工程材料第一章材料的性能及应用意义

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1、第一章材料的性能及应用意义§1.1材料性能依据§1.2材料的使用性能§1.3材料的工艺性能引言材料是人类社会经济地制造有用器件的物质。1.所谓有用—使用性能2.所谓制造—工艺性能（原材料变成产品）它们之间有联系、有区别，有统一、有矛盾，应合理应用。力学性能物理性能化学性能铸造性能（热加工）焊接性能（热加工）热处理性能（热加工）塑性加工性能（热、冷加工）切削加工性能（冷加工）引言§1.1材料性能依据材料的性能是用于表征材料在给定的外界条件下所表现出来的行为。材料的化学成分和内部结构是其内部依据，材料成分和结构确定后就表现出

2、一定的性能。此时的“结构”包含四个层次：1.原子结构2.结合键3.原子排列方式4.组织注意：（1）结构不敏感性能：E、Tm等。（2）结构敏感性能：强度、塑性、韧性等。§1.2材料的使用性能一、力学性能二、物理性能三、化学性能一、力学性能（一）强度（二）刚度（三）弹性（四）塑性（五）硬度（六）韧性（七）疲劳性能（八）耐磨性§1.2材料的使用性能一、力学性能§1.2材料的使用性能（a）拉伸   （b）压缩    （c）弯曲    （d）剪切  （e）扭转（一）强度-----材料在外力作用下对变形与断裂的抵抗能力。1.比例极限

3、σp2.弹性极限σe3.屈服强度σs4.抗拉强度σb一、力学性能§1.2材料的使用性能低碳钢拉伸flash演示1低碳钢拉伸flash演示2拉伸实验视频屈强比（σs/σb），其值一般在0.65~0.75之间。屈强比愈小，工程构件的可靠性越高，万一超载也不会马上断裂；屈强比愈大，材料的强度利用率愈高，但可靠性降低。（二）刚度——材料对弹性变形的抵抗能力。E=σ/ε一、力学性能§1.2材料的使用性能如果说强度保证了材料不发生过量塑性变形甚至断裂的话，刚度则保证了材料不发生过量弹性变形。实际工件的刚度首先取决于其材料的弹性模量，

4、即E注意：1.对于金属材料而言，其弹性模量E主要取决于基体金属的性质。当基体金属确定时,难以通过合金化、热处理、冷加工等方法使之改变，即E是结构不敏感性参数。2.陶瓷材料、高分子材料、复合材料的弹性模量对其成分和组织结构是敏感的，可以通过不同的方法使其改变。一、力学性能§1.2材料的使用性能（三）弹性——在外力作用下材料发生弹性行为的综合性能指标。一、力学性能§1.2材料的使用性能滞弹性（弹性滞后）：加载时应变不立即达到平衡值，卸载时变形也不立即恢复。对于易受振动且要求消振的零件，如机床床身和汽轮机叶片，要求材料具有良好

5、的消振性。机床床身可用灰铸铁制造，汽轮机叶片则采用Cr13型钢制造。对于仪表上的传感元件和音响上的音叉、簧片等，则不希望有滞弹性出现，选材时应予注意。（四）塑性——在外力作用下材料产生塑性变形而不破坏的能力，即材料断裂前的塑性变形能力。1.伸长率，以δ表示一、力学性能§1.2材料的使用性能2.断面收缩率，以ψ表示（五）硬度—材料表面局部区域内抵抗变形或破裂的能力。一、力学性能§1.2材料的使用性能硬度试验的优点：1.硬度试验设备简单，操作迅速方便。2.一般不破坏成品零件，无需加工专门的试样，试验对象可以是各类工程材料和各

6、种尺寸的零件。3.硬度与强度、塑性、耐磨性之间的关系密切，可按硬度估算强度而免做复杂的拉伸实验。4.硬度与工艺性能之间有联系，可作为评定材料工艺性能的参考。5.硬度能较敏感地反映材料的成分与组织结构的变化，可用来检验原材料和控制冷热加工质量。一、力学性能1.布氏硬度GB231-19842.洛氏硬度GB230-19913.维氏硬度GB4342-1984§1.2材料的使用性能硬度测试方法：1.载荷大小2.压头尺寸3.加载及保压时间硬度测试三要素：1.布氏硬度（HB）GB231-1984HB=F/SHBS—淬火钢球（<450H

7、B)HBW—硬质合金球（<650HB)1）误差小，重复性好。2）压痕面积大，不适合成品检验。3）与强度σb之间存在近似的换算：σb0.36HB一、力学性能布氏硬度计§1.2材料的使用性能一、力学性能§1.2材料的使用性能布氏硬度计一、力学性能§1.2材料的使用性能2.洛氏硬度（HR）GB230-1991一、力学性能洛氏硬度计§1.2材料的使用性能HR=(0.2-△h)/0.002(mm)，其中△h=h1-h0一、力学性能§1.2材料的使用性能洛氏硬度的种类及应用：（1）HRA（金刚石圆锥）—高硬度表面、硬质合金（2）H

8、RB（淬火钢球）—未淬火钢、灰铸铁、有色金属（3）HRC（金刚石圆锥）—淬硬钢、调质钢一、力学性能§1.2材料的使用性能洛氏硬度计一、力学性能§1.2材料的使用性能3.维氏硬度（HV）GB4342-1984（1）金刚石正四棱锥压头，精确操作复杂，适用于科学研究。（2）压力可选5～120Kg间的特定值，适用各种硬度值的