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1、第1章_工程材料的性能第1页，本讲稿共28页工程材料的性能l材料的性能：用来表征材料在给定外界条件下材料的性能：用来表征材料在给定外界条件下的行为参量，包括的行为参量，包括使用性能和工艺性能。使用性能和工艺性能。l使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。包括包括力学性能力学性能、物理性能和化学性能。、物理性能和化学性能。l工艺性能：材料在加工过程中所表现的性工艺性能：材料在加工过程中所表现的性能。包括能。包括铸造、锻压、焊接、热处理和切削性铸造、锻压、焊接、热处理和切削性能等。能等。第2页，本讲稿共28页冲击载荷和交变载荷 第一节第一节 材料的材料的力学
2、力学性能性能载荷的大小和方向做周期性变化一 定义材料的力学性能：材料在载荷作用下所表现出来的特性。对试样缓慢加载二二 力学性能指标力学性能指标强度、刚度、塑性、硬度、冲击韧度、疲劳强度强度、刚度、塑性、硬度、冲击韧度、疲劳强度强度、刚度、塑性、硬度、冲击韧度、疲劳强度强度、刚度、塑性、硬度、冲击韧度、疲劳强度等。材料的力学性能材料的力学性能：静载静载和和动载动载力学性能。力学性能。第3页，本讲稿共28页三三.拉伸拉伸试验拉伸试样拉伸试样拉伸试验机d0L0长试样长试样：L0=10d0短试样短试样短试样短试样：L0=5d0第4页，本讲稿共28页四四.低碳钢拉伸应力低碳钢拉伸应力应变曲线应变曲线常用
3、拉伸试样常用拉伸试样(圆截面圆截面):):标距长度标距长度：L L=10d=10d 或或5 5d d 施加拉伸载荷施加拉伸载荷P P，记录记录P P L L曲线曲线;或或(=(=P/A)P/A)(=(=L L/L)/L)曲线。曲线。低碳钢拉伸应力低碳钢拉伸应力应变曲线应变曲线:颈缩阶段：到颈缩阶段：到k k点发生断裂。点发生断裂。四个阶段：四个阶段：颈缩屈服 强化 弹性 弹性阶段：卸载后变形可恢复。弹性阶段：卸载后变形可恢复。屈服阶段：变形迅速增大，材料屈服阶段：变形迅速增大，材料 似乎失去抵抗变形的能力。似乎失去抵抗变形的能力。强化阶段：恢复抵抗变形的能力。强化阶段：恢复抵抗变形的能力。第5
4、页，本讲稿共28页拉拉伸伸试试样样的的颈颈缩缩现现象象第6页，本讲稿共28页1第7页，本讲稿共28页由-曲线定义若干重要的比例极限 p：=E -关系是线性、弹性的。材料性能和指标材料性能和指标：弹性模量(Elastic Modulus)E=/：op段直线的斜率,反映材料抵抗弹性变形的能力。弹性极限e：弹性，pe段为非线性。e与p数值相近。opesybk=PAk LL L=/yspeE1弹性弹性(elasticity):金属材料受外力作用时产生变形金属材料受外力作用时产生变形,当外力去当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。第8页，本讲稿共28页反映材料是否破
5、坏的重要强度指标。极限强度(ultimate strength)b：屈服极限或屈服强度(yield strength)ys：材料是否出现塑性变形的重要强度指标。强度强度(strength):材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。第9页，本讲稿共28页塑性：伸长率n:1面缩率：A1A0材料在外力下，产生塑性变形而不断裂的性能。5%,如低碳钢、低合金钢、青铜等延性材料：脆性材料：5%,如铸铁、硬质合金、石料等。低碳钢，约 25%左右，约为 60%。第10页，本讲稿共28页材料的力学性能（或机械性能）指标为材料的力学性能（或机械性能）指标为：E1弹性指标：弹性模
6、量E:材料抵抗弹性变形的能力；ysb强度指标：屈服强度ys-材料发生屈服极限强度b -材料发生破坏塑性指标：延伸率 和/或 面缩率。第11页，本讲稿共28页五五.硬度硬度(hardness):(hardness):是指材料抵抗其他更硬物体压入其表面的能力。是指材料抵抗其他更硬物体压入其表面的能力。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 肖氏硬度肖氏硬度HS常用测量硬度的方法常用测量硬度的方法第12页，本讲稿共28页(1)布氏硬度布氏硬度 HB(Brinell-hardness)布氏硬度计 第13页，本讲稿共28页(1)布氏硬度布氏硬度 HB(Brinell-hardn
7、ess)适用范围适用范围:v 450HBS;v 650HBW;测头是淬火钢球测头是硬质合金球第14页，本讲稿共28页(1)布氏硬度布氏硬度 HB(Brinell-hardness)符号符号HBS或或HBW之前的数字表示硬度值，之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载符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。如荷及载荷保持时间。如:120HBS10/1000/30表表示示直径为直径为10mm的钢球的钢球在在1000kgf（9.807kN）载荷载荷作用下作用下保持保持30s测得的测得的布氏硬度值为布氏硬度值为120。第15页，本讲稿共28页(2)洛氏硬度洛氏硬
8、度 HR(Rockwll hardness)h1-h0洛氏硬度测试示意图洛洛氏氏硬硬度度计计10HRCHBS第16页，本讲稿共28页(3)维氏硬度氏硬度 HV (diamond penetrator hardness)适用范围适用范围:测量薄板类测量薄板类;HVHBS;第17页，本讲稿共28页工 件(4)肖氏硬度肖氏硬度 HS(drop hardness)254mm2.5gh第18页，本讲稿共28页六六.冲冲击韧性性(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。第19页，本讲稿共28页冲击试验机冲击试验机冲击试样和冲击试验示意图冲击
9、试样和冲击试验示意图第20页，本讲稿共28页试样冲断时所消耗的试样冲断时所消耗的冲击功冲击功A k为为:A k=m g H m g h(J)冲击韧性值冲击韧性值a 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 a k=(J/cm)S0第21页，本讲稿共28页七七.疲疲劳强度度(fatigue strength)（1）疲劳现象）疲劳现象 零件在循环应力的作用下，即使工作时零件在循环应力的作用下，即使工作时承受的应力低于材料的屈服点或规定残余承受的应力低于材料的屈服点或规定残余伸长应力，在经受一定的应力循环后也会伸长应力，在经受一定的应力循环后也会发
10、生突然断裂，这种现象称为疲劳。发生突然断裂，这种现象称为疲劳。第22页，本讲稿共28页（2）疲疲劳强度度-1(疲劳极限疲劳极限)表示材料表示材料经无数次交无数次交变载荷作荷作 用而不致引起断裂的最大用而不致引起断裂的最大应力力值。第23页，本讲稿共28页钢材的循环次数钢材的循环次数一般取一般取 N=107有色金属的循环次数有色金属的循环次数一般取一般取 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:-1=(0.45(0.450.55)0.55)b疲劳曲线疲劳曲线第24页，本讲稿共28页(3)提高疲劳极限途径提高疲劳极限途径改善零件的结构形状；改善零件的结构形状
11、；降低表面粗糙度值；降低表面粗糙度值；采取表面强化采取表面强化第25页，本讲稿共28页1943年美国年美国T-2油油轮发生断裂生断裂第26页，本讲稿共28页八八.比比强度度(specific strength):材料的材料的强度度值与密度与密度值之比。之比。名称密度(g/cm3)强度(Mpa)比强度纯铝2.7801003037纯铁7.871802802336纯钛4.5405500 90111第27页，本讲稿共28页掌握：强度、刚度、塑性、硬度、韧性掌握：强度、刚度、塑性、硬度、韧性的意义、表示方法、计算方法和测量方的意义、表示方法、计算方法和测量方法等；法等；金属材料的力学性能第28页，本讲稿共28页