第二章材料力学特性

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1、机械制造基础第二章材料的力学特性主讲：仝勖峰西安电子科技大学本章内容材料各种力学性能的物理意义金属材料力学性能指标的表示和测定金属材料力学性能的实际应用2.1工程材料概述研究材料的成分、组织、性能以及三者的关系；同时研究加工方法对材料组织性能的影响和作用机理。2.1工程材料概述工程材料的种类金属材料工程陶瓷有机高分子材料复合材料2.1工程材料概述使用性能工艺性能：对加工工艺的适应性力学性能物理性能化学性能工程材料性能2.2工程材料的力学性能力学性能：外力作用下表现出的性能。2.2.1强度和塑性当载荷的大小不变或变动

2、很慢时，称为静载荷。强度和塑性指标都是在静载荷条件下，通过拉伸实验来测定的。1.拉伸实验实验用试件标点L0d0（1）材料类型：低碳钢：灰铸铁：塑性材料的典型代表；脆性材料的典型代表；（2）标准试件：标距：用于测试的等截面部分长度；尺寸符合国标的试件；圆截面试件标距：L0=10d0或5d0#低碳钢拉伸实验曲线OPDLPePpPsPb线弹性阶段屈服阶段强化阶段颈缩阶段屈服极限：强度极限：冷作硬化延伸率：断面收缩率：比例极限和弹性极限PP,Pe需要打印的幻灯片8、10、15aE=tga低碳钢拉伸应力应变曲线D(ss下)(

3、se)BC(ss上)A(sp)E(sb)gas(MPa)200400e0.10.2O低碳钢压缩应力应变曲线seOsbL灰铸铁的拉伸曲线sby灰铸铁的压缩曲线aa=45o~55o剪应力引起断裂2.强度材料在外力作用下，抵抗破坏的能力称之为强度。材料在外力作用下，抵抗变形的能力称之为刚度。2.2.1强度和塑性OPDLPePpPsPb线弹性阶段屈服阶段强化阶段颈缩阶段屈服极限：强度极限：冷作硬化弹性极限和比例极限PePP延伸率：断面收缩率：3.塑性材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力称为塑性。用延伸率和断面收缩率表

4、示。2.2.1强度和塑性2.2.2.硬度硬度是材料抵抗局部塑性变形的能力硬度也反映材料抵抗其它物体压入的能力通常材料的强度越高，硬度也越高工程上常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等1.布氏硬度HBS（W）布氏硬度的测量方法如图所示。用一定载荷P，将直径为D的球体（淬火钢球或硬质合金球），压入被测材料的表面，保持一定时间后卸去载荷，测量被测试表面上所形成的压痕直径d，由此计算压痕的球缺面积F，其单位面积所受载荷称为布氏硬度。布氏硬度值HB=P/F布氏硬度的单位为kgf/mm2当测试压头为淬火钢球时，只能测试

5、布氏硬度小于450的材料，以HBS表示当测试压头为硬质合金时，可测试布氏硬度为450~650的材料，以HBW表示在测定材料的布氏硬度时，应根据材料的种类和试样的厚度，选择球体材质、球体直径D、施加栽荷P和载荷保持时间等布氏硬度试验是由瑞典的布利涅尔（J.B.Brinell）于1900年提出来的2.洛氏硬度HR洛氏硬度的测量方法如图所示将标准压头用规定压力压入被测材料的表面，根据压痕深度来确定硬度值根据压头的材料及所加的负荷不同又可分为HRA、HRB、HRC三种洛氏硬度操作简便、迅速，应用范围广，压痕小，硬度值可直接

6、从表盘上读出，所以得到更为广泛的应用其缺点是：由于压痕小，测量误差稍大，因此常在工件不同部位测量数次取平均值洛氏硬度是由美国的洛克威尔（S.P.Rockwell和H.M.Rockwell）于1919年提出来的3.维氏硬度HV维氏硬度的测量原理与布氏硬度相同，不同点是压头为一相对面夹角为136°金刚石正四方棱锥体，所加负荷为5~120kgf（49.03~1176.80N）它所测定的硬度值比布氏、洛氏硬度精确，压入深度浅，适于测定经表面处理零件的表面层的硬度，改变负荷可测定从极软到极硬的各种材料的硬度，但测定过程比较麻

7、烦图1.1-４为维氏硬度测试示意图在用规定的压力P将金刚石压头压入被测试件表面并保持一定时间后卸去载荷，测量压痕投影的两对角线的平均长度d，据此计算出压痕的表面积S，最后求出压痕表面积上平均压力（P/S），以此作为被测材料的维氏硬度值其计算公式如下：维氏硬度试验是由英国的史密斯（R.L.Smith）和桑德兰德（G.E.Sandland）于1925年提出来的。2.2.3.冲击韧性ak冲击韧性是在冲击载荷作用下，材料抵抗冲击力的作用而不被破坏的能力，通常用冲击吸收功Ak和冲击韧性ak指标来度量有些机件在工作时要受到高速

8、作用的载荷冲击，如锻压机的锤杆、冲床的冲头、汽车变速齿轮、飞机的起落架等瞬时冲击引起的应力和应变要比静载荷引起的应力和应变大得多，因此在选择制造该类机件的材料时，必须考虑材料的抗冲击能力为了讨论材料的冲击韧性ak值，常采用一次冲击弯曲试验法由于在冲击载荷作用下材料的塑性变形得不到充分发展，为了能灵敏地反映出材料的冲击韧性，通常采用带缺口的试样进行试验标准冲击