第一章工程材料的力学性能

1、第一章 工程材料的力学性能材料的性能材料的性能使用性能使用性能工艺性能工艺性能力学性能物理性能化学性能铸造性能锻压性能热处理性能焊接性能切削性能第一章 工程材料的力学性能力学性能力学性能 指材料在外力的作用时所表现出来指材料在外力的作用时所表现出来的性能。的性能。第一章 工程材料的力学性能主要指标主要指标 力 学 性 能强度塑性硬度韧性断裂韧度疲劳第一章 工程材料的力学性能相关概念相关概念p 载荷：载荷：材料在加工及使用过程中所受的外力材料在加工及使用过程中所受的外力p 静载荷：静载荷：大小不变或变动很慢的载荷大小不变或变动很慢的载荷p 冲击载荷：冲击载荷：突然增加的载荷突然增加的载荷p 疲劳

2、载荷：疲劳载荷：所经受的周期性或非周期性的动载荷所经受的周期性或非周期性的动载荷p 变形：变形：材料受不同载荷作用而发生的几何形状和尺寸的变化材料受不同载荷作用而发生的几何形状和尺寸的变化p 内力：内力：材料受外力作用后为保持其原形在材料内作用着与外力相对抗的力材料受外力作用后为保持其原形在材料内作用着与外力相对抗的力p 应力：应力：单位截面积上的内力单位截面积上的内力 第一节第一节 静载荷下材料的力学性能静载荷下材料的力学性能p强度材料抵抗塑性变形或断裂的能力材料抵抗塑性变形或断裂的能力强度强度抗拉强度（一般情况下多以抗拉强度作为判别材料强度高低的指标抗拉强度（一般情况下多以抗拉强度作为判别

3、材料强度高低的指标)抗压强度抗压强度抗弯强度抗弯强度抗剪强度抗剪强度抗扭强度抗扭强度第一章 工程材料的力学性能第一章 工程材料的力学性能 第一节第一节 静载荷下材料的力学性能静载荷下材料的力学性能p强度拉伸试验拉伸试验液压式万能电子拉伸试验机loLDdoaoloLbo(a)圆试样(b)板材试样试样拉伸试样图第一章 工程材料的力学性能 第一节第一节 静载荷下材料的力学性能静载荷下材料的力学性能p强度拉伸曲线拉伸曲线拉伸曲线拉伸曲线第一章 工程材料的力学性能 第一节第一节 静载荷下材料的力学性能静载荷下材料的力学性能p强度1. 屈服点(s)指材料产生屈服时的应力。 s=F s/S 0 其中： F

4、s试样屈服时的载荷 S 0试样原始截面积第一章 工程材料的力学性能 第一节第一节 静载荷下材料的力学性能静载荷下材料的力学性能p强度2. 规定残余伸长应力值(r0.2)指规定残余伸长率达到0.2%时的应力。 r0.2=F r0.2/S 0其中： F r0.2残余伸长率达到0.2%时的载荷 S 0 试样原始截面积第一章 工程材料的力学性能 第一节第一节 静载荷下材料的力学性能静载荷下材料的力学性能p强度3. 抗拉强度(b)指材料所能承受的最大应力。 b=F b/S 0其中： F b试样断裂前承受的最大载荷。 S 0 试样原始截面积第一章 工程材料的力学性能 第一节第一节 静载荷下材料的力学性能静

5、载荷下材料的力学性能p塑性材料断裂前产生永久变形的能力材料断裂前产生永久变形的能力1. 伸长率()2. 断面收缩率()第一章 工程材料的力学性能 第一节第一节 静载荷下材料的力学性能静载荷下材料的力学性能p硬度材料抵抗局部变形（特别是塑性变形）、压痕或划痕的能力材料抵抗局部变形（特别是塑性变形）、压痕或划痕的能力常用硬度测试方法压入法（生产中常用此方法） 划痕法第一章 工程材料的力学性能 第一节第一节 静载荷下材料的力学性能静载荷下材料的力学性能p硬度压入法布氏硬度洛氏硬度维氏硬度等第一章 工程材料的力学性能 第一节第一节 静载荷下材料的力学性能静载荷下材料的力学性能p硬度布氏硬度布氏硬度计布

6、氏硬度计 布氏硬度计试验原理示意图布氏硬度计试验原理示意图 载荷 F试样球形压头试验原理及设备：第一章 工程材料的力学性能 第一节第一节 静载荷下材料的力学性能静载荷下材料的力学性能p硬度布氏硬度注：HBS:普通淬火钢球，硬度值在450以下 HBW:硬质合金球，硬度值在450650 )(2102. 0)(22dDDDFHBWHBS符号及值：第一章 工程材料的力学性能 第一节第一节 静载荷下材料的力学性能静载荷下材料的力学性能p硬度布氏硬度表示方法：170HBS10/1000/30 表示用直径10mm的钢球，在9807N（1000kgf）的试验力作用下，保持30s时测得的布氏硬度值为170。 5

7、30HBW5/750 表示用直径5mm的硬质合金球，在7355N（750kgf）的试验力作用下，保持10-15s时测得的布氏硬度值为530。 第一章 工程材料的力学性能 第一节第一节 静载荷下材料的力学性能静载荷下材料的力学性能p硬度布氏硬度值的测得：布氏硬度是用专用的刻度放大镜量出压痕直径d，根据压痕直径的大小再从专门的硬度表中查出相应的布氏硬度值。第一章 工程材料的力学性能 第一节第一节 静载荷下材料的力学性能静载荷下材料的力学性能p硬度布氏硬度应用范围：布氏硬度适用于铸铁有色金属及其合金各种退火及调质的钢材特别对于软材料，如铝、铅、锡等更为适宜最适宜钢管硬度检验中，直接以d表示硬度。第一

8、章 工程材料的力学性能 第一节第一节 静载荷下材料的力学性能静载荷下材料的力学性能p硬度布氏硬度特点：测量误差小（因压痕大），数据稳定，重复性强压痕面积较大，不适于测量成品零件或薄件的硬度不能测量极软和极硬的材料的硬度测试过程比较麻烦，测试时间长，结果还需要查表第一章 工程材料的力学性能 第一节第一节 静载荷下材料的力学性能静载荷下材料的力学性能p硬度洛氏硬度试验原理及设备：洛氏硬度测试原理示意图洛氏硬度计压头（顶角120金钢石圆锥(或1.588mm淬火钢球)载荷第一章 工程材料的力学性能 第一节第一节 静载荷下材料的力学性能静载荷下材料的力学性能p硬度洛氏硬度符号及值： 01230 1 2

9、3 h1 h3 h2 K= 0.2压头被测材料002. 0hKHR13hhh其中：用金刚石圆锥体压头时，K为0.2；用钢球压头时，K为0.26第一章 工程材料的力学性能 第一节第一节 静载荷下材料的力学性能静载荷下材料的力学性能p硬度洛氏硬度值的表示：45HRC35HRB70HRA第一章 工程材料的力学性能 第一节第一节 静载荷下材料的力学性能静载荷下材料的力学性能p硬度洛氏硬度常用标尺和适用范围： 压压 头头主载荷主载荷测量范围测量范围 应用材料应用材料HRA金刚石588.4N6085表面硬化层、硬质合金等HRB淬火钢球980.7N25100有色金属，退火、正火钢等HRC金刚石1471.0N

10、2067淬火钢、调质钢等注：各标尺的洛氏硬度值不能直接比较大小第一章 工程材料的力学性能 第一节第一节 静载荷下材料的力学性能静载荷下材料的力学性能p硬度洛氏硬度特点：操作简单、迅速，能直接从刻度盘上读出硬度值压痕较小，可以测定成品及薄的工件测试的硬度值范围大，可测从很软到很硬的材料压痕较小，当材料的内部组织不均匀时，硬度数据波动较大，是测量值的代表性不足不同标尺下测量的硬度值不能直接比较大小第一章 工程材料的力学性能 第一节第一节 静载荷下材料的力学性能静载荷下材料的力学性能p硬度维氏硬度试验原理及设备：维氏硬度计维氏硬度测试原理示意图压头压痕载荷F第一章 工程材料的力学性能 第一节第一节

11、静载荷下材料的力学性能静载荷下材料的力学性能p硬度维氏硬度符号及值： 21891. 0dFHV 其中：F为试验力 d为压痕两对角线长度的算术平均值值的表示： 34HV特点：试验力小，压入深度较浅，可测量较薄的材料第一章 工程材料的力学性能 第一节第一节 静载荷下材料的力学性能静载荷下材料的力学性能p硬度维氏硬度也可以测量表面渗碳、氮化层的硬度硬度值具有连续性，可测定很软到很硬的各种材料的硬度测试结果准确性高需要测定压痕对角线长度，并进行算术平均值计算，麻烦压痕小，要求试样表面质量要高第一章 工程材料的力学性能 第二节第二节 动载荷下材料的力学性能动载荷下材料的力学性能p冲击韧度材料抵抗冲击载荷

12、作用而不破坏的能力材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力冲击试验机及冲击试样、试验示意图冲击试样、试验示意图第一章 工程材料的力学性能 第二节第二节 动载荷下材料的力学性能动载荷下材料的力学性能p冲击韧度冲击韧度符号k试样冲断时所消耗的冲击功试样冲断时所消耗的冲击功A Ak k为为: :mghmgHAk试样的冲击韧度试样的冲击韧度 为为: :k0SAkk其中： 表示试样缺口处截面积0S第一章 工程材料的力学性能 第二节第二节 动载荷下材料的力学性能动载荷下材料的力学性能p冲击韧度第一章 工程材料的力学性能 第二节第二节 动载荷下材料的力学性能动载荷下材料的力学性能p冲击韧度k的意义：揭示材料变脆倾

13、向反映原材料的冶金质量和热加工质量第一章 工程材料的力学性能 第二节第二节 动载荷下材料的力学性能动载荷下材料的力学性能p疲劳强度在交变应力作用下，虽然零件所承受的应力低于材料在交变应力作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作而产生裂纹或突然的屈服点，但经过较长时间的工作而产生裂纹或突然发生完全断裂的过程，称为材料的疲劳发生完全断裂的过程，称为材料的疲劳疲劳的概念第一章 工程材料的力学性能 第二节第二节 动载荷下材料的力学性能动载荷下材料的力学性能p疲劳强度疲劳曲线和疲劳试验疲劳曲线示意图疲劳试验示意图第一章 工程材料的力学性能 第二节第二节 动载荷下材料的力学性能动

14、载荷下材料的力学性能p疲劳强度疲劳极限材料疲劳试验中，当应力低于一定值时，试样可以经受材料疲劳试验中，当应力低于一定值时，试样可以经受无限次周期循环而不破坏，此应力值为材料的疲劳极限无限次周期循环而不破坏，此应力值为材料的疲劳极限疲劳极限表示为1 -实际上，黑色材料，一般规定应力循环107周次而不断裂的最大应力称为疲劳极限 有色材料、不锈钢等取108周次第一章 工程材料的力学性能 第三节第三节 其他力学性能其他力学性能p断裂韧度当外力作用于非均质材料时，外力逐渐增大，材料内部裂纹当外力作用于非均质材料时，外力逐渐增大，材料内部裂纹扩展时，裂纹尖端的应力强度因子也随之增大；当应力强度扩展时，裂纹尖端的应力强度因子也随之增大；当应力强度因子增大到某一临界值时，试样（或机件）中的裂纹会产生因子增大到某一临界值时，试样（或机件）中的裂纹会产生突