工程材料的主要性能

工程材料的主要性能第一頁，共四十二頁，2022年，8月28日單向靜拉伸載荷下材料的力學(xué)性能

硬度

沖擊韌性

疲勞極限

第二節(jié)

第三節(jié)第四節(jié)

第一節(jié)第一章金屬的力學(xué)性能第二頁，共四十二頁，2022年，8月28日

材料的性能使用性能：工藝性能：力學(xué)性能物理性能化學(xué)性能強塑剛硬韌疲度性度度性勞鑄造性能壓力加工性能焊接性能切削加工性能熱處理性能金屬材料在不同環(huán)境下，承受各種外加載荷時所表現(xiàn)出的力學(xué)特征。第三頁，共四十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)單向靜拉伸載荷下材料的力學(xué)性能

一強度的概念二強度的測定——拉伸實驗三強度指標(biāo)四塑性第四頁，共四十二頁，2022年，8月28日一、強度的概念指金屬在靜載荷作用下，抵抗塑性變形或斷裂的能力。1.定義2.應(yīng)用強度是機(jī)械零件（或工程構(gòu)件）在設(shè)計、加工、使用過程中的主要性能指標(biāo)，特別是選材和設(shè)計的主要依據(jù)。第一節(jié)單向靜拉伸載荷下材料的力學(xué)性能

第五頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、強度的測定——拉伸實驗1.拉伸試樣（GB6397-86）2.力—伸長曲線（以低碳鋼試樣為例）3.脆性材料的拉伸曲線第一節(jié)單向靜拉伸載荷下材料的力學(xué)性能

第六頁，共四十二頁，2022年，8月28日長試樣：L0=10d0短試樣：L0=5d01.拉伸試樣（GB6397-86）第一節(jié)單向靜拉伸載荷下材料的力學(xué)性能

第七頁，共四十二頁，2022年，8月28日2.力——伸長曲線彈性變形階段屈服階段頸縮現(xiàn)象拉伸試驗中得出的拉伸力與伸長量的關(guān)系曲線。強化階段第一節(jié)單向靜拉伸載荷下材料的力學(xué)性能

第八頁，共四十二頁，2022年，8月28日拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象第九頁，共四十二頁，2022年，8月28日3.脆性材料的拉伸曲線

（與低碳鋼試樣相對比）脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象。FΔL0

第一節(jié)單向靜拉伸載荷下材料的力學(xué)性能

第十頁，共四十二頁，2022年，8月28日FsA0σs=1.屈服點應(yīng)用：σs和σ0.2常作為零件選材和設(shè)計的依據(jù)。脆性材料的屈服點F0.2A0σ0.2=計算公式

ΔLF0F0.20.2%L0三、強度指標(biāo)第一節(jié)單向靜拉伸載荷下材料的力學(xué)性能

第十一頁，共四十二頁，2022年，8月28日2.抗拉強度

σb=FbA0應(yīng)用：脆性材料制作機(jī)械零件和工程構(gòu)件時的選材和設(shè)計的依據(jù)。計算公式第一節(jié)單向靜拉伸載荷下材料的力學(xué)性能

第十二頁，共四十二頁，2022年，8月28日拉伸試驗錄像第十三頁，共四十二頁，2022年，8月28日四、塑性（二）衡量指標(biāo)金屬材料斷裂前發(fā)生永久變形的能力。斷面收縮率：伸長率：試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長與原始標(biāo)距的百分比。試樣拉斷后，頸縮處的橫截面積的縮減量與原始橫截面積的百分比。（一）定義第一節(jié)單向靜拉伸載荷下材料的力學(xué)性能

第十四頁，共四十二頁，2022年，8月28日l1-l0l0×100%δ=l1——試樣拉斷后的標(biāo)距,mm;l0——試樣的原始標(biāo)距,mm。伸長率（δ

）第一節(jié)單向靜拉伸載荷下材料的力學(xué)性能

第十五頁，共四十二頁，2022年，8月28日斷面收縮率（Ψ）

S0-S1S0Ψ=×100%S0——試樣原始橫截面積,mm2；S1——頸縮處的橫截面積,mm2

。第一節(jié)單向靜拉伸載荷下材料的力學(xué)性能

第十六頁，共四十二頁，2022年，8月28日結(jié)論：Ψ更能反映材料塑性的好壞，ψ和δ越大，材料塑性就越好！δ<2-5% 屬脆性材科δ≈5-10% 屬韌性材料δ>10% 屬塑性材料同一材料δ5＞δ10任何零件都需要一定塑性，防止過載斷裂；塑性變形可以緩解應(yīng)力集中、削減應(yīng)力峰值。第一節(jié)單向靜拉伸載荷下材料的力學(xué)性能

第十七頁，共四十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)硬度（一）布氏硬度（二）洛氏硬度1.原理2.應(yīng)用3.優(yōu)缺點

1.原理2.應(yīng)用3.優(yōu)缺點4.實驗（錄像）4.實驗（錄像）第十八頁，共四十二頁，2022年，8月28日（一）布氏硬度

布氏硬度試驗是指用一定直徑的球體（鋼球或硬質(zhì)合金球）以相應(yīng)的試驗力壓入式樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后卸除試驗力，用測量的表面壓痕直徑計算硬度的一種壓痕硬度試驗。圖1-4布氏硬度測試原理第二節(jié)硬度第十九頁，共四十二頁，2022年，8月28日1.原理布氏硬度=PA凹=2FπD[D-（D2-d2）?]第二節(jié)硬度第二十頁，共四十二頁，2022年，8月28日表示方法：

在符號HBS或HBW之前寫出硬度值，符號后面的數(shù)字按順序分別寫出壓頭直徑、載荷及載荷保持時間及載荷保持時間（10-15s不標(biāo)注）。如:120HBS10/1000/30表示直徑為10mm的淬火鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持30s測得的布氏硬度值為120。第二節(jié)硬度第二十一頁，共四十二頁，2022年，8月28日測量比較軟的材料。測量范圍HBS<450、HBW<650的金屬材料。3.優(yōu)缺點2.應(yīng)用壓痕大，測量準(zhǔn)確，但不能測量成品件。第二節(jié)硬度第二十二頁，共四十二頁，2022年，8月28日布氏硬度試驗錄像第二節(jié)硬度第二十三頁，共四十二頁，2022年，8月28日1.原理（二）洛氏硬度加初載荷加主載荷卸除主載荷讀硬度值圖1-5洛式硬度測試原理第二節(jié)硬度第二十四頁，共四十二頁，2022年，8月28日

壓痕深度h越大，則硬度值越小，為了符合習(xí)慣上的數(shù)值越大、硬度越高的思維，采用一個常數(shù)C（K)減去壓痕深度h后的數(shù)值表示洛氏硬度。GB規(guī)定：壓頭每壓入0.002mm的深度為一個硬度單位，所以：

HR=C-h/0.002無單位（金剛石作壓頭：C=100；直徑1.588的淬火鋼球作壓頭：C=130。）為了適應(yīng)不同材料的硬度測試，采用不同的壓頭與載荷組合成幾種不同的洛氏硬度標(biāo)尺，每一種標(biāo)尺用一個字母在洛氏硬度符號后注明，如HRA、HRB、HRC等第二節(jié)硬度第二十五頁，共四十二頁，2022年，8月28日（2）表示方法：在符號前（有些資料寫在后面）直接寫出硬度值如：56HRC、80HRA、60HRB。（3）應(yīng)用：鋼的熱處理質(zhì)量檢查，主要用于測硬度高的材料。洛氏硬度壓頭總載荷測量范圍適用材料HRA120℃金剛石圓錐體588.460～85硬質(zhì)合金材料、表面淬火鋼等HRBφ1.588mm淬火鋼球980.725～100軟鋼、退火鋼、銅合金等HRC120°金剛石圓錐體1471.120～67淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼等表1-1常用洛氏硬度的級別及其應(yīng)用范圍第二節(jié)硬度第二十六頁，共四十二頁，2022年，8月28日（4）特點：①操作迅速方便；②應(yīng)用較廣：硬度值測量范圍較大，能測材料的表面硬度、薄壁件；③工件表面損傷?。簤汉坌?；④組織粗大且不均勻的材料，測試結(jié)果不準(zhǔn)確：壓痕小，數(shù)值重復(fù)性差，措施：至少測3個點，求平均值。（5）當(dāng)材料HBS＞220時有：HBS≈10HRC第二節(jié)硬度第二十七頁，共四十二頁，2022年，8月28日第二十八頁，共四十二頁，2022年，8月28日3、維氏硬度HV維氏硬度計維氏硬度試驗原理維氏硬度壓痕第二節(jié)硬度第二十九頁，共四十二頁，2022年，8月28日

（1）測量原理：

用錐面夾角為136°的金剛石正四棱錐體為壓頭，按選定的試驗載荷P（常用5~10kgf）將壓頭壓入，并保持一定時間，卸載后測量壓痕對角線長度d，計算壓痕單位面積F承受的壓力大小。

HV=P/F=1.8544P/d2

（kgf/mm2)（GB4340-1984）

（2）表示方法：

在HV之前寫出硬度值，后面依次用相應(yīng)數(shù)字注明試驗力和保持時間。例如：

600HV30/20—表示采用294.2N（30kg）的試驗力，保持時間20S時得到的硬度值為600。

（3）應(yīng)用：適用于軟硬金屬，尤其適用于極薄（）零件和滲碳、滲氮工件的硬度測定。

第二節(jié)硬度第三十頁，共四十二頁，2022年，8月28日（4）特點：有連續(xù)一致的標(biāo)尺，負(fù)荷可任選，可直接比較；負(fù)荷小，壓痕小，壓痕輪廓清晰，測量準(zhǔn)確；操作麻煩。第二節(jié)硬度第三十一頁，共四十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)沖擊韌性材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力。(a)試樣安裝(b)沖擊試驗機(jī)圖1.5沖擊韌度試驗原理1、7—支座2、3—試樣4—刻度盤5—指針6—擺錘第三十二頁，共四十二頁，2022年，8月28日試樣沖斷時所消耗的沖擊功Ak為:

Ak=mgH–mgh(J)

沖擊韌性值ak

就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊功。

AKak=(J/cm2)F第三節(jié)沖擊韌性第三十三頁，共四十二頁，2022年，8月28日韌脆轉(zhuǎn)變（溫度）：

材料的沖擊韌度一般隨溫度的下降而降低，當(dāng)降低到某溫度范圍時，材料的沖擊韌度明顯降低，呈現(xiàn)脆性，這種現(xiàn)象叫韌脆轉(zhuǎn)變，此溫度范圍叫韌脆轉(zhuǎn)變溫度。普通碳鋼-30℃--20℃。第三節(jié)沖擊韌性第三十四頁，共四十二頁，2022年，8月28日視頻：擺錘式一次沖擊試驗第三節(jié)沖擊韌性第三十五頁，共四十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)疲勞強度危險！第三十六頁，共四十二頁，2022年，8月28日

機(jī)械中的許多零件，如軸、齒輪、螺栓、連桿、彈簧等，是在方向或大小反復(fù)變化的變載荷作用下工作的，它們工作時所承受的應(yīng)力即使遠(yuǎn)小于材料的強度極限或屈服極限，但經(jīng)過較長時間的工作，亦會發(fā)生斷裂。材料或零件在交變應(yīng)力的重復(fù)作用下，在遠(yuǎn)小于屈服極限的應(yīng)力下，而發(fā)生斷裂的現(xiàn)象稱為疲勞斷裂(或疲勞破壞)。疲勞斷裂具有很大的危險性，常常造成嚴(yán)重的事故。據(jù)統(tǒng)計；損壞的機(jī)器零部件中，約有80％都是由于金屬疲勞而造成的。

一、疲勞斷裂第四節(jié)疲勞強度第三十七頁，共四十二頁，2022年，8月28日

金屬材料經(jīng)受無數(shù)次重復(fù)交變應(yīng)力作用不致引起斷裂的最大應(yīng)力叫做疲勞強度或疲勞極限，用σ-1（σD）表示，通常用表示材料在對稱循環(huán)交變應(yīng)力作用下的彎曲疲勞極限。即材料承受的應(yīng)力低于疲勞強度時，則可能經(jīng)受無限次應(yīng)力循環(huán)而不斷裂。因?qū)嶋H上不可能進(jìn)行無數(shù)次試驗，故各種金屬應(yīng)有一定的應(yīng)力循環(huán)基數(shù)(以N表示)，鋼材的循環(huán)次數(shù)一般取N=107；有色金屬的循環(huán)次數(shù)一般取N=108；鋼材的疲勞強度與抗拉強度之間的關(guān)系。

σ-1=(0.45～0.55)