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性材材料料静拉拉伸伸曲曲线线脆性材材料（铸铁铁，高高碳钢钢，经经热处处理钢钢）在在破断断前没没明显显的塑塑性变变形，，称为为脆性性断裂裂条件屈屈服极极限σσ0.2：材料产产生塑塑性变变形量量△L=0.2%L0时的应应力值值。一、静静拉伸伸试验验第一节节静静载载时材材料的的机械械性能能静拉伸伸曲线线上：④ESB为弹——塑性性变形形阶段段一、静静拉伸伸试验验第一节节静静载载时材材料的的机械械性能能⑤BK为为下降线线段———颈颈缩断裂阶阶段抗拉强强度σσb：试样被被拉断断前所所能承承受的最最大载载荷处处的应应力。工工程安安全的的保证证。（一））弹性与与刚度度一、静静拉伸伸试验验第一节节静静载载时材材料的的机械械性能能弹性—材料料产生生弹性性变形形而不不产生生塑性性变形形的能能力。。刚度—材料料抵抗抗弹性性变形形的能能力。。E=σ/εε△L=E和So↑，，则△△L↓↓，刚度越越好。（二））强度度特性指指标主主要是是屈服服强度度（σs）和抗抗拉强强度（（σσb）一、静静拉伸伸试验验第一节节静静载载时材材料的的机械械性能能材料抵抵抗变变形和和断裂裂的能能力称称为强强度。。单位MPa(MN/mm2)分：抗抗拉强强度σσb、抗压压σbc、抗弯弯σbb、抗剪剪τb、抗扭扭τt。1.屈服极极限σσs（屈服服强度度或屈屈服点点）金属材材料开开始发发生明明显塑塑性变变形的的抗力力。σs=Ps/Fo（MPa））2.抗拉强强度σσb（强度度极限限）是试样样被拉拉断前前的最最大承承载能能力。屈强比比：σs与σb的比值值叫屈强比比。屈强强比太太小，，则材材料强强度的的有效效利用用率太太低。。（二））强度度第一节节静静载载时材材料的的机械械性能能一、静静拉伸伸试验验(三)塑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.意意义义：δδ和和ψ越越大，，表示示材料料的塑塑性越越好。。第一节节静静载载时材材料的的机械械性能能一、静静拉伸伸试验验二、硬硬度金属材材料抵抗其其他更更硬物物体压压入的能力力。或或是材材料对对局部部塑性性变形形的抗抗力。。（一））布氏氏硬度度（HB））（二））洛氏氏硬度度（HRA、HRB、HRC…））第一节节静静载载时材材料的的机械械性能能定义：：三、硬硬度（一））布氏氏硬度度（HB））试验原原理HB＝——(Mpa)PFπd↓HB↑布布氏氏硬度度↑第一节节静静载载时材材料的的机械械性能能F＝—D(D－D2－d2)2图1-2布布氏氏硬度度（HB））试验验原理理三、硬硬度（一））布氏氏硬度度特点③当HB＞450时，测测量结结果无无效第一节节静静载载时材材料的的机械械性能能①与强度度之间间有一定定的对对应关关系轧、锻锻钢：：σb≈2.5～3.5HB铸钢：σb≈2.9～3.9HB灰铸铁铁：σb≈1.6(HB－40)②适用于于组织不不均匀匀的材材料（（铸、、锻、、轧制制件））。三、硬硬度（二））洛氏氏硬度度：（（HRA、、HRB、、HRC））试验原原理h=h2－h1HR=K－－hh↓HR↑洛氏硬硬度↑↑第一节节静静载载时材材料的的机械械性能能三、硬硬度（二））洛氏氏硬度度：（（HRA、、HRB、、HRC））特点③因为为压痕痕较小小，代代表性性差，，硬度度值重重复性性差。。第一节节静静载载时材材料的的机械械性能能①直接接读数数，效效率高高。②适用于于组织均均匀的的材料料，如淬淬火钢钢件。定义：：金属材材料抵抵抗冲冲击破破坏的的能力力试验方方法aK＝——AKFN＝—————W(h1－h2)FNaK↑冲冲击韧韧性↑↑第二节节动动载载时材材料的的机械械性能能一、冲击韧（ａ）K

图1-2冲冲击击试验验示意意图冲击韧韧性实实验Ak=h1-h2一、冲冲击韧韧性影响因因素塑性↑↑韧韧性↑↑温度↓↓韧韧性↓↓第二节节动动载载时材材料的的机械械性能能图1-2冲冲击击试验验示意意图二、疲疲劳强强度定义：金属属材材料料抵抵抗抗疲疲劳劳破破坏坏的的能能力力1.金金属属的的疲疲劳劳（（疲疲劳劳破破坏坏））材料料在在交交变变载载荷荷的的反反复复作作用用下下(最最大大应应力力＜＜σσs)，，突然然断断裂裂的的现现象象。第二二节节动动载载时时材材料料的的机机械械性性能能拉应应力力→→表表面面微微裂裂纹纹→→向向内内部部扩扩展展→→突突然然断断裂裂2.疲疲劳劳破破坏坏机机理理二、、疲疲劳劳强强度度3.疲疲劳劳强强度度的的表表示示→→疲疲劳劳极极限限σσrr:应力循环特征r＝———σminσmax第二二节节动动载载时时材材料料的的机机械械性性能能二、疲疲劳劳强强度度4.疲疲劳劳强强度度的的测测量量在某某一一应应力力循循环环特特征征的的交交变变载载荷荷作作用用下下，，经经无无限限次次循循环环而而不不断断裂裂的的最最大大应应力力值值。。第二二节节动动载载时时材材料料的的机机械械性性能能二、、疲疲劳劳强强度度5.提提高高疲疲劳劳强强度度的的方方法法a.改善善零零件件表表面面状状况况b.强化化零零件件表表面面c.合理理度度过过磨磨合合期期第二二节节动动载载时时材材料料的的机机械械性性能能基本本内内容容和和要要求求1.了了解解力力学学性性能能的的种种类类、、概概念念及及指指标标。。2.了了解解拉拉伸伸实实验验过过程程及