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1、第一章工程材料的性能第一章工程材料的性能2023/5/20第一章工程材料的性能学习要点重点掌握各种机械性能指标（强度,塑性；冲击韧性；硬度HB，HRC，HV；疲劳强度，断裂韧性。）的物理意义和单位。一般要求材料的工艺性能及物理化学性能第一章工程材料的性能本章内容1-1静载时材料的机械性能1-2动载时材料的机械性能1-3高温下的机械性能1-4断裂韧性1.5工程材料的其它性能“材料的力学性能材料的力学性能”练习题练习题第一章工程材料的性能1-1静载时材料的机械性能静载时材料的机械性能一、静拉伸试验二、刚度和弹性三、材料的强度四、塑性五、硬度第一章工程材料的性能一、静拉伸试验第一章工程材料的性能应力
2、：单位面积上的内力=F/S0单位MPa应变：单位长度的伸长量=L/L0第一章工程材料的性能1.应力应力-应变应变曲线（分为四阶段）曲线（分为四阶段）弹性变形屈服变形均匀塑性变形阶段局部集中塑性变形颈缩铸铁、陶瓷：只有第I阶段中、高碳钢：没有第II阶段第一章工程材料的性能二、刚度和弹性1刚度（材料在受力时，抵抗弹性变形的能力）E=/杨氏弹性模量GPa,MPa本质是：反映了材料内部原子结应力的大小，组织不敏感的力系指标。2弹性：材料不产生塑性变形的情况下，所能承受的最大应力。比例极限：p=Fp/S0应力应变保持线性关系的极限应力值弹性极限：e=Fe/S0不产永久变形的最大抗力。工程上，p、e视为同
3、一值，通常也可用0.01第一章工程材料的性能三、材料的强度=P/Fo表示材料抵抗变形和断裂的能力单位:MPa1抗拉强度b=Fb/So材料被拉断前所承受的最大应力值（材料抵抗外力而不致断裂的极限应力值）。2屈服强度s和条件屈服强度0.2a:s=Ps/Fo（s代表材料开始明显塑性变形的抗力,是设计和选材的主要依据之一。）b:0.2条件屈服强度（中高碳钢、无屈服点，国家标准，以产生一定的微量塑性变形的抗力的极限应力值来表示。）脆性材料：b=s灰口铸铁3.屈强比：s/b第一章工程材料的性能四、塑性1延伸率Lk:试样拉断后最终标距长度延伸率与试样尺寸有关，5,10(Lo=5do,10do)第一章工程材料
4、的性能2断面收缩率=S/So=(So-Sk)/Sox100%,越大，塑性愈好5%,脆性材料第一章工程材料的性能五、硬度抵抗外物压入的能力，称为硬度综合性能指标。1布氏硬度适用于未经淬火的钢、铸铁、有色金属或质地轻软的轴承合金HB=P/F（MPa或kgf/mm2），F压头表面积特点：平均、重复性好；压痕面积大，不适合于成品检验；HBS-钢球压头（450）；HBW-硬质合金钢球压头（450）。第一章工程材料的性能1布氏硬度第一章工程材料的性能布洛维硬度计读数显微镜第一章工程材料的性能2洛氏硬度HR定义：每0.002mm相当于洛氏1度操作简便、可直读；压痕小；适于各种硬度值的测量；但重复率低。洛氏硬
5、度常用标尺有：B、C、A三种HRB（钢球压头，980N载荷）测量未淬火钢，有色金属。HRC（圆锥压头，1470N载荷）测量调质钢、淬硬钢制品。HRA（圆锥压头，588N载荷）测量硬、薄试件、硬质合金。第一章工程材料的性能洛氏硬度第一章工程材料的性能洛氏硬度洛氏硬度计算公式：式中:h1：为预加载荷压入试样的深度（mm）。h3：为卸除主载荷后压入试样的深度（mm)。k：为常数（1200金刚石圆锥k=0.2；钢球时HRBk=0.26）第一章工程材料的性能3维氏硬度HV金刚石正四棱锥压头，精确，但操作复杂，用于科学试验。压力可选5120kg间的特定值；适于各种硬度值的测量；压痕小，可测表面硬化层第一章
6、工程材料的性能4显微硬度（显微硬度（HM）测组成相的硬度。第一章工程材料的性能1-2动载时材料的机械性能动载时材料的机械性能一、冲击韧性二、疲劳强度第一章工程材料的性能一、冲击韧性韧性：材料断裂前吸收变形能量的能力-韧度冲击韧性：冲击载荷下材料抵抗变形和断裂的能力。ak=冲击破坏所消耗的功Ak/标准试样断口截面积F(J/cm2)ak值低的材料叫做脆性材料，断裂时无明显变形，金属光泽，呈结晶状。ak值高，明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽，韧性材料。应用应用汽车紧急制动；蒸汽锤；冲床等动载荷。第一章工程材料的性能冲击原理图第一章工程材料的性能冲击机第一章工程材料的性能T8钢钢：脆性材料断口呈平直
7、；有金属光泽；呈结晶状。第一章工程材料的性能A3钢钢：塑性材料断口呈灰色纤维状，无金属光泽第一章工程材料的性能韧性与温度有关脆性转变温度第一章工程材料的性能二、疲劳强度疲劳疲劳：材料在交变应力作用下，在远小于强度极限，甚至小于屈服极限的应力下发生断裂。疲劳占失效零件的70%以上，80%的断裂由疲劳造成。疲劳极限疲劳极限：材料能承受的无数次循环而不断裂的最大应力值。条件疲劳极限条件疲劳极限：经受107（钢，有色金属、超高强度钢108）应力循环而不致断裂的最大应力值。疲劳原因疲劳原因划痕、内应力集中引起微裂纹扩展影响因素影响因素：循环应力特征、温度、材料成分和组织、夹杂物、表面状态、残余应力等。陶
8、瓷、高分子材料的疲劳抗力很低；金属材料，纤维增强复合材料疲劳强度较高第一章工程材料的性能疲劳曲线循环次数N应力107-1第一章工程材料的性能1-3高温下的机械性能高温下的机械性能温度升高硬度、强度、弹性模量下降；塑性、韧性增加。高温蠕变蠕变高温下工作的金属材料，即使所加应力小于该温度下的屈服强度，随时间的延长，应变量缓慢也会增加，甚至发生断裂。持久强度：tT蠕变极限蠕变极限:T/t热硬性（红硬性）第一章工程材料的性能1-4断裂韧性断裂韧性KIC低应力脆断低应力脆断应力远小于屈服强度时发生突然脆性断裂机理微裂纹、缺陷、应力集中裂纹扩展失稳扩展断裂韧性断裂韧性裂纹失稳扩展抗力影响因素影响因素成分、
9、热处理、加工工艺。第一章工程材料的性能断裂韧性的应用断裂韧性是强度和韧性的综合体现。（1）探测出裂纹形状和尺寸，根据KIC，制定零件工作是否安全KIKIC，失稳扩展。（2）已知内部裂纹2a，计算承受的最大应力。（3）已知载荷大小，计算不产生脆断所允许的内部宏观裂纹的临界尺寸。第一章工程材料的性能Titanic沉没原因第一章工程材料的性能1.5工程材料的其它性能工程材料的其它性能一、热学性能材料的热学性能与原子和自由电子的能量交换密切相关。1热膨胀原子（或分子）受热后平均振幅增加（1）体积膨胀系数（2）线膨胀系数结合键越强则原子间作用力越大，原子离开平衡位置所需的能量越高，则膨胀系数越小。2热传
10、导自由电子的运动和晶格振动。导热系数：单位温度梯度下，单位时间内通过单位垂直面积的热量：3热容：材料在温度升高10C时所吸收的热量叫做热容。一克物质的热容也叫比热。第一章工程材料的性能二、电学性能1导电性RLS电阻率：电导率：1/超导体：0导体：=10-8-10-5半导体：=10-5-107绝缘体：=107-1022第一章工程材料的性能三、磁性1物质接磁性分类：抗磁性物质顺磁性物质铁磁性物质2磁化率磁化强度MXHX：磁化率（或磁化系数）3导磁率BH（：介质导磁率）4磁弹回线和矫顽力第一章工程材料的性能四、比重和熔点1比重2熔点五、耐磨性能六、抗蚀性能第一章工程材料的性能“材料的力学性能材料的力
11、学性能”练习题练习题1.下列情况分别是因为哪一个力学性能指标达不到要求？（1）紧固螺栓使用后发生塑性变形。（2）齿轮正常负荷条件下工作中发生断裂。（3）汽车紧急刹车时，发动机曲轴发生断裂。（4）不锈钢圆板冲压加工成圆柱杯的过程中发生裂纹。（5）齿轮工作在寿命期内发生严重磨损。2.下列现象与哪一个力学性能有关？（1）铜比低碳钢容易被锯割。（2）锯条易被折断，而铁丝不易折断。3.零件设计时，选取s（或0.2）还是选取b、应以什么情况为依据？第一章工程材料的性能“材料的力学性能材料的力学性能”参考答案11.下列情况分别是因为哪一个力学性能指标达不到要求？（1）紧固螺栓使用后发生塑性变形。屈服强度（2）齿轮正常负荷条件下工作中发生断裂。疲劳强度（3）汽车紧急刹车时，发动机曲轴发生断裂。冲击韧性（4）不锈钢圆板冲压加工成圆柱杯的过程中发生裂纹。塑性（5）齿轮工作在寿命期内发生严重磨损。硬度2.下列现象与哪一个力学性能有关？（1）铜比低碳钢容易被锯割。硬度（2）锯条易被折断，而铁丝不易折断。塑性第一章工程材料的性能演讲完毕，谢谢听讲!再见，seeyouagain3rew3rew2023/5/20第一章工程材料的性能