材料的力学性能

材料的力学性能第1页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.1材料的性能的分类1.1.1使用性能力学性能（机械性能）物理性能强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等密度、电导率、磁导率等化学性能抗氧化性、抗腐蚀性等第2页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.1材料的性能的分类1.1.2工艺性能（加工的难易性）切削性能（可切削性）锻压性能（塑性）铸造性能焊接性能（可焊性）第3页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.2基本概念和术语1.2基本概念和术语力学性能——材料受载荷作用时表现出的与变形、断裂相关的一系列性能。载荷——材料（或零件、构件）所受的力（N）或应力。应力——材料（或零件、构件）的单位横截面积上所受的力（N/m2)。

应力的单位：Pa，1Pa=1N/m2

MP，1MPa=106Pa=1N/mm2第4页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.2基本概念和术语静载荷——大小和方向都不随时间改变或缓慢变化的载荷。动载荷——大小或方向随时间改变的载荷。载荷载荷冲击载荷

交变载荷时间时间

静载荷

动载荷第5页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.2基本概念和术语材料受载荷作用时可能发生的现象：1.变形弹性变形塑性变形2.断裂脆性断裂韧性断裂第6页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.3拉伸试验1.3.拉伸试验通过拉伸试验可以测定材料的强度、刚度和塑性。第7页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.3拉伸试验oe段：弹性变形，伸长量与ΔL与拉力F成正比。S平台：屈服现象，开始塑性变形。Sb段：均匀塑性变形。bk段：颈缩（局部塑性变形）K点：断裂

低碳钢拉伸曲线F——拉力ΔL——伸长量第8页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.4强度1.4强度强度——材料受静载荷作用时，抵抗塑性变形和断裂的能力。1.屈服强度σs

——材料受静载荷作用时，抵抗塑性变形的能力。

MPa

第9页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.4强度

如果材料所受的载荷达到或超过其屈服强度，材料就会发生塑性变形。在设计和使用机器零件时，必须保证零件的工作载荷低于零件材料的屈服强度（σ工作<σs），否则零件就会发生塑性变形而失效。

练习（见下页）第10页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.4强度练习：要制造一根受拉力的圆杆，已知圆杆直径为20mm，拉力为93kN。现有两种钢，其中Q235钢的σs为235MPa；45钢的σs为355MPa。用这两种钢来制造此圆杆，是否都能保证不发生塑性变形？解：圆杆所受应力为：若选用Q235钢制造制造此圆杆，其σs﹤σ，会发生塑性变形；选用45钢制造制造此圆杆，其σs﹥σ，能保证不发生塑性变形。第11页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.4强度2.抗拉强度（强度极限）σb

——材料受静载荷作用时，抵抗断裂的能力。

MPa

第12页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.4强度

如果材料所受的载荷达到其抗拉强度，材料就会发生断裂。在设计和使用机器零件时，必须保证零件的工作载荷低于零件材料的抗拉强度（σ工作<σb），否则零件就会发生断裂而失效。第13页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.5刚度1.5刚度刚度——材料受静载荷作用时，抵抗弹性变形的能力。衡量刚度大小的指标是弹性模量E。在拉伸曲线上，E体现为oe段的斜率。

第14页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.5刚度

常用材料的弹性模量E/MPa

在一定的载荷作用下，弹性模量（E）大的材料发生的弹性变形比较小。材料的弹性模量是一个常数，不会因热处理、合金化等外部条件而改变。铁镍钛铝铜镁2140002100001180107200013240045000第15页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.6塑性1.6塑性

塑性——材料在受载荷作用时，在断裂之前发生永久性变形的能力。

第16页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.6塑性衡量材料塑性好坏的指标：1.延伸率δ

延伸率又称伸长率，是试样被拉断后，塑性伸长量与试样原始标距长度的百分比：第17页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.6塑性2.断面收缩率Ψ

断面收缩率是试样被拉断后，颈缩处的横截面积收缩量（S0-S1）与原始横截面积S0之百分比：

第18页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.6塑性

材料的δ、Ψ值越大，表明其塑性越好。

材料的塑性在工程上的实用意义：1）塑性是变形加工（锻压）的条件。塑性较好的材料才可以进行变形加工。2）塑性好的材料，不易脆断，应用时安全性比较好。第19页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.7硬度1.7硬度硬度——用来衡量材料软硬程度的性能指标。测试硬度的方法有多种，相应的也有多种硬度指标。第20页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.7硬度1.布氏硬度HB1）试验原理

以压力F将直径为D的球形压头压入材料表面，形成直径为d的压痕，以压痕单位面积上承受的压力大小来衡量材料的硬度。F第21页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.7硬度kgf/mm2

式中F——试验压力，kgf；

S——压痕面积，

mm2；

D——压头直径，mm；

d——压痕直径，mm。

第22页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.7硬度2）标注示例

120HBS10/1000/30500HBW5/7503）特点和应用范围（1）试验结果较准确，数据的重复性较好；（2）操作较繁琐；（3）试验压力较大，压痕大，可能损坏薄壁零件;（4）适合于测试厚度较大的、较软的原材料、毛坯。第23页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.7硬度2.洛氏硬度HR1）试验原理用一定的压力将压头压入材料表面，以压痕深度来衡量材料的硬度。洛氏硬度计的指示表直接显示出硬度值。压痕越浅，硬度值越大，表明材料硬度越高。

试验原理示意图洛氏硬度计第24页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.7硬度2）几种常用的洛氏硬度标尺标尺标注符号压头类型试验压力数值有效范围适用对象AHRA

金刚石圆锥60kgf(588.4N)20-88HRA

很硬的材料，如钢的表面硬化层、硬质合金等。BHRB

钢球100kgf（980.7N)20-100HRB

较软的材料，如退火的钢、铜合金、铝合金等。CHRC

金刚石圆锥150kgf(1471N)20-70HRC

较硬的材料，如淬火的钢件第25页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.7硬度3）洛氏硬度的特点（1）测试操作简便，效率高；（2）适应的材料种类较多；（3）压痕小，对零件损伤小；（4）测试准确度和数据重复性稍差；（5）HRA、HRB、HRC测试值不能直接对比。例如:不能认为60HRB代表的硬度高于40HRC。第26页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.7硬度3.其它硬度

维氏硬度、肖氏硬度，等等。第27页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.7硬度4.硬度试验的应用1）对于有耐磨性要求的零件，其硬度是主要的质量指标。2）多数金属材料的硬度与强度有一定正比关系。在实际工作中，常常通过测试零件的硬度来换算出强度，既简便，成本又低。第28页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.7硬度

黑色金属硬度及强度换算表

钢的HBS与σb的换算关系：

σb≈0.36HBS第29页，课件共37页，创作于2023年2月第30页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.8冲击韧性1.8冲击韧性ak

有些零件在工作时会受冲击载荷。如冲压模、錾子、飞机起落架等。材料的强度、塑性等在静载荷下测定的力学性能指标，不能体现材料的抗冲击性能。冲击韧性ak——材料受冲击载荷时，抵抗断裂的能力。

第31页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.8冲击韧性

冲击韧性试样冲击试验示意图冲击试验机第32页，课件共37页，创作于2023年2月

材料的力学性能——1.8冲击韧性第33页，课件共37页，创作于2023年2月