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1、机械工程材料 -教材配套教材配套PPT课件课件n n一、弹性和刚度一、弹性和刚度n n二、强度与塑性二、强度与塑性n n三、硬度三、硬度n n四、冲击韧性四、冲击韧性n n五、疲劳五、疲劳第一章 材料的性能第一节第一节 金属的力学性能金属的力学性能 金属的力学性能是指金属在力作用下所显示的金属的力学性能是指金属在力作用下所显示的金属的力学性能是指金属在力作用下所显示的金属的力学性能是指金属在力作用下所显示的与弹性和非弹性反应相关或涉及应力与弹性和非弹性反应相关或涉及应力与弹性和非弹性反应相关或涉及应力与弹性和非弹性反应相关或涉及应力-应变关系的应变关系的应变关系的应变关系的性能，如弹性、强度、
2、硬度、塑性、韧性等。性能，如弹性、强度、硬度、塑性、韧性等。性能，如弹性、强度、硬度、塑性、韧性等。性能，如弹性、强度、硬度、塑性、韧性等。n n材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形为变形为变形为变形。n n外力去处后能够恢复的变形称为外力去处后能够恢复的变形称为外力去处后能够恢复的变形称为外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形弹性变形弹性变形弹性变形。n n外力去处后不能恢复的变形称为外力去处后不能恢复的变形称为外力去处后不能恢复的变形称为外力去处后不能恢复
3、的变形称为塑性变形塑性变形塑性变形塑性变形。五万吨水压机五万吨水压机n n使用性能：使用性能：使用性能：使用性能：材料在使用材料在使用材料在使用材料在使用过程中所表现的性能。过程中所表现的性能。过程中所表现的性能。过程中所表现的性能。包括包括包括包括力学性能、物理性力学性能、物理性力学性能、物理性力学性能、物理性能能能能和和和和化学性能。化学性能。化学性能。化学性能。n n工艺性能：工艺性能：工艺性能：工艺性能：材料在加工材料在加工材料在加工材料在加工过程中所表现的性能。过程中所表现的性能。过程中所表现的性能。过程中所表现的性能。包括包括包括包括铸造铸造铸造铸造、锻压、焊接、锻压、焊接、锻压、
4、焊接、锻压、焊接、热处理热处理热处理热处理和和和和切削性能等切削性能等切削性能等切削性能等。神舟一号飞船拉拉伸伸试试验验机机低低碳碳钢钢的的应应力力-应应变变曲曲线线拉伸前拉伸前断裂后断裂后拉伸试样拉伸试样低碳钢拉伸试验：低碳钢拉伸试验：低碳钢拉伸试验：低碳钢拉伸试验：一、弹性和刚度n n弹性：弹性：弹性：弹性：即即即即材料承受最大弹材料承受最大弹材料承受最大弹材料承受最大弹性变形时的应力。性变形时的应力。性变形时的应力。性变形时的应力。指标为指标为指标为指标为弹性极限弹性极限弹性极限弹性极限 e e e e。n n刚度：材料受力时抵抗弹刚度：材料受力时抵抗弹刚度：材料受力时抵抗弹刚度：材料受
5、力时抵抗弹性变形的能力。性变形的能力。性变形的能力。性变形的能力。指标为指标为指标为指标为弹弹弹弹性模量性模量性模量性模量E E E E：弹性模量弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。可以通过增加横截面积合金化等对弹性模量的影响很小。可以通过增加横截面积或改变截面形状来提高零件的刚度。或改变截面形状来提高零件的刚度。二、强度与塑性n n强度：材料在外力作用下抵强度：材料在外力作用下抵强度：材料在外力作用下抵强度：
6、材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。抗变形和破坏的能力。抗变形和破坏的能力。抗变形和破坏的能力。n n屈服强度屈服强度屈服强度屈服强度 s s：材料发生微量：材料发生微量：材料发生微量：材料发生微量塑性变形时的应力值。塑性变形时的应力值。塑性变形时的应力值。塑性变形时的应力值。l条件屈服强度条件屈服强度 0.2：残余变形量为残余变形量为0.2%时的应力值。时的应力值。l抗拉强度抗拉强度 b：材料断裂前所承受的最大材料断裂前所承受的最大应力值。应力值。0.2塑性：塑性：材料受力破坏前可承受最材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。指标为：大塑性变形的能力。指标为：断面收缩率断面收缩率 ：拉拉伸
7、伸试试样样的的颈颈缩缩现现象象伸长率伸长率 ：拉伸前拉伸前断裂后断裂后n n说明：说明：说明：说明：n n 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。n n 直径直径直径直径d d0 0 相同时，相同时，相同时，相同时，l l0 0 ，。只有当。只有当。只有当。只有当l l0 0/d d0 0 为常数时，为常数时，为常数时，为常数时，塑性值才有可比性。塑性值才有可比性。塑性值才有可比性。塑性值才有可比性。n n当当当当l l0 0=10=10d d0 0 时，伸长率用时，伸长率
8、用时，伸长率用时，伸长率用 表示；表示；表示；表示；n n当当当当l l0 0=5=5d d0 0 时，伸长率用时，伸长率用时，伸长率用时，伸长率用 5 5 表示，显然表示，显然表示，显然表示，显然 5 5 n n 时，无颈缩，为脆性材料表征时，无颈缩，为脆性材料表征时，无颈缩，为脆性材料表征时，无颈缩，为脆性材料表征 时，有颈缩，为塑性材料表征时，有颈缩，为塑性材料表征时，有颈缩，为塑性材料表征时，有颈缩，为塑性材料表征无颈缩试样无颈缩试样有颈缩试样有颈缩试样三、硬度n n硬度是金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变硬度是金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，是一个综合的物理量
9、。形、压痕或划痕的能力，是一个综合的物理量。1 1 1 1、布氏硬度、布氏硬度、布氏硬度、布氏硬度HBHB布布氏氏硬硬度度计计布氏硬度测试原理布氏硬度测试原理2 2、洛氏硬度、洛氏硬度2 2、洛氏硬度、洛氏硬度、洛氏硬度、洛氏硬度n n洛氏硬度用符号洛氏硬度用符号洛氏硬度用符号洛氏硬度用符号HRHR表示：表示：表示：表示：n n HR=HR=k k-(-(h h1 1-h h0 0)/0.002)/0.002n n根根根根据据据据压压压压头头头头类类类类型型型型和和和和主主主主载载载载荷荷荷荷不不不不同同同同,分分分分为为为为九九九九个个个个标标标标尺尺尺尺,常常常常用的标尺为用的标尺为用的标
10、尺为用的标尺为A A、B B、C C。洛洛氏氏硬硬度度计计n n符号符号符号符号HRHR前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。lHRA用于测量高硬度材料用于测量高硬度材料,如如硬质合金、表淬层和渗碳层硬质合金、表淬层和渗碳层。lHRB用于测量低硬度材料用于测量低硬度材料,如如有色金属和退火有色金属和退火、正火钢等。正火钢等。lHRC用于测量中等硬度材料，用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。如调质钢、淬火钢等。l洛氏硬度的优点：洛氏硬度的优点：操作简便，操作简便，压痕小，适用范围广。
11、压痕小，适用范围广。l缺点：缺点：测量结果分散度大。测量结果分散度大。钢球压头与钢球压头与金刚石压头金刚石压头洛氏硬度压痕洛氏硬度压痕3、维氏硬度计算式如下：HV=0.1891F/d 2(N/mm2)式中：F试验力，N；d压痕两条对角线长度算术平均值，mm。n n维氏硬度用符号维氏硬度用符号维氏硬度用符号维氏硬度用符号HVHV表示表示表示表示，符符符符号前的数字为硬度值，后面号前的数字为硬度值，后面号前的数字为硬度值，后面号前的数字为硬度值，后面的数字按顺序分别表示载荷的数字按顺序分别表示载荷的数字按顺序分别表示载荷的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间值及载荷保持时间值及载荷保持时间值及载
12、荷保持时间.n n根据载荷范围不同，规定根据载荷范围不同，规定根据载荷范围不同，规定根据载荷范围不同，规定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 了三种测定方法了三种测定方法 维氏硬度试验维氏硬度试验、小负荷维氏硬度试验小负荷维氏硬度试验、显微维显微维氏硬度试验氏硬度试验.l维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点硬度的优点。四、冲击韧性n n它是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。它是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。它是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。它是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。l指标为冲击指标为冲击韧性值韧性值ak
13、(通通过过冲击实验冲击实验测得测得)。TITANIC建造中的建造中的Titanic TITANIC 的沉没的沉没与船体材料的质量与船体材料的质量直接有关直接有关四、疲劳n n材料在低于材料在低于材料在低于材料在低于 s s重复交变应力作用下发生断裂的现象重复交变应力作用下发生断裂的现象重复交变应力作用下发生断裂的现象重复交变应力作用下发生断裂的现象.n n材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为应力称为应力称为应力称为疲劳极限疲劳极限疲劳极限疲劳极限。
14、用。用。用。用 -1-1表示。表示。表示。表示。n n钢铁材料规定次数为钢铁材料规定次数为钢铁材料规定次数为钢铁材料规定次数为10107 7，有色金属合金为，有色金属合金为，有色金属合金为，有色金属合金为10108 8。疲劳应力示意图疲劳应力示意图疲劳曲线示意图疲劳曲线示意图疲劳断口：通过通过改善材料形状结构改善材料形状结构，减少表面缺陷减少表面缺陷，提高表面提高表面光洁度光洁度，进行表面强化进行表面强化等方法可提高材料疲劳抗力等方法可提高材料疲劳抗力.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）第二节第二节 金属的物理性能与化学性能金属的物理性能与化学性能1 1密
15、度密度金属的密度是指单位体积金属的质量。金属的密度是指单位体积金属的质量。一、金属的物理性能一、金属的物理性能一、金属的物理性能一、金属的物理性能2 2熔点熔点金属和合金从固态向液态转变时的温度称为熔点。金属和合金从固态向液态转变时的温度称为熔点。3 3导热性导热性金属传导热量的能力称为导热性金属传导热量的能力称为导热性。4 4导电性导电性金属能够传导电流的性能，称为导电性。金属能够传导电流的性能，称为导电性。5 5热膨胀性热膨胀性金属材料随着温度变化而膨胀、收缩的特性称金属材料随着温度变化而膨胀、收缩的特性称为热膨胀性。为热膨胀性。6 6磁性磁性金属材料在磁场中被磁化而呈现磁性强弱的性能称为
16、磁性。金属材料在磁场中被磁化而呈现磁性强弱的性能称为磁性。1.1.耐腐蚀性耐腐蚀性2 2抗氧化性抗氧化性3 3化学稳定性化学稳定性 金属的化学金属的化学金属的化学金属的化学 性能性能性能性能第三节第三节 金属的工艺性能金属的工艺性能一、铸造性能一、铸造性能一、铸造性能一、铸造性能 金属在铸造成形过程中获得外形金属在铸造成形过程中获得外形准确、内部健全铸件的能力称为铸准确、内部健全铸件的能力称为铸造性能。造性能。金属材料利用锻压加工方法成形金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度称为锻造性能。的难易程度称为锻造性能。焊接性能是指材料在限定的施工焊接性能是指材料在限定的施工条件下焊接成按规定设计要求的构条件下焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。件，并满足预定服役要求的能力。切削加工性能是指金属在切削加工切削加工性能是指金属在切削加工时的难易程度。时的难易程度。二、锻造性能二、锻造性能二、锻造性能二、锻造性能三、焊接性能三、焊接性能三、焊接性能三、焊接性能四、切削加工性能四、切削加工性能四、切削加工性能四、切削加工性能