第1章材料机械性能

1、神舟一号飞船神舟一号飞船机械工程材料的常用性能机械工程材料的常用性能 两方面两方面材料使用性能材料使用性能材料工艺性能材料工艺性能力学性能力学性能（强度、塑性韧性等）（强度、塑性韧性等）物理性能物理性能（光、热、电、磁等）（光、热、电、磁等）化学性能化学性能（氧化、腐蚀等）（氧化、腐蚀等）生物性能（生物性能（相容性、自恢复性等）相容性、自恢复性等）加工性能加工性能（切削、锻造等）（切削、锻造等）铸造性能铸造性能（适合铸造与否）（适合铸造与否）焊接性能焊接性能（容易焊接与否）（容易焊接与否）热处理性能热处理性能（可热处理强化）（可热处理强化）五万吨水压机五万吨水压机低碳钢的应力低碳钢的应力- -

2、应变曲线应变曲线拉伸试样拉伸试样拉伸试验机拉伸试验机应力应力 = P/F0应变应变 = (l-l0)/l0p强度：强度：材料在外力作用下材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。抵抗变形和破坏的能力。p屈服强度屈服强度 s s：材料发生微材料发生微量塑性变形时的应力值。量塑性变形时的应力值。p条件屈服强度条件屈服强度 0.20.2：残余变残余变形量为形量为0.2%0.2%时的应力值。时的应力值。p抗拉强度抗拉强度 b b：材料断裂前材料断裂前所承受的最大应力值。所承受的最大应力值。s0.2 伸长率：伸长率：%100001 lll %100010 FFF 断面收缩率：断面收缩率：断裂后拉伸试样的颈缩

3、现象拉伸试样的颈缩现象p说明：说明：用用面缩率面缩率表示塑性比表示塑性比伸长率伸长率更接近真实变形。更接近真实变形。 5% 5% 5% 时，无颈缩，为时，无颈缩，为塑塑性材料表征性材料表征；p是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。的能力。p指标为冲击韧性指标为冲击韧性值值a ak k( (通过冲击通过冲击实验测得实验测得) )。()kAmg hhkkAaFkkAaF材料的冲击韧性随材料的冲击韧性随温度下降而下降。温度下降而下降。在某一温度范围内在某一温度范围内冲击韧性值急剧下冲击韧性值急剧下降现象称降现象称韧脆转变韧脆转变。发生韧脆转变的温发生韧脆转变的温度范

4、围称度范围称韧脆转变韧脆转变温度温度。材料的使用温度应材料的使用温度应高于韧脆转变温度。高于韧脆转变温度。体心立方金属具有体心立方金属具有韧脆转变温度，而韧脆转变温度，而大多数面心立方金大多数面心立方金属没有。属没有。韧-59-124162479低强度铁素体钢冲击断口照片低强度铁素体钢冲击断口照片建造中的建造中的Titanic Titanic 号号TITANICTITANIC的沉没与的沉没与船体材料的质量直船体材料的质量直接有关接有关TitanicTitanic近代船用钢板近代船用钢板p材料在低于材料在低于 s s的重复交变应力作用的重复交变应力作用下发生断裂的下发生断裂的现象现象。p材料在规

5、定次数应力循环后仍不发材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为生断裂时的最大应力称为疲劳极限疲劳极限。用用 -1-1表示。表示。p钢铁材料规定次数为钢铁材料规定次数为10107 7，有色金属，有色金属合金为合金为10108 8。疲劳应力示意图疲劳应力示意图疲劳曲线示意图疲劳曲线示意图2）循环次数）循环次数（N）p材料的材料的纯度纯度及及组组织状态织状态对疲劳抗对疲劳抗力有显著影响力有显著影响组织状态组织状态b b /MPa /MPa-1-1 /MPa /MPa退火（铁素体珠光体）退火（铁素体珠光体）650650314314淬火（马氏体）淬火（马氏体）2080208077577540

6、Cr40Cr钢组织钢组织类型对疲劳极限的影响类型对疲劳极限的影响p通过通过改善材料的形状结构改善材料的形状结构，减少表减少表面缺陷面缺陷，提高表面光洁度提高表面光洁度，进行表面进行表面强化强化等方法可提高材料疲劳抗力。等方法可提高材料疲劳抗力。轴的疲劳断口轴的疲劳断口疲劳辉纹（扫描电镜照片）疲劳辉纹（扫描电镜照片）p材料抵抗表面局部塑材料抵抗表面局部塑性变形的能力。性变形的能力。1 1、布氏硬度、布氏硬度HBHB)(2102. 022dDDDPHB 布氏硬度计布氏硬度计布氏硬度计布氏硬度计pHBSHBS：为为钢球钢球压头，适用于布氏硬压头，适用于布氏硬度值在度值在450450以下以下的材料。的

7、材料。pHBWHBW：为为硬质合金球硬质合金球压头，适用于压头，适用于布氏硬度在布氏硬度在650650以下以下的材料。的材料。p表示方法表示方法：120HBS120HBS布氏硬度压痕布氏硬度压痕p布氏硬度的优点：布氏硬度的优点： 测量误差小，数据稳定，测量误差小，数据稳定， b b与与HBHB之间有关系：如、之间有关系：如、低碳钢低碳钢 b b3.6HB3.6HB； 高碳钢高碳钢 b b3.4HB3.4HB；铸铁铸铁 b b1HB1HB。p缺点：缺点： 压痕大，不能用于太薄件、压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。成品件及比压头还硬的材料。HBHB b b(MPa)(MPa)钢钢黄

8、铜黄铜球墨铸铁球墨铸铁p布氏硬度的应用：布氏硬度的应用： 适于测量适于测量退火、正火、退火、正火、调质钢调质钢, ,铸铁铸铁及及有色金属有色金属的硬的硬度。度。p根据压头类型：根据压头类型：A A、B B、C C。 钢球压头与金刚钢球压头与金刚石压头石压头洛氏硬度压痕洛氏硬度压痕p洛氏硬度用符号洛氏硬度用符号HRHR表示：表示： HR=HR=k k-(-(h h1 1- -h h0 0)/0.002)/0.002h h1 1- -h h0 0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计洛氏硬度计p表示方法：表示方法：数字数字 + + 符号，如符号，如45HRC45HRC。pHRAHRA：用于

9、测量用于测量高硬度高硬度材料材料, , 如硬如硬质合金、表淬层和渗碳层。质合金、表淬层和渗碳层。pHRBHRB：用于测量用于测量低硬度低硬度材料材料, , 如有如有色金属和退火、正火钢等。色金属和退火、正火钢等。pHRCHRC：用于测量用于测量中等硬度中等硬度材料，如材料，如调质钢、淬火钢等。调质钢、淬火钢等。p洛氏硬度的洛氏硬度的优点优点： 操作简便，压痕小，适用操作简便，压痕小，适用范围广。范围广。p缺点：缺点：测量结果分散度大。测量结果分散度大。p硬度的特点与实用性硬度的特点与实用性1 1）设备简单设备简单，操作方便操作方便，不破坏工件不破坏工件，且且与抗拉强度之间存在一定对应关与抗拉强度之间存在一定对应关系系。2 2）是综合性力学指标是综合性力学指标：（1 1）说明强度（）说明强度（）与塑性（）与塑性（）的）的匹配关系匹配关系；（2 2）使用性能指标使用性能指标，说明零件的，说明零件的耐磨耐磨性性；（3 3）可作