工程材料學(xué)習(xí)教程

工程材料學(xué)習(xí)教程第1頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四第一章金屬材料的性能

PerformanceofMetalMaterial金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的其他性能第2頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四

第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能一.定義:

力學(xué)性能是指材料在力的作用下抵抗變形和開裂的性能。二.指標:

彈性、塑性、韌性、強度、硬度和疲勞強度等。第3頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四三.拉伸試驗拉伸試樣拉伸試驗機第4頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象第5頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四四.拉伸圖bse第6頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四1.彈性(elasticity):金屬材料受外力作用時產(chǎn)生變形,當外力去掉后能恢復(fù)到原來形狀及尺寸的性能。2.彈性變形(elasticdeformation):

隨載荷撤除而消失的變形。3.彈性極限(elasticlimit):

Fe彈性極限載荷(N)

σe

=

(Mpa)

S0

試樣原始橫截面積(mm2)第7頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四4.強度(strength):

材料在載荷作用下抵抗變形和破壞的能力。種類:

抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度、抗扭強度等。

(2)屈服強度(yieldstrength):屈服點S

Fs

σs

=

(Mpa)

S0試樣屈服時的載荷(N)試樣原始橫截面積(mm2)第8頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四

(3)條件屈服強度(塑性變形量為0.2%)(4)抗拉強度(tensilestrength):試樣在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力。

F0.2

σ0.2=

(Mpa)

S0試樣原始橫截面(mm2)試樣產(chǎn)生0.2%殘余塑性變形時的載荷(N)

Fb試樣斷裂前的最大載荷(N)

σb=

(Mpa)

S0試樣原始橫截面積(mm2)第9頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四四.塑性(plasticity):是指材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。(1)斷面收縮率(percentagereductioninarea):是指試樣拉斷處橫截面積Sk的收縮量與原始橫截面積S0之比。

S0-Sk

ψ=×100%S0

第10頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四(2)伸長率(延伸率)specificelongation:

是指試樣拉斷后的標距伸長量Lk與原始標距L0之比。

Lk–L0δ=×100%L0

δ<2~5%屬脆性材科δ≈5~10%屬韌性材料δ>10%屬塑性材料第11頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四五.硬度(hardness):是指材料抵抗其他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銼刀法常用測量硬度的方法第12頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四(1)布氏硬度HB(Brinell-hardness)布氏硬度計

第13頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四(1)布氏硬度HB(Brinell-hardness)適用范圍:

＜450HBS;

＜650HBW;第14頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四(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15頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四(2)洛氏硬度HR(Rockwllhardness)h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計10HRC≈HBS第16頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四(3)維氏硬度HV

(diamondpenetratorhardness)適用范圍:

測量薄板類;

HV≈HBS;第17頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四工件(4)肖氏硬度HS(drophardness)254mm2.5gh第18頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四(5)銼刀法:

一組硬度差為5HRC的銼刀。例如:10HRC、15HRC、20HRC等。第19頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四六.沖擊韌性(notchtoughness):材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力。第20頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四沖擊試驗機沖擊試樣和沖擊試驗示意圖第21頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四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。

AK

ak

=(J/cm2)S0第22頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四七.疲勞強度(fatiguestrength):

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23頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四鋼材的循環(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)σb第24頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四1943年美國T-2油輪發(fā)生斷裂第25頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四八.比強度(specificstrength):

材料的強度值與密度值之比。名稱密度(g/cm3)強度(Mpa)比強度純鋁2.780～10030～37純鐵7.87180～280