机械工程材料 教学课件 ppt 作者 罗中平 主编第01章 工程材料的分类与性能.ppt

(2)洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness ) h1-h0 洛氏硬度测试示意图 洛氏硬度计 定义：每0.002mm相当于洛氏1度 洛氏硬度常用标尺有：B、C、A三种 ①HRB轻金属，未淬火钢 ②HRC较硬，淬硬钢制品 ③HRA硬、薄试件 (3)维氏硬度 HV ( diamond penetrator hardness ) 适用范围: 测量薄板类 ; HV≈HBS ; 维氏硬度的压力一般可选5，10，20，30，50，100，120kg等，小于10kg的压力可以测定显微组织硬度。 (4) 其它硬度 肖氏硬度、努氏硬度、莫氏硬度、锉刀硬度、超声波硬度 四.冲击韧性( notch toughness ): 材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。 冲击试验机 冲击试样和冲击试验示意图 试样冲断时所消耗的冲击功A k为: A k = m g H – m g h (J) 冲击韧性值a k 就是试样缺口处单位 截面积上所消耗的冲击功。 AK a k = (J/cm2) S0 五.疲劳强度( fatigue strength ): 表示材料经无数次交变载荷作 用而不致引起断裂的最大应力值。 钢材的循环次数一般取 N = 107 有色金属的循环次数一般取 N = 108 钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系: σ-1 = (0.45～0.55)σ b 1943年美国T-2油轮发生断裂 七、断裂韧度 1.问题的提出 低应力脆断――断裂力学 2.应力场强度因子KI 前面所述的力学性能，都是假定材料内部是完整、连续的，但是实际上，内部不可避免的存在各种缺陷（夹杂、气孔等），由于缺陷的存在，使材料内部不连续，这可看成材料的裂纹，在裂纹尖端前沿有应力集中产生，形成一个裂纹尖端应力场。表示应力场强度的参数——“应力场强度因子”。 I：单位厚度，无限大平板中有一长度2a的穿透裂纹 Y：裂纹形状，加载方式，试样几何尺寸，试验类型有关的系 3.断裂韧性 对于一个有裂纹的试样，在拉伸载荷作用下，Y值是一定的，当外力逐渐增大，或裂纹长度逐渐扩展时，应力场强度因子也不断增大，当应力场强度因子KI增大到某一值时， 就可使裂纹前沿某一区域的内应力大到足以使材料产生分离，从而导致裂纹突然失稳扩展，即发生脆断。 这个应力场强度因子的临界值，称为材料的断裂韧度，用KIC表示，它表明了材料有裂纹存在时抵抗脆性断裂的能力。 当KIKIC时，裂纹失稳扩展，发生脆断。 KI＝KIC时，裂纹处于临界状态 KIKIC时，裂纹扩展很慢或不扩展，不发生脆断。 KIC可通过实验测得，它是评价阻止裂纹失稳扩展能力的力学性能指标。是材料的一种固有特性，与裂纹本身的大小、形状、外加应力等无关，而与材料本身的成分、热处理及加工工艺有关。 4.应用 断裂韧性是强度和韧性的综合体现。 （1）探测出裂纹形状和尺寸，根据KIC，制定零件工作是否安全KI≥KIC，失稳扩展。 （2）已知内部裂纹2a，计算承受的最大应力。 （3）已知载荷大小，计算不产生脆断所允许的内部宏观裂纹的临界尺寸。 5.Titanic沉没原因 八.比强度 ( specific strength ): 名称 密度 (g / cm3) 强度 ( Mpa ) 比强度 纯铝 2.7 80～100 30～37 纯铁 7.87 180～280 23～36 纯钛 4.5 405～500 90～111 材料的强度值与密度值之比。 材料的其他性能 物理性能： 密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等； 化学性能： 耐腐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等； 工艺性能： 铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性、热处理工艺性等。 一、热学性能 材料的热学性能与原子和自由电子的能量交换密切相关。 1.热膨胀――原子（或分子）受热后平均振幅增加 （1）体积膨胀系数β （2）线膨胀系数α 结合键越强则原子间作用力越大，原子离开平衡位置所需的能量越高，则膨胀系数越小。 2.热传导――自由电子的运动和晶格振动。 导热系数λ：单位温度梯度下，单位时间内通过单位垂直面积的热量： 3.热容： 材料在温度升高1摄氏度时所吸收的热量叫做热容。 一克物质的热容也叫比热。 二、电学性能 导电性：R＝ρL／S 电阻率：ρ 电导率：1/ρ 超导体：ρ——0 导体：ρ=10-8——10-5 半导体：ρ=10-5——107 绝缘体：ρ=107——1022 三、磁性 1.物质接磁性分类： 抗磁性物