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1、机 械 工 程 材 料,教 师：于玉城 电 话：18946169850 E-mail：,材料科学与工程学院,2,第一章 材料的性能,包括两方面,材料使用性能,材料工艺性能,力学性能（强度、塑性韧性等） 物理性能（光、热、电、磁等） 化学性能（氧化、腐蚀等） 生物性能（相容性、自恢复性等）,切削加工性能（可切削性） 锻造性能（适合锻造与否） 铸造性能（适合铸造与否） 焊接性能（容易焊接与否） 热处理性能（可热处理强化）,3,第一节 材料的力学性能,材料受外力作用时所表现的性能称为力学性能，又称机械性能。 材料在外力作用下将发生形状和尺寸变化称为变形;外力去除后能够恢复的变形称为弹性变形;不能恢复
2、的变形称为塑性变形。,4,一、低碳钢拉伸变形四阶段,低碳钢的应力-应变曲线,弹性变形（OA） 屈服变形（BC） 均匀变形（CD） 集中变形（DE）,低碳钢的集中变形（缩颈）,5,1、弹性,定义： 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。 指标：弹性极限e 比例极限p,6,2、刚度,定义：材料受力时抵抗弹性变形的能力。 指标：弹性模量E。 特点：非常稳定。,7,二、强度与塑性,1、强度 材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。,屈服强度s：材料发生塑性变形而力不增加时的应力值。 条件屈服强度0.2：残余变形量为0.2%时的应力。 抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大应
3、力值。,8,2、塑性,材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。,伸长率 ： 断面收缩率 ,9,知识提高,当L0=10d0 时，伸长率用 表示； 当L0=5d0 时，伸长率用5 表示。 当材料出现缩颈时，由于大量的塑形变形集中在局部，因此有5 。,由于伸长率与试样的尺寸有关，因此用收缩率表示塑性更接近真实变形。,10,知识提高,脆性材料与韧性材料 10% 塑性材料 时，无颈缩，脆性材料 时，有颈缩，塑性材料,11,三、硬度,指材料对局部塑性变形的抗力，常用压入法测量。,1、布氏硬度（HB）,（1）测试原理：以单位压痕面积载荷大小衡量硬度高低。,加载规范：压头直径、载荷大小、加载时间,12,（2）
4、表示方法,压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450以下的材料。 压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在650以下的材料。,13,表示方法具体举例,150HBS10/3000/10,采用直径10mm的淬火钢球压头，载荷3000kg，加载时间10s的规范下测得的布氏硬度为150。,思考：550HBW10/1000/30的含义。,150HB,硬质合金压头,14,（3）布氏硬度的特点,压痕大，数据稳定、重复性好； 压痕大，有时不能在成品上直接检验； 不同材料要更换加载规范，测量时麻烦。,（4）布氏硬度应用 适于测量退火、正火、调质钢，铸铁及有色金属的硬度。,15
5、,2、洛氏硬度（HR）,（2）测试规范 根据压头类型和主载荷不同, 常用的标尺为A、B、C，分别用HRA、HRB、HRC表示。,洛氏硬度测试示意图,（1）测试原理：以压痕深度(h1-h0)衡量硬度大小。,16,（3）应用及特点,HRA：金刚石圆锥压头，50kgf主载荷，用于测量高硬度材料, 如硬质合金、表淬层和渗碳层。 HRB：淬火钢球，90kgf主载荷，用于测量低硬度材料, 如有色金属和退火、正火钢等。 HRC，金刚石圆锥压头，140kgf主载荷，用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。,17,洛氏硬度特点,操作快捷，适用范围广，可用于成品检验； 测量结果分散度大，不同标尺不可直接比较。,
6、18,3、维氏硬度,（1）测试原理 压头为对面夹角136四棱锥，测试原理同布氏硬度相同。,维氏硬度原理,维氏硬度压痕,19,（2）维氏硬度特点,显微维氏硬度计,维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点，可测量由极软到极硬的材料的硬度，又能相互比较。,显微维氏硬度压痕极小，可以测量金属铂、极薄的表层以及金属中各种组成相的硬度。,20,四、冲击韧性,1、冲击试验,试样尺 寸：101055mm； 试样缺 口：U型、V型或无,21,试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。,2、冲击韧性：K。,22,3、韧脆转变,材料的冲击韧性随温度下降而下降，在某一温度范围内冲击韧性值急剧下降的现象称韧脆转变。,对应温度
7、范围为韧脆转温度tk,23,泰坦尼克号（1912年大西洋）,Titanic,近代船用钢板,24,五、疲劳强度,1、疲劳 材料在低于s重复交变应力作用下发生断裂的现象。 2、疲劳强度 材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为疲劳极限。用-1表示。,疲劳应力示意图,疲劳曲线示意图,钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为108,25,疲劳断口,通过改善材料形状结构，减少表面缺陷，提高表面光洁度，进行表面强化等方法可提高材料疲劳抗。,26,2、断裂韧性：材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。 3、C为断裂应力， aC为临界裂纹半长，单位为,六、断裂韧性,1、应力强度因子：描述裂纹尖端附近应力场
8、强度的指标。,27,小结,本节中所讲的材料的力学性能指标及应用,屈服强度和塑性：一般零件的抗断裂设计。,刚度：刚度设计中，考虑构件在受力时发生的弹性变形量。主要力学性能是材料的弹性模量。如精密机床主轴等零构件,弹性指标：弹性极限和弹性模量是设计弹性零件考虑的性能指标。如汽车板簧和各类弹簧等,硬度：在耐磨零件中必须考虑的性能指标，如滚珠轴承等.,断裂韧度：高强钢和重要构件的抗断裂设计。如轮船、飞机、火箭等。,28,第二节 材料其它性能,一、物理化学性能,物理性能：密度、熔点、热膨胀性、导热、 导电性、磁性。 化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性,29,二、材料的工艺性能,1、铸造性 浇注时液体充满型腔并获得优质铸件的能力。 2、可锻性 金属易于锻压成型的能力 3、可焊性 材料容易焊接到一起并获得优质焊缝的能力。 4、切削加工性 材料容易被切削加工并得到精确形状和高表面光洁度的能力。,30,复习题,1、概念解释 （1）韧脆转变温度 （2） 冲击韧性 （3）刚度 （4）疲劳 （5）120HB 2、说明材料的强度和塑性的具体指标、意义及表示符号。 3、叙述布氏、洛氏、维氏硬度的特点及应用。,
