工程材料 教材

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)靜載時材料的機(jī)械性能σ=—（MPa)PS0ε=——×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=L1－Lo第一章工程材料的性能第一節(jié)靜載時材料的機(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)三個階段而破壞：彈性階段（OPE）彈—塑性階段（ESB）斷裂階段（BK）靜拉伸曲線上：①OE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：②ES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的變形。第一節(jié)靜載時材料的機(jī)械性能比例極限σp彈性極限σe屈服強(qiáng)度σs抗拉強(qiáng)度σb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)靜載時材料的機(jī)械性能一、靜拉伸試驗(yàn)靜拉伸曲線上：①OE直線段——彈性變形階段彈性極限σe：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σ0.01表示?！鱈=0.01%L0一、靜拉伸試驗(yàn)第一節(jié)靜載時材料的機(jī)械性能靜拉伸曲線上：③SS′水平（或波浪）線段—屈服階段屈服極限σs：材料屈服時的最小應(yīng)力。表示材料抵抗微量塑性變形的能力。

σs是零件設(shè)計(jì)的重要依據(jù)之一。脆性材料不考慮σs一、靜拉伸試驗(yàn)第一節(jié)靜載時材料的機(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）在破斷前沒明顯的塑性變形，稱為脆性斷裂條件屈服極限σ0.2：材料產(chǎn)生塑性變形量△L=0.2%L0時的應(yīng)力值。一、靜拉伸試驗(yàn)第一節(jié)靜載時材料的機(jī)械性能靜拉伸曲線上：④ESB為彈—塑性變形階段一、靜拉伸試驗(yàn)第一節(jié)靜載時材料的機(jī)械性能⑤BK為下降線段——頸縮斷裂階段抗拉強(qiáng)度σb：試樣被拉斷前所能承受的最大載荷處的應(yīng)力。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=σ/ε△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（σs）和抗拉強(qiáng)度（σb）一、靜拉伸試驗(yàn)第一節(jié)靜載時材料的機(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σb、抗壓σbc、抗彎σbb、抗剪τb、抗扭τt。1.屈服極限σs（屈服強(qiáng)度或屈服點(diǎn)）金屬材料開始發(fā)生明顯塑性變形的抗力。σs=Ps/Fo（MPa）

2.抗拉強(qiáng)度σb（強(qiáng)度極限）是試樣被拉斷前的最大承載能力。

屈強(qiáng)比：σs與σb的比值叫屈強(qiáng)比。屈強(qiáng)比太小，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δ＝————×100%L1－L0L02.斷面收縮率ψ＝————×100%F0－F1F03.意義：δ和ψ越大，表示材料的塑性越好。第一節(jié)靜載時材料的機(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植克苄宰冃蔚目沽?。（一）布氏硬度（HB）（二）洛氏硬度（HRA、HRB、HRC…）第一節(jié)靜載時材料的機(jī)械性能定義：三、硬度（一）布氏硬度（HB）試驗(yàn)原理HB＝——(Mpa)PFπd↓HB↑布氏硬度↑第一節(jié)靜載時材料的機(jī)械性能F＝—D(D－D2－d2)2圖1-2布氏硬度（HB）試驗(yàn)原理三、硬度（一）布氏硬度特點(diǎn)③當(dāng)HB＞450時，測量結(jié)果無效第一節(jié)靜載時材料的機(jī)械性能①與強(qiáng)度之間有一定的對應(yīng)關(guān)系

軋、鍛鋼：σb≈2.5～3.5HB鑄鋼：σb≈2.9～3.9HB

灰鑄鐵：σb≈1.6(HB－40)②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=h2－h(huán)1HR=K－h(huán)h↓HR↑洛氏硬度↑第一節(jié)靜載時材料的機(jī)械性能三、硬衛(wèi)度（二）洛池氏硬度：纖（HRA咐、HRB憤、HRC倡）特點(diǎn)③因?yàn)槌獕汉圯^參小，代惱表性差仔，硬度模值重復(fù)樂性差。第一節(jié)培靜載時恥材料的機(jī)移械性能①直接撫讀數(shù)，培效率高悲。②適用于組織均框勻的材扯料，如淬火乖鋼件。定義：金屬材料浮抵抗沖擊寒破壞的能拐力試驗(yàn)方挑法aK＝——AKFN＝—————W(h1－h(huán)2)FNaK↑沖飛擊韌性艷↑第二節(jié)凳動載時逢材料的茅機(jī)械性每能一、沖擊韌（ａ）K

圖1-2風(fēng)沖峰擊試驗(yàn)示麗意圖沖擊韌裹性實(shí)驗(yàn)Ak=h1-h2一、沖擊頓韌性影響因憶素塑性↑臭韌性冊↑溫度↓售韌性謀↓第二節(jié)為動載時隨材料的機(jī)稼械性能圖1-2年沖尼擊試驗(yàn)示略意圖二、疲櫻勞強(qiáng)度定義：金屬材料直抵抗疲勞富破壞的能唇力1.金屬冠的疲勞（般疲勞破壞笛）材料在交可變載荷的雪反復(fù)作用共下(最大傅應(yīng)力＜σs)，突然斷謹(jǐn)裂的現(xiàn)花象。第二節(jié)搶動載時邊材料的獎機(jī)械性撿能拉應(yīng)力→闊表面微裂續(xù)紋→向內(nèi)脾部擴(kuò)展→填突然斷裂2.疲勞即破壞機(jī)理二、疲勞侍強(qiáng)度3.疲絮勞強(qiáng)度認(rèn)的表示爺→疲勞嘉極限σrr:應(yīng)力循環(huán)特征r＝———σminσmax第二節(jié)啦動載時命材料的機(jī)灶械性能二、疲勞阻強(qiáng)度4.疲勞強(qiáng)強(qiáng)度的測傳量在某一齒應(yīng)力循促環(huán)特征壘的交變造載荷作局用下，榮經(jīng)無限狀次循環(huán)老而不斷猾裂的最聰大應(yīng)力漢值。第二節(jié)啄動載時槳材料的攝機(jī)械性隸能二、疲勞魂強(qiáng)度5.提巷高疲勞輛強(qiáng)度的亮方法a.改善零傻件表面激狀況b.強(qiáng)化零件芹表面c.合理度過煌磨合期第二節(jié)稍動載時液材料的雀機(jī)械性霸能基本內(nèi)容列和要求1.沉了解力坑