第三章 工程材料的基本性能2012-1.ppt

第三章 工程材料的基本性能 3.1 概述 3.2 工程材料的力学性能 3.3 工程材料的物理、化学性能 3.4 不同种类材料的主要性能比较 3.1 概 述 工程材料的应用领域广泛：工艺性能和使用性能好 工艺性能：制造工艺过程中材料适应加工的性能。 使用性能：材料制成零件或产品后，在使用过程中能适应或抵抗外界对它的力、化学、电磁、温度等作用而必须具有的能力。 使用性能包括： 力学性能(机械性能)，包括各种强度、塑性、韧性、硬度以及断裂韧性等； 物理性能，包括密度、熔点、导电、导热、磁性以及膨胀系数等； 化学性能，包括抗氧化、耐腐蚀性能等。 材料的性能是材料对于各种负荷作用的一种响应 广义负荷：包括力学负荷；热学负荷；电负荷；其他理化负荷等。 广义负荷作用下的性能 广义负荷作用下的性能 3.2 工程材料的力学性能 3.2.1 零件的力学行为与材料的力学性能 3.2.2 强度与塑性 3.2.3 硬度 3.2.4 韧性 3.2.5 疲劳强度 3.2.6 磨损与耐磨性 3.2.7 工程材料的高温强度 3.2.1零件的力学行为与材料的力学性能 例如， 低碳钢 弹性变形 屈服点 塑性变形 韧性断裂 3.2.2 强度与塑性 1、应力－应变曲线stress-strain curve 试样：用被测材料制成，有圆形、板形两种 1、应力－应变曲线stress-strain curve 1、应力－应变曲线stress-strain curve 1、应力－应变曲线stress-strain curve 应力σ：单位面积上试样承受的载荷。 应变ε：单位长度的伸长量。 应力-应变曲线（σ – ε曲线） 1、应力－应变曲线stress-strain curve 弹性变形：材料在外力作用下产生变形，若外力去除后变形完全消失，材料恢复元原状，则这种可逆的变形称为弹性变形。 弹性：材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能恢复到原料形状及尺寸的性能。 刚度：将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。 （1）弹性模量 材料在弹性变形阶段，应力与应变成正比关系，两者的比值称为弹性模量，记为E。 E=σ/ε 材料的E越大，刚度越大；E对组织不敏感； 零件的刚度主要决定于E，也与形状、截面等有关。 （2） 弹性行为 根据材料的不同将其分为三类：线弹性、非线弹性和滞弹性。 2）非线弹性行为：应力－应变行为偏离了线性关系 3）滞弹性行为：加载和卸载曲线都偏离了直线，且两者不相重合，形成一个封闭的环形 在加载和卸载过程中有一部分弹性功被材料本身吸收，最终以“热”的形式向环境散失。 （1）强度 在外力作用下材料抵抗塑性变形和断裂的能力。大小用应力表示。 种类：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等。 1）弹性极限σe：材料发生弹性变形的最大应力。 工程上定义发生0.01%残留塑性变形时的应力值为条件弹性极限，表示为σ0.01。 2）屈服强度σs：材料开始屈服时所对应的应力。 屈服强度表征材料发生明显塑性变形时的抗力。工程上定义发生某一残留塑性变形时的应力为条件屈服强度，有σ0.01 ，σ0.1 ，σ0.2， σ0.5等。 3）抗拉强度σs：试样在断裂前所能承受的最大应力。它表示材料抵抗断裂的能力。 是零件设计的重要依据，也是评定金属强度的重要指标之一。 （2）塑性 塑性：是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。 塑性的表征：拉伸时的断后延伸率和断面收缩率。 （2）塑性 1）延伸率δ δ＝△L/L0=[(L-L0)/LO] ×100% 长试样(LO=10d0,d0试样原始直径)和短试样(LO=5d0)d的延伸率分别记做δ10和δ5。 2）断面收缩率ψ ψ＝△Af/A0=[(A0-Af)/AO] ×100% A0－试样原始截面积；Af－试样断裂处截面积 （2）塑性 断裂前是否发生塑性变形将工程材料分为： 脆性材料：断裂前只发生弹性变形，陶瓷、玻璃、石头及普通灰铸铁等。 塑性材料：大多数金属及聚合物材料。 塑性变形的基本特征：加工硬化和塑性不稳定性 4、真应力－应变曲线 3.2.3 硬度 1、硬度定义：材料表面局部抵抗变形的能力。 2、硬度测试方法：压痕法，用一个压头(淬火钢球或金刚石锥体)以一定的压力压入被测材料表面，然后测量材料表面留下压痕的尺寸。压痕面积越大、越深，说明材料的硬度就越低。 3、常用硬度实验方法：布氏实验法、洛氏实验法和维氏实验法 1）布氏硬度(Brinell Hardness)： 压头：淬火钢球或硬质合金球 硬度值符号：HB，即载荷值除以压痕的总面积 测量方法：用刻度放大镜测出压痕直径，对照手册查出相