使用性能是指材料在使用条件下表现出来的性能如力学性能.doc

工程材料的性能包括使用性能和工艺性能。使用性能是指材料在使用条件下表现出来的性能如力学性能、物理性能和化学性能；工艺性能是指材料在加工过程中反映出的性能如切削加工性能、铸造性能、塑性加工性能、焊接性能和热处理性能等。其具体的分类如下： 材料的性能 使用性能 工艺性能 强度、硬度、塑性和韧性等 室温下抵抗各种化学作用的性能 高温下抵抗各种化学作用的性能 密度、熔点、磁性、导电导热性、热膨胀性等 一、 强度、刚度、塑性、硬度 材料在静载荷的作用下所表现出的各种性能称为静态力学性能。材料的静态力学性能可以通过静载试验确定，该试验可以确定材料在静载荷作用下的变形（弹性变形、塑性变形）和断裂行为，这些数据广泛应用于结构载荷机件的强度和刚度设计中，也是材料加工工艺有关材料变形行为的重要资料。在生产金属材料的工厂，静载试验是检验材料质量的基本手段之一。此外，科学工作者也能够从材料的变形和断裂行为的分析中得到很多有关材料性能的重要资料，这些资料对于研究和改善材料的组织与性能十分必要。 一、拉伸试验 拉伸试验是工业上应用最广泛的金属力学性能试验方法之一。这种试验方法的特点是温度、应力状态和加载速率是确定的，并且常用标准的光滑圆柱试样进行试验。通过拉伸试验可以揭示材料在静载荷作用下常见的三种失效形式，即弹性变形、塑性变形和断裂。还可以标定出材料最基本的力学性能指标，如屈服强度σ0.2、抗拉强度σb、断后伸长率δ和断面收缩率ψ。 1、拉伸试验曲线 拉伸试验曲线有以下几种表示方法： （1）载荷－伸长曲线（P-ΔL） 这是拉伸试验机的记录器在试验过程中直接描画出的曲线。P是载荷的大小，ΔL指试样标距长度L0受力后的伸长量。 （2）工程应力－应变曲线（σ－ε曲线） 令F0为试样原有的横截面面积，则拉伸应力σ＝P / F0，拉伸应变ε＝ΔL / L0。以σ－ε为坐标作图得到的曲线就是工程应力－应变曲线，它和P-ΔL曲线形状相似，仅在尺寸比例上有一些差异。图2－1为低碳钢的拉伸曲??。由图可见，低碳钢在拉伸过程中，可分为弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。 （3）真应力－应变曲线（S－e曲线） 指试样在受载过程中任一瞬间的真应力（S = P / F）和真应变（e = ln L / L0）之间的关系曲线。 图2-1 低碳钢的工程应力－应变曲线 2、弹性和刚度 （1）弹性：当外加应力σ小于σe（如图2－1）时，试样的变形能在卸载后（σ＝0）立即消失，即试样恢复原状，这种不产生永久变形的性能称为弹性。σe为不产生永久变形的最大应力，称为弹性极限。 （2）刚度：在弹性范围内，应力与应变成正比，即σ＝Eε，或E＝σ/ε，比例常数E称为弹性模量，它是衡量材料抵抗弹性变形能力的指标，亦称为刚度。它是一个对组织不敏感的参数，主要取决于材料本身，与合金化、热处理、冷热加工等关系不大。 3、强度 强度是指在外力作用下材料抵抗变形和断裂的能力，是材料最重要、最基本的力学性能指标之一。 （1）屈服点与屈服强度 屈服点σs与屈服强度σ0.2是材料开始产生明显塑性变形时的最低应力值，即 σs＝ Fs / A0 （2－1） 式中：Fs  屈服载荷 ； A0  试样的原始横截面积。 工业上使用的某些金属材料（如高碳钢和一些经热处理后的钢等），在拉伸试验中没有明显的屈服现象发生，故无法确定其屈服点。按GB228-87规定，屈服强度为试样标距部分产生0.2%残余伸长时的应力值，即 σ0.2 ＝ F0.2 / A0 （2－2） 式中：F0.2  试样标距产生0.2%残余伸长时的载荷；A0  试样的原始横截面积。 通常，机械零件不仅是在破断时形成失效，而往往是在发生少量塑性变形后，零件精度降低而形成了失效。所以，屈服点或屈服强度是零件设计时的主要依据，同时也是评定金属材料强度的重要指标之一。 （2）抗拉强度 抗拉强度σb是材料在破断前所承受的最大应力值，即 σb ＝ Fb / A0 （2－3） 式中：Fb  试样在破断前所承受的最大载荷； A0  试样的原始横截面积。 抗拉强度是零件设计时的重要依据，同时也是评定金属材料强度的重要指标之一。 4、塑性 塑性是指材料在静载荷作用下，产生塑性变形而不破坏的能力。伸长率δ和断面收缩率ψ是表示材料塑性好坏的指标。 （1）伸长率 伸长率是指试样拉断后标距增长量与原始标距之比，即 δ ＝