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机械制造工艺 2010－9 第一讲 材料的力学性能 第一讲 材料的力学性能 使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。包括力学性能、物理性能和化学性能。 工艺性能：材料在加工过程中所表现的性能。包括铸造、锻压、焊接、热处理和切削性能等。 材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。 外力去除后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去除后不能恢复的变形称为塑性变形。 弹性：指标为弹性极限?e，即材料承受最大弹性变形时的应力。 刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能力。指标为弹性模量E。强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。 屈服强度?s：材料发生微量塑性变形时的应力值。 抗拉强度?b：材料断裂前所承受的最大应力值。 条件屈服强度?0.2：残余变形量为0.2%时的应力值。 　塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。 伸长率： 说明： ① 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。 ② ? ? 时，无颈缩，为脆性材料表征? 时，有颈缩，为塑性材料表征 ③ 直径d0 相同时，l0?，??。只有当l0/d0 为常数时，塑性值才有可比性。 当l0=10d0 时，伸长率用? 表示； 当l0=5d0 时，伸长率用?5 表示。显然?5 ? 冲击韧性 　　　是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。 　　材料的冲击韧性随温度下降而下降。在某一温度范围内冲击韧性值急剧下降的现象称韧脆转变。材料的使用温度应高于韧脆转变温度。 Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果 　　　材料在低于?s的重复交变应力作用下发生断裂的现象。 　　　材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为疲劳极限。用?-1表示。 钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为108。 疲劳断口 材料抵抗表面局部塑性变形的能力。 布氏硬度HB 压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450以下的材料。 压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在650以下的材料。 布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。 适于测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。对于低碳钢: ?b(MPa)≈3.6HB对于高碳钢：?b(MPa)≈3.4HB对于铸铁： ?b(MPa)≈1HB或 ?b(MPa)≈ 0.6(HB-40) 洛氏硬度 洛氏硬度用符号HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002 根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为A、B、C。 符号HR前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。 维氏硬度 维氏硬度用符号HV表示，符号前的数字为硬度值，后面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。 维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点。 练一练 下列情况分别是因为哪一个力学性能指标达不到要求？ 1）紧固螺栓使用后发生塑性变形。 　（） 2）齿轮正常负荷条件下工作中发生断裂。　（） 3）汽车紧急刹车时，发动机曲轴发生断裂。（） 4）不锈钢圆板冲压加工成圆柱杯的过程中发生裂纹。（） 5）齿轮工作在寿命期内发生严重磨损。（） 练一练 1）金属材料的性能包括和。 2）力学性能包括　　　　、、、及等。 3）根据载荷作用方式不同，强度可分为、、、和五种。　 4），，称为抗拉强度。用符 号　　　表示。 练一练 5）能力称为塑性。常用　　　　和断面收缩率表示。 6）能力称硬度。硬度测试的方法很多，最常用的有硬度、　　　硬度、　　　　硬度试验法三种，其符号分别是、　　　　、。 7）能力称为冲击韧性。冲击韧性越小，表示材料的越。 8）工艺性能是的适应能力，包括　　　　、　　　　、和等。 维氏硬度计 维氏硬度试验原理 维氏硬度压痕 六、硬度 小负荷维氏硬度计 显微维氏硬度计 六、硬度 六、硬度 硬度范围：5-1000HV 裂纹扩展的基本形式 七、断裂韧性 材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。 1943年美国T-2油轮发生断裂 北极星导弹 　　油轮断裂和北极星导弹发动机壳体爆炸与材料中存在缺陷有关。 七、断裂韧性 屈服强度 疲劳强度 冲击韧度 塑性 硬度 使用性 工艺性 强度 塑性 硬度 冲击韧性 疲劳强度 抗拉强度 抗压强度 抗弯强度 抗扭强度 抗剪强度 材料受拉伸应力过程中 在断裂前所承受的最大应力 金属材料在载荷作用下产生塑性变形而不破坏的 伸长率 材料抵抗局部变形或破裂的 布氏 维氏 洛氏 HB HV HRC 金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的 韧性 差 材料在形成过程中，对某种加工工艺 铸造性 锻造性 焊接性 热处理性 * 一、材料的变形 二、弹性与刚度 三、强度与塑性 四、冲击韧性 五、疲劳 六、硬度 七、断裂韧性 神舟一号飞船 五万