工程材料机械性能

第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一1工程材料机电工程学院赵占西第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一2金属材料的力学性能静载时材料的力学性能静拉伸试验（弹性和刚度、强度、塑性）硬度（布氏硬度、洛氏硬度）动载时材料的力学性能冲击韧性（αKU）疲劳强度高温力学性能（蠕变、其它力学性能）断裂韧性第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一3弹性和刚度标准拉伸试样§1静载时材料的力学性能第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一4拉伸试验§1静载时材料的力学性能第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一5弹性E=/强度s、b塑性=(L1-L0)/L0=(F0-F1)/F0§1静载时材料的力学性能第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一6冷作强化的应用（加工硬化）建筑钢筋冷扎钢板预应力钢丝§1静载时材料的力学性能第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一7布氏硬度试验§1静载时材料的力学性能第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一8)d-D-D(DP(kgf)2HB22)d-D-D(DP(N)2102.0HB22§1静载时材料的力学性能第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一9§1静载时材料的力学性能第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一10洛氏硬度试验§1静载时材料的力学性能第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一11其它硬度①维氏硬度HV主要用于薄工件或薄表面硬化层的硬度测试，参照GB4340-84《金属维氏硬度试验方法》进行。§1静载时材料的力学性能第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一12②显微硬度HV用于材料微区硬度(如单个晶粒、夹杂物、某种组成相等)的测试，可参照GB4342-84《金属显微维氏硬度试验方法》进行。其它硬度§1静载时材料的力学性能第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一13③莫氏硬度一种刻划硬度，用于陶瓷和矿物的硬度测定，该硬度的标尺是选定十种不同的矿物，从软到硬将莫氏硬度分为十级，如金刚石硬度对应于莫氏硬度10级。其它硬度§1静载时材料的力学性能第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一14冲击韧度（αKU）试验§2动载时材料的力学性能第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一15αKU＝A/FA=(GH1-GH2)×9.8J/cm2其中：αKU（J/cm2）H（m）A（m2）G（kg）§2动载时材料的力学性能第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一16图1-4疲劳曲线-1Nn21N1N2NnNc钢铁材料：107次非铁合金：108次§2动载时材料的力学性能第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一17部分工程材料的疲劳极限σ-1（MPa）§2动载时材料的力学性能第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一18高温下材料的力学性能高温下：b、s、E、HRC降低、、αKU升高发生蠕变现象§3高温下的力学性能第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一19K1=Yσa1/2式中：Y__裂纹的几何形状因子;σ__外加应力（N/mm2）；a__裂纹的半长（mm）；K1__强度因子（MPa·m1/2或MN·m-3/2）当K1达到临界值K1C时，零件内裂纹将发生失稳扩展而出现低应力脆性断裂，而K1＜K1C时，零件安全可靠。K1C即为断裂韧度。§4断裂韧性第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一20常见工程材料的断裂韧度K1C值（MN·m-3/2）§4断裂韧性第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一21根据K1=Yσa1/2≥K1C的临界判据知：为使零件不发生脆断，设计者可以控制三个参数：材料的断裂韧度K1C、名义工作应力σ和零件内的裂纹长度a，它们之间的定量关系能直接用于设计计算，可以解决以下三方面的工程实际问题：§4断裂韧性第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一221）根据零件的实际工作应力σ和其内可能的裂纹尺寸a，确定材料应有的断裂韧度K1C，为正确选材提供依据；2）根据零件所使用的材料断裂韧度K1C及已探伤出的零件内存在的裂纹尺寸a，确定零件的临界断裂应力σC，为零件最大承载能力设计提供依据；3）根据已知材料的断裂韧度K1C和零件的实际工作应力σ，估算断裂时的临界裂纹长度aC，为零件的裂纹探伤提供依据。§4断裂韧性第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一23物理性能:物理性能，不仅对工程材料的选用来说，有着重要的意义；而且也会对材料的加工工艺产生一定的影响。（一）密度（二）热学性能⒈熔点；⒉热容；⒊热膨胀；⒋热传导（三）电学性能⒈电阻率ρ；⒉电阻温度系数；⒊介电性（四）磁学性能⒈磁导率μ；⒉饱和磁化强度Ms和磁矫顽力Ｈc§5材料的物理化学性能第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一24化学性能：材料在生产、加工和使用时，均会与环境介质发生化学反应，从而使其性能恶化或功能丧失。（一）化学腐蚀（二）电化学腐蚀(三）提高零件耐蚀性的主要措施铝§5材料的物理化学性能第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一25材料的工艺性能：本课程则主要解决材料本身与其工艺性能的关系，主要加工工艺性能是：一．铸造性能二．锻造性能三．焊接性能四．切削加工性能五．热处理性能§6材料的工艺性能第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一26课后作业：1、解释概念：b、s、E、HRC、、、αKU2、将钟表发条拉成一直线后，将力释放，钟表发条可能发生什么变形？第一章金属材料的力学性能机电工程学院赵占西[e-mail]2019年8月5日星期一271.某室温下使用的一紧固螺栓在工作时发现紧固力下降，试分析材料的何种性能指标没有达到要求？提出主要的可能解决措施。2.对自行车座位弹簧进行设计和选材，应涉及到材料的哪些主要性能指标？3.实际生产中，为什么零件设计图上一般是提出硬度技术要求而不是强度或塑性值？4.一般认为铝、铜合金的耐蚀性优于普通钢铁材料，试分析在潮湿性环境下铝与铜的接触面上发生腐蚀现象的原因。习题