工程材料 教材

1、第一章 工程材料的性能金屬材料在使用條件下所表現(xiàn)出來(lái)的性能。物理性能、化學(xué)性能、機(jī)械性能工藝性能：機(jī)械性能：金屬材料在外力作用下表現(xiàn)出的力學(xué)行為。性能使用性能：制造工藝過(guò)程中材料適應(yīng)加工的性能。鑄造性、可鍛性、焊接性、切削加工性、熱處理工藝性。最基本的指標(biāo)是強(qiáng)度，塑性，硬度和沖擊韌性。 一、強(qiáng)度二、塑性三、硬度四、沖擊韌性結(jié)束第一章 工程材料的性能第一節(jié) 靜載時(shí)材料的機(jī)械性能= （MPa)PS0= 100%L1-L0L0一、靜拉伸試驗(yàn)此試驗(yàn)在試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行L=L1Lo第一章 工程材料的性能第一節(jié) 靜載時(shí)材料的機(jī)械性能一、靜拉伸試驗(yàn) 靜拉伸實(shí)驗(yàn)可知：低碳鋼經(jīng)三個(gè)階段而破壞：彈性階段（OPE）彈塑性

2、階段（ESB）斷裂階段（BK） 靜拉伸曲線上： OE直線段彈性變形階段撤去外力，完全消失的變形，彈性變形量與外力大小成正比。第一節(jié) 靜載時(shí)材料的機(jī)械性能一、靜拉伸試驗(yàn)彈性變形 靜拉伸曲線上： ES段（偏離直線）微量塑性變形階段一、靜拉伸試驗(yàn)塑性變形：撤去外力，不能消失而保留下來(lái)的變形。第一節(jié) 靜載時(shí)材料的機(jī)械性能比例極限p彈性極限e屈服強(qiáng)度s抗拉強(qiáng)度b強(qiáng)度指標(biāo)單位：MPa 靜拉伸曲線上：第一章 工程材料的性能第一節(jié) 靜載時(shí)材料的機(jī)械性能一、靜拉伸試驗(yàn) 靜拉伸曲線上： OE直線段彈性變形階段 彈性極限e： 只發(fā)生彈性變形，不產(chǎn)生塑性變形的最大應(yīng)力。工程上常用0.01表示。 L=0.01%L0一、

3、靜拉伸試驗(yàn)第一節(jié) 靜載時(shí)材料的機(jī)械性能 靜拉伸曲線上： SS水平（或波浪）線段屈服階段屈服極限s：材料屈服時(shí)的最小應(yīng)力。表示材料抵抗微量塑性變形的能力。 s是零件設(shè)計(jì)的重要依據(jù)之一。脆性材料不考慮s一、靜拉伸試驗(yàn)第一節(jié) 靜載時(shí)材料的機(jī)械性能 脆性材料靜拉伸曲線脆性材料（鑄鐵，高碳鋼，經(jīng)熱處理鋼）在破斷前沒(méi)明顯的塑性變形，稱為脆性斷裂條件屈服極限0.2：材料產(chǎn)生塑性變形量L=0.2%L0時(shí)的應(yīng)力值。一、靜拉伸試驗(yàn)第一節(jié) 靜載時(shí)材料的機(jī)械性能 靜拉伸曲線上：ESB為彈塑性變形階段一、靜拉伸試驗(yàn)第一節(jié) 靜載時(shí)材料的機(jī)械性能 BK為下降線段頸縮斷裂階段抗拉強(qiáng)度b：試樣被拉斷前所能承受的最大載荷處的應(yīng)力

4、。工程安全的保證。（一）彈性與剛度一、靜拉伸試驗(yàn)第一節(jié) 靜載時(shí)材料的機(jī)械性能彈性材料產(chǎn)生彈性變形而不產(chǎn)生塑性變形的能力。剛度材料抵抗彈性變形的能力。E=/L=E和So ，則L，剛度越好。（二）強(qiáng)度特性指標(biāo)主要是屈服強(qiáng)度（ s ）和抗拉強(qiáng)度（ b）一、靜拉伸試驗(yàn)第一節(jié) 靜載時(shí)材料的機(jī)械性能材料抵抗變形和斷裂的能力稱為強(qiáng)度。單位MPa(MN/mm2)分：抗拉強(qiáng)度b、抗壓bc、抗彎bb、抗剪b、抗扭t。1.屈服極限s（屈服強(qiáng)度或屈服點(diǎn)） 金屬材料開(kāi)始發(fā)生明顯塑性變形的抗力。s=Ps/Fo （MPa） 2. 抗拉強(qiáng)度b （強(qiáng)度極限）是試樣被拉斷前的最大承載能力。 屈強(qiáng)比：s與b的比值叫屈強(qiáng)比。屈強(qiáng)比太

5、小，則材料強(qiáng)度的有效利用率太低。 （二）強(qiáng)度第一節(jié) 靜載時(shí)材料的機(jī)械性能一、靜拉伸試驗(yàn)(三) 塑性金屬材料在外力作用下，產(chǎn)生塑性變形而不斷裂的能力。 1. 延伸率 100%L1L0L02. 斷面收縮率100%F0F1F03. 意義： 和越大，表示材料的塑性越好。第一節(jié) 靜載時(shí)材料的機(jī)械性能一、靜拉伸試驗(yàn)二、硬度金屬材料抵抗其他更硬物體壓入的能力?；蚴遣牧蠈?duì)局部塑性變形的抗力。（一）布氏硬度（HB）（二）洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）第一節(jié) 靜載時(shí)材料的機(jī)械性能定義：三、硬度（一）布氏硬度（HB）試驗(yàn)原理HB(Mpa)PFd HB 布氏硬度第一節(jié) 靜載時(shí)材料的機(jī)械性能FD(D D2d2 )2

6、圖1-2 布氏硬度（HB）試驗(yàn)原理三、硬度（一）布氏硬度特點(diǎn)當(dāng)HB450時(shí)，測(cè)量結(jié)果無(wú)效第一節(jié) 靜載時(shí)材料的機(jī)械性能與強(qiáng)度之間有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系 軋、鍛鋼：b2.53.5HB 鑄鋼：b2.93.9HB 灰鑄鐵： b1.6(HB40)適用于組織不均勻的材料（鑄、鍛、軋制件）。三、硬度（二）洛氏硬度：（HRA、HRB、HRC）試驗(yàn)原理h=h2h1HR=Khh HR洛氏硬度第一節(jié) 靜載時(shí)材料的機(jī)械性能三、硬度（二）洛氏硬度：（HRA、HRB、HRC）特點(diǎn)因?yàn)閴汉圯^小，代表性差，硬度值重復(fù)性差。第一節(jié) 靜載時(shí)材料的機(jī)械性能直接讀數(shù)，效率高。適用于組織均勻的材料，如淬火鋼件。定義：金屬材料抵抗沖擊破壞的能

7、力試驗(yàn)方法aKAKFNW(h1h2)FNaK 沖擊韌性第二節(jié) 動(dòng)載時(shí)材料的機(jī)械性能一、沖擊韌（ ）K 圖1-2 沖擊試驗(yàn)示意圖沖擊韌性實(shí)驗(yàn)Ak=h1-h2一、沖擊韌性影響因素塑性 韌性溫度 韌性第二節(jié) 動(dòng)載時(shí)材料的機(jī)械性能圖1-2 沖擊試驗(yàn)示意圖二、疲勞強(qiáng)度定義：金屬材料抵抗疲勞破壞的能力1.金屬的疲勞（疲勞破壞）材料在交變載荷的反復(fù)作用下(最大應(yīng)力s)，突然斷裂的現(xiàn)象。第二節(jié) 動(dòng)載時(shí)材料的機(jī)械性能拉應(yīng)力表面微裂紋向內(nèi)部擴(kuò)展突然斷裂2.疲勞破壞機(jī)理二、疲勞強(qiáng)度3.疲勞強(qiáng)度的表示疲勞極限r(nóng)r:應(yīng)力循環(huán)特征 rminmax第二節(jié) 動(dòng)載時(shí)材料的機(jī)械性能二、疲勞強(qiáng)度4.疲勞強(qiáng)度的測(cè)量在某一應(yīng)力循環(huán)特征的交變載荷作用下，經(jīng)無(wú)限次循環(huán)而不斷裂的最大應(yīng)力值。第二節(jié) 動(dòng)載時(shí)材料的機(jī)械性能二、疲勞強(qiáng)度5.提高疲勞強(qiáng)度的方法a. 改善零件表面狀況b. 強(qiáng)化零件表面c. 合理度過(guò)