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1、第一章第一章 材料的性能材料的性能Performance of Metal MaterialPerformance of Metal Material第一节第一节 材料的静态力学性能材料的静态力学性能第二节第二节 金属材料的动态力学性能金属材料的动态力学性能第三节第三节 材料的高温力学性能材料的高温力学性能作业：作业：第一节第一节 材料的静态力学性能材料的静态力学性能一、定义一、定义 力学性能是指材料抵抗载荷作用的能力。力学性能是指材料抵抗载荷作用的能力。二、静态力学性能指标二、静态力学性能指标 弹性弹性 、塑性塑性 、强度、强度、硬度等。硬度等。载荷种类载荷种类三、拉伸试验三、拉伸试验拉伸试
2、验拉伸试验机机拉伸试验动画拉伸试验动画拉拉伸伸试试样样的的缩缩颈颈现现象象四、拉伸图四、拉伸图拉伸曲线的建立过程动画拉伸曲线的建立过程动画1.弹性弹性(elasticity):金属材料受外力作用时产生金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能恢复变形，当外力去掉后能恢复 到原来形状及尺寸到原来形状及尺寸的性能。的性能。2.弹性变形弹性变形(elastic deformation):随载荷撤除而消失的变形。随载荷撤除而消失的变形。弹性变形弹性变形与与塑性变形塑性变形弹性与弹性与刚度刚度3.材料的刚度（材料的刚度（E）与构件的刚度（）与构件的刚度（E.F0）4.4.弹性极限弹性极限R Re e(
3、elastic limit):(elastic limit):F Fe e 弹性极限载荷弹性极限载荷(N)(N)R Re e =(MPaMPa)S S0 0 试样原始横截面积试样原始横截面积(mm(mm2 2)5.5.强度强度(strength):(strength):材料在载荷作用下抵抗变形材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。和破坏的能力。(1)(1)屈服强度屈服强度 (yield strength):(yield strength):上屈服点、上屈服点、下屈服点下屈服点规定非比例延伸规定非比例延伸RP0.2(塑性变形量为塑性变形量为0.2%)(2)抗拉强度抗拉强度Pm(tensile s
4、trength):试样在断裂前所能承受的最大应力。试样在断裂前所能承受的最大应力。Fm 试样断裂前的最大载荷试样断裂前的最大载荷(N)Pm=(MPa)S0 试样原始横截面积试样原始横截面积(mm2)低碳钢与铸铁对比低碳钢与铸铁对比6.塑性塑性(plasticity):是指材料在载荷作用下是指材料在载荷作用下 产生塑性变形而不被破坏的能力。产生塑性变形而不被破坏的能力。(1)断面收缩率断面收缩率Z(percentage reduction in area):是指试样拉断处横截面积的收缩量与原是指试样拉断处横截面积的收缩量与原始横截面积始横截面积F0之比。之比。S0-S u Z=100%S0(2)
5、(2)伸长率伸长率(延伸率延伸率)A A specific elongation:specific elongation:是指试样拉断后的标距伸长量与原始标距是指试样拉断后的标距伸长量与原始标距L L0 0之比。之比。L Lu L L0 A =A =100%100%L L0 A 10%属塑性材料属塑性材料7.7.屈强比与比强度屈强比与比强度 屈强比：屈强比：材料的屈服强度与抗拉强度之比材料的屈服强度与抗拉强度之比比强度：比强度：材料的强度与密度之比材料的强度与密度之比名称名称密度密度(g/(g/cmcm3 3)强度强度(MPaMPa)比比强度强度纯铝纯铝2.72.780801001003030
6、3737纯铁纯铁7.877.8718018028028023233636纯钛纯钛4.54.540540550050090901111118.硬度硬度(hardness):是指材料抵抗其他硬物体压入是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力。其表面的能力。布氏硬度布氏硬度HB 洛氏硬度洛氏硬度HR 维氏硬度维氏硬度HV常用测量硬度的方法常用测量硬度的方法(1)布氏硬度布氏硬度 HB(Brinell-hardness)布氏硬度计布氏硬度计 布氏硬度测量原理布氏硬度测量原理适用范围适用范围:v 450HBS;v 650HBW;符号符号HBS或或HBW之前的数字表示硬度值，符之前的数字表示硬度值，符号后面
7、的数字按顺序分别表示球体直径、载荷号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。及载荷保持时间。如如:120HBS10/1000/30表示表示直直径为径为10mm的钢球的钢球在在1000kgf（9.807kN）载荷载荷作作用下用下保持保持30s测得的测得的布氏硬度值为布氏硬度值为120。(2)洛氏硬度洛氏硬度 HR(Rockwell hardness)10HRCHBS洛氏硬度测量原理洛氏硬度测量原理种类：种类：HRA、HRB、HRC(3)维氏硬度维氏硬度 HV (diamond penetrator hardness)适用范围适用范围:测量薄板、工件表面层硬度等测量薄板、工件表面层硬
8、度等;HVHBS;硬度与抗拉强度之间硬度与抗拉强度之间的换算：的换算：P9一、一、冲击韧度冲击韧度 k(notch toughness)材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。冲击试验冲击试验 第二节第二节 材料的动态力学性能材料的动态力学性能试样冲断时所消耗的冲击功试样冲断时所消耗的冲击功A k为为:A k=m g H m g h(J)冲击韧度（性）冲击韧度（性）k 就是试样缺口处单位就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。截面积上所消耗的冲击功。AK k=(J/cm)F0冷脆：冷脆：多冲抗力：多冲抗力：二、二、疲劳强度疲劳强度S(fatigue stren
9、gth)表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值。断裂的最大应力值。疲劳断裂疲劳断裂钢材的循环次数一般取钢材的循环次数一般取 N=107有色金属的循环次数一般取有色金属的循环次数一般取 N=108钢材的钢材的疲劳强度疲劳强度与与抗拉强度抗拉强度之间的关系之间的关系:S=(0.450.55)b三、三、断裂韧度断裂韧度 K1c 表示材料抵抗裂纹失稳扩展而断裂的能力。表示材料抵抗裂纹失稳扩展而断裂的能力。低应力脆断第三节第三节 材料的高、低温力学性能材料的高、低温力学性能蠕变：蠕变：材料在高温下受一定的应力（应力材料在高温下受一定的应力（应力可小于屈服强度）作用，随时间的延长，可小于屈服强度）作用，随时间的延长，发生缓慢塑性变形的现象。发生缓慢塑性变形的现象。应力松弛：应力松弛：材料在高温下承受载荷，其总材料在高温下承受载荷，其总应变保持不变而应力随时间的延长逐渐降应变保持不变而应力随时间的延长逐渐降低的现象。低的现象。冷脆：冷脆：高温蠕变案例高温蠕变案例本章的作业本章的作业 P 14：5本章的讨论本章的讨论 P 13：2、3、4、6