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1、机械制造基础机械制造基础机械制造基础1.1工程材料第第1 1章章 工程材料工程材料机械制造基础1.1工程材料1.11.1金属材料的金属材料的力学力学性能性能 金属材料的性能包含使用性能和工艺性能。金属材料的性能包含使用性能和工艺性能。使用性能使用性能 是指金属材料在使用条件下所表现出来的性能。是指金属材料在使用条件下所表现出来的性能。如：力学如：力学( (机械机械) )性能、物理性能、化学性能性能、物理性能、化学性能工艺性能工艺性能 是指制造工艺过程中材料适应加工的性能。是指制造工艺过程中材料适应加工的性能。 如：铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性、热处理工艺如：铸造性、锻造性、焊接性、切削加
2、工性、热处理工艺性性机械制造基础1.1工程材料金属材料的力学性能金属材料的力学性能 金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用时金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用时表现出来的性能。材料用于结构零件时，其力学表现出来的性能。材料用于结构零件时，其力学性能是机械设计、材料选择、工艺评定及材料检性能是机械设计、材料选择、工艺评定及材料检验的主要依据。验的主要依据。外力（载荷）形式主要有：外力（载荷）形式主要有： 拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转等拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转等常用的力学性能指标有：常用的力学性能指标有： 强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度强度、塑性、硬度
3、、韧性和疲劳强度强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等等机械制造基础1.1工程材料1.1.1强度强度1 1、拉伸试验、拉伸试验 材料承受静拉伸时的力学性能指标是通过拉伸试材料承受静拉伸时的力学性能指标是通过拉伸试验测定的。其过程为：将被测材料按验测定的。其过程为：将被测材料按GBGBT228T22820201010要求制成标准拉伸试样，在拉伸试验机上夹要求制成标准拉伸试样，在拉伸试验机上夹紧试样两端，缓慢地对试样施加轴向拉伸力，使紧试样两端，缓慢地对试样施加轴向拉伸力，使试样被逐渐拉长，最后被拉断。通过试验可以得试样被逐渐拉长，最后被拉断。通过试验可以得到拉伸力到拉伸力F F与试样伸长量与试样伸长
4、量LL之间的关系曲线之间的关系曲线( (称为称为拉伸曲线拉伸曲线) )。 机械制造基础1.1工程材料（1 1）拉伸试样）拉伸试样 在国家标准中，对拉伸在国家标准中，对拉伸试样的形状、尺寸及加试样的形状、尺寸及加工要求均有规定。右图工要求均有规定。右图为圆柱形拉伸试样。其为圆柱形拉伸试样。其中中d d0 0为试样直径，为试样直径，L L0 0为试为试样标距长度。样标距长度。机械制造基础1.1工程材料（2 2）拉伸曲线）拉伸曲线 通过对拉伸曲线通过对拉伸曲线的分析，可以直接的分析，可以直接在曲线上读出一系在曲线上读出一系列强度指标并可根列强度指标并可根据试验结果计算出据试验结果计算出塑性指标值。右
5、图塑性指标值。右图为退火低碳钢的为退火低碳钢的R-R-曲线。曲线。 机械制造基础1.1工程材料 拉伸曲线分析：拉伸曲线分析：拉伸曲线中，拉伸曲线中，OeOe段为直线，即在应力不超过只段为直线，即在应力不超过只ReRe时，应力时，应力与应变成正比关系，此时，将外力去除后，试样将恢复到与应变成正比关系，此时，将外力去除后，试样将恢复到原来的长度。这种能够完全恢复的变形称为弹性变形；原来的长度。这种能够完全恢复的变形称为弹性变形；当应力超过当应力超过ReRe后，试样的变形不能完全恢复而产生永久变后，试样的变形不能完全恢复而产生永久变形，这种永久变形称为塑性变形。形，这种永久变形称为塑性变形。当应力增
6、大至当应力增大至H H点后，曲线呈近似水平直线状，即应力不点后，曲线呈近似水平直线状，即应力不增大而试样伸长量在增加，这种现象称为屈服。增大而试样伸长量在增加，这种现象称为屈服。屈服后试样产生均匀的塑性变形，应力增大到屈服后试样产生均匀的塑性变形，应力增大到m m点后，试点后，试样产生不均匀的塑性变形，即试样发生局部直径变细的样产生不均匀的塑性变形，即试样发生局部直径变细的“颈缩颈缩”现象。现象。至至k k点时，试样在颈缩处被拉断。点时，试样在颈缩处被拉断。 机械制造基础1.1工程材料3 3、弹性和刚性、弹性和刚性 材料的弹性指标主要是指弹性极限，刚性指标则是指材料材料的弹性指标主要是指弹性极
7、限，刚性指标则是指材料的弹性模量。的弹性模量。（1 1）弹性极限）弹性极限ReRe 弹性极限是指在产生完全弹性变形时材料所能承受的最大弹性极限是指在产生完全弹性变形时材料所能承受的最大应力，即：应力，即： 式中式中FeFe试样完全弹性变形时所能承受的最大载荷，试样完全弹性变形时所能承受的最大载荷，N N ； SoSo试样原始截面积，试样原始截面积，mmmm2 2。机械制造基础1.1工程材料 实际上实际上ReRe只是一个理论上的物理定义，对于实际只是一个理论上的物理定义，对于实际使用的工程材料，用普通的测量方法很难测出准使用的工程材料，用普通的测量方法很难测出准确而唯一的弹性极限数值，因此，为了
8、便于实际确而唯一的弹性极限数值，因此，为了便于实际测量和应用，一般规定以残余应变量测量和应用，一般规定以残余应变量( (即微量塑性即微量塑性变形量变形量) )为为0 00101时的应力值作为时的应力值作为“规定弹性极规定弹性极限限”( (或称或称“条件弹性极限条件弹性极限”) )。工程上，对于服。工程上，对于服役条件不允许产生微量塑性变形的弹性元件役条件不允许产生微量塑性变形的弹性元件( (如汽如汽车板簧、仪表弹簧等车板簧、仪表弹簧等) )均是按弹性极限均是按弹性极限ReRe来进行设来进行设计选材的。计选材的。机械制造基础1.1工程材料（2 2）弹性模量）弹性模量E E 弹性模量是指在应力应变
9、曲线上完全弹性变形阶段，应弹性模量是指在应力应变曲线上完全弹性变形阶段，应力与应变的比值，即：力与应变的比值，即： 在工程上在工程上E E( (单位单位N Nmm2)mm2)称为材料的刚度，是材料的重要力学性能指称为材料的刚度，是材料的重要力学性能指标之一，它表征材料对弹性变形的抗力。其值愈大，材料产生一定量标之一，它表征材料对弹性变形的抗力。其值愈大，材料产生一定量的弹性变形所需要的应力愈大，表明材料不容易产生弹性变形，即材的弹性变形所需要的应力愈大，表明材料不容易产生弹性变形，即材料的刚度大。料的刚度大。 实际工件的刚度首先取决于其材料的弹性模量实际工件的刚度首先取决于其材料的弹性模量E
10、E，不同的材料，其刚，不同的材料，其刚度差异很大。陶瓷材料的刚度最大，金属材料与复合材料次之，而高度差异很大。陶瓷材料的刚度最大，金属材料与复合材料次之，而高分子材料最低。分子材料最低。 金属材料的弹性模量金属材料的弹性模量E E主要决定于基体金属的性质。主要决定于基体金属的性质。 机械制造基础1.1工程材料4 4、强度、强度 强度指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形或断强度指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。裂的能力。 常用的材料强度指标有：常用的材料强度指标有：屈服强度屈服强度抗拉强度等。抗拉强度等。机械制造基础1.1工程材料（1 1）屈服强度）屈服强度 屈服强度是指当材料呈现屈
11、服现象时，在试验期屈服强度是指当材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点，分为间达到塑性变形发生而力不增加的应力点，分为上屈服强度和下屈服强度。上屈服强度上屈服强度和下屈服强度。上屈服强度(ReH(ReH) )是是试样发生屈服而力首次下降前的最高应力；下屈试样发生屈服而力首次下降前的最高应力；下屈服强度服强度(ReL(ReL) )是指在屈服期间，不计初始瞬时效是指在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应力。即：应时的最低应力。即：式中式中FeFeH H试样发生屈服而力首次下降前承受的最大载荷，试样发生屈服而力首次下降前承受的最大载荷，N N ； FeFeL L试样发生屈服
12、时承受的最小载荷，试样发生屈服时承受的最小载荷，N N； S SO O试样原始截面积，试样原始截面积，mmmm2 2。机械制造基础1.1工程材料（2 2）抗拉强度）抗拉强度RmRm 抗拉强度是指材料在拉伸过程中，相应最大力的应力。即：抗拉强度是指材料在拉伸过程中，相应最大力的应力。即：式中式中FmFm试样在屈服阶段之后所能抵抗的最大力，对于无明试样在屈服阶段之后所能抵抗的最大力，对于无明显屈服显屈服( (连续屈服连续屈服) )的金属材料，为试验期间的最大力，的金属材料，为试验期间的最大力，N N ；S SO O试样原始截面积，试样原始截面积，mmmm2 2。机械制造基础1.1工程材料 抗拉强度
13、是工程上最重要的力学性能指标之一。抗拉强度是工程上最重要的力学性能指标之一。对塑性较好的材料，对塑性较好的材料，RmRm表示了材料对最大均匀变表示了材料对最大均匀变形的抗力；而对塑性较差的材料，一旦达到最大形的抗力；而对塑性较差的材料，一旦达到最大载荷，材料迅即发生断裂，故载荷，材料迅即发生断裂，故RmRm也是其断裂抗力也是其断裂抗力( (断裂强度断裂强度) )指标。指标。RmRm是高分子材料和陶瓷材料选是高分子材料和陶瓷材料选材的重要依据。对塑性变形要求不严而仅要求不材的重要依据。对塑性变形要求不严而仅要求不发生断裂的金属零件如钢丝绳、建筑结构件等，发生断裂的金属零件如钢丝绳、建筑结构件等，
14、为减轻自重，为减轻自重，RmRm也常作为其设计与选材依据。此也常作为其设计与选材依据。此外，因外，因RmRm易于测定，适于作为产品规格说明或质易于测定，适于作为产品规格说明或质量控制指标，广泛出现在标准、合同、质量证明量控制指标，广泛出现在标准、合同、质量证明等文件资料中。等文件资料中。机械制造基础1.1工程材料1.1.21.1.2塑性塑性 塑性是指材料在外力作用下能够产生永久变形而塑性是指材料在外力作用下能够产生永久变形而不破坏的能力。常用的塑性指标有断后伸长率和不破坏的能力。常用的塑性指标有断后伸长率和断面收缩率。断面收缩率。（1 1）断后伸长率）断后伸长率A A 断后伸长率是指断后试样标
15、距与原始标距之比的断后伸长率是指断后试样标距与原始标距之比的百分率。即：百分率。即：式中式中LuLu试样断裂后的标距，试样断裂后的标距，mmmm； LoLo试样的原始标距，试样的原始标距，mmmm。机械制造基础1.1工程材料 因此，对于同一材料而具有不同长度或截面积的因此，对于同一材料而具有不同长度或截面积的试样要得到比较一致的试样要得到比较一致的A A值，或者对于不同材料的值，或者对于不同材料的试样要得到可比较的试样要得到可比较的A A值，必须使值，必须使L L0 0 的比值的比值为一常数。国家标准规定，此值为为一常数。国家标准规定，此值为11.3(11.3(相当于相当于L L0 010d1
16、0d0 0的试棒的试棒) )或或5.65(5.65(相当于相当于L L0 0=5d=5d0 0的试棒的试棒) ) 材料伸长率的大小与试样原始标距材料伸长率的大小与试样原始标距L L0 0和原始截面积和原始截面积S SO O密切相关，密切相关，在在S SO O相同的情况下，相同的情况下，L L0 0愈长则愈长则A A愈小，反之亦然。愈小，反之亦然。机械制造基础1.1工程材料（2 2）断面收缩率）断面收缩率Z Z 断面收缩率是指断后试样横截面积的最大缩减量与原始横断面收缩率是指断后试样横截面积的最大缩减量与原始横截面积之比的百分率。即：截面积之比的百分率。即：式中式中S Su u试样断裂处的最小横
17、截面积，试样断裂处的最小横截面积，mmmm2 2； S SO O试样的原始横截面积，试样的原始横截面积，mmmm2 2。断后伸长率断后伸长率A A和断面收缩率和断面收缩率Z Z越大，材料的塑性越好。越大，材料的塑性越好。一般认为，一般认为，A A55的材料为脆性材料。的材料为脆性材料。机械制造基础1.1工程材料 材料的塑性指标一般不直接用于机械设计计算，材料的塑性指标一般不直接用于机械设计计算，但材料具有一定的塑性，当零件遭受意外过载或但材料具有一定的塑性，当零件遭受意外过载或冲击时，通过塑性变形和应变硬化的配合可避免冲击时，通过塑性变形和应变硬化的配合可避免发生突然断裂。材料具有一定的塑性可
18、保证某些发生突然断裂。材料具有一定的塑性可保证某些成形工艺成形工艺( (如冷冲压、轧制、冷弯、校直、冷铆如冷冲压、轧制、冷弯、校直、冷铆) )和修复工艺和修复工艺( (如汽车外壳或挡泥板受碰撞而凹陷如汽车外壳或挡泥板受碰撞而凹陷) )的顺利进行；对于金属材料，塑性指标还能反映的顺利进行；对于金属材料，塑性指标还能反映材料冶金质量的好坏，是材料生产与加工质量的材料冶金质量的好坏，是材料生产与加工质量的标志之一。标志之一。 机械制造基础1.1工程材料1.1.31.1.3硬度硬度 硬度是指材料在表面上的不大体积内抵抗局部塑硬度是指材料在表面上的不大体积内抵抗局部塑性变形或破坏的能力，是表征材料性能的
19、一个综性变形或破坏的能力，是表征材料性能的一个综合参量，能够反映出金属材料在化学成份、金相合参量，能够反映出金属材料在化学成份、金相组织和热处理状态上的变化，是检验产品质量、组织和热处理状态上的变化，是检验产品质量、研制新材料和确定合理的加工工艺所不可缺少的研制新材料和确定合理的加工工艺所不可缺少的检测性能方法之一。同时硬度试验是金属力学性检测性能方法之一。同时硬度试验是金属力学性能试验中最简便、最迅速的一种方法。能试验中最简便、最迅速的一种方法。机械制造基础1.1工程材料 硬度试验方法很多，一般可分三类：硬度试验方法很多，一般可分三类：压入法压入法 如布氏硬度、洛氏硬度、和维氏硬度和显微硬度
20、；如布氏硬度、洛氏硬度、和维氏硬度和显微硬度；划痕法划痕法 如莫氏硬度；有回跳法，如肖氏硬度等。如莫氏硬度；有回跳法，如肖氏硬度等。 目前机械制造生产上应用最广泛的硬度是布氏硬目前机械制造生产上应用最广泛的硬度是布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。度、洛氏硬度和维氏硬度。机械制造基础1.1工程材料1 1、布氏硬度、布氏硬度 布氏硬度试验原理如右图所示。布氏硬度试验原理如右图所示。按按GB/T231.1-200GB/T231.1-2009 9的规定，对的规定，对一定直径的硬质合金球施加工一定直径的硬质合金球施加工试验力压入试样表面，经规定试验力压入试样表面，经规定的保持时间后，卸除试验力，的保持时间后
21、，卸除试验力，测量试样表面的压痕直径。将测量试样表面的压痕直径。将单位面积承受的平均应力乘以单位面积承受的平均应力乘以一常数后定义为布氏硬度。一常数后定义为布氏硬度。 机械制造基础1.1工程材料式中式中 FF试验力试验力(N)(N)； SS压痕表面积压痕表面积(mm(mm2 2) )； dd压痕直径压痕直径(mm)(mm)； DD硬质合金球直径硬质合金球直径(mm)(mm)；布氏硬度的计算公式：布氏硬度的计算公式：机械制造基础1.1工程材料例如：例如： 350HBW5350HBW5750750表示用直径表示用直径5mm5mm硬质合金球在硬质合金球在7.355KN7.355KN试验力作用下保持试
22、验力作用下保持101015s15s测得的布氏硬度值为测得的布氏硬度值为350350。布氏硬度值的表示表示方法为：布氏硬度值的表示表示方法为：硬度值硬度值+ +HBWHBW + +球直径球直径+ +试验力试验力+ +与规定时间与规定时间 试验力保持时间试验力保持时间(10(1015s15s不标注不标注) )机械制造基础1.1工程材料布氏硬度目前主要用于铸铁、非铁金属以及经退布氏硬度目前主要用于铸铁、非铁金属以及经退火、正火和调质处理的钢材。火、正火和调质处理的钢材。布氏硬度试验的优点是测出的硬度值准确可靠，布氏硬度试验的优点是测出的硬度值准确可靠，因压痕面积大，能消除因组织不均匀引起的测量因压痕
23、面积大，能消除因组织不均匀引起的测量误差；布氏硬度值与抗拉强度之间有近似的正比误差；布氏硬度值与抗拉强度之间有近似的正比关系。但同时压痕大，不宜测量成品件，也不宜关系。但同时压痕大，不宜测量成品件，也不宜测量薄件；测量速度慢，测得压痕直径后还需计测量薄件；测量速度慢，测得压痕直径后还需计算或查表。算或查表。机械制造基础1.1工程材料2 2、洛氏硬度、洛氏硬度 洛氏硬度试验原理如右图所洛氏硬度试验原理如右图所示，按示，按GB/T230.1-200GB/T230.1-2009 9规定，规定，将压头（金刚石圆锥、钢球将压头（金刚石圆锥、钢球和硬质合金）压入试样表面，和硬质合金）压入试样表面，经规定保
24、持时间后，卸除主经规定保持时间后，卸除主试验力，测得在初试验力下试验力，测得在初试验力下的残余压痕深度的残余压痕深度h h。 机械制造基础1.1工程材料洛氏硬度计算公式：洛氏硬度计算公式：式中式中 NN给定标尺的硬度值；给定标尺的硬度值； hh卸除主试验力后，在初试验力下压痕残留的深度（残余压痕卸除主试验力后，在初试验力下压痕残留的深度（残余压痕 深度），深度），(mm)(mm)； SS给定标尺的单位给定标尺的单位(mm)(mm)；机械制造基础1.1工程材料实际检测时，实际检测时，HRHR值可从硬度计的百分度盘上直接值可从硬度计的百分度盘上直接读出，标记时硬度值位于读出，标记时硬度值位于HRH
25、R之前，如之前，如HRC60HRC60、75HRA75HRA等。等。HRAHRA主要主要用于高硬度表面、硬质合金的硬度测主要主要用于高硬度表面、硬质合金的硬度测试，试，HRBHRB主要用于退火钢、铸铁、有色金属的硬度主要用于退火钢、铸铁、有色金属的硬度测试，测试，HRCHRC主要用于淬火钢的硬度测试。主要用于淬火钢的硬度测试。洛氏硬度试验操作简便，可以测定软、硬金属的洛氏硬度试验操作简便，可以测定软、硬金属的硬度，也可测定较薄工件的硬度；压痕小，可用硬度，也可测定较薄工件的硬度；压痕小，可用于成品检验。但由于压痕小，测量组织不均匀的于成品检验。但由于压痕小，测量组织不均匀的金属硬度时，重复性差
26、，而且不同标尺测得硬度金属硬度时，重复性差，而且不同标尺测得硬度值既不能直接进行比较，又不能彼此互换。值既不能直接进行比较，又不能彼此互换。 机械制造基础1.1工程材料3 3、维氏硬度、维氏硬度 维氏硬度按维氏硬度按GB/T4340.1-GB/T4340.1-2002009 9金属维氏硬度试验第金属维氏硬度试验第1 1部分：试验方法进行，其试部分：试验方法进行，其试验原理与布氏硬度相同，如右验原理与布氏硬度相同，如右图所示。同样是根据压痕单位图所示。同样是根据压痕单位面积上所受的平均载荷计量硬面积上所受的平均载荷计量硬度值，不同的是维氏硬度的压度值，不同的是维氏硬度的压头采用金刚石制成的锥面夹
27、角头采用金刚石制成的锥面夹角 为为136136的金刚石正四棱锥体。的金刚石正四棱锥体。 机械制造基础1.1工程材料 硬度值硬度值+HV+HV+试验力数字试验力数字+ +与规定时间（与规定时间（101015S15S）不同的试验力保持时间）不同的试验力保持时间例如：例如：640HV30/20640HV30/20表示在表示在294.3N294.3N作用下保持作用下保持20s20s后测得的维氏硬度值为后测得的维氏硬度值为640640。维。维氏硬度的单位为氏硬度的单位为N/mmN/mm2 2，但一般不标出。，但一般不标出。维氏硬度的表示方法为：维氏硬度的表示方法为：机械制造基础1.1工程材料 维氏硬度试
28、验具有前两种硬度试验的优点而抛弃维氏硬度试验具有前两种硬度试验的优点而抛弃了它们的缺点，负荷大小可任意选择，测定范围了它们的缺点，负荷大小可任意选择，测定范围宽，适合各种软、硬不同的材料，特别适用于薄宽，适合各种软、硬不同的材料，特别适用于薄工件或薄表面硬化层的硬度测试。其缺点是生产工件或薄表面硬化层的硬度测试。其缺点是生产率比洛氏硬度试验低，不宜于成批生产检验。率比洛氏硬度试验低，不宜于成批生产检验。机械制造基础1.1工程材料4 4、显微硬度、显微硬度 显微硬度试验实质上就是小载荷维氏硬度试验，显微硬度试验实质上就是小载荷维氏硬度试验，是试验负载在是试验负载在1000g1000g以下、压痕对
29、角线长度以以下、压痕对角线长度以mm计时得到的维氏硬度值，同样用符号计时得到的维氏硬度值，同样用符号HVHV表示，用表示，用于材料微区硬度（如单个晶粒、夹杂物、某种组于材料微区硬度（如单个晶粒、夹杂物、某种组成相等）的测试。成相等）的测试。 机械制造基础1.1工程材料1.1.41.1.4冲击吸收能量冲击吸收能量 许多机件，如枪管、炮管、冷冲模、锤头等都是许多机件，如枪管、炮管、冷冲模、锤头等都是在冲击载荷在冲击载荷( (载荷以很快的速度作用于机件载荷以很快的速度作用于机件) )下工下工作。试验表明，载荷速度增加，材料的塑性、韧作。试验表明，载荷速度增加，材料的塑性、韧性下降，脆性增加，易发生突
30、然性破断。因此，性下降，脆性增加，易发生突然性破断。因此，使用的材料就不能用静载荷下的性能来衡量，而使用的材料就不能用静载荷下的性能来衡量，而必须用抵抗冲击载荷的作用而不破坏的能力，即必须用抵抗冲击载荷的作用而不破坏的能力，即冲击韧性来衡量。冲击韧性来衡量。机械制造基础1.1工程材料1 1、冲击吸收能量测定、冲击吸收能量测定 工程上常用一次摆锤冲击工程上常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定材料抵抗弯曲试验来测定材料抵抗冲击载荷的能力，即测定冲击载荷的能力，即测定冲击载荷试样被折断而实冲击载荷试样被折断而实际吸收能量际吸收能量KVKV，单位为焦，单位为焦耳（耳（J J）。）。机械制造基础1.1工程材料
31、 将被测的材料按国标将被测的材料按国标GB/T229-GB/T229-20072007做成做成试样，试样，试试验原理是将规定几何形状的验原理是将规定几何形状的缺口试样置于试验机两支座缺口试样置于试验机两支座之间，缺口背向打击面放置之间，缺口背向打击面放置（如图所示），然后把质量（如图所示），然后把质量为为m m的摆锤提到的摆锤提到h h1 1高度，然高度，然后释放摆锤，用摆锤一次打后释放摆锤，用摆锤一次打击试样，测定试样的吸收能击试样，测定试样的吸收能量，冲断试样后摆锤回升到量，冲断试样后摆锤回升到h h2 2高度。高度。冲击试验原理冲击试验原理1-1-支座支座 2-2-试样试样 3-3-指针
32、指针 4-4-摆锤摆锤机械制造基础1.1工程材料 冲击实际吸收能量（冲击实际吸收能量（KVKV）是用试验机进行试验）是用试验机进行试验时，冲断试样所需的总能量。它等于摆锤在初始时，冲断试样所需的总能量。它等于摆锤在初始位置的势能与试样断裂后完成第一个半周期时的位置的势能与试样断裂后完成第一个半周期时的势能之差。势能之差。 冲击实际吸收能量冲击实际吸收能量KVKV值的大小，代表了材料的值的大小，代表了材料的韧性高低韧性高低。机械制造基础1.1工程材料1.1.51.1.5疲劳强度疲劳强度 许多零件是在交变应力作用下工作的，如轴类、许多零件是在交变应力作用下工作的，如轴类、弹簧、齿轮、滚动轴承等。它
33、们断裂时的应力远弹簧、齿轮、滚动轴承等。它们断裂时的应力远远低于该材料的屈服强度远低于该材料的屈服强度, ,这种现象叫疲劳断裂。这种现象叫疲劳断裂。它与静载荷下的断裂不同，在断裂前无明显塑性它与静载荷下的断裂不同，在断裂前无明显塑性变形情况下突然断裂变形情况下突然断裂, ,因此因此, ,具有更大的危险性。具有更大的危险性。据统计，大约有据统计，大约有8080机件的破断是由于金属疲劳机件的破断是由于金属疲劳造成的。因此，研究疲劳破断的原因造成的。因此，研究疲劳破断的原因, ,提高疲劳抗提高疲劳抗力，防止疲劳事故发生是非常重要的。力，防止疲劳事故发生是非常重要的。机械制造基础1.1工程材料1 1、
34、疲劳强度的表示方法、疲劳强度的表示方法 常用的评定材料疲劳抗力的指标是疲劳强度常用的评定材料疲劳抗力的指标是疲劳强度, ,即即表示材料经受无限多次循环而不断裂的最大应力表示材料经受无限多次循环而不断裂的最大应力, ,记作记作Rr,Rr,下标下标r r为应力对称循环系数。为应力对称循环系数。 钢的疲劳曲线钢的疲劳曲线 对于金属材料，通常用对于金属材料，通常用旋转弯曲试验方法测定旋转弯曲试验方法测定在对称应力循环条件下在对称应力循环条件下材料的疲劳极限材料的疲劳极限(R-1)(R-1)。试验时用多组试样，在试验时用多组试样，在不同的交变应力不同的交变应力(R)(R)下测下测定试样发生断裂的周次定试
35、样发生断裂的周次(N)(N)，绘制，绘制RNRN曲线如右曲线如右图所示。图所示。 机械制造基础1.1工程材料对钢铁材料和有机玻璃等，当应力降到某值后，对钢铁材料和有机玻璃等，当应力降到某值后，R RN N曲线趋于水平直线，此直线对应的应力即为疲曲线趋于水平直线，此直线对应的应力即为疲劳极限。一般钢铁材料取循环周次为劳极限。一般钢铁材料取循环周次为10107 7次时，能次时，能承受的最大循环应力为疲劳极限。承受的最大循环应力为疲劳极限。常用工程材料中，陶瓷和聚合物的疲劳抗力很低，常用工程材料中，陶瓷和聚合物的疲劳抗力很低，不能用于制造承受疲劳载荷的零件。不能用于制造承受疲劳载荷的零件。金属材料疲
36、劳强度较高，所以抗疲劳的机件几乎金属材料疲劳强度较高，所以抗疲劳的机件几乎都选用金属材料。都选用金属材料。纤维增强复合材料也有较好的抗疲劳性能，因此纤维增强复合材料也有较好的抗疲劳性能，因此复合材料已越来越多地被用于制造抗疲劳的机件。复合材料已越来越多地被用于制造抗疲劳的机件。 机械制造基础1.1工程材料2 2、影响疲劳强度的因素及改善措施、影响疲劳强度的因素及改善措施 影响因素主要有：影响因素主要有：应力集中；应力集中；材料内部组织缺陷；材料内部组织缺陷；循环应力特征、温度；循环应力特征、温度；表面状态、残余应力等。表面状态、残余应力等。提高疲劳强度的途径：提高疲劳强度的途径：零件结构设计尽量避免尖角、缺口和截面突变。零件结构设计尽量避免尖角、缺口和截面突变。减小表面粗糙度。减小表面粗糙度。采用表面强化处理。采用表面强化处理。机械制造基础1.1工程材料
