工程材料要点.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 使用初始试验力F0将压头垂直压入试样表面，然后施加主试验力，使用总试验力F0+F1压入并保持一段时间后，撤除主试验力，保持初始试验力。施加主试验力后与施加主试验力前压痕深度的差值与材料的洛氏硬度值有着线形关系，在洛氏硬度标尺上每2微米压痕深度差值代表一个洛氏硬度刻度 洛氏硬度 HR ( Rockwell hardness ) h1-h0 洛氏硬度测试示意图 洛氏硬度计 1HRC≈10HBS 钢球压头与金刚石压头 洛氏硬度压痕 洛氏硬度的优点是操作简单、迅速，压痕小，可用于成品检验。缺点是测量精度不高。 注：不同级别的硬度值间无可比性。只有查表转换成同一级别后才能比较。 § 2－3 冲击实验 冲击韧性是指材料抵抗冲击载荷的能力。 用10×10×55mm带缺口的标准试样，在摆锤 的一次冲击下打断，测定试样断口处单位面积所消耗的功，即： ak=A/F=G（H-h)/F(J/cm2) J=N m 试样冲断时所消耗的冲击功Ak为: A k = m g H – m g h (J) 冲击韧性值ak 冲击韧性是对材料的微观组织的微小变化十分敏感的性能，当两种材料的静态拉伸性能基本一样时，其冲击值可能差别很大。 另外， ak与温度有很大关系，一般低温时材料的ak低。 实际中，在动载荷下工作的零件很少是因一次过载冲击而破坏，往往是因小能量的多次重复冲击而断裂，这时用ak衡量其抗力不合适，而取决于 ? b。球墨铸铁 用来制做曲轴、连杆就是例子。 ak影响因素 1. ak值取决于材料及其状态，同时与材料的形状、尺寸有很大关系。同种材料的试样，缺口越深越尖锐，缺口处应力集中程度越大，越容易变形和断裂，脆性越高。 ak值对材料的内部缺陷、纤维组织的变化很敏感，如夹杂物、内部裂纹、钢的回火脆性等都会使ak明显降低。 材料的冲击韧性随温度下降而下降。 TITANIC 建造中的Titanic 号 TITANIC的沉没与船体材料的质量直接有关 Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果 Titanic 近代船用钢板 § 2-4 疲劳试验 有些零件（如发动机的轴、齿轮等）工作中承 受交变载荷（或应力），即载荷（或应力）大 小与方向随时间按一定规律呈周期变化，或呈 无规则随机变化。材料在这种情况下的破坏为 疲劳。 实际服役的金属材料有80%是因为疲劳而破坏。疲劳破坏是脆性破坏，它的一个重要特点是具有突发性，因而更具灾难性。 当引起疲劳断裂的应力较低（小于?S ），断裂 时应力循环周次长（大于104），称为高周疲劳。 有些机件，如飞机起落架，原子反应堆装置等常 会在较高应力，低循环周次（102~105）下断裂， 这称为低周疲劳。 2 疲劳强度指标 图1－12 疲劳曲线示意图 (a) 钢的σ－N曲线 (b)铝的σ－N曲线 疲劳极限表征材料经过无限多次应力循环而不断裂的最大应力。 条件疲劳极限：部分有色金属合金、在高温下和在腐蚀介质中工作的钢，它们的疲劳曲线上没有水平部分，这时就规定某一循环次数所对应的应力作为条件疲劳极限。 如钢铁材料下循环周次N≥10 以后都不会断裂，所以通常就将N为10 次时的最大应力定为疲劳极限σ－1 7 7 对大多数有色金属及其合金和许多聚合物材料，其疲劳曲线没有水平部分，工程上规定循环周次N＝10 或N＝10 时的最大应力作为条件疲劳极限σ－1，如铝合金就是以N＝10 时的最大应力作为σ－1。 7 8 8 * * * * * * * * * * * * * * * 三、共价键(covalent bond ) 最有代表性的共价晶体为金刚石。金刚石由碳原子 构成，每个碳原子贡献出4个价电子与它周围的4个碳 原子共用最外层的电子，使每个碳原子最外层获得满 层8个电子。形成4个共价键，构成四面体。 三、共价键(covalent bond ) 由共价键的结合方式导致结合键之间形成一定的角 度（键角），即共价键之间有固定的方向关系。正因 为如此，共价键结合的材料不象金属键那样，在受外 力作用时可以产生位移变形。共价键结合的材料塑性 差，导电性也差（相邻原子共有的电子不能自由运 动）。但共价键的结合力大，所以共价晶体的强度大，硬度高，熔点高，沸点高，结构也比较稳定。 四、 范德瓦尔斯键 (分子键，Van der Waals bonding) 原子状态形成稳定电子壳体的惰性气体元素，在低温下可结合成固体。 甲烷分子在固态也能相互结合成为晶体。 在它们的结合过程中没有电子的得失、共有或公有化，价电子的分布几乎不变，原子或分子之间是靠范特