第1章工程材料的力学性能

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1、工程材料机电学院李延辉1金属材料的力学性能静载时材料的力学性能静拉伸试验（弹性和刚度、强度、塑性）硬度（布氏硬度、洛氏硬度）动载时材料的力学性能冲击韧性（αKU）疲劳强度高温力学性能（蠕变、其它力学性能）断裂韧性2力学性能取决于什么？化学成分、微观结构。3第一节材料的强度与塑性何谓强度？材料抵抗变形和断裂的能力。何谓塑性？断裂前材料产生永久变形的能力称为塑性。4一、强度的分类5拉伸试验6两个概念应力与应变的表示方式7拉伸应力-应变图1.弹性极限（σe）表示材料保持弹性变形,不产生永久变形的最大应力,是弹性零件的设计依据。2.屈服点（σs）表示金属开始发生明显塑性变形的抗力。3.强度极

2、限(抗拉强度σb)表示金属受拉时所能承受的最大应力。8拉伸应力-应变三个阶段1.弹性变形阶段2.塑性变形阶段3.断裂9铸铁等材料没有明显的屈服现象,则用条件屈服点（σ0.2）来表示:产生0.2%残余应变时的应力值10二、塑性断裂前材料产生永久变形的能力称为塑性,用伸长率和断面收缩率来表示。1.伸长率（δ）在拉伸试验中,试样拉断后,标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率。2.断面收缩率（ψ）试样拉断后,缩颈处截面积的最大缩减量与原横断面积的百分比称为断面收缩率。11应力-应变曲线确定的力学性能与指标应力：弹性模量E=σ/ε是一个对组织不敏感的参数，取决于材料的本性，与显微组织无关。2.

3、屈服强度σs负荷不增加而应变仍增大的现象称为屈服。3.抗拉强度σb材料承受的最大应力。12应力-应变曲线确定的力学性能与指标塑性断后伸长率=(L1-L0)/L0×%断面收缩率ψ=(A0-A1)/A0×%13第二节材料的硬度硬度的定义材料抵抗另一硬物体压入其内的能力叫硬度，即受压时抵抗局部塑性变形的能力。工程上常用的硬度分类：1.布氏硬度（HB)2.洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)3.维氏硬度(HV)14布氏硬度15布氏硬度试验第二节材料的硬度16布氏硬度的优缺点17二、洛氏硬度1819硬度标尺与适用范围2021三、维氏硬度以49.03~980.7N的负荷,将相对面夹角为136°的

4、方锥形金刚石压入材料表面,保持规定时间后，用测量压痕对角线长度，再按公式来计算硬度的大小。它适用于较大工件和较深表面层的硬度测定。维氏硬度尚有小负荷维氏硬度，试验负荷1.961~<49.03N，它适用于较薄工件、工具表面或镀层的硬度测定。222324第三节材料的冲击韧度1.韧性？材料中塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的能力。是塑性和强度的综合表现。2.冲击韧性？材料抵抗冲击载荷的能力称为冲击韧性25许多机械零件和工具在工作中,往往要受到冲击载荷的作用,如活塞销、锤杆、冲模和锻模等.26冲击韧度（αKU）试验§2动载时材料的力学性能27αK＝AK/SJ/cm2Ak=mg(H1-H2)其

5、中：αK（J/cm2）H（m）A（m2）m（kg）§2动载时材料的力学性能28冲击韧度随材料缺口的尖锐度、化学成分、晶粒大小等因素的变化而变化.同一种材料,其缺口越尖,晶粒越大则冲击韧度就越低29材料的韧性随温度降低而下降。一些中低强度钢在某一温度以下有明显的冷脆性：冷脆性转化温度TK.脆性材料如陶瓷，一般不用冲击韧度衡量其韧性30第四节材料的疲劳强度轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等零件，在工作过程中各点的应力随时间作周期性的变化，这种随时间作周期性变化的应力称为交变应力(也称循环应力)。在交变应力作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作而产生裂纹或突然发生完全

6、断裂的过程称为金属的疲劳断裂。31疲劳破坏的发展过程:1.亚结构和显微结构发生变化，从而永久损伤形核。2.产生微观裂纹。3.微观裂纹长大并合并，形成“主导”裂纹。4.宏观主导裂纹稳定扩展。5.结构失稳或完全断裂。材料在交变应力下的破坏，习惯上称为疲劳破坏。疲劳强度32材料承受的交变应力(σ)与材料断裂前承受交变应力的循环次数(N)之间的关系可用疲劳曲线来表示。金属承受的交变应力越大,则断裂时应力循环次数N越少。当应力低于一定值时,试样可以经受无限周期循环而不破坏,此应力值称为材料的疲劳极限(亦叫疲劳强度)，用σ-1表示。3334疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一。据统计，在机械零件

7、失效中大约有80%以上属于疲劳破坏，而且疲劳破坏前没有明显的变形，所以疲劳破坏经常造成重大事故，所以对于轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等承受交变载荷的零件要选择疲劳强度较好的材料来制造。35提高疲劳强度的措施疲劳裂纹主要形成于构件表面和应力集中部位。故提高疲劳强度应从以下方面着手：36提高疲劳强度的措施37部分工程材料的疲劳极限σ-1（MPa）§2动载时材料的力学性能38第五节材料的断裂韧度断裂是工程上最危险的失效形式。特点：（a）突然性或不可预见性；（b）