工程材料学习教程

工程材料学习教程第1页，共29页，2023年，2月20日，星期四第一章金属材料的性能

PerformanceofMetalMaterial金属材料的力学性能金属材料的其他性能第2页，共29页，2023年，2月20日，星期四

第一节金属材料的力学性能一.定义:

力学性能是指材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能。二.指标:

弹性、塑性、韧性、强度、硬度和疲劳强度等。第3页，共29页，2023年，2月20日，星期四三.拉伸试验拉伸试样拉伸试验机第4页，共29页，2023年，2月20日，星期四拉伸试样的颈缩现象第5页，共29页，2023年，2月20日，星期四四.拉伸图bse第6页，共29页，2023年，2月20日，星期四1.弹性(elasticity):金属材料受外力作用时产生变形,当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。2.弹性变形(elasticdeformation):

随载荷撤除而消失的变形。3.弹性极限(elasticlimit):

Fe弹性极限载荷(N)

σe

=

(Mpa)

S0

试样原始横截面积(mm2)第7页，共29页，2023年，2月20日，星期四4.强度(strength):

材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。种类:

抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等。

(2)屈服强度(yieldstrength):屈服点S

Fs

σs

=

(Mpa)

S0试样屈服时的载荷(N)试样原始横截面积(mm2)第8页，共29页，2023年，2月20日，星期四

(3)条件屈服强度(塑性变形量为0.2%)(4)抗拉强度(tensilestrength):试样在断裂前所能承受的最大应力。

F0.2

σ0.2=

(Mpa)

S0试样原始横截面(mm2)试样产生0.2%残余塑性变形时的载荷(N)

Fb试样断裂前的最大载荷(N)

σb=

(Mpa)

S0试样原始横截面积(mm2)第9页，共29页，2023年，2月20日，星期四四.塑性(plasticity):是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。(1)断面收缩率(percentagereductioninarea):是指试样拉断处横截面积Sk的收缩量与原始横截面积S0之比。

S0-Sk

ψ=×100%S0

第10页，共29页，2023年，2月20日，星期四(2)伸长率(延伸率)specificelongation:

是指试样拉断后的标距伸长量Lk与原始标距L0之比。

Lk–L0δ=×100%L0

δ<2~5%属脆性材科δ≈5~10%属韧性材料δ>10%属塑性材料第11页，共29页，2023年，2月20日，星期四五.硬度(hardness):是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力。

布氏硬度HB洛氏硬度HR维氏硬度HV肖氏硬度HS锉刀法常用测量硬度的方法第12页，共29页，2023年，2月20日，星期四(1)布氏硬度HB(Brinell-hardness)布氏硬度计

第13页，共29页，2023年，2月20日，星期四(1)布氏硬度HB(Brinell-hardness)适用范围:

＜450HBS;

＜650HBW;第14页，共29页，2023年，2月20日，星期四(1)布氏硬度HB(Brinell-hardness)符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。第15页，共29页，2023年，2月20日，星期四(2)洛氏硬度HR(Rockwllhardness)h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计10HRC≈HBS第16页，共29页，2023年，2月20日，星期四(3)维氏硬度HV

(diamondpenetratorhardness)适用范围:

测量薄板类;

HV≈HBS;第17页，共29页，2023年，2月20日，星期四工件(4)肖氏硬度HS(drophardness)254mm2.5gh第18页，共29页，2023年，2月20日，星期四(5)锉刀法:

一组硬度差为5HRC的锉刀。例如:10HRC、15HRC、20HRC等。第19页，共29页，2023年，2月20日，星期四六.冲击韧性(notchtoughness):材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。第20页，共29页，2023年，2月20日，星期四冲击试验机冲击试样和冲击试验示意图第21页，共29页，2023年，2月20日，星期四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。

AK

ak

=(J/cm²)S0第22页，共29页，2023年，2月20日，星期四七.疲劳强度(fatiguestrength):

表示材料经无数次交变载荷作

用而不致引起断裂的最大应力值。第23页，共29页，2023年，2月20日，星期四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)σb第24页，共29页，2023年，2月20日，星期四1943年美国T-2油轮发生断裂第25页，共29页，2023年，2月20日，星期四八.比强度(specificstrength):

材料的强度值与密度值之比。名称密度(g/cm3)强度(Mpa)比强度纯铝2.780～10030～37纯铁7.87180～280