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材料的性能材料的性能結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第一章第一章 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

2、速率）聯(lián)合作用下表現(xiàn)出來的行為。主要是指材料在力的作用下抵抗變形和開裂的性能。主要是指材料在力的作用下抵抗變形和開裂的性能。機械設(shè)計中應(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、強度、硬度和疲勞強度等。結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第一章第一章 緒論緒論2.1 工程材料的機械性能工程材料的機械性能 材料在受力時的性質(zhì)材料在受力時的性質(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 拉伸機上，低拉伸

3、機上，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 拉伸試驗拉伸試驗機機結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第一章第一章 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：極微量塑性變形（0.001-0.005%)2階段II（bcd）段屈服變形pc: 屈服點 Ps 拉伸機上，低碳鋼緩慢加載單向拉伸機上，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：金屬材料開始產(chǎn)生明顯塑性變形的標(biāo)志。結(jié)束放映下一

4、頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第一章第一章 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 拉伸機上，低碳鋼緩慢加載單向拉伸機上，低碳鋼緩慢加載單向靜拉伸曲線靜拉伸曲線 頸縮頸縮1. 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。2. 鑄鐵、陶瓷：只有第I階段3. 中、高碳鋼：沒有第II階段結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第一章第一章 緒論緒論二、材料的

5、強度二、材料的強度(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。 抗拉強度、抗拉強度、 抗壓強度、抗彎強度抗壓強度、抗彎強度 、 抗剪強度抗剪強度 、 抗扭強度等?？古姸鹊?。結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第一章第一章 緒論緒論1 1屈服強度屈服強度s s ( yield strength)( yield strength)和條件屈服強和條件屈服強度度0.020.02a: s=Ps/Fo （s s代表材

6、料開始明顯塑性變形的抗力,是設(shè)計和選材的主要依據(jù)之一。） Ps s = ( M pa ) F0試樣屈服時的載荷( N )試樣原始橫截面積( mm2)b: 0.2條件屈服強度 （中高碳鋼、無屈服點，國家標(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 形時的載荷形時的載荷(N)試樣原始橫截面積( mm2)2抗拉強度抗拉強度( 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

7、pa ) S0試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)結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第一章第一章 緒論緒論3疲勞強度疲勞強度-1 ( fatigue strength ) n 疲勞現(xiàn)象： 承受載荷的大小和方同隨時間作周期性變化，交變應(yīng)力作用下，往往在遠小于強度極限，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年美國年美國T-2油輪發(fā)生斷裂油輪發(fā)生斷裂n 疲勞極限-1

8、-1 ： 材料經(jīng)無數(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)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；金屬材料疲勞強度較高；纖維增強復(fù)合材料較好的抗疲勞性能。鋼材的疲勞強度與抗拉強度之間的關(guān)系: -1 = (0.450.55)b過載持久值過載持久值結(jié)束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第一章第一章 緒論緒論三、塑性三、塑性 (pla

9、sticity):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)距長度延伸率與試樣尺寸有關(guān)， d5 , 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)距伸長量是指試樣拉斷后的標(biāo)距伸長量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，裂紋失穩(wěn)擴展，發(fā)生脆斷。uKIKIC時，裂紋處于臨界狀態(tài)uKI鑄鐵

10、（灰口）鑄鋼（共晶點附近最好）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、焊后開裂的傾向、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、變形和開裂、過熱敏感性、回火脆化和氧化脫碳等作業(yè)1.什么是機械工程材料?試舉幾種常見工程材料并簡述其作用。2.圍繞材料與工程的核心關(guān)系是什么？3.機械零件用工程材料的常見失效形式有哪些? 并簡述其特點.4. 簡述材料選擇的原則.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)定條件屈服強度？ 7.