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1、机械工程材料第二章工程材料的基础知识§1工程材料的性能表征材料在给定外界条件卜的行为一一材料的性能1.使用性能物理、化学、力学性能2.工艺性能铸造、锻、焊、切削等重点掌握各种力学性能指标(强度，塑性；冲击韧性；硬度HB,HRC,HV；疲劳强度,断裂韧性)的物理意义和单位。1.1工程材料的力学性能一、静载单向静拉伸应力一一应变1111线拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静拉伸Illi线曲线分为四阶段：1.阶段I(oab)——弹性变形阶段a:Pp,b:Pe(不产生永久变形的最大抗力)oa段：AL-P总线阶段ab段:极微量塑性变形(0
2、.001-0.005%)拉伸后1.阶段II(bed)段一一屈服变形c:屈服点Ps2.阶段111(dB)段一一均匀塑性变形阶段B:Pb材料所能承受的最大载荷3.阶段IV(BK)段一一局部集中塑性变形:颈缩铸铁、陶瓷：只有第I阶段中、高碳钢：没冇第II阶段二、材料的强度一一材料所能承受的极限应力.o=P/Ao表示材料抵抗变形和断裂的能力单位：MPa(MN7mm2)1.抗拉强度ob=Pb/Ao材料被拉断询所承受的最人应力值(材料抵抗外力而不致断裂的极限应力值)。1.屈服强度5和条件屈服强度a:。s=Ps/A（）（。s代表材料开始
3、切显塑性变形的抗力，是设计和选材的主要依据之一。）b:00.02条件屈服强度（中高碳钢、无屈服点，国家标准，以产生一淀的微量塑性变形的抗力的极限应力值來表示。）脆性材料：Ob二Os灰口铸铁2.疲劳强度（80%的断裂由疲劳造成）疲劳：承受载荷的大小和方同随时间作周期性变化，交变应力作用F,往往在远小于强度极限，甚至小于屈服极限的应力下发生断裂。疲劳极限：材料经无数次应力循环而不发生疲劳断裂的最高应力值。条件疲劳极限：经受10,应力循环而不致断裂的最大应力值。陶瓷、高分了材料的疲劳抗力很低，金属材料疲劳强度较高，纤维增强复合材
4、料也冇较好的抗疲劳性能。影响因索：循环应力特征、温度、材料成分和组织、夹杂物、表面状态、残余应力等。三、塑性：1.延伸率占=学=X100%试样拉断后最终标距长度延伸率与试样尺寸有关，5,10（Lo=5do,10do）2.断面收缩率=AF/F0=（Fo-Fk）/Fox100%越大，塑性愈好；＜5%,脆性材料四、刚度和弹性1.刚度（材料在受力时，抵抗弹性变形的能力）E二。/£杨氏弹性模量GPa,MPa本质是：反映了材料内部原子结应力的大小，组织不敏感的力系指标。1.弹性：材料不产牛塑性变形的情况下，所能承受的最大应力。比例极限
5、：Op二Pp/F。应力一一应变保持线性关系的极限应力值弹性极限：。e=Pe/K不产永久变形的最大抗力。工程上，5、5视为同一值，通常也可用00.01五：硬度抵抗外物压入的能力，称为硬度一一综合性能指标。1.布氏硕度HB=乡7lD{D-Jd2-/)适用于未经淬火的钢、铸铁、有色金属或质地轻软的轴承合金。2.洛氏硬度定义：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较硕，淬硬钢制品③HRA硬、薄试件1.维氏硬度一一科学试验HV=维氏硬度的压力一般可选5,10,20,30,50
6、,100,120kg等，小于10kg的压力可以测定显微组织硬度。六、冲击韧性韧性：材料断裂前吸收变形能量的能力一一韧度冲击韧性：冲击载荷卜•材料抵抗变形和断裂的能力。比二冲击破坏所消耗的功九/标准试样断口截面积F(J/cm2)比值低的材料叫做脆性材料，断裂时无明显变形，金属光泽，呈结品状。ak值高，明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽，韧性材料。韧性与温度有关一一脆性转变温度Tk高中击值部分脆憐变温豌围）砥C沖击值敢七、断裂韧性1.问题的提出低应力脆断一一断裂力学2.应力场强度因了K]前而所述的力学性能，都是假定材料内部是完
7、整、连续的，但是实际上，内部不对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，试样儿何尺寸，试验类型有关的系数一一几何形状因子。Y二娱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人，当应力场强度因子K】增大到某一值时,就可使裂纹前沿
8、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，称为材料的断裂韧性，用Kic表示，它表明了材料有裂纹存在吋抵抗脆性断裂的能力。当KAKic时,裂纹失稳扩展,发生脆断。Ki=Kic时，裂纹处于临界状态KKKk时，裂纹扩展很慢或不扩展，不发生脆断。K
