工程材料性能

1、鑄造性鑄造性 可鍛性可鍛性 可焊性可焊性 切削加工性切削加工性 熱處理性熱處理性 工程材料的性能工程材料的性能 使用性能使用性能 力學(xué)性能力學(xué)性能 物理性能物理性能 化學(xué)性能化學(xué)性能 工藝性能工藝性能 Chapter 2 Chapter 2 工程材料的性能工程材料的性能 表征材料在給定外界條件下的行為 第一章第一章 緒論緒論 材料在外加載荷（外力或能量）作用下或載荷與環(huán) 境因素（溫度、介質(zhì)和加載速率）聯(lián)合作用下表現(xiàn)出來(lái) 的行為。 主要是指材料在力的作用下抵抗變形和開(kāi)裂的性能。主要是指材料在力的作用下抵抗變形和開(kāi)裂的性能。 機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)首先考慮材料的力學(xué)性能。通俗地講 力學(xué)性能決定了在多大和怎樣

2、形式的載荷條件下而不致 于改變零件幾何形狀和尺寸的能力。 力學(xué)性能力學(xué)性能 指標(biāo)指標(biāo):彈性、塑性、韌性、強(qiáng)度、硬度和疲勞強(qiáng)度等。 第一章第一章 緒論緒論 2.1 工程材料的機(jī)械性能工程材料的機(jī)械性能 材料在受力時(shí)的性質(zhì)材料在受力時(shí)的性質(zhì) 一、靜載單向靜拉伸應(yīng)力一、靜載單向靜拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 拉伸機(jī)上，低拉伸機(jī)上，低 碳鋼緩慢加載單向碳鋼緩慢加載單向 靜拉伸曲線靜拉伸曲線 拉伸試驗(yàn)機(jī)拉伸試驗(yàn)機(jī) 第一章第一章 緒論緒論 曲線分為四階段：曲線分為四階段： 1階段I（oab）彈性 變形階段 pa: Pp pb: Pe （不產(chǎn)生永久變形 的最大抗力） poa段：L P 直線階 段 pab段：極微

3、量塑性變形 （0.001-0.005%) 2階段II（bcd）段屈 服變形 pc: 屈服點(diǎn) Ps 拉伸機(jī)上，低碳鋼緩慢加載單向拉伸機(jī)上，低碳鋼緩慢加載單向 靜拉伸曲線靜拉伸曲線 屈服現(xiàn)象：屈服現(xiàn)象：金屬材料開(kāi)始產(chǎn)生明顯塑性變形的標(biāo)志。 第一章第一章 緒論緒論 3階段III（dB）段均勻 塑性變形階段 pB: Pb 材料所能承受的最 大載荷 4階段IV(BK) 段局部集 中塑性變形 拉伸機(jī)上，低碳鋼緩慢加載單向拉伸機(jī)上，低碳鋼緩慢加載單向 靜拉伸曲線靜拉伸曲線 頸縮頸縮 低鋼、正火、退火調(diào)質(zhì)中鋼，低、中C合金鋼某些Al合金及某些高 分子材料具有類似上述曲線。 鑄鐵、陶瓷：只有第I階段 中、高碳鋼

4、：沒(méi)有第II階段 第一章第一章 緒論緒論 二、材料的強(qiáng)度二、材料的強(qiáng)度(strength) 材料所能承受的極限應(yīng)力材料所能承受的極限應(yīng)力. 單位： MPa(MN/mm2) 公式：=P/Fo 物理意義:材料在載荷作用下抵抗變形和破壞的能力。 抗拉強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、 抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度 、 抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度 、 抗扭強(qiáng)度等?？古?qiáng)度等。 第一章第一章 緒論緒論 1 1屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度s s ( yield strength) ( yield strength)和條件屈服強(qiáng)和條件屈服強(qiáng) 度度0.02 0.02 a: s=Ps/Fo （s s代表材料開(kāi)始明顯塑性變形的抗力,是設(shè)計(jì)和選

5、材的主要依據(jù)之一。） Ps s = ( M pa ) F0 試樣屈服時(shí)的載荷( N ) 試樣原始橫截面積( mm2) b: 0.2條件屈服強(qiáng)度 （中高碳鋼、無(wú)屈服點(diǎn)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，以產(chǎn)生一定的微量塑性變形的抗 力的極限應(yīng)力值來(lái)表示。） 脆性材料：b=s 灰口鑄鐵 P0.2 0.2 = ( M pa ) S0 試樣產(chǎn)生試樣產(chǎn)生0.2%殘余塑性變殘余塑性變 形時(shí)的載荷形時(shí)的載荷(N) 試樣原始橫截面積( mm2) 2抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度( tensile strength ) b=Pb/Fo 材料被拉斷前所承受的最大應(yīng)力值（材料抵抗外力而不 致斷裂的極限應(yīng)力值）。 Pb b = ( M pa ) S0 試

6、樣斷裂前的最大載荷試樣斷裂前的最大載荷(N) 試樣原始橫截面積( mm2) 第一章第一章 緒論緒論 3疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度-1 ( fatigue strength ) n 疲勞現(xiàn)象： 承受載荷的大小和方同隨時(shí)間作周期性變化，交變 應(yīng)力作用下，往往在遠(yuǎn)小于強(qiáng)度極限，甚至小于屈服極 限的應(yīng)力下發(fā)生斷裂。 （80%的斷裂由疲勞造成）的斷裂由疲勞造成） n 影響因素： 循環(huán)應(yīng)力特征、溫度、材料成分和組織、夾雜物、表面狀態(tài)、殘余應(yīng)力等。 1943年美國(guó)年美國(guó)T-2油輪發(fā)生斷裂油輪發(fā)生斷裂 n 疲勞極限-1 -1 ： 材料經(jīng)無(wú)數(shù)次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生疲勞 斷裂的最高應(yīng)力值。 n條件疲勞極限： 經(jīng)受107應(yīng)力循環(huán)

7、而不致斷裂的最大應(yīng)力 值。 鋼材的循環(huán)次數(shù)一般取鋼材的循環(huán)次數(shù)一般取 N = 10N = 107 7 有色金屬的循環(huán)次數(shù)一般取有色金屬的循環(huán)次數(shù)一般取 N = 10N = 108 8 陶瓷、高分子材料疲勞抗力很低； 金屬材料疲勞強(qiáng)度較高； 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料較好的抗疲勞性能。 鋼材的疲勞強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系: -1 = (0.450.55)b 過(guò)載持久值過(guò)載持久值 第一章第一章 緒論緒論 三、塑性三、塑性 (plasticity): 材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞 的能力。的能力。 Lk:試樣拉斷后最終標(biāo)距長(zhǎng)度 延伸率與試樣尺寸有關(guān)， d5 ,

8、d10 (Lo=5do, 10do) 1 1延伸率（延伸率（specific elongationspecific elongation） 10% 屬塑性材料屬塑性材料 是指試樣拉斷后的標(biāo)距伸長(zhǎng)量是指試樣拉斷后的標(biāo)距伸長(zhǎng)量L L k k與原始標(biāo)距與原始標(biāo)距L L 0 0之比。之比。 u =F/Fo=(Fo-Fk)/Fo x 100% u 越大，塑性愈好 u KIC時(shí)，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展， 發(fā)生脆斷。 uKIKIC時(shí)，裂紋處于臨界狀態(tài) uKI鑄鐵（灰口）鑄鋼（共晶點(diǎn)附近最好） 2.鍛造性能（塑性、變形抗力） 低碳鋼中碳鋼（低合金鋼）高碳鋼（高合金鋼）鑄鐵不可鍛壓 3.焊接性能（可焊性、焊后開(kāi)裂的傾向、

9、焊區(qū)硬度） 低碳鋼中碳鋼（低合金鋼）高碳鋼（高合金鋼）銅、鋁合金 4.切削性能（切削難易程度、加工表面質(zhì)量） 5.熱處理工藝性能（熱處理難易程度及產(chǎn)生缺陷的傾向） 淬透性、變形和開(kāi)裂、過(guò)熱敏感性、回火脆化和氧化脫碳等 作業(yè) 1.什么是機(jī)械工程材料?試舉幾種常見(jiàn)工程材料并簡(jiǎn)述其作用。 2.圍繞材料與工程的核心關(guān)系是什么？ 3.機(jī)械零件用工程材料的常見(jiàn)失效形式有哪些? 并簡(jiǎn)述其特點(diǎn). 4. 簡(jiǎn)述材料選擇的原則. 5. 名詞解釋：彈性模量、屈服極限、條件屈服用強(qiáng)度、疲勞極限 6. 什么是屈服現(xiàn)象？它的物理意義是什么？為什么有的材料還要 規(guī)定條件屈服強(qiáng)度？ 7. 何為斷裂韌性？請(qǐng)簡(jiǎn)述如何根據(jù)材料的斷裂韌性、零