机械工程材料第一章节.ppt

应力强度因子：描述裂纹尖端附近应力场强度的指标。 断裂韧性：材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。 ?C为断裂应力，aC为临界裂纹半长，单位为 山 东 农 业 大 学 机 电 学 院 机械电子工程 工程材料学 第一章 材料的性能 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。 神舟一号飞船 材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。 外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。 五万吨水压机 一、弹性和刚度 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。 弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。可以通过增加横截面积或改变截面形状来提高零件的刚度。 二、强度与塑性 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。 s ?0.2 ? ? 低碳钢的应力-应变曲线 拉伸试样 拉伸试验机 应力? = F/S 应变? = (l-l0)/l0 条件屈服强度?0.2：残余变形量为0.2%时的应力值。 抗拉强度?b：材料断裂前所承受的最大应力值。 塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。指标为： 伸长率： 断面收缩率： 断裂后 拉伸试样的颈缩现象 说明： ① 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。 ② 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 ? ③ ? ? 时，无颈缩，为脆性材料表征 ? ? 时，有颈缩，为塑性材料表征 三、硬度 硬度—金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕的能力。 硬度直接影响到材料的耐磨性和切削加工性。 ①布氏硬度HB 布氏硬度计 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。 符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值, 符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如 120HBS10/1000/30 表示直径为10mm的 钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏 硬度值为120。 布氏硬度压痕 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。 材料的?b与HB之间的经验关系： 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) HB ?b(MPa) 钢 黄铜 球墨铸铁 ②洛氏硬度 根据压头形式和载荷不同有三种标度（HRA, HRB,HRC），能够测试从软到硬各种硬度的材料，HRC应用最广，可用于测硬度很高的材料。 h1-h0 洛氏硬度测试示意图 洛氏硬度计 洛氏硬度用符号HR表示，HR=k-(h2-h1)/0.002 符号HR前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。 HRA用于测量高硬度材料, 如硬质合金、表淬层和渗碳层。 HRB用于测量低硬度材料, 如有色金属和退火、正火钢等。 HRC用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。 洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。 缺点：测量结果分散度大。 钢球压头与金刚石压头 洛氏硬度压痕 ③维氏硬度 维氏硬度计 维氏硬度试验原理 维氏硬度压痕 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。 根据载荷范围不同，规定了三种测定方法—维氏硬度试验 、小负荷维氏硬度试验、显微维氏硬度试验。 维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点。 小负荷维氏硬度计 显微维氏硬度计 四、冲击韧性 是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。 指标为冲击韧性值ak(通过冲击实验测得)。 :冲击韧度（冲击值） :冲断试样所消耗的冲击功，J :试样缺口处的截面积， 韧脆转变温度 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。发生韧脆转变的温度范围称韧脆转变温度。材料的使用温度应高于韧脆转变温度。 韧 体心立方金