重庆大学工程材料第一章材料的力学性能

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1、第一章材料的性能材料的性能工艺性能使用性能力学性能（机械性能）物理性能化学性能铸造性能焊接性能可锻性能切削加工性能热处理性能（一）静载荷力学性能静载荷是指大小不变或变化过程缓慢的载荷：强度、塑性和硬度等。1.强度§1力学性能A′ABCDEpesbE低碳钢的－曲线p—比例极限e—弹性极限s—屈服强度b—抗拉强度＝EE—弹性模量2.硬度特点：1）压痕面积大，测量误差小，与强度之间有较好的对应关系。2）不宜于成品零件和薄而小的零件，需测量d值。（N/mm2)硬度是指材料在表面的

2、不大体积内抵抗变形或者破断的能力。（1）布氏硬度：表示方法：例：350HBW5/750；600HBW1/30/20。§1力学性能（2）洛氏硬度表示方法、试验条件和应用范围符号压头类型总载荷/N测量范围应用举例HRAHRBHRC120°金刚石圆锥Φ1.588mm淬火钢球120°金刚石圆锥588.4980.7147170~85HRA20~100HRB20~67HRC高硬度表面退火钢、铸铁淬火回火钢特点：1）操作简便迅速，生产效率高；2）压痕小，可对工件直接进行检验；3）可测各种软硬不同和厚薄不同的试样硬度

3、；4）压痕小，代表性差；5）用不同表尺测得的硬度值不能直接进行比较，也不能彼此互换。§1力学性能（3）维氏硬度和显微硬度：表示方法：硬度值+HV+试验力数字(kgf)+与规定时间（10~15s)不同的时间。例：640HV30/20特点：1）测定范围宽，适合各种软、硬不同的材料；特别适合薄工件或薄表面硬化层的硬度测试；2）硬度值需要测量对角线才能计算或查表得出，效率较低。显微硬度：小载荷维氏硬度试验，试验载荷在1000g以下、压痕对角线长度以μm计，用于材料微区硬度测试。§1力学性能（二）动载荷力学性能

4、动载荷是指由于运动而产生的作用在构件上的作用力，冲击韧性、疲劳强度。1.冲击韧性冲击韧性是很大的速度作用于构件上的载荷。需要用材料的韧性指标。材料的韧性是指材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的过程。评定材料韧性的指标是冲击韧度和多冲抗力。§1力学性能1）冲击韧度：（GB/T229-1994）一次摆锤试验：冲击吸收功：AK=G（H1-H2）（单位J）冲击韧度：冲击韧度aK表示单位面积的平均冲击功值，是一个数学平均值，与试样的实际承载情况有一定的距离，故目前多直接用冲击吸收功AK作为材料抵抗冲击作用的

5、力学性能指标。工程意义：反映原始材料的冶金质量和热加工产品的质量。§1力学性能2）多冲抗力：在落锤式多次冲击试验机上进行。冲击频率为450周次/min和600周次/min，冲击能量（0.1~1.5J）。记录试验过程中冲击功与冲断次数A-N的关系曲线，将试样断裂前的冲击次数作为多冲抗力指标。材料抵抗大能量一次冲击的能力主要取决于其塑性，而抵抗小能量多次冲击的能力主要取决于其强度。§1力学性能2.疲劳强度零件在交变载荷作用下发生断裂的现象称为疲劳断裂。疲劳断裂属于低应力脆性断裂。疲劳强度表示材料经受无限多

6、次循环而不断裂的最大应力，记为Rr。下标r表示应力对称循环系数。§1力学性能工程上常规定N=108次时对应的应力作为条件疲劳极限。3.材料的断裂韧度（KⅠC）低应力脆断：低于材料屈服强度时发生的脆性断裂；原因：材料中宏观裂纹的扩展；断裂韧度（KⅠC）：表征材料抵抗裂纹失稳扩展能力的力学性能指标。应力场强度因子：Y—裂纹的几何形状因子；KⅠ—单位：N·mm-2·mm1/2或N·mm-3/2；R—工作应力；§1力学性能4.材料的高、低温力学性能蠕变：材料在较高的恒定温度下，当外加应力低于屈服极限时，材料会

7、随着时间的延长发生缓慢的塑性变形现象。金属材料、陶瓷在(0.3~0.5)Tm时会发生蠕变。1）高温力学性能（GB/T2039-1997）(1)蠕变极限—材料在给定温度T（℃）和规定的试验时间t(h)内，使试样产生一定蠕变伸长量所能承受的最大应力(2)持久极限—材料在给定温度T（℃）和规定的试验时间t(h)内不发生断裂所能承受的最大应力§1力学性能2）材料低温力学性能低温下使用的压力容器、管道、设备及其构件在低温下发生脆性断裂（冷脆）。系列冲击试验：根据试验结果做出冲击吸收功—温度曲线。TK—韧脆转变温

8、度FATT50—结晶区50%§1力学性能密度—材料单位体积的质量。熔点—材料的熔化温度。热容—材料在没有体积变化时，温度变化1℃时热量的变化。热膨胀性—材料每变化1℃时引起的长度上相对膨胀量的大小。导热性—材料传导热量的性能。导电性—材料传导电荷的性能。磁性—材料在磁场中导磁的性能。介电常数—材料在电场中被极化的性能。二、材料的物理性能§2物理性能耐腐蚀性—材料抵抗介质侵蚀的能力。高温抗氧化性—材料在高温下迅速氧化后，能在表面形成一层连续而致密并与母体结