工程材料的性能

工程材料的性能第一頁，共二十八頁，2022年，8月28日工程材料的性能材料的性能：用來表征材料在給定外界條件下的行為參量，包括使用性能和工藝性能。使用性能：材料在使用過程中所表現(xiàn)的性能。包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。工藝性能：材料在加工過程中所表現(xiàn)的性能。包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理和切削性能等。第二頁，共二十八頁，2022年，8月28日沖擊載荷和交變載荷

第一節(jié)材料的力學(xué)性能載荷的大小和方向做周期性變化一定義材料的力學(xué)性能：材料在載荷作用下所表現(xiàn)出來的特性。對試樣緩慢加載二力學(xué)性能指標(biāo)強(qiáng)度、剛度、塑性、硬度、沖擊韌度、疲勞強(qiáng)度等。

材料的力學(xué)性能：靜載和動載力學(xué)性能。第三頁，共二十八頁，2022年，8月28日三.拉伸試驗(yàn)拉伸試樣拉伸試驗(yàn)機(jī)d0L0長試樣：L0=10d0短試樣：L0=5d0第四頁，共二十八頁，2022年，8月28日四.低碳鋼拉伸應(yīng)力—應(yīng)變曲線常用拉伸試樣(圓截面):標(biāo)距長度：

L=10d或5d施加拉伸載荷P，記錄P—L曲線;或(=P/A)—(=L/L)曲線。低碳鋼拉伸應(yīng)力—應(yīng)變曲線:頸縮階段：到k點(diǎn)發(fā)生斷裂。四個(gè)階段：頸縮屈服強(qiáng)化彈性彈性階段：卸載后變形可恢復(fù)。屈服階段：變形迅速增大，材料似乎失去抵抗變形的能力。強(qiáng)化階段：恢復(fù)抵抗變形的能力。第五頁，共二十八頁，2022年，8月28日拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象第六頁，共二十八頁，2022年，8月28日1第七頁，共二十八頁，2022年，8月28日由-曲線定義若干重要的比例極限p：=E

-關(guān)系是線性、彈性的。材料性能和指標(biāo)：彈性模量(ElasticModulus)E=/：op段直線的斜率,反映材料抵抗彈性變形的能力。彈性極限e：彈性，pe段為非線性。

e與p數(shù)值相近。opesybk=PAk'LLL=/yspeE1彈性(elasticity):金屬材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形,當(dāng)外力去掉后能恢復(fù)到原來形狀及尺寸的性能。第八頁，共二十八頁，2022年，8月28日反映材料是否破壞的重要強(qiáng)度指標(biāo)。極限強(qiáng)度(ultimatestrength)b：

屈服極限或屈服強(qiáng)度(yieldstrength)ys：

材料是否出現(xiàn)塑性變形的重要強(qiáng)度指標(biāo)。強(qiáng)度(strength):

材料在載荷作用下抵抗變形和破壞的能力。第九頁，共二十八頁，2022年，8月28日塑性：

伸長率n:1面縮率：A1A0材料在外力下，產(chǎn)生塑性變形而不斷裂的性能。>5%,如低碳鋼、低合金鋼、青銅等延性材料：脆性材料：<5%,如鑄鐵、硬質(zhì)合金、石料等。低碳鋼，約25%左右，約為60%。第十頁，共二十八頁，2022年，8月28日材料的力學(xué)性能（或機(jī)械性能）指標(biāo)為：E1彈性指標(biāo)：彈性模量E:材料抵抗彈性變形的能力；ysb強(qiáng)度指標(biāo)：屈服強(qiáng)度ys-材料發(fā)生屈服極限強(qiáng)度b-材料發(fā)生破壞塑性指標(biāo)：延伸率和/或面縮率。第十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日五.硬度(hardness):是指材料抵抗其他更硬物體壓入其表面的能力。

布氏硬度HB洛氏硬度HR維氏硬度HV肖氏硬度HS常用測量硬度的方法第十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日(1)布氏硬度HB(Brinell-hardness)布氏硬度計(jì)

第十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日(1)布氏硬度HB(Brinell-hardness)適用范圍:

＜450HBS;

＜650HBW;測頭是淬火鋼球測頭是硬質(zhì)合金球第十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日(1)布氏硬度HB(Brinell-hardness)符號HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值，符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時(shí)間。如:120HBS10/1000/30表示直徑為10mm的鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持30s測得的布氏硬度值為120。第十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日(2)洛氏硬度HR(Rockwllhardness)h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計(jì)10HRC≈HBS第十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日(3)維氏硬度HV

(diamondpenetratorhardness)適用范圍:測量薄板類;

HV≈HBS;第十七頁，共二十八頁，2022年，8月28日工件(4)肖氏硬度HS(drophardness)254mm2.5gh第十八頁，共二十八頁，2022年，8月28日六.沖擊韌性(notchtoughness):材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力。第十九頁，共二十八頁，2022年，8月28日沖擊試驗(yàn)機(jī)沖擊試樣和沖擊試驗(yàn)示意圖第二十頁，共二十八頁，2022年，8月28日試樣沖斷時(shí)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。

AK

ak

=(J/cm2)S0第二十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日七.疲勞強(qiáng)度(fatiguestrength)（1）疲勞現(xiàn)象

零件在循環(huán)應(yīng)力的作用下，即使工作時(shí)承受的應(yīng)力低于材料的屈服點(diǎn)或規(guī)定殘余伸長應(yīng)力，在經(jīng)受一定的應(yīng)力循環(huán)后也會發(fā)生突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞。第二十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日（2）疲勞強(qiáng)度σ-1(疲勞極限

)

表示材料經(jīng)無數(shù)次交變載荷作

用而不致引起斷裂的最大應(yīng)力值。第二十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日鋼材的循環(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(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系:

σ-1

=(0.45～0.55)σb疲勞曲線第二十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日(3)提高疲勞極限途徑改善零件的結(jié)構(gòu)形狀；降低表面粗糙度值；采取表面強(qiáng)化第二十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日1943年美國T-2油輪發(fā)生斷裂第二十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日八.比強(qiáng)度(specificstrength):

材料的強(qiáng)度值與密度值之比。名稱密度(g/cm3)強(qiáng)度(Mpa