01材料的力学性能

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1、潍坊学院教案课题1工程材料的力学性能课时2教学目的与要求1、目的：使学生理解和掌握材料的常用力学性能指标。2、基本要求：理解强度、硬度、塑性、韧性的基本概念；熟悉它们的常用指标的测试和表示方法。教学重点与难点重点是强度、硬度、塑性、韧性的指标意义和表示方法难点是指标的测试。教学过程主要内容及步骤备注主要内容：一、σ-ε曲线及相应的力性指标弹性强度σe；抗拉强度σb；屈服强度σs；弹性模量E；延伸率δ；断面收缩率ψ。二、疲劳强度三、硬度布氏硬度HB；洛氏硬度HR；维氏硬度HV。四、韧性1、冲击韧性；2、断裂韧性；教学

2、过程教学组织：1、从对机件的应用要求出发，引出力学性能的概念；2、先介绍同学们熟悉的拉伸曲线，进而介绍常用的力学性能指标；3、在介绍性能指标时，着重讲清概念和应用表示方法。4、讲课的组织顺序未完全按照课本顺序，而是按照强度→塑性→硬度→韧性来组织。5、介绍硬度时，主要按照原理、测定、表示、适用范围几个方面讲。6、介绍韧性时，结合国家标准和科研情况给同学们介绍冲击试样制作。7、采用多媒体讲授。授课效果分析总结注：教师每次课都要写一份教案，放在该次课讲稿前面。潍坊学院机电工程学院讲稿专用纸一、σ-ε曲线及相应的力性指标

3、低碳钢拉伸曲线为F-△L曲线或-ε曲线如图1：F（σ）均匀塑变b阶段颈缩阶段kes弹性阶段屈服阶段△L（ε）图1设备：拉伸试验机。试样：标准试样，强度、塑性指标的测试按照《金属材料室温拉伸试验方法》GB/T228-2002。标准拉伸试样如图2所示。有圆形截面和方形截面两种，长度有l0=10d0和l0=5d0两种。图2几个力性指标：1、σe：材料不产生永久变形的最大应力。σe=N/mm2(Mpa)规定弹性极限：σ0.01或σ0.05—微塑变抗力指标。2、σs：具有上下屈服点时以下屈服点为σsσs=N/mm2(Mpa)

4、若无明显的屈服现象，工程上规定了名义屈服极限：σ0.2，即产生0.2%的残余变形时的应力值作为σs。潍坊学院机电工程学院讲稿专用纸3、σb：强度极限或抗拉强度。表征材料产生最大均匀变形的抗力，或材料断裂前能承受的最大应力值。σb=N/mm2(Mpa)4、E：弹性模量，又称材料刚度。E=Mpa——材料产生单位变形所需的应力，表明弹性变形的难易程度，它只与材料本性有关，与合金化、热处理、冷变形等无关5、塑性：表征材料断裂前发生塑性变形的能力。用δ、ψ表示。δ=×100%，同一材料的δ5、δ10不同，须标明。ψ=×100

5、%，与试样长度无关，表征更准确。δ、ψ，材料塑性。二、疲劳强度许多机件都是在交变载荷作用下工作，如曲轴、齿轮的轮齿、连杆、弹簧等。材料在交变载荷作用下的破坏成称为疲劳破坏，其衡量指标即为疲劳强度。材料的疲劳破坏抵抗能力与应力循环次数和循环特性有关。一般情况下用对称交变循环特性下的破坏抗力表示。材料在对称交变载荷作用下抵抗断裂的能力称为疲劳强度。或者材料在对称交变载荷作用下不发生破坏时所能承受的最大应力。一般用σ-1表示。工程上为了应用方便，常规定钢铁材料的循环基数为107、有色金属为108，产生疲劳的原因：①材料内

6、部微裂纹；②表面缺陷；引起的应力集中。提高措施：精炼，减少材料内部夹杂物；减少材料表面尺寸的急剧变化；提高表面质量，采取在材料表面造成一层残余压应力的方法。三、硬度表明材料表面抗其它物体压入的能力。是局部塑变抗力指标。常用的硬度有布氏硬度HB、洛氏硬度HR、维氏硬度HV。潍坊学院机电工程学院讲稿专用纸（1）布氏硬度HB测定：布氏硬度计。原理：一定载荷F作用于淬火钢球（硬质合金圆球）压入材料表面一定时间，卸载后测出压痕直径，进而计算出压痕面积S，则HB=F/S，单位：kg/mm2，但一般不注出单位。国标规定，HB在4

7、50以下用HBS表示；在450以上用HBW表示。标注：正确标注如120HBS、500HBW。错误标注如HBS300、600HBS。测量对象：软材料，不能测量薄试样。（2）洛氏硬度HR该硬度应用最广。原理：用锥顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的钢球压头在规定载荷作用下压入试样表面，用压痕深度表示。如图3载荷=初载荷+主载荷图3初载荷——10kg主载荷——60kg（HRA）、100kg（HRB）、150kg（HRC）由主载荷的压入深度h=h3-h1作为硬度值。显然，h↑，HR↓为习惯方便起见，HR=（

8、k-h）/0.002，金刚石压头，k=0.2mm；钢球压头，k=0.26mm。注意：①HRA、HRB、HRC的测量范围；②优点是操作简便，压痕小，可用于成品检验；③表示：67HRC、60HRC、HRC5-10（×）、HRC70-75（×）（3）维氏硬度HV原理：和HB相同，只是压头不同。HV=F/S=1.8544F/d2，kg/mm2压头：锥面夹角为136°