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1、2022年12月17日星期六,工程材料机械性能,02 十月 2022工程材料机械性能,金属材料的力学性能,静载时材料的力学性能静拉伸试验（弹性和刚度、强度、塑性）硬度（布氏硬度、洛氏硬度）动载时材料的力学性能冲击韧性（KU）疲劳强度高温力学性能（蠕变、其它力学性能）断裂韧性,2,金属材料的力学性能静载时材料的力学性能2,弹性和刚度,标准拉伸试样,1静载时材料的力学性能,3,弹性和刚度标准拉伸试样1静载时材料的力学性能3,拉伸试验,1静载时材料的力学性能,4,拉伸试验1静载时材料的力学性能4,弹性 E=/强度 s、 b塑性 =(L1-L0)/L0 =(F0-F1)/F0,1静载时材料的力学性能,
2、5,弹性 E=/1静载时材料的力学性能5,冷作强化的应用 （加工硬化）,建筑钢筋冷扎钢板预应力钢丝,1静载时材料的力学性能,6,冷作强化的应用 （加工硬化）建筑钢筋1静载时材料的力,布氏硬度试验,1静载时材料的力学性能,7,布氏硬度试验1静载时材料的力学性能7,1静载时材料的力学性能,8,1静载时材料的力学性能8,1静载时材料的力学性能,9,1静载时材料的力学性能9,洛氏硬度试验,1静载时材料的力学性能,10,洛氏硬度试验1静载时材料的力学性能10,其它硬度,维氏硬度HV 主要用于薄工件或薄表面硬化层的硬度测试，参照GB4340-84金属维氏硬度试验方法进行。,1静载时材料的力学性能,11,其
3、它硬度 维氏硬度HV 1静载时材料的力学性能11,显微硬度HV 用于材料微区硬度(如单个晶粒、夹杂物、某种组成相等)的测试，可参照GB4342-84金属显微维氏硬度试验方法进行。,其它硬度,1静载时材料的力学性能,12,显微硬度HV其它硬度 1静载时材料的力学性能12,莫氏硬度 一种刻划硬度，用于陶瓷和矿物的硬度测定，该硬度的标尺是选定十种不同的矿物，从软到硬将莫氏硬度分为十级，如金刚石硬度对应于莫氏硬度10级。,其它硬度,1静载时材料的力学性能,13,莫氏硬度 其它硬度 1静载时材料的力学性能13,冲击韧度（KU）试验,2 动载时材料的力学性能,14,冲击韧度（KU）试验2 动载时材料的力学
4、性能14,KUA/FA=(GH1-GH2)9.8 J/cm2,其中：KU （J/cm2） H（m） A（m2） G（kg）,2 动载时材料的力学性能,15,KUA/F其中：KU （J/cm2）2 动载时材料,钢铁材料：107次非铁合金：108次,2 动载时材料的力学性能,16,图1-4 疲劳曲线-1Nn21N1N2NnNc钢铁,部分工程材料的疲劳极限-1（MPa）,2 动载时材料的力学性能,17,部分工程材料的疲劳极限-1（MPa）2 动载时材料的力,高温下材料的力学性能,高温下：b 、 s 、 E、HRC 降低、 、 KU 升高发生蠕变现象,3 高温下的力学性能,18,高温下材料的力学性能高
5、温下：3 高温下的力学性能18,K1=Ya1/2,式中：Y_裂纹的几何形状因子; _外加应力（N/mm2）； a_裂纹的半长（mm）； K1_ 强度因子（MPam1/2或MNm-3/2）当K1达到临界值K1C时，零件内裂纹将发生失稳扩展而出现低应力脆性断裂，而K1K1C时，零件安全可靠。,K1C即为断裂韧度。,4 断裂韧性,19,K1=Ya1/2 式中：Y_裂纹的几何形状因子;K1C即,常见工程材料的断裂韧度K1C值（MNm-3/2）,4 断裂韧性,20,常见工程材料的断裂韧度K1C值（MNm-3/2） 4,根据K1=Ya1/2K1C的临界判据知： 为使零件不发生脆断，设计者可以控制三个参数：
6、材料的断裂韧度K1C 、名义工作应力和零件内的裂纹长度a，它们之间的定量关系能直接用于设计计算，可以解决以下三方面的工程实际问题：,4 断裂韧性,21,根据K1=Ya1/2K1C的临界判据知：4 断裂,1）根据零件的实际工作应力和其内可能的裂纹尺寸a，确定材料应有的断裂韧度K1C，为正确选材提供依据；2）根据零件所使用的材料断裂韧度K1C及已探伤出的零件内存在的裂纹尺寸a，确定零件的临界断裂应力C，为零件最大承载能力设计提供依据；3）根据已知材料的断裂韧度K1C和零件的实际工作应力，估算断裂时的临界裂纹长度aC，为零件的裂纹探伤提供依据。,4 断裂韧性,22,1）根据零件的实际工作应力和其内可
7、能的裂纹尺寸a，确定材料,物理性能: 物理性能，不仅对工程材料的选用来说，有着重要的意义；而且也会对材料的加工工艺产生一定的影响。（一）密度（二）热学性能 熔点； 热容； 热膨胀；热传导（三）电学性能 电阻率； 电阻温度系数； 介电性（四）磁学性能 磁导率； 饱和磁化强度Ms和磁矫顽力c,5 材料的物理化学性能,23,物理性能:5 材料的物理化学性能23,化学性能： 材料在生产、加工和使用时，均会与环境介质发生化学反应，从而使其性能恶化或功能丧失。（一）化学腐蚀（二）电化学腐蚀 (三）提高零件耐蚀性的主要措施铝,5 材料的物理化学性能,24,化学性能：5 材料的物理化学性能24,材料的工艺性能：本课程则主要解决材料本身与其工艺性能的关系，主要加工工艺性能是：一铸造性能二锻造性能三焊接性能四切削加工性能五热处理性能,6 材料的工艺性能,25,材料的工艺性能：本课程则主要解决材料本身与其工艺,课后作业：,1、解释概念： b 、 s 、 E、HRC、 、 KU2、将钟表发条拉成一直线后，将力释放，钟表发条可能发生什么变形？,26,课后作业： 1、解释概念：26,
