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1、工程材料及热加工第一章第1页，此课件共26页哦教学重点和难点刚度、强度、塑性的测试计算方法、表达式和指标的实际意义；不同工程材料的几种不同的硬度测试方法及相互间的关系；冲击韧性的测试计算方法和工程使用意义。第2页，此课件共26页哦力学性能即在外力作用下，金属材料所表现出来的性能，亦称机械性能。是评定材料好坏的主要指标，是设计和选材的重要依据。包括弹性、塑性、刚度、强度、硬度、韧性、疲劳强度、蠕变强度等。第3页，此课件共26页哦一、刚度、强度、塑性刚度、强度和塑性是材料承受静载荷的性能，通过静拉伸试验测定。第4页，此课件共26页哦拉伸应力应变曲线第5页，此课件共26页哦弹性极限Elastic l
2、imit弹性模量Elastic modulus当载荷未达到E 点前，试样只产生弹性变形，故e为材料所承受的不产生永久变形的最大应力，称为弹性极限（或称为弹性变形Elastic deformation）。图中OP是直线，表示应力与应变成正比，P点是保持这种关系的最高点，P称为比例极限。e与P很接近，实际使用时，两者常取同一数值（OP的斜率为试样材料的弹性模量，即刚度Stiffness）。第6页，此课件共26页哦屈服强度Yield strength、抗拉强度Tensile strength当应力达到S时，增加很小的载荷就会产生较大的变形。当卸载后，试样则存在一定的残余应力，即塑性变形塑性变形，这种
3、不完全回复现象称为屈服。S是试样开始产生屈服时的应力，称为屈服点应力，即材料的屈服强度。随后继续增加载荷，试样继续伸长，至B点时试样开始产生缩颈，变形速度超过加载速度，曲线开始下弯。在K点试样断裂。b为试样断裂前的最大应力，称为抗拉强度。第7页，此课件共26页哦第8页，此课件共26页哦弹性模量（刚度）的计算式中：（MPa）（单位截面上的拉力）；（单位长度上的伸长量）。钢的E值：190220GPa。第9页，此课件共26页哦屈服强度屈服强度是静拉伸过程中开始产生塑性变形时的应力，即为拉伸曲线上S点的载荷大小与试棒原始截面积之比，用b表示：对于有些零件在工作中不允许发生塑性变形，所以S 是设计中材料
4、强度的主要参数，是材料的重要力学性能指标之一。第10页，此课件共26页哦抗拉强度抗拉强度是静拉伸过程中试样被拉断前的最大应力，即材料拉伸曲线上B点时的载荷大小与原始截面之比，用b表示：表示材料在拉力作用下抵抗断裂的能力，是设计和选材的重要力学性能指标之一。第11页，此课件共26页哦退火低碳钢应力-应变曲线第12页，此课件共26页哦中碳调质钢应力-应变曲线第13页，此课件共26页哦淬火钢及铸铁应力-应变曲线第14页，此课件共26页哦低、中碳回火钢应力-应变曲线第15页，此课件共26页哦塑性及衡量指标材料在外力作用下，发生不能恢复原状的变形称为塑性变形，产生塑性变形而不断裂的性能称为塑性。金属的塑
5、性常用伸长率和断面收缩率来表示。伸长率表示拉伸试样被拉断时的相对塑性变形量断面收缩率表示拉伸试样被拉断时的截面积相对减缩量第16页，此课件共26页哦塑性材料与脆性材料u、愈大，表示材料的塑性愈好。u通常以伸长率的大小来衡量金属材料塑性的好坏，2%5%的材料为塑性材料，2%5%的材料为脆性材料。第17页，此课件共26页哦二、疲劳强度金属材料承受周期性交变载荷时抵抗断裂的能力称为疲劳强度。疲劳强度常比S小得多，工程上规定：钢铁材料循环107、有色金属循环108次不发生断裂的最大应力，作为该材料的疲劳强度，用-1表示。产生疲劳破坏的原因：材料内部夹杂物，表面划痕及能引起应力集中的缺陷，而导致微裂纹的
6、产生。避免疲劳破坏的方法：改善其结构形状、避免应力集中、降低零件的表面粗糙度等。第18页，此课件共26页哦三、硬度硬度是金属材料抵抗硬物压入的能力，也是材料局部塑性变形的抗力,故硬度与强度存在着一定的关系。低碳钢：HBS=0.36b；高碳钢：HBS=0.34b；调质合金钢：HBS=0.325b；灰铸铁：HBS=0.1b；黄铜：HBS=0.48b。生产上硬度常作为设计零件的技术指标之一，常用的有布氏、洛氏和维氏硬度等。第19页，此课件共26页哦布氏硬度（HBS）布氏硬度是在布氏硬度计上测定的。第20页，此课件共26页哦HBS适用范围布氏硬度常用于测定铸铁、非铁合金及退火钢的硬度。HBS只能测定硬
7、度值小于450HBS以下的金属材料，否则钢球会变形，测得的结果不准确；不能测定厚度小于12mm的薄板材料，否则钢球就会压穿试样。布氏硬度计也可采用硬质合金球作为压头，用HBW表示，用于测量硬度较高的材料。第21页，此课件共26页哦洛氏硬度HRC洛氏硬度是在洛氏硬度计上测定的。其原理与布氏硬度一样，如图1-4所示。第22页，此课件共26页哦洛氏硬度三种规范标度标度压压 头头预载荷预载荷总载荷总载荷应用应用范围范围适用的材料适用的材料HRA120 金刚石圆锥98.07N609.807N7085硬质合金、表面淬火钢HRB1.588mm钢球98.07N1009.807N 25100 软钢、退火钢、铜合
8、金HRC120 金刚石圆锥98.07N1509.807N2067淬火钢、调质钢等特点：测试压痕小，直接读数，操作方便；可测低硬度、高硬度材料，应用广泛，用于测试各种钢铁原材料、非铁合金、经淬火后工件、表面热处理工件及硬质合金等。第23页，此课件共26页哦维氏硬度HV在维氏硬度计上测定。在一定载荷F作用下，将顶角为136136的金刚石四棱锥压头的金刚石四棱锥压头压入材料表面，保持一定时间后卸载，在材料表面得到一个四方四方形形压痕，测量压痕两条对角线的平均长度d（mm）。根据d计算出压痕面积A（mm2），以F/A的值来表示材料的硬度。第24页，此课件共26页哦四、冲击韧性冲击韧性是金属材料抵抗冲击载荷的能力第25页，此课件共26页哦五、断裂韧性断裂韧性是指带微裂纹的材料或零件阻止裂纹扩展的能力。当零件承受载荷而在其内部产生应力集中时，裂纹尖端处呈现应力集中，其大小与裂纹长度和裂纹尖端曲率半径有关，在裂纹尖端附近的微小区域内，存在一个很复杂的应力场，其大小用应力强度因子KI表示：应力强度因子的临界值称为材料的断裂韧性，用KIC表示。当KIKIC时，零件可安全工作。第26页，此课件共26页哦