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1、铸造性 可锻性 可焊性 切削加工性 热处理性 工程材料的性能 使用性能 力学性能 物理性能 化学性能 工艺性能 Chapter 2 工程材料的性能 表征材料在给定外界条件下的行为 材料的性能 结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首页 结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首页 第一章 绪论 材料在外加载荷（外力或能量）作用下或载荷与环 境因素（温度、介质和加载速率）联合作用下表现出来 的行为。 主要是指材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能 。 机械设计中应首先考虑材料的力学
2、性能。通俗地讲 力学性能决定了在多大和怎样形式的载荷条件下而不致 于改变零件几何形状和尺寸的能力。 力学性能 指标:弹性、塑性、韧性、强度、硬度和疲劳强度等。 结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首页 第一章 绪论 2.1 工程材料的机械性能 材料在受力时的性质 一、静载单向静拉伸应力应变曲线 拉伸机上，低 碳钢缓慢加载单向 静拉伸曲线 拉伸试验机 结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首页 第一章 绪论 曲线分为四阶段： 1阶段I（oab）弹性 变形阶段 pa: Pp p
3、b: Pe （不产生永久变形 的最大抗力） poa段：L P 直线 阶段 pab段：极微量塑性变形（ 0.001-0.005%) 2阶段II（bcd）段屈 服变形 pc: 屈服点 Ps 拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向 静拉伸曲线 屈服现象：金属材料开始产生明显塑性变形的标志。 结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首页 第一章 绪论 3阶段III（dB）段均匀 塑性变形阶段 pB: Pb 材料所能承受的 最大载荷 4阶段IV(BK) 段局部集 中塑性变形 拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向 静拉伸曲线 颈缩 1. 低钢、正火、退火调质中钢，低
4、、中C合金钢某些Al合金及某些高 分子材料具有类似上述曲线。 2. 铸铁、陶瓷：只有第I阶段 3. 中、高碳钢：没有第II阶段 结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首页 第一章 绪论 二、材料的强度(strength) 材料所能承受的极限应力. 单位： MPa(MN/mm2) 公式：=P/Fo 物理意义:材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。 抗拉强度、 抗压强度、抗弯强度 、 抗剪强度 、 抗扭强度等。 结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首页 第一章 绪论 1屈服强度
5、s ( yield strength)和条件屈服强 度0.02 a: s=Ps/Fo （s代表材料开始明显塑性变形的抗力,是设计和选 材的主要依据之一。） Ps s = ( M pa ) F0 试样屈服时的载荷( N ) 试样原始横截面积( mm2) b: 0.2条件屈服强度 （中高碳钢、无屈服点，国家标准，以产生一定的微量塑性变形的抗 力的极限应力值来表示。） 脆性材料：b=s 灰口铸铁 P0.2 0.2 = ( M pa ) S0 试样产生0.2%残余塑性变 形时的载荷(N) 试样原始横截面积( mm2) 2抗拉强度( tensile strength ) b=Pb/Fo 材料被拉断前所承
6、受的最大应力值（材料抵抗外力而不 致断裂的极限应力值）。 Pb b = ( M pa ) S0 试样断裂前的最大载荷(N) 试样原始横截面积( mm2) 结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首页 第一章 绪论 3疲劳强度-1 ( fatigue strength ) n 疲劳现象： 承受载荷的大小和方同随时间作周期性变化，交变 应力作用下，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。 （80%的断裂由疲劳造成） n 影响因素： 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 。 1943年美国T-2油
7、轮发生断裂 n 疲劳极限-1 ： 材料经无数次应力循环而不发生疲劳 断裂的最高应力值。 n条件疲劳极限： 经受107应力循环而不致断裂的最大应力 值。 钢材的循环次数一般取 N = 107 有色金属的循环次数一般取 N = 108 陶瓷、高分子材料疲劳抗力很低； 金属材料疲劳强度较高； 纤维增强复合材料较好的抗疲劳性能。 钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系: -1 = (0.450.55)b 过载持久值 结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首页 第一章 绪论 三、塑性 (plasticity): 材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破
8、坏 的能力。 Lk:试样拉断后最终标距长度 延伸率与试样尺寸有关， d5 , d10 (Lo=5do, 10do) 1延伸率（specific elongation） 10% 属塑性材料 是指试样拉断后的标距伸长量L k与原始标距L 0之比。 u =F/Fo=(Fo-Fk)/Fo x 100% u 越大，塑性愈好 u KIC时，裂纹失稳扩展， 发生脆断。 uKIKIC时，裂纹处于临界状态 uKI铸铁（灰口）铸钢（共晶点附近最好） 2.锻造性能（塑性、变形抗力） 低碳钢中碳钢（低合金钢）高碳钢（高合金钢）铸铁不可锻压 3.焊接性能（可焊性、焊后开裂的倾向、焊区硬度） 低碳钢中碳钢（低合金钢）高碳
9、钢（高合金钢）铜、铝合金 4.切削性能（切削难易程度、加工表面质量） 5.热处理工艺性能（热处理难易程度及产生缺陷的倾向） 淬透性、变形和开裂、过热敏感性、回火脆化和氧化脱碳等 作业 1.什么是机械工程材料?试举几种常见工程材料并简述其作用。 2.围绕材料与工程的核心关系是什么？ 3.机械零件用工程材料的常见失效形式有哪些? 并简述其特点. 4. 简述材料选择的原则. 5. 名词解释：弹性模量、屈服极限、条件屈服用强度、疲劳极限 6. 什么是屈服现象？它的物理意义是什么？为什么有的材料还要 规定条件屈服强度？ 7. 何为断裂韧性？请简述如何根据材料的断裂韧性、零件工作应 力以及零件中裂纹的长度来判断零构件发生低应力脆断的可能性 。 8.疲劳断裂和低应力脆断有何异同？ 重点掌握 u各种机械性能指标（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。 一般要求 材料的工艺性能及物理化学性能
