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1、第一章 工程材料的力学性能本讲稿第一页，共十五页第一节第一节 材料的强度和塑性材料的强度和塑性l概念概念 强度强度：金属材料在外力作用下金属材料在外力作用下抵抗塑性变形抵抗塑性变形 和和断裂的能力。断裂的能力。塑性塑性：金属材料在外力作用下产生塑性变形金属材料在外力作用下产生塑性变形而不而不破坏破坏的能力的能力。本讲稿第二页，共十五页拉伸试验和拉伸曲线本讲稿第三页，共十五页低碳钢的应力低碳钢的应力-应变曲线应变曲线拉伸试样拉伸试样拉拉伸伸试试验验机机应力应力 =F/S应变应变 =(L-L0)/L0本讲稿第四页，共十五页衡量强度的性能指标：1.弹性模量E OA段斜率即为材料的E：2.弹性极限 弹
2、性变形阶段所承受的最大应力值，MPa。3.屈服点 材料产生屈服现象时的最小应力值，MPa。有些金属材料，如高碳钢、铸铁等，在拉伸试验中没有明显的屈服现象。所以国标中规定，以试样的塑性变形量为试样标距长度的0.2%时的应力作为屈服强度，用 表示。4.抗拉强度 材料断裂前所能承受的最大应力值，MPa。本讲稿第五页，共十五页衡量塑性的性能指标：1.伸长率 试样拉断后标距长度的伸长量与原始标距长度的百分比：2.断面收缩率 试样拉断后，缩颈处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比：本讲稿第六页，共十五页第二节第二节 材料的硬度材料的硬度l概念概念 硬度硬度：材料抵抗其他硬物压入其表面的：材料抵抗其他硬物
3、压入其表面的能力。能力。硬度是衡量材料软硬程度的指标，它表示硬度是衡量材料软硬程度的指标，它表示材料在外力作用下抵抗局部塑性变形的能力。材料在外力作用下抵抗局部塑性变形的能力。布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度本讲稿第七页，共十五页1.布氏硬度HB压头：直径为D的淬火钢球或硬质合金球 本讲稿第八页，共十五页2.洛氏硬度HR压头：顶角为120的金刚石圆锥或直径为1.588mm的淬火钢球 本讲稿第九页，共十五页3.维氏硬度HV压头：相对面夹角为136的正四棱锥体金刚石 本讲稿第十页，共十五页第三节第三节 材料的冲击韧度材料的冲击韧度1.韧性韧性 材料在塑性变形和断裂的全过程中
4、材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量吸收能量的能力，是的能力，是塑性和强度的综合表现。塑性和强度的综合表现。2.材料的冲击性能材料的冲击性能 以较高速度作用于零件上的载荷叫冲击载荷，材料抵抗以较高速度作用于零件上的载荷叫冲击载荷，材料抵抗冲击载荷的能力就叫冲击性能。冲击载荷的能力就叫冲击性能。本讲稿第十一页，共十五页l冲击韧度冲击韧度 材料在冲击载荷作用下抵抗变形、断裂的能力。一次摆锤冲击试验本讲稿第十二页，共十五页第四节第四节 材料的疲劳强度材料的疲劳强度1.交变应力交变应力 应力的大小和方向都随时间呈周期性循环变化。应力的大小和方向都随时间呈周期性循环变化。2.疲劳断裂疲劳断裂 材料在交
5、变应力作用下发生断裂的现象。材料在交变应力作用下发生断裂的现象。3.疲劳强度（疲劳极限）疲劳强度（疲劳极限）材料在无数次重复、交变载荷作用下不致引起断裂时的材料在无数次重复、交变载荷作用下不致引起断裂时的最大应力值。最大应力值。本讲稿第十三页，共十五页提高疲劳强度的方法：提高疲劳强度的方法：l设计时，尽量避免尖角、缺口和截面突变，可避免应力集中引起的疲劳裂纹；l降低表面粗糙度，减少疲劳源；l采用表面强化的方法(如表面淬火、喷丸处理、表面滚压等)来提高疲劳强度。本讲稿第十四页，共十五页第五节第五节 材料的断裂韧度材料的断裂韧度1.低应力脆断低应力脆断 材料在工作应力远低于屈服极限材料在工作应力远低于屈服极限 的状态下发生的状态下发生脆性断裂的现象。脆性断裂的现象。2.断裂韧性断裂韧性 材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力。材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力。3.断裂韧度断裂韧度 应力强度因子：应力强度因子：不发生脆断的条件：不发生脆断的条件：本讲稿第十五页，共十五页