第一章工程材料的力学性能工程材料ppt课件.ppt

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1、第一章工程材料的力学性能[本章内容]1.1材料的强度与塑性1.2材料的硬度1.3材料的冲击韧性1.4材料的疲劳强度1.5材料的断裂韧度[重点掌握]各种力学性能指标（强度,塑性；冲击韧性；硬度HB，HRC，HV；疲劳强度，断裂韧性。）的物理意义和单位。§1.1材料的强度与塑性1.拉伸试验及拉伸曲线2.拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义一、静载单向静拉伸应力――应变曲线1.拉伸试样：长试样：L0=10d0短试样：L0=5d0ΔLF0低碳钢拉伸曲线脆性材料拉伸曲线2.拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线：纵坐标为应力σ单位MPa(MN/m

2、m)，横坐标为应变ε其中：σ=F/S表示材料抵抗变形和断裂的能力ε＝（L1-L0）/L03.曲线分为四阶段：1）阶段I（ope）――弹性变形阶段p:Fp，e:Fe（不产生永久变形的最大抗力）op段：△L∝P直线阶段pe段：极微量塑性变形（0.001--0.005%)2）阶段II（ess’）段――屈服变形S:屈服点Fs3）阶段III（s’b）段――均匀塑性变形阶段b: Fb材料所能承受的最大载荷4）阶段IV(bK)段――局部集中塑性变形－－颈缩铸铁、陶瓷：只有第I阶段中、高碳钢：没有第II阶段二、拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义1．刚

3、度和弹性刚度材料在受力时，抵抗弹性变形的能力。E=σ/ε杨氏弹性模量GPa,MPa本质是：反映了材料内部原子结应力的大小，组织不敏感的力系指标。弹性：材料不产生塑性变形的情况下，所能承受的最大应力。比例极限：σp=Fp/Ao应力――应变保持线性关系的极限应力值弹性极限：σe=Fe/Ao不产永久变形的最大抗力。2.强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。屈服强度s：材料发生微量塑性变形时的应力值。即在拉伸试验过程中，载荷不增加，试样仍能继续伸长时的应力。条件屈服强度0.2：高碳钢等无屈服点，国家标准规定以残余变形量为0.2%时的

4、应力值作为它的条件屈服强度，以σ0.2来表示抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大应力值。（材料抵抗外力而不致断裂的极限应力值）。s0.23.塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。延伸率延伸率与试样尺寸有关；δ5、δ10(L0=5d,10d)断面收缩率ψ=△A/Ao=(Ao-Ak)/Aox100%>时，无颈缩，为脆性材料表征；<时，有颈缩，为塑性材料表征。断裂后拉伸试样的颈缩现象§1.2材料的硬度抵抗外物压入的能力，称为硬度――综合性能指标。1．布氏硬度压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在45

5、0以下的材料。压头为硬质合金时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在650以下的材料。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。材料的b与HB之间的经验关系：对于低碳钢:b(MPa)≈3.6HB对于高

6、碳钢：b(MPa)≈3.4HB对于铸铁：b(MPa)≈1HB或0.6(HB-40)2．洛氏硬度定义：HR=k-(h1-h0)/0.002常用标尺有：B、C、A三种①HRA硬、薄试件，如硬质合金、表面淬火层和渗碳层。②HRB轻金属，未淬火钢，如有色金属和退火、正火钢等。③HRC较硬，淬硬钢制品；如调质钢、淬火钢等。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。h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计维氏硬度试验原理维氏硬度计3.维氏硬度维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点：既可测量由极软到极硬的材料的硬度，又

7、能互相比较。既可测量大块材料、表面硬化层的硬度，又可测量金相组织中不同相的硬度。§1.3冲击韧性是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。指标为冲击韧性值ak。ak=冲击破坏所消耗的功Ak/标准试样断口截面积S(J/cm)ak值低的材料叫做脆性材料，断裂时无明显变形，金属光泽，呈结晶状。ak值高，明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽，韧性材料。材料的冲击韧性随温度下降而下降。在某一温度范围内冲击韧性值急剧下降的现象称韧脆转变。发生韧脆转变的温度范围称韧脆转变温度。材料的使用温度应高于韧脆转变温度。疲劳：承受载荷的大小和方同随时间作周期性变

8、化，交变应力作用下，往往在远小于强度极限，甚至小于屈服极限的应力下发生断裂。疲劳强度σ-1：材料经无数次应力循环而不发生疲劳断裂的最高应力值。条件疲劳极限：经受107应力循环而不致断裂的最大应力值。陶瓷、高分子材料的疲劳