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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,一、彈性和剛度,二、強(qiáng)度與塑性,三、沖擊韌性,四、疲勞,五、硬度,第1章 工程材料的主要性能,使用性能：,材料在使用過程中所表現(xiàn)的性能，,包括,機(jī)械性能（或力學(xué)性能）、物理性能,和,化學(xué)性能,，,是選擇和研制材料的主要依據(jù)。,工藝性能：,材料在加工過程中所表現(xiàn)的性能。,包括,鑄造、鍛壓、焊接、熱處理,和,切削性能,等,。,環(huán)境性能,：,零部件在使用的環(huán)境條件下，零部件的工作參數(shù)和所用材料的性能參數(shù)隨環(huán)境條件以一定的關(guān)系發(fā)生變化。,工程材料的性能分類：,機(jī)械性能：,零件在外力作用下，材料所表現(xiàn)出來的力學(xué)行為，

2、,可分為四大類：,強(qiáng)度類,（如屈服強(qiáng)度、康來強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度等）、,塑韌性類,（如塑性、沖擊韌性）、,硬度,（布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度）、,其它,（如磨損、應(yīng)力松弛）。,變形：,材料在外力的作用下發(fā)生形狀和尺寸變化的現(xiàn)象，分為,彈性變形,和,塑性變形,。,彈性變形：,外力去除后能夠恢復(fù)的變形。,塑性變形：,外力去除后不能恢復(fù)的變形。,應(yīng)力,=,P,/,F,0,應(yīng)變,=(,l,-,l,0,)/,l,0,拉伸試驗(yàn)機(jī),低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,拉伸前,斷裂后,拉伸試樣,階段:,線彈性階段,拉伸初期，應(yīng)力應(yīng)變曲線為一直線。,階段:,屈服階段,當(dāng)應(yīng)力增加至一定值時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變曲線出現(xiàn)微小波動(dòng)的屈服平臺，在

3、此階段內(nèi)，應(yīng)力幾乎不變，而變形卻急劇增長，材料失去抵抗變形的能力，這種現(xiàn)象稱屈服。,階段:,強(qiáng)化階段,過屈服后，材料又增強(qiáng)了抵抗變形的能力。,階段:,頸縮階段,應(yīng)力增至最大值，試件的某一局部顯著收縮，最后在縮頸處斷裂。,低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,一、彈性和剛度,彈性：,材料承受最大彈性變形時(shí)的應(yīng)力。,指標(biāo)：,彈性極限,e,。,剛度：,材料受力時(shí)抵抗彈性變形的能力。,指標(biāo)：,彈性模量,E,：,彈性模量,的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升高而逐漸降低外，其他強(qiáng)化材料的手段如熱處理、冷熱加工、合金化等對彈性模量的影響很小，可以通過,增加橫截面積,或,改變截面形狀來提高零件的剛度。,二、強(qiáng)度與塑性,

4、強(qiáng)度：,材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力,。,屈服強(qiáng)度,s,：,材料發(fā)生微量塑性變形時(shí)的應(yīng)力值。,條件屈服強(qiáng)度,0.2,：,殘余變形量為,0.2%,時(shí)的應(yīng)力值。,抗拉強(qiáng)度,b,：,材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力值。,0.2,塑性：,材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。,指標(biāo)為：,斷面收縮率,：,拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象,伸長率,：,拉伸前,斷裂后,說明：,用面縮率表示塑性比伸長率更接近真實(shí)變形。,直徑,d,0,相同時(shí)，,l,0,，,。只有當(dāng),l,0,/,d,0,為常數(shù)時(shí)，塑性值才有可比性。,當(dāng),l,0,=10,d,0,時(shí)，伸長率用,表示；,當(dāng),l,0,=5,d,0,時(shí)，伸長率用,5,表示，顯然,

5、5,時(shí)，無頸縮，為脆性材料表征,時(shí)，有頸縮，為塑性材料表征,無頸縮試樣,有頸縮試樣,三、沖擊韌性,沖擊韌性：材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。,指標(biāo)：沖擊韌性值,a,k,（,通過沖擊實(shí)驗(yàn)測得）。,材料的沖擊韌性隨溫度下降而下降。,在某一溫度范圍內(nèi)沖擊韌性值急劇下降的現(xiàn)象稱,韌脆轉(zhuǎn)變,.,發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱,韌脆轉(zhuǎn)變,溫度,。,材料的使用溫度應(yīng)高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度。,體心立方金屬具有韌脆轉(zhuǎn)變溫度，,而大多數(shù)面心立方金屬?zèng)]有。,TITANIC,建造中的Titanic,Titanic 號鋼板,（左圖）,和,近代船用鋼板,（右圖）,的沖擊試驗(yàn)結(jié)果,Titanic,近代船用鋼板,四、疲勞強(qiáng)度,材料在

6、低于,s,重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。,材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時(shí)的最大應(yīng)力稱為,疲勞極限,，用,-1,表示。,鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為10,7,，有色金屬合金為10,8,。,通過,改善材料形狀結(jié)構(gòu),，,減少表面缺陷,，,提高表面光潔度,，,進(jìn)行表面強(qiáng)化,等方法可提高材料疲勞抗力。,疲勞應(yīng)力示意圖,疲勞曲線示意圖,五、硬度,材料抵抗表面局部塑性變形的能力。,1、布氏硬度,HB,布氏硬度計(jì),布氏硬度測試原理,布氏硬度壓痕,壓頭為鋼球時(shí),，布氏硬度用符號,HBS,表示，適用于布氏硬度值在,450,以下的材料。,壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí),，用符號,HBW,表示，適用于布氏硬度在,650,以下的

7、材料。,符號,HBS,或,HBW,之前的數(shù)字表示硬度值，之后的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時(shí)間。,120HBS10/1000/30,：直徑為,10mm,的鋼球在,1000kgf(9.807kN),載荷作用下保持,30s,測得的布氏硬度值為,120,。,布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：,測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。,缺點(diǎn)：,壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。,適于測量,退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼、鑄鐵及有色金屬的硬度。,2,、洛氏硬度,洛氏硬度計(jì),洛氏硬度用符號HR表示，,HR=,k,-(,h,1,-,h,0,)/0.002,根據(jù)壓頭類型和主載荷不同,分為九個(gè)標(biāo)尺,常用的標(biāo)尺為A、B、C。,洛氏

8、硬度測試示意圖,符號HR前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺,。,HRA,用于測量高硬度材料,如硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。,HRB,用于測量低硬度材料,如有色金屬和退火、正火鋼等。,HRC,用于測量中等硬度材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。,洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：,操作簡便，壓痕小，適用范圍廣。,缺點(diǎn)：,測量結(jié)果分散度大。,鋼球壓頭與金剛石壓頭,洛氏硬度壓痕,維氏硬度計(jì),維氏硬度原理,維氏硬度壓痕,3、,維氏硬度,維氏硬度用符號HV表示，符號前的數(shù)字為硬度值，后面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時(shí)間。,根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測定方法,維氏硬度試驗(yàn)、小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)、顯微維氏硬度試驗(yàn)。,維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)。,工藝性能：,1.鑄造性能：,指金屬或合金是否適合鑄造的一些工藝性能。,2.焊接性能：,指材料焊接時(shí)其工藝方法的難易程度及接口處是否能滿足使用目的的特性。,3.鍛造性能：,金屬材料在鍛壓加工中能承受塑性變形而不破裂的能力。,4.熱處理工藝性：,指材料被熱處理時(shí)達(dá)到性能等要求的難易程度。,5.切削加工性：,指材料被切削加工成合格零件的難易程度。,刀具耐用度較高；切削力較小，切削溫度較低；,容易獲得良好的表面加工質(zhì)量；,容易控制切屑的形狀或容易斷屑。,