哈尔滨工业大学机械工程材料课件-第三章

主要内容绪论第一章材料的内部结构第二章结晶与显微组织第三章工程材料的力学性能第四章工程材料的物理、化学性能第五章工程材料的强化理论第六章钢的热处理与马氏体相变强化第七章钢铁材料第八章有色金属及其合金1第一页，共24页。第三章工程材料的力学性能材料的力学性能材料在外加载荷和环境因素（温度、介质）联合作用下所表现的抵抗变形和断裂的能力,也称为材料的机械性能意义力学性能指标是材料设计、材料选用、工艺评定以、材料检验及失效分析的重要依据2第二页，共24页。3.1拉伸试验3.2硬度试验3.3冲击试验3.4疲劳试验第三章工程材料的力学性能3.5蠕变试验3第三页，共24页。3.1拉伸试验试验设备4第四页，共24页。应力-应变曲线3.1拉伸试验功能：揭示材料在静载荷作用下的力学行为，即弹性变形、塑性变形、断裂三个基本过程，还可以确定材料的最基本的力学性能指标5第五页，共24页。弹性3.1拉伸试验材料在外力作用下产生变形，若外力去除后变形完全消失，材料恢复原状，则这种可逆的变形就叫弹性变形

弹性模量弹性极限材料在弹性变形阶段，应力(σ)与应变(ε)成正比关系，两者的比值称为弹性模量，记为E,E=σ/ε它表征材料对弹性变形的抗力。工程上也称E为材料的刚度。是表征材料产生微量塑性变形的抗力，σe=Pe/F0通常很难确定。在国家标准中把产生0.01%残余伸长所需的应力作为规定弹性极限，记为σ0.01

弹性滞后应变落后于应力的现象称为弹性滞后。6第六页，共24页。弹性3.1拉伸试验材料在外力作用下产生变形，若外力去除后变形完全消失，材料恢复原状，则这种可逆的变形就叫弹性变形

7第七页，共24页。强度3.1拉伸试验材料在载荷作用下抵抗变形和断裂的能力

屈服强度抗拉强度出现载荷不增加而试样还继续伸长的现象称为屈服。屈服时所对应的应力，σs=Ps/F0屈服强度表征材料发生明显塑性变形时的抗力。通常规定产生0.2%残余伸长所对应的应力，作为条件屈服强度，记为σ0.2

试样能承受的最大载荷除以试样原始截面积所得的应力σb=Pb/F0是材料在拉伸条件下能够承受最大载荷时的应力值,表征了材料对最大均匀变形的抗力8第八页，共24页。塑性3.1拉伸试验断裂前材料发生塑性变形的能力叫塑性伸长率断面收缩率δ=[(L0-L1)/L0]100%通常用L0=5d0和L0=10d0两种比例试样来测定伸长率，分别记为δ5和δ10

ψ=[(F0-Fk)/F0]100%9第九页，共24页。塑性3.1拉伸试验10第十页，共24页。第三章工程材料的力学性能3.1拉伸试验3.2硬度试验3.3冲击试验3.4疲劳试验3.5蠕变试验11第十一页，共24页。硬度是材料抵抗局部变形的能力。通常采用静载压入法试验布氏硬度在力P的作用下把直径为D的钢球压入被测材料，布氏硬度值是载荷P除以压痕(球冠)的面积，用HB表示。3.2硬度试验12第十二页，共24页。硬度是材料抵抗局部变形的能力。通常采用静载压入法试验洛氏硬度因所用压头和载荷不同又分为：HRC、HRB和HRA三种。洛氏硬度不宜测定硬而脆的薄层3.2硬度试验13第十三页，共24页。硬度是材料抵抗局部变形的能力。通常采用静载压入法试验

维氏硬度压头是136°金刚石四棱锥体，测量出压痕对角线,用此值查表得硬度值，用HV表示。(显微硬度)3.2硬度试验14第十四页，共24页。第三章工程材料的力学性能3.1拉伸试验3.2硬度试验3.3冲击试验3.4疲劳试验3.5蠕变试验15第十五页，共24页。3.3冲击试验冲击试验方法一次摆锤冲击试验机16第十六页，共24页。3.3冲击试验冲击韧性摆锤冲断试样所失去的能量，即对试样断裂所作的功，称为冲击功，用Ak表示。如用试样缺口处截面积FN去除，即得冲击韧性，用ak表示,单位为J/cm217第十七页，共24页。第三章工程材料的力学性能3.1拉伸试验3.2硬度试验3.3冲击试验3.4疲劳试验3.5蠕变试验18第十八页，共24页。3.4疲劳试验疲劳概念经过较长时间交变载荷作用下材料发生断裂，这种现象称为疲劳疲劳抗力的指标评定材料疲劳抗力的指标是疲劳极限，即表示材料经受无限多次循环而不断裂的最大应力，记为σr。在不同的交变应力（σ）下测定试样发生断裂的周次（N），绘制σ-N曲线19第十九页，共24页。3.4疲劳试验条件疲劳极限工程上规定疲劳试验应力循环次数为N=108次时对应的应力20第二十页，共24页。第三章工程材料的力学性能3.1拉伸试验3.2硬度试验3.3冲击试验3.4疲劳试验3.5蠕变试验21第二十一页，共24页。3.5蠕变试验蠕变概念是指材料在较高的恒定温度下，外加应力低于屈服极限时，随着时间的延长逐渐发生缓慢的塑性变形直至断裂的现象22第二十二页，共24页。3.5蠕变试验蠕变性能指标蠕变极限持久强度表征材料在高温载荷长期作用下抵抗断裂的能力，以试样在给定温度T(℃)经规定时间t(h,小时