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1、常用术语 作用在机件上的外力载荷FFF=F 外力 内力应力FF静载荷动载荷1.应力与应变应力：物体内部任一截面单位面积上的相互作用力。同截面垂直的称为“正应力”或“法向应力”，同截面相切的称为“剪应力”或“切应力”。第1页/共37页常用术语1.应力与应变FF拉伸前拉伸后应变：物体形状尺寸所发生的相对改变。物体内部某处的线段在变形后长度的改变值同线段原长之比值称为“线应变”第2页/共37页常用术语2.两种基本变形（1）弹性变形：材料受外力作用时产生变形，当外力去除后恢复其原来形状，这种随外力消失而消失的变形，称为弹性变形。FFF第3页/共37页常用术语2.两种基本变形（2）塑性变形:材料在外力作
2、用下产生永久的不可恢复的变形，称为塑性变形。FFF第4页/共37页静载时材料的力学性能 拉伸试验与应力应变曲线FFL拉伸前拉伸后第5页/共37页静载时材料的力学性能 拉伸试验与应力应变曲线第6页/共37页静载时材料的力学性能 拉伸试验与应力应变曲线OA：弹性变形阶段BC：屈服阶段CD：强化阶段DE：缩颈阶段第7页/共37页静载时材料的力学性能 曲线1高碳钢淬火低温回火曲线2低合金结构钢曲线3黄铜曲线4陶瓷、玻璃类脆性材料 曲线5橡胶类材料曲线6工程塑料第8页/共37页1 1、强度、强度（1）弹性极限e，即材料承受最大弹性变形时的应力。静载时材料的力学性能 强度：材料在外力作用下抵抗变形和断裂的
3、能力。第9页/共37页表征材料产生弹性变形的难易程度。在工程上称为材料的刚度。静载时材料的力学性能 1、强度（2）弹性模量E第10页/共37页静载时材料的力学性能 材料产生屈服现象时 的最小应力1、强度（3）屈服强度s第11页/共37页0.2屈服强度反映材料抵抗永久变形的能力，是最重要的零件设计指标。静载时材料的力学性能 有的材料的屈服强度不明显，规定使用条件屈服强度0.2（残余变形量为0.2%时的应力值）来标定第12页/共37页抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大应力值。抗拉强度反映材料抵抗断裂破坏的能力，也是零件设计的材料评价的重要指标。静载时材料的力学性能 1、强度（4）抗拉强度b第13页
4、/共37页塑性：塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。静载时材料的力学性能 2、塑性常用 和 作为衡量塑性的指标。伸长率：断面收缩率:FFL良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。第14页/共37页静载时材料的力学性能 u布氏硬度HB3、硬度材料抵抗表面局部塑性变形的能力第15页/共37页静载时材料的力学性能 u布氏硬度HB3、硬度材料抵抗表面局部塑性变形的能力力P与压痕表面积的比值l压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450以下的材料。l压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在650以下的材料。优点：测量
5、误差小，数据稳定。缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。第16页/共37页静载时材料的力学性能 4、硬度u洛氏硬度第17页/共37页静载时材料的力学性能 3、硬度u洛氏硬度h卸除主试验力后，在初试验力下压痕残留的深度，即残余压痕深度，mm；S给定标尺的硬度单位，mm；N给定标尺的硬度数。第18页/共37页静载时材料的力学性能 3、硬度u洛氏硬度常用的洛氏硬度有HRA、HRB、HRC三种，其中HRC在生产中应用最广。l优点：操作简便，压痕小，适用范围广。l缺点：重复性差钢球压头与金刚石压头洛氏硬度压痕第19页/共37页特别提示特别提示 零(构)件服役的环境是多种多样的，对于工程
6、上的零部件绝大多数是承受动载荷的作用，如汽车发动机里的连杆、曲轴等部件就是这种情况。因此。研究材料的动载力学性能才能接近实际情况。以便为解决实际工程问题提供了更适合的评价方法。第20页/共37页韧性断裂和脆性断裂的断口微观形貌韧性断口脆性断口第21页/共37页1 1、冲击韧性、冲击韧性是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。其他载荷作用下的力学性能 冲击试验测定原理 第22页/共37页 材料中总是存在缺陷，常见的缺陷是裂纹。在应力作用下，裂纹将发生扩展，一旦扩展失稳，就会发生低应力脆性断裂。材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力称为断裂韧性。1943年美国T-2油轮发生断裂裂纹扩展的基本形式 工程上有
7、时会出现材料在远低于抗拉强度的情况下发生断裂的现象。其他载荷作用下的力学性能2 2、断裂韧度、断裂韧度第23页/共37页其他载荷作用下的力学性能l 低应力脆断是在应力作用下，裂纹发生的扩展，当裂纹扩展到一定临界尺寸时，裂纹发生失稳扩展（即自动迅速扩展），造成构件突然断裂。含中心穿透裂纹的无限大板的拉伸第24页/共37页3 3、疲劳强度、疲劳强度材料在低于s的重复交变应力作用下发生断裂的现象。随材料承受的交变应力值的下降，其断裂时应力循环次数N值增加。材料的动载力学性能 第25页/共37页3 3、疲劳强度、疲劳强度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疲劳极限。对称循环交变的疲劳极
8、限用-1表示。钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为108。材料的动载力学性能 第26页/共37页 1-疲劳源、2-疲劳裂纹扩展区和3-瞬时断裂区 疲劳断口示意图金属的疲劳极限受到很多因素的影响，主要有工作条件、表面状态、材质、残余内应力等。改善零件的结构形状，避免应力集中，降低零件表面粗糙度值以及采取各种表面强化的方法，都能提高零件的疲劳极限 材料的动载力学性能材料的动载力学性能 第27页/共37页材料的动载力学性能材料的动载力学性能 疲劳源区和疲劳扩展区的微观形貌一个疲劳源疲劳条纹第28页/共37页材料的动载力学性能材料的动载力学性能 4、磨损 在摩擦过程中零件表面发生尺寸变化和物质耗损
9、的现象叫做磨损。u粘着磨损 又称咬合磨损，在滑动摩擦条件下，摩擦副的接触面发生金属粘着，相对滑动中有金属屑粒被拉拽下来或者是金属表面被擦伤的一种磨损形式。滑动第29页/共37页u磨粒磨损 又称磨料磨损，在滑动摩擦时零件表面存在硬质磨粒，磨粒嵌入或切割金属表面，从而导致零件表面逐渐损耗的一种磨损。u 腐蚀磨损腐蚀与机械磨损相结合。材料的动载力学性能材料的动载力学性能 第30页/共37页特别提示特别提示零(构)件服役的环境是多种多样的，如有的零件在高温下工作，有的零件在低温下工作，那么在室温下测定的性能指标就不能代表它在高温或低温下的性能。屈服强度与抗拉强度与温度有很大关系，一般温度升高，材料强度
10、降低。第31页/共37页1高温机械性能材料的高、低温力学性能材料的高、低温力学性能u 材料在高温下机械性能的一个重要特点就是产生蠕变。u蠕变是指材料在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象。由于蠕变变形而最后导致金属材料的断裂称为蠕变断裂。第32页/共37页材料的冲击韧性随温度下降而下降。在某一温度范围内冲击韧性值急剧下降的现象称韧脆转变。发生韧脆转变的温度范围称韧脆转变温度。材料的使用温度应高于韧脆转变温度。材料的高、低温力学性能2低温机械性能第33页/共37页TITANIC建造中的Titanic 号TITANIC的沉没与船体材料的质量直接有关材料的高、低温力学性能第34页/共37页Titanic 号钢板号钢板（左图）（左图）和和近代船用钢板近代船用钢板（右图）（右图）的的冲击试验结果冲击试验结果Titanic近代船用钢板材料的高、低温力学性能第35页/共37页材料的化学性能材料的化学性能 材料在室温或高温时抵抗各种介质化学侵蚀的能力，材料因化学侵蚀而损坏的现象称为腐蚀。分类：化学腐蚀 电化学腐蚀工程上常用防腐蚀方法：1）改变金属表面化学成分：表面渗铬、渗铝 2）表面覆盖：镀铬铝刷油漆3）密封包装；4）阴极保护法。第36页/共37页感谢您的观看。第37页/共37页