工程材料的主要性能

工程材料的主要性能第一页，共四十二页，2022年，8月28日单向静拉伸载荷下材料的力学性能

硬度

冲击韧性

疲劳极限

第二节

第三节第四节

第一节第一章金属的力学性能第二页，共四十二页，2022年，8月28日

材料的性能使用性能：工艺性能：力学性能物理性能化学性能强塑刚硬韧疲度性度度性劳铸造性能压力加工性能焊接性能切削加工性能热处理性能金属材料在不同环境下，承受各种外加载荷时所表现出的力学特征。第三页，共四十二页，2022年，8月28日第一节单向静拉伸载荷下材料的力学性能

一强度的概念二强度的测定——拉伸实验三强度指标四塑性第四页，共四十二页，2022年，8月28日一、强度的概念指金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。1.定义2.应用强度是机械零件（或工程构件）在设计、加工、使用过程中的主要性能指标，特别是选材和设计的主要依据。第一节单向静拉伸载荷下材料的力学性能

第五页，共四十二页，2022年，8月28日二、强度的测定——拉伸实验1.拉伸试样（GB6397-86）2.力—伸长曲线（以低碳钢试样为例）3.脆性材料的拉伸曲线第一节单向静拉伸载荷下材料的力学性能

第六页，共四十二页，2022年，8月28日长试样：L0=10d0短试样：L0=5d01.拉伸试样（GB6397-86）第一节单向静拉伸载荷下材料的力学性能

第七页，共四十二页，2022年，8月28日2.力——伸长曲线弹性变形阶段屈服阶段颈缩现象拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线。强化阶段第一节单向静拉伸载荷下材料的力学性能

第八页，共四十二页，2022年，8月28日拉伸试样的颈缩现象第九页，共四十二页，2022年，8月28日3.脆性材料的拉伸曲线

（与低碳钢试样相对比）脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。FΔL0

第一节单向静拉伸载荷下材料的力学性能

第十页，共四十二页，2022年，8月28日FsA0σs=1.屈服点应用：σs和σ0.2常作为零件选材和设计的依据。脆性材料的屈服点F0.2A0σ0.2=计算公式

ΔLF0F0.20.2%L0三、强度指标第一节单向静拉伸载荷下材料的力学性能

第十一页，共四十二页，2022年，8月28日2.抗拉强度

σb=FbA0应用：脆性材料制作机械零件和工程构件时的选材和设计的依据。计算公式第一节单向静拉伸载荷下材料的力学性能

第十二页，共四十二页，2022年，8月28日拉伸试验录像第十三页，共四十二页，2022年，8月28日四、塑性（二）衡量指标金属材料断裂前发生永久变形的能力。断面收缩率：伸长率：试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比。试样拉断后，颈缩处的横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比。（一）定义第一节单向静拉伸载荷下材料的力学性能

第十四页，共四十二页，2022年，8月28日l1-l0l0×100%δ=l1——试样拉断后的标距,mm;l0——试样的原始标距,mm。伸长率（δ

）第一节单向静拉伸载荷下材料的力学性能

第十五页，共四十二页，2022年，8月28日断面收缩率（Ψ）

S0-S1S0Ψ=×100%S0——试样原始横截面积,mm2；S1——颈缩处的横截面积,mm2

。第一节单向静拉伸载荷下材料的力学性能

第十六页，共四十二页，2022年，8月28日结论：Ψ更能反映材料塑性的好坏，ψ和δ越大，材料塑性就越好！δ<2-5% 属脆性材科δ≈5-10% 属韧性材料δ>10% 属塑性材料同一材料δ5＞δ10任何零件都需要一定塑性，防止过载断裂；塑性变形可以缓解应力集中、削减应力峰值。第一节单向静拉伸载荷下材料的力学性能

第十七页，共四十二页，2022年，8月28日第二节硬度（一）布氏硬度（二）洛氏硬度1.原理2.应用3.优缺点

1.原理2.应用3.优缺点4.实验（录像）4.实验（录像）第十八页，共四十二页，2022年，8月28日（一）布氏硬度

布氏硬度试验是指用一定直径的球体（钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入式样表面，经规定保持时间后卸除试验力，用测量的表面压痕直径计算硬度的一种压痕硬度试验。图1-4布氏硬度测试原理第二节硬度第十九页，共四十二页，2022年，8月28日1.原理布氏硬度=PA凹=2FπD[D-（D²-d²）½]第二节硬度第二十页，共四十二页，2022年，8月28日表示方法：

在符号HBS或HBW之前写出硬度值，符号后面的数字按顺序分别写出压头直径、载荷及载荷保持时间及载荷保持时间（10-15s不标注）。如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的淬火钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。第二节硬度第二十一页，共四十二页，2022年，8月28日测量比较软的材料。测量范围HBS<450、HBW<650的金属材料。3.优缺点2.应用压痕大，测量准确，但不能测量成品件。第二节硬度第二十二页，共四十二页，2022年，8月28日布氏硬度试验录像第二节硬度第二十三页，共四十二页，2022年，8月28日1.原理（二）洛氏硬度加初载荷加主载荷卸除主载荷读硬度值图1-5洛式硬度测试原理第二节硬度第二十四页，共四十二页，2022年，8月28日

压痕深度h越大，则硬度值越小，为了符合习惯上的数值越大、硬度越高的思维，采用一个常数C（K)减去压痕深度h后的数值表示洛氏硬度。GB规定：压头每压入0.002mm的深度为一个硬度单位，所以：

HR=C-h/0.002无单位（金刚石作压头：C=100；直径1.588的淬火钢球作压头：C=130。）为了适应不同材料的硬度测试，采用不同的压头与载荷组合成几种不同的洛氏硬度标尺，每一种标尺用一个字母在洛氏硬度符号后注明，如HRA、HRB、HRC等第二节硬度第二十五页，共四十二页，2022年，8月28日（2）表示方法：在符号前（有些资料写在后面）直接写出硬度值如：56HRC、80HRA、60HRB。（3）应用：钢的热处理质量检查，主要用于测硬度高的材料。洛氏硬度压头总载荷测量范围适用材料HRA120℃金刚石圆锥体588.460～85硬质合金材料、表面淬火钢等HRBφ1.588mm淬火钢球980.725～100软钢、退火钢、铜合金等HRC120°金刚石圆锥体1471.120～67淬火钢、调质钢等表1-1常用洛氏硬度的级别及其应用范围第二节硬度第二十六页，共四十二页，2022年，8月28日（4）特点：①操作迅速方便；②应用较广：硬度值测量范围较大，能测材料的表面硬度、薄壁件；③工件表面损伤小：压痕小；④组织粗大且不均匀的材料，测试结果不准确：压痕小，数值重复性差，措施：至少测3个点，求平均值。（5）当材料HBS＞220时有：HBS≈10HRC第二节硬度第二十七页，共四十二页，2022年，8月28日第二十八页，共四十二页，2022年，8月28日3、维氏硬度HV维氏硬度计维氏硬度试验原理维氏硬度压痕第二节硬度第二十九页，共四十二页，2022年，8月28日

（1）测量原理：

用锥面夹角为136°的金刚石正四棱锥体为压头，按选定的试验载荷P（常用5~10kgf）将压头压入，并保持一定时间，卸载后测量压痕对角线长度d，计算压痕单位面积F承受的压力大小。

HV=P/F=1.8544P/d2

（kgf/mm2)（GB4340-1984）

（2）表示方法：

在HV之前写出硬度值，后面依次用相应数字注明试验力和保持时间。例如：

600HV30/20—表示采用294.2N（30kg）的试验力，保持时间20S时得到的硬度值为600。

（3）应用：适用于软硬金属，尤其适用于极薄（）零件和渗碳、渗氮工件的硬度测定。

第二节硬度第三十页，共四十二页，2022年，8月28日（4）特点：有连续一致的标尺，负荷可任选，可直接比较；负荷小，压痕小，压痕轮廓清晰，测量准确；操作麻烦。第二节硬度第三十一页，共四十二页，2022年，8月28日第三节冲击韧性材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。(a)试样安装(b)冲击试验机图1.5冲击韧度试验原理1、7—支座2、3—试样4—刻度盘5—指针6—摆锤第三十二页，共四十二页，2022年，8月28日试样冲断时所消耗的冲击功Ak为:

Ak=mgH–mgh(J)

冲击韧性值ak

就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。

AKak=(J/cm²)F第三节冲击韧性第三十三页，共四十二页，2022年，8月28日韧脆转变（温度）：

材料的冲击韧度一般随温度的下降而降低，当降低到某温度范围时，材料的冲击韧度明显降低，呈现脆性，这种现象叫韧脆转变，此温度范围叫韧脆转变温度。普通碳钢-30℃--20℃。第三节冲击韧性第三十四页，共四十二页，2022年，8月28日视频：摆锤式一次冲击试验第三节冲击韧性第三十五页，共四十二页，2022年，8月28日第四节疲劳强度危险！第三十六页，共四十二页，2022年，8月28日

机械中的许多零件，如轴、齿轮、螺栓、连杆、弹簧等，是在方向或大小反复变化的变载荷作用下工作的，它们工作时所承受的应力即使远小于材料的强度极限或屈服极限，但经过较长时间的工作，亦会发生断裂。材料或零件在交变应力的重复作用下，在远小于屈服极限的应力下，而发生断裂的现象称为疲劳断裂(或疲劳破坏)。疲劳断裂具有很大的危险性，常常造成严重的事故。据统计；损坏的机器零部件中，约有80％都是由于金属疲劳而造成的。

一、疲劳断裂第四节疲劳强度第三十七页，共四十二页，2022年，8月28日

金属材料经受无数次重复交变应力作用不致引起断裂的最大应力叫做疲劳强度或疲劳极限，用σ-1（σD）表示，通常用表示材料在对称循环交变应力作用下的弯曲疲劳极限。即材料承受的应力低于疲劳强度时，则可能经受无限次应力循环而不断裂。因实际上不可能进行无数次试验，故各种金属应有一定的应力循环基数(以N表示)，钢材的循环次数一般取N=107；有色金属的循环次数一般取N=108；钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系。

σ-1=(0.45～0.55)