第一章工程材料的力學(xué)性能

1、第一章 工程材料的力學(xué)性能材料的性能材料的性能使用性能使用性能工藝性能工藝性能力學(xué)性能物理性能化學(xué)性能鑄造性能鍛壓性能熱處理性能焊接性能切削性能第一章 工程材料的力學(xué)性能力學(xué)性能力學(xué)性能 指材料在外力的作用時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)指材料在外力的作用時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的性能。的性能。第一章 工程材料的力學(xué)性能主要指標(biāo)主要指標(biāo) 力 學(xué) 性 能強(qiáng)度塑性硬度韌性斷裂韌度疲勞第一章 工程材料的力學(xué)性能相關(guān)概念相關(guān)概念p 載荷：載荷：材料在加工及使用過(guò)程中所受的外力材料在加工及使用過(guò)程中所受的外力p 靜載荷：靜載荷：大小不變或變動(dòng)很慢的載荷大小不變或變動(dòng)很慢的載荷p 沖擊載荷：沖擊載荷：突然增加的載荷突然增加的載荷p 疲勞

2、載荷：疲勞載荷：所經(jīng)受的周期性或非周期性的動(dòng)載荷所經(jīng)受的周期性或非周期性的動(dòng)載荷p 變形：變形：材料受不同載荷作用而發(fā)生的幾何形狀和尺寸的變化材料受不同載荷作用而發(fā)生的幾何形狀和尺寸的變化p 內(nèi)力：內(nèi)力：材料受外力作用后為保持其原形在材料內(nèi)作用著與外力相對(duì)抗的力材料受外力作用后為保持其原形在材料內(nèi)作用著與外力相對(duì)抗的力p 應(yīng)力：應(yīng)力：?jiǎn)挝唤孛娣e上的內(nèi)力單位截面積上的內(nèi)力 第一節(jié)第一節(jié) 靜載荷下材料的力學(xué)性能靜載荷下材料的力學(xué)性能p強(qiáng)度材料抵抗塑性變形或斷裂的能力材料抵抗塑性變形或斷裂的能力強(qiáng)度強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度（一般情況下多以抗拉強(qiáng)度作為判別材料強(qiáng)度高低的指標(biāo)抗拉強(qiáng)度（一般情況下多以抗拉強(qiáng)度作為判別

3、材料強(qiáng)度高低的指標(biāo))抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度抗扭強(qiáng)度抗扭強(qiáng)度第一章 工程材料的力學(xué)性能第一章 工程材料的力學(xué)性能 第一節(jié)第一節(jié) 靜載荷下材料的力學(xué)性能靜載荷下材料的力學(xué)性能p強(qiáng)度拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)液壓式萬(wàn)能電子拉伸試驗(yàn)機(jī)loLDdoaoloLbo(a)圓試樣(b)板材試樣試樣拉伸試樣圖第一章 工程材料的力學(xué)性能 第一節(jié)第一節(jié) 靜載荷下材料的力學(xué)性能靜載荷下材料的力學(xué)性能p強(qiáng)度拉伸曲線拉伸曲線拉伸曲線拉伸曲線第一章 工程材料的力學(xué)性能 第一節(jié)第一節(jié) 靜載荷下材料的力學(xué)性能靜載荷下材料的力學(xué)性能p強(qiáng)度1. 屈服點(diǎn)(s)指材料產(chǎn)生屈服時(shí)的應(yīng)力。 s=F s/S 0 其中： F

4、s試樣屈服時(shí)的載荷 S 0試樣原始截面積第一章 工程材料的力學(xué)性能 第一節(jié)第一節(jié) 靜載荷下材料的力學(xué)性能靜載荷下材料的力學(xué)性能p強(qiáng)度2. 規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力值(r0.2)指規(guī)定殘余伸長(zhǎng)率達(dá)到0.2%時(shí)的應(yīng)力。 r0.2=F r0.2/S 0其中： F r0.2殘余伸長(zhǎng)率達(dá)到0.2%時(shí)的載荷 S 0 試樣原始截面積第一章 工程材料的力學(xué)性能 第一節(jié)第一節(jié) 靜載荷下材料的力學(xué)性能靜載荷下材料的力學(xué)性能p強(qiáng)度3. 抗拉強(qiáng)度(b)指材料所能承受的最大應(yīng)力。 b=F b/S 0其中： F b試樣斷裂前承受的最大載荷。 S 0 試樣原始截面積第一章 工程材料的力學(xué)性能 第一節(jié)第一節(jié) 靜載荷下材料的力學(xué)性能靜

5、載荷下材料的力學(xué)性能p塑性材料斷裂前產(chǎn)生永久變形的能力材料斷裂前產(chǎn)生永久變形的能力1. 伸長(zhǎng)率()2. 斷面收縮率()第一章 工程材料的力學(xué)性能 第一節(jié)第一節(jié) 靜載荷下材料的力學(xué)性能靜載荷下材料的力學(xué)性能p硬度材料抵抗局部變形（特別是塑性變形）、壓痕或劃痕的能力材料抵抗局部變形（特別是塑性變形）、壓痕或劃痕的能力常用硬度測(cè)試方法壓入法（生產(chǎn)中常用此方法） 劃痕法第一章 工程材料的力學(xué)性能 第一節(jié)第一節(jié) 靜載荷下材料的力學(xué)性能靜載荷下材料的力學(xué)性能p硬度壓入法布氏硬度洛氏硬度維氏硬度等第一章 工程材料的力學(xué)性能 第一節(jié)第一節(jié) 靜載荷下材料的力學(xué)性能靜載荷下材料的力學(xué)性能p硬度布氏硬度布氏硬度計(jì)布

6、氏硬度計(jì) 布氏硬度計(jì)試驗(yàn)原理示意圖布氏硬度計(jì)試驗(yàn)原理示意圖 載荷 F試樣球形壓頭試驗(yàn)原理及設(shè)備：第一章 工程材料的力學(xué)性能 第一節(jié)第一節(jié) 靜載荷下材料的力學(xué)性能靜載荷下材料的力學(xué)性能p硬度布氏硬度注：HBS:普通淬火鋼球，硬度值在450以下 HBW:硬質(zhì)合金球，硬度值在450650 )(2102. 0)(22dDDDFHBWHBS符號(hào)及值：第一章 工程材料的力學(xué)性能 第一節(jié)第一節(jié) 靜載荷下材料的力學(xué)性能靜載荷下材料的力學(xué)性能p硬度布氏硬度表示方法：170HBS10/1000/30 表示用直徑10mm的鋼球，在9807N（1000kgf）的試驗(yàn)力作用下，保持30s時(shí)測(cè)得的布氏硬度值為170。 5

7、30HBW5/750 表示用直徑5mm的硬質(zhì)合金球，在7355N（750kgf）的試驗(yàn)力作用下，保持10-15s時(shí)測(cè)得的布氏硬度值為530。 第一章 工程材料的力學(xué)性能 第一節(jié)第一節(jié) 靜載荷下材料的力學(xué)性能靜載荷下材料的力學(xué)性能p硬度布氏硬度值的測(cè)得：布氏硬度是用專用的刻度放大鏡量出壓痕直徑d，根據(jù)壓痕直徑的大小再?gòu)膶ｉT的硬度表中查出相應(yīng)的布氏硬度值。第一章 工程材料的力學(xué)性能 第一節(jié)第一節(jié) 靜載荷下材料的力學(xué)性能靜載荷下材料的力學(xué)性能p硬度布氏硬度應(yīng)用范圍：布氏硬度適用于鑄鐵有色金屬及其合金各種退火及調(diào)質(zhì)的鋼材特別對(duì)于軟材料，如鋁、鉛、錫等更為適宜最適宜鋼管硬度檢驗(yàn)中，直接以d表示硬度。第一

8、章 工程材料的力學(xué)性能 第一節(jié)第一節(jié) 靜載荷下材料的力學(xué)性能靜載荷下材料的力學(xué)性能p硬度布氏硬度特點(diǎn)：測(cè)量誤差?。ㄒ驂汉鄞螅瑪?shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)壓痕面積較大，不適于測(cè)量成品零件或薄件的硬度不能測(cè)量極軟和極硬的材料的硬度測(cè)試過(guò)程比較麻煩，測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，結(jié)果還需要查表第一章 工程材料的力學(xué)性能 第一節(jié)第一節(jié) 靜載荷下材料的力學(xué)性能靜載荷下材料的力學(xué)性能p硬度洛氏硬度試驗(yàn)原理及設(shè)備：洛氏硬度測(cè)試原理示意圖洛氏硬度計(jì)壓頭（頂角120金鋼石圓錐(或1.588mm淬火鋼球)載荷第一章 工程材料的力學(xué)性能 第一節(jié)第一節(jié) 靜載荷下材料的力學(xué)性能靜載荷下材料的力學(xué)性能p硬度洛氏硬度符號(hào)及值： 01230 1 2

9、3 h1 h3 h2 K= 0.2壓頭被測(cè)材料002. 0hKHR13hhh其中：用金剛石圓錐體壓頭時(shí)，K為0.2；用鋼球壓頭時(shí)，K為0.26第一章 工程材料的力學(xué)性能 第一節(jié)第一節(jié) 靜載荷下材料的力學(xué)性能靜載荷下材料的力學(xué)性能p硬度洛氏硬度值的表示：45HRC35HRB70HRA第一章 工程材料的力學(xué)性能 第一節(jié)第一節(jié) 靜載荷下材料的力學(xué)性能靜載荷下材料的力學(xué)性能p硬度洛氏硬度常用標(biāo)尺和適用范圍： 壓壓 頭頭主載荷主載荷測(cè)量范圍測(cè)量范圍 應(yīng)用材料應(yīng)用材料HRA金剛石588.4N6085表面硬化層、硬質(zhì)合金等HRB淬火鋼球980.7N25100有色金屬，退火、正火鋼等HRC金剛石1471.0N

10、2067淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼等注：各標(biāo)尺的洛氏硬度值不能直接比較大小第一章 工程材料的力學(xué)性能 第一節(jié)第一節(jié) 靜載荷下材料的力學(xué)性能靜載荷下材料的力學(xué)性能p硬度洛氏硬度特點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、迅速，能直接從刻度盤上讀出硬度值壓痕較小，可以測(cè)定成品及薄的工件測(cè)試的硬度值范圍大，可測(cè)從很軟到很硬的材料壓痕較小，當(dāng)材料的內(nèi)部組織不均勻時(shí)，硬度數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，是測(cè)量值的代表性不足不同標(biāo)尺下測(cè)量的硬度值不能直接比較大小第一章 工程材料的力學(xué)性能 第一節(jié)第一節(jié) 靜載荷下材料的力學(xué)性能靜載荷下材料的力學(xué)性能p硬度維氏硬度試驗(yàn)原理及設(shè)備：維氏硬度計(jì)維氏硬度測(cè)試原理示意圖壓頭壓痕載荷F第一章 工程材料的力學(xué)性能 第一節(jié)第一節(jié)

11、靜載荷下材料的力學(xué)性能靜載荷下材料的力學(xué)性能p硬度維氏硬度符號(hào)及值： 21891. 0dFHV 其中：F為試驗(yàn)力 d為壓痕兩對(duì)角線長(zhǎng)度的算術(shù)平均值值的表示： 34HV特點(diǎn)：試驗(yàn)力小，壓入深度較淺，可測(cè)量較薄的材料第一章 工程材料的力學(xué)性能 第一節(jié)第一節(jié) 靜載荷下材料的力學(xué)性能靜載荷下材料的力學(xué)性能p硬度維氏硬度也可以測(cè)量表面滲碳、氮化層的硬度硬度值具有連續(xù)性，可測(cè)定很軟到很硬的各種材料的硬度測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性高需要測(cè)定壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度，并進(jìn)行算術(shù)平均值計(jì)算，麻煩壓痕小，要求試樣表面質(zhì)量要高第一章 工程材料的力學(xué)性能 第二節(jié)第二節(jié) 動(dòng)載荷下材料的力學(xué)性能動(dòng)載荷下材料的力學(xué)性能p沖擊韌度材料抵抗沖擊載荷

12、作用而不破壞的能力材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力沖擊試驗(yàn)機(jī)及沖擊試樣、試驗(yàn)示意圖沖擊試樣、試驗(yàn)示意圖第一章 工程材料的力學(xué)性能 第二節(jié)第二節(jié) 動(dòng)載荷下材料的力學(xué)性能動(dòng)載荷下材料的力學(xué)性能p沖擊韌度沖擊韌度符號(hào)k試樣沖斷時(shí)所消耗的沖擊功試樣沖斷時(shí)所消耗的沖擊功A Ak k為為: :mghmgHAk試樣的沖擊韌度試樣的沖擊韌度 為為: :k0SAkk其中： 表示試樣缺口處截面積0S第一章 工程材料的力學(xué)性能 第二節(jié)第二節(jié) 動(dòng)載荷下材料的力學(xué)性能動(dòng)載荷下材料的力學(xué)性能p沖擊韌度第一章 工程材料的力學(xué)性能 第二節(jié)第二節(jié) 動(dòng)載荷下材料的力學(xué)性能動(dòng)載荷下材料的力學(xué)性能p沖擊韌度k的意義：揭示材料變脆傾

13、向反映原材料的冶金質(zhì)量和熱加工質(zhì)量第一章 工程材料的力學(xué)性能 第二節(jié)第二節(jié) 動(dòng)載荷下材料的力學(xué)性能動(dòng)載荷下材料的力學(xué)性能p疲勞強(qiáng)度在交變應(yīng)力作用下，雖然零件所承受的應(yīng)力低于材料在交變應(yīng)力作用下，雖然零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點(diǎn)，但經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的工作而產(chǎn)生裂紋或突然的屈服點(diǎn)，但經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的工作而產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過(guò)程，稱為材料的疲勞發(fā)生完全斷裂的過(guò)程，稱為材料的疲勞疲勞的概念第一章 工程材料的力學(xué)性能 第二節(jié)第二節(jié) 動(dòng)載荷下材料的力學(xué)性能動(dòng)載荷下材料的力學(xué)性能p疲勞強(qiáng)度疲勞曲線和疲勞試驗(yàn)疲勞曲線示意圖疲勞試驗(yàn)示意圖第一章 工程材料的力學(xué)性能 第二節(jié)第二節(jié) 動(dòng)載荷下材料的力學(xué)性能動(dòng)

14、載荷下材料的力學(xué)性能p疲勞強(qiáng)度疲勞極限材料疲勞試驗(yàn)中，當(dāng)應(yīng)力低于一定值時(shí)，試樣可以經(jīng)受材料疲勞試驗(yàn)中，當(dāng)應(yīng)力低于一定值時(shí)，試樣可以經(jīng)受無(wú)限次周期循環(huán)而不破壞，此應(yīng)力值為材料的疲勞極限無(wú)限次周期循環(huán)而不破壞，此應(yīng)力值為材料的疲勞極限疲勞極限表示為1 -實(shí)際上，黑色材料，一般規(guī)定應(yīng)力循環(huán)107周次而不斷裂的最大應(yīng)力稱為疲勞極限 有色材料、不銹鋼等取108周次第一章 工程材料的力學(xué)性能 第三節(jié)第三節(jié) 其他力學(xué)性能其他力學(xué)性能p斷裂韌度當(dāng)外力作用于非均質(zhì)材料時(shí)，外力逐漸增大，材料內(nèi)部裂紋當(dāng)外力作用于非均質(zhì)材料時(shí)，外力逐漸增大，材料內(nèi)部裂紋擴(kuò)展時(shí)，裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子也隨之增大；當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度擴(kuò)展時(shí)，裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子也隨之增大；當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度因子增大到某一臨界值時(shí)，試樣（或機(jī)件）中的裂紋會(huì)產(chǎn)生因子增大到某一臨界值時(shí)，試樣（或機(jī)件）中的裂紋會(huì)產(chǎn)生突