第一章 概论(机械工程材料)

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1、工程材料张继祥13648314609第一章概论§1材料发展概况§2材料的性能§3工程材料的分类§4材料的结合方式及工程材料键性§5零件的失效形式及选材原则石器铁器象形尊(西周)石器时代青铜器时代铁器时代新材料时代材料是人类进化的里程碑。由于材料的重要性，历史学家根据人类所使用的材料来划分时代。§1材料发展概况材料科学的重要地位每一个应用科学家和工程师（机械的、土木工程的、电气的或其它方面的）都必不可少地要用到材料，不论产品是桥梁、计算机、宇宙飞船、心脏起博器、核反应堆、还是汽车的排气装置，工程师们都必须完全了解他们所用材料的性能

2、和行为特征。以汽车为例，汽车制造中要使用各种各样的材料：钢铁、玻璃、塑料、橡胶等。而仅仅对钢材一项而言，就有2000多种不同种类和型号的品种供我们选择。地位：材料、能源、信息，三大技术在进行材料选择时，工程师必须首先考虑使用性能，再考虑材料的工艺性能。使用性能：在使用条件下所表现的性能，包括材料的物理、化学和力学性能；工艺性能：材料在加工过程中所反映的性能，包括铸造性能、压力加工性能、切削加工性能、焊接性能、热处理性能等。§2材料的性能一.定义:力学性能是指材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能。二.指标:弹性、塑性、韧性、强度、

3、硬度和疲劳强度等。§2.1材料的力学性能三.拉伸试验拉伸试样拉伸试验机弹性、塑性、强度拉伸试样的颈缩现象四.拉伸图低碳钢铸铁1.弹性(elasticity):金属材料受外力作用时产生变形,当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。2.弹性变形(elasticdeformation):随载荷撤除而消失的变形。3.弹性极限(elasticlimit):Fe弹性极限载荷(N)σe=(Mpa)S0试样原始横截面积(mm2)4.强度(strength):材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。种类:屈服强度，抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗

4、剪强度、抗扭强度等。(2)屈服强度(yieldstrength):屈服点SFsσs=(Mpa)S0试样屈服时的载荷(N)试样原始横截面积(mm2)(3)条件屈服强度(塑性变形量为0.2%)(4)抗拉强度(tensilestrength):试样在断裂前所能承受的最大应力。F0.2σ0.2=(Mpa)S0试样原始横截面(mm2)试样产生0.2%残余塑性变形时的载荷(N)Fb试样断裂前的最大载荷(N)σb=(Mpa)S0试样原始横截面积(mm2)五.塑性(plasticity):是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。(1)

5、断面收缩率(percentagereductioninarea):是指试样拉断处横截面积Sk的收缩量与原始横截面积S0之比。S0-Skψ=×100%S0(2)伸长率(延伸率)specificelongation:是指试样拉断后的标距伸长量Lk与原始标距L0之比。Lk–L0δ=×100%L0δ<2~5%属脆性材科δ≈5~10%属韧性材料δ>10%属塑性材料六.硬度(hardness):是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力。布氏硬度HB洛氏硬度HR维氏硬度HV肖氏硬度HS常用测量硬度的方法(1)布氏硬度HB(Brinell-har

6、dness)布氏硬度计(1)布氏硬度HB(Brinell-hardness)在规定的载荷下将球型压头，压入金属的表面。①压头材料：硬质合金(符号：HBW）:HB≥450淬火钢球（符号：HBS）:HB≤450②压头规格：φ2.5φ5φ10③载荷:F=2.5D2(软金属)F=10D2(有色金属)F=30D2(黑色金属)布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。适于测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。材料的b与HB之间的经验关系：对于低碳钢:b(MPa)≈3.6HB对于

7、高碳钢：b(MPa)≈3.4HB对于铸铁：b(MPa)≈1HB或b(MPa)≈0.6(HB-40)HBb(MPa)钢黄铜球墨铸铁符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。(2)洛氏硬度HR(Rockwllhardness)h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计①压头材料：金刚石(符号：HRA、HRC):K=0.2淬火钢球（符号：

8、HRB）:K=0.26②压头规格：120°金刚石圆锥体；1.588mm淬火钢球③载荷:60Kgf(HRA)100Kgf(HRB)150Kgf(HRC)在规定的载荷下将圆锥或球型压头，压入金属的表面。原理符号HR前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。HRA用于测量