工程材料成形与机械制造基础第2章ppt课件.ppt

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1、第二章工程材料性能及应用基础本章将重点介绍:材料的力学性能、材料学的部分基础知识、材料的分类编号及用途.以便为选材和制定后续制造工艺奠定基础。第二章工程材料性能及应用基础第一节工程材料的力学性能力学性能（或机械性能，MechanicalPerformance）:是指材料受到外加载荷作用时，所反映出来的固有性能力学性能指标：强度、塑性、硬度、冲击韧度、断裂韧性、疲劳强度等测试方法：各种材料试验机。第一节工程材料的力学性能一、强度(Strength)是指材料抵抗由外力载荷所引起的应变或断裂的能力.外力载荷方式不同，描述强度的指标也不同。塑性较好的金属或高

2、分子材料常用抗拉强度衡量其抵抗破坏的能力;脆性陶瓷材料常用抗折（弯）强度或抗压强度.第一节工程材料的力学性能（一）抗拉强度它是通过标准试样在拉伸试验机上通过拉伸试验测出来的。图2-1为低碳钢拉伸试样的形状和尺寸示意图。P△LPePsPbPkPbPs1、金属材料抗拉强度图2-2a为低碳钢的拉伸曲线。图2-2b为不同金属材料的应力－应变拉伸曲线图。抗拉强度:是表示材料在拉伸过程中单位面积所能承受的最大拉伸力，用σb（单位MPa）表示，计算方法为：σb=Pb/A0(2-1)屈服强度:是工程材料在外力作用下开始产生屈服时单位面积所能承受的最大拉伸力。用σs表

3、示，计算方法为：σs=Ps/A0(2-2)名义屈服强度σ0.2第一节工程材料的力学性能2、高分子材料抗拉（张）强度图2-3为高分子聚合物在不同温度范围时的拉伸曲线。（二）抗折（弯）强度图2-4(a)，2-4(b)分别为三点、四点弯曲加载示意图其中三点弯曲抗折强度计算公式为：第一节工程材料的力学性能二、塑性(plasticity)工程材料的塑性:是指工程材料在外力作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。图2-1对应拉伸变形，通常用两种方式来表示，即:伸长率（δ）δ=(L1-L0)/L0×100%（2-5）断面收缩率(Ψ):Ψ=(A0-A1)/A0×100%

4、（2-6）第一节工程材料的力学性能三、冲击韧度冲击韧度:是指被冲击试件在一次冲击试验时被冲断所吸收的能量Ak除以原试件的最小横截面积A0所得的值（见式2-7）,是材料抵抗冲击载荷的能力。用符号ak(单位为J/m)表示。工程上常用摆锤冲击试验机来测定冲击韧度，图2-5为试验示意图ak=AK/A0(2-7)第一节工程材料的力学性能h1h0ww四、疲劳强度(fatiguestrength)疲劳强度:是工程材料承受规定循环次数（常取106-107）而不失效的最大应力。用σγ表示。下标γ表示应力循环对称系数，由下式确定：γ=σmin/σmax(2-8)图2-6

5、列出了几种变动载荷示意图。疲劳曲线如图2-7所示。第一节工程材料的力学性能图2-7疲劳曲线σγ五、硬度(Hardness)是指更硬的外来物体作用于固体材料上时，固体材料抵抗塑性变形、压入或压痕的能力。第一节工程材料的力学性能P1.布氏硬度（HB）布氏硬度测试原理：它是用载荷为P的力把直径为D的淬火钢球（或是硬质合金球）压入材料表面（如图2-8），并保持一定的时间，然后卸载，测出球在材料表面上所压出凹痕的直径d，由此计算出压痕球面面积AR，求出单位面积所受的力，即为材料的硬度值。计算公式为：第一节工程材料的力学性能硬度计:2.洛氏硬度（HR）洛氏硬度测

6、试原理：用一个锥顶角为120°的金刚石圆锥或一定直径的钢球压头，在规定载荷作用下压入被测材料表面，由压头在材料表面所形成的压痕深度来确定其硬度值，如图2-9所示。HRAHRBHRC第一节工程材料的力学性能3.维氏硬度（HV）维氏硬度的测试原理基本上与布氏硬度相同，其测试方法如图2－10。维氏硬度用HV表示：HV=P/AV=1.8544P/d2（2-10）第一节工程材料的力学性能4.邵氏硬度邵氏硬度又称肖氏硬度,是用来测量弹性体和热塑性软塑料的穿透硬度的，邵氏硬度分为邵氏压痕硬度与邵氏反弹硬度两种。反弹式硬度值由下式计算：HS=KH/H0第一节工程材料

7、的力学性能六、断裂韧性KIC是材料抵抗裂纹失稳扩展能力的度量，是材料抵抗低应力脆性断裂的能力。KIC主要用于脆性材料，断裂韧性的测量方法与抗折强度测量方法相类似（见图2-11）。不同之处是在弯曲试样中部预制一个0.1mm左右宽的小口，以模拟材料内部微裂纹的一半，然后加载后测量其断裂韧性KIC。KIC计算公式:第一节工程材料的力学性能七、材料的高温性能1.高温强度:是指材料在高温下，抵抗外力载荷所引起的应变或断裂的能力。典型单相多晶陶瓷材料的强度和变形随温度的变化见图2-12。第一节工程材料的力学性能2.抗热震性(ThermalShock)是指材料抵抗

8、温度变化能力的大小。分为热冲击作用下的瞬时断裂和热冲击循环作用下的开裂、剥落，终至整体损坏的热震损伤两大类。