機(jī)械工程材料課件_大連理工大學(xué)

1、l使用性能：使用性能：材料在使用過(guò)程材料在使用過(guò)程 中所表現(xiàn)的性能。中所表現(xiàn)的性能。包括包括力學(xué)力學(xué) 性能、物理性能性能、物理性能和和化學(xué)性能。化學(xué)性能。 l工藝性能：工藝性能：材料在加工過(guò)程材料在加工過(guò)程 中所表現(xiàn)的性能。中所表現(xiàn)的性能。包括包括鑄造、鑄造、 鍛壓、焊接、熱處理鍛壓、焊接、熱處理和和切削切削 性能等性能等。 神舟一號(hào)飛船 l材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱 為為變形變形。 l外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱為外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形彈性變形。 l外力去處后不能恢復(fù)的變形稱為外力去處后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形塑性變形。

2、 五萬(wàn)噸水壓機(jī)五萬(wàn)噸水壓機(jī) 低碳鋼的應(yīng)力低碳鋼的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 拉伸試樣拉伸試樣 拉伸試驗(yàn)機(jī)拉伸試驗(yàn)機(jī) 應(yīng)力應(yīng)力 = P/F0 應(yīng)變應(yīng)變 = (l-l0)/l0 l彈性：彈性：指標(biāo)為彈性極限指標(biāo)為彈性極限 e e， 即即材料承受最大彈性變形時(shí)材料承受最大彈性變形時(shí) 的應(yīng)力。的應(yīng)力。 l剛度：剛度：材料受力時(shí)抵抗彈性材料受力時(shí)抵抗彈性 變形的能力。變形的能力。指標(biāo)為彈性模指標(biāo)為彈性模 量量E E。 ）（MPatgE e 彈性模量的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升彈性模量的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升 高而逐漸降低外，其他強(qiáng)化材料的手段如熱處理、冷高而逐漸降低外，其他強(qiáng)化材

3、料的手段如熱處理、冷 熱加工、合金化等對(duì)彈性模量的影響很小?？梢酝ㄟ^(guò)熱加工、合金化等對(duì)彈性模量的影響很小。可以通過(guò) 增加橫截面積或改變截面形狀來(lái)提高零件的剛度。增加橫截面積或改變截面形狀來(lái)提高零件的剛度。 l強(qiáng)度：強(qiáng)度：材料在外力作用下材料在外力作用下 抵抗變形和破壞的能力。抵抗變形和破壞的能力。 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度 s：材料發(fā)生微量材料發(fā)生微量 塑性變形時(shí)的應(yīng)力值。塑性變形時(shí)的應(yīng)力值。 條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度 0.2：殘余變殘余變 形量為形量為0.2%時(shí)的應(yīng)力值。時(shí)的應(yīng)力值。 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 b：材料斷裂前所材料斷裂前所 承受的最大應(yīng)力值。承受的最大應(yīng)力值。 s 0.2 伸長(zhǎng)率：伸長(zhǎng)率：

4、%100 0 01 l ll %100 0 10 F FF 斷面收縮率：斷面收縮率： 斷裂后 拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象 l說(shuō)明：說(shuō)明： l 用面縮率表示塑性比伸長(zhǎng)率更接近真用面縮率表示塑性比伸長(zhǎng)率更接近真 實(shí)變形。實(shí)變形。 l 直徑直徑d0 相同時(shí)，相同時(shí)，l0 ， 。只有當(dāng)。只有當(dāng)l0/d0 為常數(shù)時(shí)，塑性值才有可比性。為常數(shù)時(shí)，塑性值才有可比性。 l當(dāng)當(dāng)l0=10d0 時(shí)，伸長(zhǎng)率用時(shí)，伸長(zhǎng)率用 表示；表示； l當(dāng)當(dāng)l0=5d0 時(shí)，伸長(zhǎng)率用時(shí)，伸長(zhǎng)率用 5 表示。顯然表示。顯然 5 l 時(shí)，無(wú)頸縮，為脆性材料表征時(shí)，無(wú)頸縮，為脆性材料表征 時(shí)，有頸縮，為塑性材料表征時(shí)，有頸縮，

5、為塑性材料表征 l是指材料抵抗沖擊載荷是指材料抵抗沖擊載荷 作用而不破壞的能力。作用而不破壞的能力。 l指標(biāo)為沖擊指標(biāo)為沖擊 韌性值韌性值ak(通通 過(guò)沖擊實(shí)驗(yàn)過(guò)沖擊實(shí)驗(yàn) 測(cè)得測(cè)得)。 l材料的沖擊韌性隨溫材料的沖擊韌性隨溫 度下降而下降。度下降而下降。在某在某 一溫度范圍內(nèi)沖擊韌一溫度范圍內(nèi)沖擊韌 性值急劇下降的現(xiàn)象性值急劇下降的現(xiàn)象 稱稱韌脆轉(zhuǎn)變韌脆轉(zhuǎn)變。發(fā)生韌發(fā)生韌 脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱 韌脆轉(zhuǎn)變韌脆轉(zhuǎn)變溫度溫度。材料材料 的使用溫度應(yīng)高于韌的使用溫度應(yīng)高于韌 脆轉(zhuǎn)變溫度。脆轉(zhuǎn)變溫度。 韌 體心立方金屬具有韌脆轉(zhuǎn)體心立方金屬具有韌脆轉(zhuǎn) 變溫度，而大多數(shù)面心立變溫度，而大多

6、數(shù)面心立 方金屬?zèng)]有。方金屬?zèng)]有。 TITANIC 建造中的建造中的Titanic 號(hào)號(hào) TITANIC的沉沒(méi)的沉沒(méi) 與船體材料的質(zhì)量與船體材料的質(zhì)量 直接有關(guān)直接有關(guān) Titanic 號(hào)鋼板號(hào)鋼板（左圖）（左圖）和和近代船用鋼板近代船用鋼板（右圖）（右圖） 的沖擊試驗(yàn)結(jié)果的沖擊試驗(yàn)結(jié)果 Titanic近代船用鋼板近代船用鋼板 l材料在低于材料在低于 s的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。 l材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時(shí)的最大應(yīng)材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時(shí)的最大應(yīng) 力稱為力稱為疲勞極限疲勞極限。用。用 -1表示。表示。 l鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)

7、為鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為107，有色金屬合金為，有色金屬合金為108。 疲勞應(yīng)力示意圖疲勞應(yīng)力示意圖 疲勞曲線示意圖疲勞曲線示意圖 通過(guò)通過(guò)改善材料的形狀結(jié)構(gòu)改善材料的形狀結(jié)構(gòu)，減少表面缺陷減少表面缺陷，提高表面提高表面 光潔度光潔度，進(jìn)行表面強(qiáng)化進(jìn)行表面強(qiáng)化等方法可提高材料疲勞抗力。等方法可提高材料疲勞抗力。 軸的疲勞斷口軸的疲勞斷口疲勞輝紋（掃描電鏡照片疲勞輝紋（掃描電鏡照片） 五、硬度五、硬度 l材料抵抗表面局部塑性變形材料抵抗表面局部塑性變形 的能力。的能力。 l布氏硬度布氏硬度HBHB )( 2 102. 0 22 dDDD P HB 布氏硬度計(jì)布氏硬度計(jì) l壓頭為鋼球時(shí)壓頭為鋼球時(shí)，布

8、氏硬度用符號(hào)，布氏硬度用符號(hào)HBS表示，適用于表示，適用于 布氏硬度值在布氏硬度值在450以下的材料。以下的材料。 l壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)，用符號(hào)，用符號(hào)HBW表示，適用于布表示，適用于布 氏硬度在氏硬度在650以下的材料。以下的材料。 l符號(hào)符號(hào)HBS或或HBW之前的數(shù)字表示之前的數(shù)字表示 硬度值硬度值, 符號(hào)后面的數(shù)字按順序分符號(hào)后面的數(shù)字按順序分 別表示球體直徑別表示球體直徑、載荷及載荷保載荷及載荷保 持時(shí)間。持時(shí)間。如如 120HBS10/1000/30 表表 示直徑為示直徑為10mm的鋼球在的鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷）載荷 作用下保持作用下保持30s

9、測(cè)得的布氏硬度值為測(cè)得的布氏硬度值為120。 布氏硬度壓痕布氏硬度壓痕 l布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。 l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭 還硬的材料。還硬的材料。 l適于測(cè)量適于測(cè)量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼, 鑄鐵及有色金屬的硬度。鑄鐵及有色金屬的硬度。 l材料的材料的 b與與HB之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系： 對(duì)于低碳鋼對(duì)于低碳鋼: b(MPa)3.6HB 對(duì)于高碳鋼：對(duì)于高碳鋼： b(MPa)3.4HB 對(duì)于鑄鐵：對(duì)于鑄鐵： b(MPa)1HB或或 b(MPa) 0.6(

10、HB-40) HB b(MPa) 鋼 黃銅 球墨鑄鐵 洛氏硬度洛氏硬度 h1-h0 洛氏硬度測(cè)試示意圖洛氏硬度測(cè)試示意圖 洛氏硬度計(jì)洛氏硬度計(jì) l洛氏硬度用符號(hào)洛氏硬度用符號(hào)HR表示，表示，HR=k-(h1-h0)/0.002 l根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個(gè)標(biāo)尺，根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個(gè)標(biāo)尺， 常用的標(biāo)尺為常用的標(biāo)尺為A、B、C。 l符號(hào)符號(hào)HR前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺。 lHRA用于測(cè)量高硬度材料用于測(cè)量高硬度材料, 如如 硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。 lHRB用于測(cè)量低硬度材料用于測(cè)量低硬度材料, 如如

11、有色金屬和退火有色金屬和退火、正火鋼等。正火鋼等。 lHRC用于測(cè)量中等硬度材料，用于測(cè)量中等硬度材料， 如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。 l洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便，操作簡(jiǎn)便， 壓痕小，適用范圍廣。壓痕小，適用范圍廣。 l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：測(cè)量結(jié)果分散度大。測(cè)量結(jié)果分散度大。 鋼球壓頭與鋼球壓頭與 金剛石壓頭金剛石壓頭 洛氏硬度壓痕洛氏硬度壓痕 維氏硬度維氏硬度 維氏硬度計(jì)維氏硬度計(jì)維氏硬度試驗(yàn)原理維氏硬度試驗(yàn)原理維氏硬度壓痕維氏硬度壓痕 l維氏硬度用符號(hào)維氏硬度用符號(hào)HV表示表示，符號(hào)前的數(shù)字為硬度值，符號(hào)前的數(shù)字為硬度值， 后面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時(shí)間。后面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時(shí)間。 l根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測(cè)定方法根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測(cè)定方法維氏硬維氏硬 度試驗(yàn)度試驗(yàn) 、小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)、顯微維氏硬度試驗(yàn)顯微維氏硬度試驗(yàn)。 l維氏硬度保留了布氏硬度和維氏硬度保留了布氏硬度和 洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)。 小負(fù)荷維氏硬度計(jì)小負(fù)荷維氏硬度計(jì) 顯微維氏硬度計(jì)顯微維氏硬度計(jì) 油輪斷裂和北極星導(dǎo)油輪斷裂和北極星導(dǎo) 彈發(fā)動(dòng)機(jī)殼體爆炸與彈發(fā)動(dòng)機(jī)殼體爆炸與 材料中存在缺陷有關(guān)材料中存在缺陷有關(guān) 1943年美國(guó)年美國(guó)T-2油輪發(fā)生斷裂油輪發(fā)生斷裂 北極星導(dǎo)彈北極星導(dǎo)彈