工程材料 教材

第一章工程材料的性能金属材料在使用条件下所表现出来的性能。物理性能、化学性能、机械性能工艺性能：机械性能：金属材料在外力作用下表现出的力学行为。性能使用性能：制造工艺过程中材料适应加工的性能。铸造性、可锻性、焊接性、切削加工性、热处理工艺性。最基本的指标是强度，塑性，硬度和冲击韧性。一、强度二、塑性三、硬度四、冲击韧性结束第一章工程材料的性能第一节静载时材料的机械性能σ=—（MPa)PS0ε=——×100%L1-L0L0一、静拉伸试验此试验在试验机上进行∆L=L1－Lo第一章工程材料的性能第一节静载时材料的机械性能一、静拉伸试验静拉伸实验可知：低碳钢经三个阶段而破坏：弹性阶段（OPE）弹—塑性阶段（ESB）断裂阶段（BK）静拉伸曲线上：①OE直线段—弹性变形阶段撤去外力，完全消失的变形，弹性变形量与外力大小成正比。第一节静载时材料的机械性能一、静拉伸试验弹性变形静拉伸曲线上：②ES段（偏离直线）—微量塑性变形阶段一、静拉伸试验塑性变形：撤去外力，不能消失而保留下来的变形。第一节静载时材料的机械性能比例极限σp弹性极限σe屈服强度σs抗拉强度σb强度指标单位：MPa静拉伸曲线上：第一章工程材料的性能第一节静载时材料的机械性能一、静拉伸试验静拉伸曲线上：①OE直线段——弹性变形阶段弹性极限σe：只发生弹性变形，不产生塑性变形的最大应力。工程上常用σ0.01表示。△L=0.01%L0一、静拉伸试验第一节静载时材料的机械性能静拉伸曲线上：③SS′水平（或波浪）线段—屈服阶段屈服极限σs：材料屈服时的最小应力。表示材料抵抗微量塑性变形的能力。σs是零件设计的重要依据之一。脆性材料不考虑σs一、静拉伸试验第一节静载时材料的机械性能脆性材料静拉伸曲线脆性材料（铸铁，高碳钢，经热处理钢）在破断前没明显的塑性变形，称为脆性断裂条件屈服极限σ0.2：材料产生塑性变形量△L=0.2%L0时的应力值。一、静拉伸试验第一节静载时材料的机械性能静拉伸曲线上：④ESB为弹—塑性变形阶段一、静拉伸试验第一节静载时材料的机械性能⑤BK为下降线段——颈缩断裂阶段抗拉强度σb：试样被拉断前所能承受的最大载荷处的应力。工程安全的保证。（一）弹性与刚度一、静拉伸试验第一节静载时材料的机械性能弹性—材料产生弹性变形而不产生塑性变形的能力。刚度—材料抵抗弹性变形的能力。E=σ/ε△L=ESoPLo•E和So↑，则△L↓，刚度越好。（二）强度特性指标主要是屈服强度（σs）和抗拉强度（σb）一、静拉伸试验第一节静载时材料的机械性能材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。单位MPa(MN/mm2)分：抗拉强度σb、抗压σbc、抗弯σbb、抗剪τb、抗扭τt。1.屈服极限σs（屈服强度或屈服点）金属材料开始发生明显塑性变形的抗力。σs=Ps/Fo（MPa）2.抗拉强度σb（强度极限）是试样被拉断前的最大承载能力。屈强比：σs与σb的比值叫屈强比。屈强比太小，则材料强度的有效利用率太低。（二）强度第一节静载时材料的机械性能一、静拉伸试验(三)塑性金属材料在外力作用下，产生塑性变形而不断裂的能力。1.延伸率δ＝————×100%L1－L0L02.断面收缩率ψ＝————×100%F0－F1F03.意义：δ和ψ越大，表示材料的塑性越好。第一节静载时材料的机械性能一、静拉伸试验二、硬度金属材料抵抗其他更硬物体压入的能力。或是材料对局部塑性变形的抗力。（一）布氏硬度（HB）（二）洛氏硬度（HRA、HRB、HRC…）第一节静载时材料的机械性能定义：三、硬度（一）布氏硬度（HB）试验原理HB＝——(Mpa)PFπd↓HB↑布氏硬度↑第一节静载时材料的机械性能F＝—D(D－D2－d2)2图1-2布氏硬度（HB）试验原理三、硬度（一）布氏硬度特点③当HB＞450时，测量结果无效第一节静载时材料的机械性能①与强度之间有一定的对应关系轧、锻钢：σb≈2.5～3.5HB铸钢：σb≈2.9～3.9HB灰铸铁：σb≈1.6(HB－40)②适用于组织不均匀的材料（铸、锻、轧制件）。三、硬度（二）洛氏硬度：（HRA、HRB、HRC）试验原理h=h2－h1HR=K－hh↓HR↑洛氏硬度↑第一节静载时材料的机械性能三、硬度（二）洛氏硬度：（HRA、HRB、HRC）特点③因为压痕较小，代表性差，硬度值重复性差。第一节静载时材料的机械性能①直接读数，效率高。②适用于组织均匀的材料，如淬火钢件。定义：金属材料抵抗冲击破坏的能力试验方法aK＝——AKFN＝—————W(h1－h2)FNaK↑冲击韧性↑第二节动载时材料的机械性能一、冲击韧（ａ）K图1-2冲击试验示意图冲击韧性实验Ak=h1-h2一、冲击韧性影响因素塑性↑韧性↑温度↓韧性↓第二节动载时材料的机械性能图1-2冲击试验示意图二、疲劳强度定义：金属材料抵抗疲劳破坏的能力1.金属的疲劳（疲劳破坏）材料在交变载荷的反复作用下(最大应力＜σs)，突然断裂的现象。第二节动载时材料的机械性能拉应力→表面微裂纹→向内部扩展→突然断裂2.疲劳破坏机理二、疲劳强度3.疲劳强度的表示→疲劳极限σrr:应力循环特征r＝———σminσmax第二节动载时材料的机械性能二、疲劳强度4.疲劳强度的测量在某一应力循环特征的交变载荷作用下，经无限次循环而不断裂的最大应力值。第二节动载时材料的机械性能二、疲劳强度5.提高疲劳强度的方法a.改善零件表面状况b.强化零件表面c.合理度过磨合期第二节动载时材料的机械性能基本内容和要求1.了解力学性能的种类、概念及指标。2.了解拉伸实验过程及相关指标概念和意义。3.了解各种硬度实验测试方法和应用范围。4.了解冲击实验方法和所测指标的意义。第一章工程材料的性能