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1、第一章 材料的性能,本章主要内容及要求：理解工程材料力学性能、物理性能、化学性 能和工艺性能的意义；掌握主要的力学性能指标，熟悉有关术语、符号含义及应用场合，并了解其测定方法；重点：强度、塑性、硬度、冲击韧性,1,材料的性能,定义:材料在使用和加工过程中表现出来的特性。分类:,2,第一节 材料的力学性能,材料在静载荷下的力学性能 强度、塑性 硬度 材料在冲击载荷下的力学性能 冲击韧性 材料在疲劳载荷下的力学性能 疲劳强度,定义：指材料在外力的作用下所表现出来的特性。,3,一、强度和塑性,强度(strength)指材料在外力的作用下，抵抗变形和破断的能力。,测试方法 静载拉伸试验法,塑性(pla
2、sticity)指在外力作用下，材料产生塑性变形而不破断的能力。,4,静载拉伸试验,拉伸试验过程,5,力 伸长曲线,F,e,s,b,k,L,Fs,Fb,O,屈服,弹性变形,缩颈,断裂,开始塑性变形,颈缩现象,6,1.强度指标,屈服强度：材料在屈服时(发生微量（屈服极限）塑性变形）的应力值。,抗拉强度：材料在断裂前所能承受的最大应力值。,（强度极限）,弹性极限：试样保持纯弹性变形的 最大应力值。,7,强度的物理意义,表征材料在每个变形阶段的应力极限值。,应力：应变：,8,几种材料典型的曲线,9,条件屈服强度,对没有明显的屈服现象的材料，用试样标距长度产生0.2%塑性变形时的应力值作为该材料的屈服
3、强度，用0.2 表示，称为条件屈服强度。作图法确定：取0.2作平行于曲线直线段的直线与曲线的交点B的应力值为条件屈服强度0.2 0.2 与 s 的意义相同！,10,强 度 是 零 件设计和选材的主要依据,当零件所受的工作应力：b时，零件产生裂纹，最终断裂。,11,零件设计和选材的一般原则,对工作条件不允许有微量塑性变形的零件，根据弹性极限e选材，如精密弹簧、炮筒。对工作条件不允许发生明显塑性变形的零件或构件，根据屈服强度值s(0.2)选材，大多数机器可以预防事故发生。对无明显屈服现象的脆性材料，依据抗拉强度b选材。,12,2.塑性指标,断面收缩率：指试样被拉断后，横截面积的相对 收缩量。,伸长
4、率：又称延伸率。指试样拉断后的相对伸长量。,材料的力学性能,13,提醒：生产中，为了提高安全性，都要求零件具有一定的塑性。一般，伸长率达5或断面收缩率达10的材料，即可满足大多数零件的使用要求。,说明：和值 材料的塑性,14,二、硬 度,常用测试方法,定义：指材料表面抵抗局部塑性变形的能 力，衡量材料的软硬程度。是表征材料力学性能的综合参量。,15,（一）布氏硬度HB(Brinell-hardness),备注：新国标统一采用HBW。,16,布氏硬度试验原理,用一定直径的压头（球体），以相应试验力压入待测表面，并保持规定时间，卸载后，测量材料表面压痕直径，以此计算出硬度值。,17,材料的力学性能
5、,布氏硬度试验过程,布氏硬度值的 表示方法：,硬度值放在HBS或HBW符号之前。例如：,120HBS,18,布氏硬度特点,优点：,缺点：,应用：,压痕大，测量误差小，数据稳定，重复性强。,压痕面积较大，测量费时。不适于测量成品零件或薄件的硬度。,常用于测量较软材料，如灰铸铁、有色金属、退火正火钢材的硬度。,19,实验原理：用锥顶角为120的金刚石圆锥或直径1.588mm的淬火钢球，以相应试验力（预载荷主载荷）压入待测表面，保持规定时间,卸载后（卸除主载荷），测量的残余压痕深度增量，计算出硬度值。,实验过程,（二）洛氏硬度HR(Rockwll hardness),20,洛氏硬度值的表示,7085
6、HRA 25100HRB 2070HRC,例如：50HRC 40HRC,HRA、HRB、HRC分别测得的硬度，不可直接比较大小。,21,洛氏硬度特点及应用,优点：,操作简单，方便，压痕小，测量范围大，可用于测量较薄件和成品件。,缺点：,精度较低，不同标度的硬度值不能比较，不适于测量组织不均匀材料。,应用：（见表）,22,课 堂 练 习,入库钢材、淬火车刀、调质处理的主轴、（HBS或HRB）（HRC)（HRC）有色金属、灰口铸铁，各用什么方法测量（HBS或HRB）其硬度，写出硬度符号。,23,三、冲击韧性（韧度，toughness）,定义：在冲击载荷作用下，材料抵抗破断的能力。,测定方法：一次摆
7、锤冲击试验法,衡量指标：冲击韧性ak 物理意义:试样在冲断时，单位横截面积上所消 耗的冲击功AK，单位为J/cm2 aK值越大，表示材料的冲击韧性越好。,24,材料的性能,一次摆锤冲击试验,冲击韧性：,冲击功：,25,应 用,评价材料冶金质量和锻造及热处理的缺陷；与屈服强度结合用于一般零件抗断裂设计；测量金属材料的冷脆转变温度。T，ak急剧，韧性脆性。,冷脆转变温度越低，材料的低温冲击韧性愈好。aK 值一般不直接用于计算。原因：不同材料的aK值可以是相同的。,26,Titanic沉没原因：与船体材料的质量直接有关。,冰山撞击船体产生断裂！,材料的使用温度应高于其冷脆转变温度。,27,Titan
8、ic 号钢板（左图）和现代船用钢板（右图）的冲击试验结果：,Titanic,现代船用钢板,28,主要力学性能指标的应用,弹性指标：设计弹性零件时，需考虑弹性极 限，如各类弹簧和弹性元件等。屈服强度和塑性：一般零件的抗断裂设计。硬度：设计耐磨零件时，必须考虑的性能指标，如滚动轴承等。冲击韧性：零件工作中，承受冲击载荷，如汽车齿轮、弹簧、冲压模具等。,29,第二节 材料的工艺性能,铸造性能：衡量指标是合金的流动性、收缩性、偏析等锻压性能：衡量指标是塑性和变形抗力焊接性能：对低合金结构钢可以用碳当量来衡量切削加工性能：工件材料的可加工性热处理性能：主要考虑淬透性,即钢接受淬火的能力,30,本 章 小
9、 结,强度、塑性、硬度、韧性指标符号及含义。2.零件设计时，常用的强度指标3.各种硬度测量方法和适用范围,31,一、填 空1.机械设计时，常用 和 两种强度指标。2.屈强比是指 与 之比。3.金属材料常用的力学性能指标有：抗拉强度，用 表示；屈服强度，用 表示；硬度，常用 和；常用塑性指标有 和；冲击韧性，用 表示。二、判断题 材料硬度越低，其切削加工性能就越好。材料的弹性越好，其塑性也愈好。硬度是表征金属材料力学性能的一个综合参量，因此零件图纸上常对硬度指标提出要求。材料的使用温度应高于其冷脆转变温度。,课堂练习,32,三、选择题1.在低碳钢拉伸应力应变曲线上对应的最大应力值称为（）。A.弹性极限 B.屈服强度 C.抗拉强度 D.断裂强度2.材料开始发生塑性变形的应力值称为材料的（）。A.弹性极限 B.屈服强度 C.抗拉强度 D.断裂强度3.测量硬度较高的钢件（如淬火钢件）的硬度时，一般应采用（）。A.HBS B.HRB C.HRC 4.一般，钢材易于进行切削加工的硬度范围为（）。A.250HBS C.(180250)HBS D.（6070）HRC5.下列硬度表示方法正确的是（）。A.200HRC B.60HRC C.HRC180 D.HBS250 E.220HBS,33,
