第1章 材料的力学性能

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1、第1章材料的力学性能材料的性能是评价和选择材料的依据。学习材料课，应当熟悉各种常用材料的性能。1.1材料性能的分类材料的力学性能——1.1材料的性能的分类材料的力学性能——1.1材料的性能的分类材料的力学性能——1.2基本概念和术语1.2基本概念和术语力学性能——材料受载荷作用时表现出的与变形、断裂相关的一系列性能。载荷——材料（或零件、构件）所受的力（N）或应力。应力——材料（或零件、构件）的单位横截面积上所受的力（N/m2)。应力的单位：Pa，1Pa=1N/m2MP，1MPa=106Pa=1N/mm2材料的力学性能——1.

2、2基本概念和术语静载荷——大小和方向都不随时间改变或缓慢变化的载荷。动载荷——大小或方向随时间改变的载荷。载荷载荷冲击载荷交变载荷时间时间静载荷动载荷材料的力学性能——1.2基本概念和术语材料受载荷作用时可能发生的现象：材料的力学性能——1.3拉伸试验1.3.拉伸试验通过拉伸试验可以测定材料的强度、刚度和塑性。材料的力学性能——1.3拉伸试验oe段：弹性变形，伸长量与ΔL与拉力F成正比。S平台：屈服现象，开始塑性变形。Sb段：均匀塑性变形。bk段：颈缩（局部塑性变形）K点：断裂低碳钢拉伸曲线F——拉力ΔL——伸长量材料的力学性

3、能——1.4强度1.4强度强度——材料受静载荷作用时，抵抗塑性变形和断裂的能力。1.屈服强度σs——材料受静载荷作用时，抵抗塑性变形的能力。MPa材料的力学性能——1.4强度如果材料所受的载荷达到或超过其屈服强度，材料就会发生塑性变形。在设计和使用机器零件时，必须保证零件的工作载荷低于零件材料的屈服强度（σ工作<σs），否则零件就会发生塑性变形而失效。练习（见下页）材料的力学性能——1.4强度练习：要制造一根受拉力的圆杆，已知圆杆直径为20mm，拉力为93kN。现有两种钢，其中Q235钢的σs为235MPa；45钢的σs为35

4、5MPa。用这两种钢来制造此圆杆，是否都能保证不发生塑性变形？解：圆杆所受应力为：若选用Q235钢制造制造此圆杆，其σs﹤σ，会发生塑性变形；选用45钢制造制造此圆杆，其σs﹥σ，能保证不发生塑性变形。材料的力学性能——1.4强度2.抗拉强度（强度极限）σb——材料受静载荷作用时，抵抗断裂的能力。MPa材料的力学性能——1.4强度如果材料所受的载荷达到其抗拉强度，材料就会发生断裂。在设计和使用机器零件时，必须保证零件的工作载荷低于零件材料的抗拉强度（σ工作<σb），否则零件就会发生断裂而失效。材料的力学性能——1.5刚度1.5

5、刚度刚度——材料受静载荷作用时，抵抗弹性变形的能力。衡量刚度大小的指标是弹性模量E。在拉伸曲线上，E体现为oe段的斜率。材料的力学性能——1.5刚度常用材料的弹性模量E/MPa在一定的载荷作用下，弹性模量（E）大的材料发生的弹性变形比较小。材料的弹性模量是一个常数，不会因热处理、合金化等外部条件而改变。铁镍钛铝铜镁2140002100001180107200013240045000材料的力学性能——1.6塑性1.6塑性塑性——材料在受载荷作用时，在断裂之前发生永久性变形的能力。材料的力学性能——1.6塑性衡量材料塑性好坏的指标

6、：1.延伸率δ延伸率又称伸长率，是试样被拉断后，塑性伸长量与试样原始标距长度的百分比：材料的力学性能——1.6塑性2.断面收缩率Ψ断面收缩率是试样被拉断后，颈缩处的横截面积收缩量（S0-S1）与原始横截面积S0之百分比：材料的力学性能——1.6塑性材料的δ、Ψ值越大，表明其塑性越好。材料的塑性在工程上的实用意义：1）塑性是变形加工（锻压）的条件。塑性较好的材料才可以进行变形加工。2）塑性好的材料，不易脆断，应用时安全性比较好。材料的力学性能——1.7硬度1.7硬度硬度——用来衡量材料软硬程度的性能指标。测试硬度的方法有多种，相

7、应的也有多种硬度指标。材料的力学性能——1.7硬度1.布氏硬度HB1）试验原理以压力F将直径为D的球形压头压入材料表面，形成直径为d的压痕，以压痕单位面积上承受的压力大小来衡量材料的硬度。F材料的力学性能——1.7硬度kgf/mm2式中F——试验压力，kgf；S——压痕面积，mm2；D——压头直径，mm；d——压痕直径，mm。材料的力学性能——1.7硬度2）标注示例120HBS10/1000/30500HBW5/7503）特点和应用范围（1）试验结果较准确，数据的重复性较好；（2）操作较繁琐；（3）试验压力较大，压痕大，可能损

8、坏薄壁零件;（4）适合于测试厚度较大的、较软的原材料、毛坯。材料的力学性能——1.7硬度2.洛氏硬度HR1）试验原理用一定的压力将压头压入材料表面，以压痕深度来衡量材料的硬度。洛氏硬度计的指示表直接显示出硬度值。压痕越浅，硬度值越大，表明材料硬度越高。试验原理示意图洛氏硬度计