材料的种类与性能

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1、第一章材料的种类与性能1.1材料的种类1.1材料的种类金属材料（1）黑色金属铁和以铁为基的合金(钢、铸铁和铁合金)；（2）有色金属黑色金属以外的所有金属及其合金。高分子材料又称高聚物，是由一种或几种简单低分子化合物经聚合而组成的分子量很大的化合物,工程上通常根据机械性能和使用状态将其分为四大类：塑料、合成纤维、橡胶、胶粘剂。陶瓷材料陶瓷材料属于无机非金属材料，主要为金属氧化物和金属非氧化合物。由于大部分无机非金属材料含有硅和其它元素的化合物，所以又叫做硅酸盐材料。它一般包括无机玻璃(硅酸盐玻璃)、玻璃陶瓷(或称微晶玻璃)和陶瓷等三类。复合材料是由两种或两种以上化学性质或组织

2、结构不同的材料组合而成。复合材料既能保持原组成材料的重要特色，又通过复合效应使各组分的性能互相补充，获得原组分不具备的许多优良性能。复合材料机械工程材料的常用性能两方面材料使用性能材料工艺性能力学性能（强度、塑性韧性等）物理性能（光、热、电、磁等）化学性能（氧化、腐蚀等）生物性能（相容性、自恢复性等）加工性能（切削、锻造等）铸造性能（适合铸造与否）焊接性能（容易焊接与否）热处理性能（可热处理强化）1.2.1静载时材料的力学性能σ<σe:弹性变形σ<σp:σ=Eεσ＝σs:屈服塑性变形σb>σ>σs:均匀塑性变形σ达到σb:集中塑性变形，产生颈缩变形量达k点后，发生断裂1.2

3、.1静载时材料的力学性能1.强度（1）弹性极限:弹簧的主要指标之一的单位是Mpa.1M=1×106Pa=N/m2弹性模量E:弹性变形的难易程度弹性模量的单位是Gpa1G＝1×109图1－2退火低碳钢的拉伸曲线图1－2退火低碳钢的应力－应变曲线bkes1.强度（2）屈服强度：开始塑性变形的最小应力；单位是Mpa条件屈服强度是韧性材料的主要设计依据。抗拉强度：材料断裂之前的最大应力。单位是Mpa.1.2.1静载时材料的力学性能1.强度是脆性材料的主要设计依据。2.塑性(1)延伸率：表示试样拉伸断裂后的相对伸长量。，无量纲。——拉伸试样原始标距长度;——拉伸试样拉断后的标距长度1

4、.2.1静载时材料的力学性能(2)断面收缩率：表示试样断裂后截面的相对收缩量。也无量纲。——拉伸试样原始横截面积；——拉伸试样拉断处的横截面积。1.2.1静载时材料的力学性能断裂后拉伸试样的颈缩现象说明：①用断面收缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。②直径d0相同时，l0，。只有当l0/d0为常数时，塑性值才有可比性。当l0=10d0时，伸长率用10表示；当l0=5d0时，伸长率用5表示。显然5>10③>时，无颈缩，为脆性材料表征<时，有颈缩，为塑性材料表征3.硬度(1)布氏硬度表示：380HB1.2.1静载时材料的力学性能(1)布氏硬度压头为钢球时，

5、布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450以下的材料。压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在650以下的材料。3.硬度符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值,符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。适于测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。3.硬度（2）洛氏硬度，表示：62HRCHRA用于测量高硬

6、度材料,如硬质合金、表淬层和渗碳层。HRB用于测量低硬度材料,如有色金属和退火、正火钢等。HRC用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢。洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。缺点：测量结果分散度大。1.2.1静载时材料的力学性能（3）维氏硬度：用HV表示。主要用于薄壁件的硬度测试。维氏硬度用符号HV表示，符号前的数字为硬度值，后面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。根据载荷范围不同，规定了三种测定方法—维氏硬度试验、小负荷维氏硬度试验、显微维氏硬度试验。维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点。1.2.2其他载荷下材料的力学性能1.冲击韧性2.断裂韧性3.疲劳强

7、度4.磨损1.2.2其他载荷下材料的力学性能1.冲击韧性图1—5摆锤冲击实验示意图2、断裂韧性——KIC材料内部常有裂纹，产生应力集中时，在裂纹尖端点，尖端点应力和应力强度因子KI有关，KI又是外加应力σ的函数：（σ<σs）KI=Yσa1/2Y:是系数，无量纲，和裂纹形状等有关，在1～2之间；σ：外加应力，单位MPa，（σ<σs）；a：裂纹长度之半；KI单位：MPa·m1/2＝（MN／m2）（1／m-1/2）＝MN／m3/21.2.2其他载荷下材料的力学性能2、断裂韧性——KIC公式表明：σ·a1/2，KI，当KI