,如硬质合金、表面淬火层和渗碳层。
20、如硬质合金、表面淬火层和渗碳层。lHRBHRB用于测量低硬度材料用于测量低硬度材料,如有色金属和退火、正火钢等。如有色金属和退火、正火钢等。lHRCHRC用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。洛氏硬度的优点：洛氏硬度的优点：洛氏硬度的优点：洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广，可用于成品检验。操作简便，压痕小，适用范围广，可用于成品检验。操作简便，压痕小，适用范围广，可用于成品检验。操作简便，压痕小，适用范围广，可用于成品检验。洛氏硬度的洛氏硬度的洛氏硬度的洛氏硬度的缺点：缺点：缺点：缺点：测量结果分散度大，重复性较差。测量结果分散度大，重
21、复性较差。测量结果分散度大，重复性较差。测量结果分散度大，重复性较差。维氏硬度计维氏硬度计维氏硬度试验维氏硬度试验原理原理维氏硬度维氏硬度压痕压痕 维氏硬度的测量原理维氏硬度的测量原理与布氏硬度相同，不同点与布氏硬度相同，不同点是压头为一相对面夹角为是压头为一相对面夹角为136136金刚石正四方棱锥体，金刚石正四方棱锥体，所加负荷为所加负荷为5-5-120kgf120kgf（49.03-49.03-1176.80N1176.80N）。）。小小负负荷荷维维氏氏硬硬度度计计显微维氏硬度计显微维氏硬度计3 3 3 3、维氏硬度、维氏硬度、维氏硬度、维氏硬度HVHVHVHV136四棱锥形，载荷小，压痕
22、浅 依据载荷范围不同，依据载荷范围不同，依据载荷范围不同，依据载荷范围不同，规定了三种测定方法规定了三种测定方法规定了三种测定方法规定了三种测定方法维维维维氏硬度测试氏硬度测试氏硬度测试氏硬度测试 、小负荷维、小负荷维、小负荷维、小负荷维氏硬度测试、显微维氏硬氏硬度测试、显微维氏硬氏硬度测试、显微维氏硬氏硬度测试、显微维氏硬度测试。度测试。度测试。度测试。o右图为维氏硬度测试示意图。右图为维氏硬度测试示意图。o维氏硬度值是试验力除以压痕表面维氏硬度值是试验力除以压痕表面积所得之商，单位：积所得之商，单位：MPa。o 在用规定的压力在用规定的压力P将金刚石压头将金刚石压头压入被测试件表面并保持确
23、定时间压入被测试件表面并保持确定时间后卸去载荷，测量压痕投影的两对后卸去载荷，测量压痕投影的两对角线的平均长度角线的平均长度d，据此计算出压，据此计算出压痕的表面积痕的表面积S，最终求出压痕表面，最终求出压痕表面积上平均压力（积上平均压力（P/S），以此作为），以此作为被测材料的维氏硬度值。被测材料的维氏硬度值。o计算公式如下：计算公式如下：o优点：所测定的硬度值比布氏、洛氏硬度精确，优点：所测定的硬度值比布氏、洛氏硬度精确，压入深度浅，适于测定经表面处理零件的表面压入深度浅，适于测定经表面处理零件的表面层的硬度，变更负荷可测定从极软到极硬的各层的硬度，变更负荷可测定从极软到极硬的各种材料的硬
24、度；种材料的硬度；o缺点：测定过程比较麻烦。缺点：测定过程比较麻烦。4 4、布氏硬度与、布氏硬度与洛氏硬度洛氏硬度的特点比较的特点比较 布氏硬度的特点：布氏硬度的特点：布氏硬度的特点：布氏硬度的特点：布氏硬度因压痕面积较大，布氏硬度因压痕面积较大，布氏硬度因压痕面积较大，布氏硬度因压痕面积较大，HBHBHBHB值的代表性较全面，而且试值的代表性较全面，而且试值的代表性较全面，而且试值的代表性较全面，而且试验数据的重复性也好，但由于淬火钢球本身的变形问题，不能验数据的重复性也好，但由于淬火钢球本身的变形问题，不能验数据的重复性也好，但由于淬火钢球本身的变形问题，不能验数据的重复性也好，但由于淬火
25、钢球本身的变形问题，不能试验太硬的材料，一般在试验太硬的材料，一般在试验太硬的材料，一般在试验太硬的材料，一般在450HB450HB450HB450HB以上的就不再适用了。以上的就不再适用了。以上的就不再适用了。以上的就不再适用了。由于压痕较大，成品检验有困难。由于压痕较大，成品检验有困难。由于压痕较大，成品检验有困难。由于压痕较大，成品检验有困难。常用于测定铸铁、有色金属、低合金结构钢等的硬度。常用于测定铸铁、有色金属、低合金结构钢等的硬度。常用于测定铸铁、有色金属、低合金结构钢等的硬度。常用于测定铸铁、有色金属、低合金结构钢等的硬度。洛氏硬度的特点：洛氏硬度的特点：洛氏硬度的特点：洛氏硬度
26、的特点：洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬度HRHRHRHR可以用于硬度很高的材料，而且压痕很小，几乎可以用于硬度很高的材料，而且压痕很小，几乎可以用于硬度很高的材料，而且压痕很小，几乎可以用于硬度很高的材料，而且压痕很小，几乎不损伤工件表面，故在钢件热处理质量检查中应用最多。不损伤工件表面，故在钢件热处理质量检查中应用最多。不损伤工件表面，故在钢件热处理质量检查中应用最多。不损伤工件表面，故在钢件热处理质量检查中应用最多。但洛氏硬度由于压痕较小，硬度代表性就差些，假如材料中但洛氏硬度由于压痕较小，硬度代表性就差些，假如材料中但洛氏硬度由于压痕较小，硬度代表性就差些，假如材料中但洛氏硬度由于压痕较
27、小，硬度代表性就差些，假如材料中有偏析或组织不均的状况，则所测硬度值的重复性也差。有偏析或组织不均的状况，则所测硬度值的重复性也差。有偏析或组织不均的状况，则所测硬度值的重复性也差。有偏析或组织不均的状况，则所测硬度值的重复性也差。五、冲击韧性五、冲击韧性 工程中有些机件在工作时要受到工程中有些机件在工作时要受到工程中有些机件在工作时要受到工程中有些机件在工作时要受到瞬间大能量的冲击载荷瞬间大能量的冲击载荷瞬间大能量的冲击载荷瞬间大能量的冲击载荷 如锻压机的锤杆、冲床的冲头、如锻压机的锤杆、冲床的冲头、如锻压机的锤杆、冲床的冲头、如锻压机的锤杆、冲床的冲头、汽车变速齿轮、飞机的起落架等。汽车变
28、速齿轮、飞机的起落架等。汽车变速齿轮、飞机的起落架等。汽车变速齿轮、飞机的起落架等。瞬时冲击引起的应力和应变要比瞬时冲击引起的应力和应变要比瞬时冲击引起的应力和应变要比瞬时冲击引起的应力和应变要比静载荷引起的应力和应变大得多，因静载荷引起的应力和应变大得多，因静载荷引起的应力和应变大得多，因静载荷引起的应力和应变大得多，因此在选择制造该类机件的材料时，必此在选择制造该类机件的材料时，必此在选择制造该类机件的材料时，必此在选择制造该类机件的材料时，必需考虑材料的抗冲击实力，即韧性。需考虑材料的抗冲击实力，即韧性。需考虑材料的抗冲击实力，即韧性。需考虑材料的抗冲击实力，即韧性。o冲击韧性是指材料反
29、抗冲击载荷作用而不破坏的实力冲击韧性是指材料反抗冲击载荷作用而不破坏的实力 。1 1 1 1、冲击韧度、冲击韧度、冲击韧度、冲击韧度 衡量材料反抗冲击载荷作用而不破坏实力的指衡量材料反抗冲击载荷作用而不破坏实力的指衡量材料反抗冲击载荷作用而不破坏实力的指衡量材料反抗冲击载荷作用而不破坏实力的指标标标标,用用用用akakakak表示，由试验而得。表示，由试验而得。表示，由试验而得。表示，由试验而得。冲击试验机冲击试验机冲击试样和冲击试验示意图冲击试样和冲击试验示意图冲击韧度：冲击韧度：冲击韧度：冲击韧度：ak=AK/A（Jcm-2）A A A Ak k k k折断试样所消耗的冲击功（折断试样所消
30、耗的冲击功（折断试样所消耗的冲击功（折断试样所消耗的冲击功（J J J J）A A A A 试样断口处的原始截面积（试样断口处的原始截面积（试样断口处的原始截面积（试样断口处的原始截面积（mmmmmmmm2 2 2 2）2 2 2 2、冲击韧度试验、冲击韧度试验、冲击韧度试验、冲击韧度试验通常接受摆锤式冲击试验机测定通常接受摆锤式冲击试验机测定通常接受摆锤式冲击试验机测定通常接受摆锤式冲击试验机测定(大能量、一次冲断）。大能量、一次冲断）。大能量、一次冲断）。大能量、一次冲断）。o为了确定材料的冲击韧度为了确定材料的冲击韧度a k值，常接受一次冲击弯曲试验值，常接受一次冲击弯曲试验法。法。o由
31、于在冲击载荷作用下材料的塑性变形得不到充分发展，为由于在冲击载荷作用下材料的塑性变形得不到充分发展，为了能灵敏地反映出材料的冲击韧性，通常接受带缺口的试样了能灵敏地反映出材料的冲击韧性，通常接受带缺口的试样进行试验。进行试验。o标准冲击试样有两种，一种是夏比形缺口试样，另一种是标准冲击试样有两种，一种是夏比形缺口试样，另一种是夏比形缺口试样。夏比形缺口试样。o同一条件下同一材料制作的两种试样，其形试样的同一条件下同一材料制作的两种试样，其形试样的a k值值明显大于形试样的明显大于形试样的a k，所以这两种试样的值，所以这两种试样的值a k不能相互不能相互比较。比较。关于冲击试验关于冲击试验形缺
32、口试样V形缺口试样o试验时，将试样放在试验机两支座上，将确定重量试验时，将试样放在试验机两支座上，将确定重量G的摆锤升的摆锤升至确定高度至确定高度H，使它获得位能为，使它获得位能为GH；再将摆锤释放，使其刀；再将摆锤释放，使其刀口冲向试样缺口的背面；冲断试样后摆锤在另一边的高度为口冲向试样缺口的背面；冲断试样后摆锤在另一边的高度为h，相应位能为，相应位能为Gh，冲断试样前后的能量差即为摆锤冲断试样，冲断试样前后的能量差即为摆锤冲断试样所消耗的功，或是试样变形和断裂所吸取的能量，称为冲击吸所消耗的功，或是试样变形和断裂所吸取的能量，称为冲击吸取功取功Ak，即，即Ak=GHGh，单位为，单位为J。
33、o试验时，冲击功的数值可从冲击试验机的刻度标盘上干试验时，冲击功的数值可从冲击试验机的刻度标盘上干脆读出。脆读出。o冲击吸取功除以试样缺口底部处横截面积冲击吸取功除以试样缺口底部处横截面积F获得冲击韧获得冲击韧度值度值ak，即，即a k=Ak/F，单位为，单位为J/cm2。有些国家。有些国家（如美、英、日等国）干脆用冲击吸取功（如美、英、日等国）干脆用冲击吸取功 Ak作为冲击作为冲击韧性指标。韧性指标。o材料的材料的a k 值愈大，韧性就愈好；材料的值愈大，韧性就愈好；材料的a k 值愈小，值愈小，材料的脆性愈大。材料的脆性愈大。o通常把通常把a k 值小的材料称为脆性材料。值小的材料称为脆性
34、材料。o探讨表明，材料的探讨表明，材料的a k 值随温度的降低而降低。当温度值随温度的降低而降低。当温度降至某一数值或范围时，降至某一数值或范围时，a k 值会急剧下降，材料则由值会急剧下降，材料则由韧性状态转变为脆性状态，这种转变称为冷脆转变，相韧性状态转变为脆性状态，这种转变称为冷脆转变，相应温度称为冷脆转变温度。材料的冷脆转变温度越低，应温度称为冷脆转变温度。材料的冷脆转变温度越低，说明其低温冲击性能越好，允许运用的温度范围越大。说明其低温冲击性能越好，允许运用的温度范围越大。因此对于寒冷地区的桥梁、车辆等机件用材料，必需作因此对于寒冷地区的桥梁、车辆等机件用材料，必需作低温（一般为低温
35、（一般为40）冲击弯曲试验，以防止低温脆）冲击弯曲试验，以防止低温脆性断裂。性断裂。3、材料冲击韧度的意义、材料冲击韧度的意义六、疲惫强度六、疲惫强度六、疲惫强度六、疲惫强度1 1 1 1、疲惫的概念、疲惫的概念、疲惫的概念、疲惫的概念 工程上一些机件工作时受交变应力或循环应力作用，如：曲轴、齿工程上一些机件工作时受交变应力或循环应力作用，如：曲轴、齿工程上一些机件工作时受交变应力或循环应力作用，如：曲轴、齿工程上一些机件工作时受交变应力或循环应力作用，如：曲轴、齿轮、连杆、弹簧等，即使工作应力低于材料的屈服强度，但经过确定循轮、连杆、弹簧等，即使工作应力低于材料的屈服强度，但经过确定循轮、连
36、杆、弹簧等，即使工作应力低于材料的屈服强度，但经过确定循轮、连杆、弹簧等，即使工作应力低于材料的屈服强度，但经过确定循环周次后仍会发生断裂，这样的断裂现象称之为疲惫环周次后仍会发生断裂，这样的断裂现象称之为疲惫环周次后仍会发生断裂，这样的断裂现象称之为疲惫环周次后仍会发生断裂，这样的断裂现象称之为疲惫 。材料在低于材料在低于材料在低于材料在低于 s s s s的重复交变应力作用下发生断裂的现象。的重复交变应力作用下发生断裂的现象。的重复交变应力作用下发生断裂的现象。的重复交变应力作用下发生断裂的现象。零件的疲惫断裂过程可分为裂纹产生、裂纹扩展和瞬间断裂三个阶零件的疲惫断裂过程可分为裂纹产生、裂
37、纹扩展和瞬间断裂三个阶零件的疲惫断裂过程可分为裂纹产生、裂纹扩展和瞬间断裂三个阶零件的疲惫断裂过程可分为裂纹产生、裂纹扩展和瞬间断裂三个阶段段段段 。2 2 2 2、疲惫强度、疲惫强度、疲惫强度、疲惫强度 金属材料在多数次重复或交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应金属材料在多数次重复或交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应金属材料在多数次重复或交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应金属材料在多数次重复或交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力，叫做疲惫强度。力，叫做疲惫强度。力，叫做疲惫强度。力，叫做疲惫强度。材料的疲惫强度通常在疲惫试验机上测定。材料的疲惫强度通常在疲惫试验机上测定。材料的疲惫强度
38、通常在疲惫试验机上测定。材料的疲惫强度通常在疲惫试验机上测定。在循环载荷作用下，材料承受确定的循环应力在循环载荷作用下，材料承受确定的循环应力在循环载荷作用下，材料承受确定的循环应力在循环载荷作用下，材料承受确定的循环应力和断裂时相应的和断裂时相应的和断裂时相应的和断裂时相应的循环次数循环次数循环次数循环次数N N N N之间的关系曲线，称为疲惫曲线。之间的关系曲线，称为疲惫曲线。之间的关系曲线，称为疲惫曲线。之间的关系曲线，称为疲惫曲线。3 3 3 3、疲惫曲线、疲惫曲线、疲惫曲线、疲惫曲线-N 曲线 当零件所受的应力按正弦曲线对称循环时，疲惫强度以符号-1表示。即当应力低于-1值，既使循环
39、周次无穷多也不发生断裂。由于实际测试时不行能做到多数次应力循环，故规定各种金属材料由于实际测试时不行能做到多数次应力循环，故规定各种金属材料由于实际测试时不行能做到多数次应力循环，故规定各种金属材料由于实际测试时不行能做到多数次应力循环，故规定各种金属材料应有确定的应力循环基数。如钢材规定以应有确定的应力循环基数。如钢材规定以应有确定的应力循环基数。如钢材规定以应有确定的应力循环基数。如钢材规定以107 107 107 107 为基数，即钢材的应力为基数，即钢材的应力为基数，即钢材的应力为基数，即钢材的应力循环次数达到循环次数达到循环次数达到循环次数达到107 107 107 107 次仍不发
40、生疲惫断裂，就认为不会再发生疲惫断裂次仍不发生疲惫断裂，就认为不会再发生疲惫断裂次仍不发生疲惫断裂，就认为不会再发生疲惫断裂次仍不发生疲惫断裂，就认为不会再发生疲惫断裂了。了。了。了。对材料疲惫强度要求特殊高的钢材或有色金属，都要求对材料疲惫强度要求特殊高的钢材或有色金属，都要求对材料疲惫强度要求特殊高的钢材或有色金属，都要求对材料疲惫强度要求特殊高的钢材或有色金属，都要求108108108108次。次。次。次。4 4 4 4、疲惫断裂缘由：、疲惫断裂缘由：、疲惫断裂缘由：、疲惫断裂缘由：材料内部杂质、缺陷、表面划痕、应力集中等在交变载荷的材料内部杂质、缺陷、表面划痕、应力集中等在交变载荷的材
41、料内部杂质、缺陷、表面划痕、应力集中等在交变载荷的材料内部杂质、缺陷、表面划痕、应力集中等在交变载荷的作用下产生微裂纹，并扩展导致断裂。作用下产生微裂纹，并扩展导致断裂。作用下产生微裂纹，并扩展导致断裂。作用下产生微裂纹，并扩展导致断裂。5 5 5 5、提高疲惫强度的措施：、提高疲惫强度的措施：、提高疲惫强度的措施：、提高疲惫强度的措施：除改善材料的形态结构，削减应力集中外，还要实行进行表除改善材料的形态结构，削减应力集中外，还要实行进行表除改善材料的形态结构，削减应力集中外，还要实行进行表除改善材料的形态结构，削减应力集中外，还要实行进行表面强化措施。如提高零件的表面质量（表面粗糙度）、喷丸
42、处理面强化措施。如提高零件的表面质量（表面粗糙度）、喷丸处理面强化措施。如提高零件的表面质量（表面粗糙度）、喷丸处理面强化措施。如提高零件的表面质量（表面粗糙度）、喷丸处理等，同时应削减材料的内部缺陷，限制材料的内部质量。等，同时应削减材料的内部缺陷，限制材料的内部质量。等，同时应削减材料的内部缺陷，限制材料的内部质量。等，同时应削减材料的内部缺陷，限制材料的内部质量。轴的疲劳断口轴的疲劳断口轴的疲劳断口轴的疲劳断口疲劳辉纹（扫描电镜照片）疲劳辉纹（扫描电镜照片）八、八、断裂韧性断裂韧性K KI Io有的大型转动零件、高压容器、桥梁等，常在其工件应力远低于s的状况下突然发生低应力脆断。产生这种
43、现象的缘由与机件内部存在着微裂纹和其它缺陷以及它们的扩展。o材料中存在裂纹时，在裂纹尖端就会产材料中存在裂纹时，在裂纹尖端就会产 生应力集生应力集中，从而形成裂纹尖端应力场，按断裂力学分析，中，从而形成裂纹尖端应力场，按断裂力学分析，应力场的大小可用应力场的大小可用K KI I来描述，其单位为来描述，其单位为MPamMPam1/21/2。oKI值的大小确定于裂纹尺寸（2a）和外加应力场，它们之间的关系由下式表示：o KY o 式中：Y为与裂纹形态、加载方式和试样几何尺o 寸有关的无量纲系数o 为外加应力场，单位为MPa；o a为裂纹长度的一半，单位为mm o当裂纹前沿的内应力，大到足以使材料分别时，将当裂纹前沿的内应力，大到足以使材料分别时，将导致裂纹突然扩展，材料快速发生断裂。这个应力导致裂纹突然扩展，材料快速发生断裂。这个应力强度因子的临界值，称为材料的断裂韧性，用强度因子的临界值，称为材料的断裂韧性，用KICKIC表示。它反应材料有裂纹存在时，反抗脆性断裂的表示。它反应材料有裂纹存在时，反抗脆性断裂的实力，是强度和韧性的综合体现。实力，是强度和韧性的综合体现。oKICKIC可通过试验来测定，它与材料成分、热处理及加可通过试验来测定，它与材料成分、热处理及加工工艺等有关。工工艺等有关。谢 谢！