第一章金屬力學(xué)性能

1、材材 料料 的的 性性 能能使用性能使用性能工藝性能工藝性能力學(xué)性能力學(xué)性能物理性能物理性能化學(xué)性能化學(xué)性能鑄造性能鑄造性能鍛壓性能鍛壓性能熱處理性能熱處理性能焊接性能焊接性能第一章 工程材料的力學(xué)性能力學(xué)性能力學(xué)性能材料抵抗各種外加載荷的能力。材料抵抗各種外加載荷的能力。彈性彈性硬度硬度強(qiáng)度強(qiáng)度疲勞疲勞塑性塑性韌性韌性靜載時(shí)靜載時(shí)動(dòng)載時(shí)動(dòng)載時(shí)剛度剛度 知識(shí)補(bǔ)充：知識(shí)補(bǔ)充：應(yīng)力：?jiǎn)挝幻娣e上所承受的附加力應(yīng)力：?jiǎn)挝幻娣e上所承受的附加力；材料；材料發(fā)生變形時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生了大小相同但方向發(fā)生變形時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生了大小相同但方向相反的反作用力，用來(lái)抵抗外力，把分布相反的反作用力，用來(lái)抵抗外力，把分布內(nèi)力在一

2、點(diǎn)上的集度稱為應(yīng)力。內(nèi)力在一點(diǎn)上的集度稱為應(yīng)力。應(yīng)變：當(dāng)材料在外力作用下不能產(chǎn)生位移應(yīng)變：當(dāng)材料在外力作用下不能產(chǎn)生位移時(shí)，它的幾何形狀和尺寸將發(fā)生變化，這時(shí)，它的幾何形狀和尺寸將發(fā)生變化，這種形變稱為應(yīng)變。種形變稱為應(yīng)變。應(yīng)力應(yīng)力 = F/S0應(yīng)變應(yīng)變 = (l-l0)/l0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)長(zhǎng)試樣：長(zhǎng)試樣：L0=10d0短試樣：短試樣：L0=5d0 FesbkLFsFbO屈服屈服彈彈性性變變形形縮頸縮頸斷裂斷裂塑塑性性變變形形一、彈性和剛度一、彈性和剛度 彈性：指標(biāo)為彈性極限彈性：指標(biāo)為彈性極限 e e，即，即材料承受最大彈性

3、變材料承受最大彈性變形時(shí)的應(yīng)力。形時(shí)的應(yīng)力。 剛度：材料保持原有形狀與尺寸的能力。剛度：材料保持原有形狀與尺寸的能力。指標(biāo)為指標(biāo)為彈彈性模量性模量E 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。 ）（MPatgE二、強(qiáng)度與塑性二、強(qiáng)度與塑性 強(qiáng)度：強(qiáng)度：材料在外力作用下抵抗

4、變材料在外力作用下抵抗變形與斷裂的能力。形與斷裂的能力。 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度 s：材料發(fā)生微量塑性變材料發(fā)生微量塑性變形時(shí)的應(yīng)力值。形時(shí)的應(yīng)力值。 條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度 0.2：國(guó)標(biāo)中規(guī)定為國(guó)標(biāo)中規(guī)定為試樣的塑性變形量為試樣標(biāo)距的試樣的塑性變形量為試樣標(biāo)距的0.2%時(shí)材料所承受的的應(yīng)力值。時(shí)材料所承受的的應(yīng)力值。 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 b：材料斷裂前所承受的：材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力值。最大應(yīng)力值。0.2塑性：材料在外力作用下，產(chǎn)生永久變形而不破壞塑性：材料在外力作用下，產(chǎn)生永久變形而不破壞的性能。的性能。指標(biāo)為：指標(biāo)為： 伸長(zhǎng)率：伸長(zhǎng)率：%100001lll斷面收縮率：斷面收縮率：斷裂后斷裂

5、后拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象%100010SSS說(shuō)明：說(shuō)明： 用面縮率表示塑性比伸長(zhǎng)率更接近真實(shí)變用面縮率表示塑性比伸長(zhǎng)率更接近真實(shí)變形。形。 直徑直徑d0 相同時(shí)，相同時(shí)，l0 ， 。只有當(dāng)。只有當(dāng)l0/d0 為為常數(shù)時(shí)，塑性值才有可比性。常數(shù)時(shí)，塑性值才有可比性。 當(dāng)當(dāng)l0=10d0 時(shí)，伸長(zhǎng)率用時(shí)，伸長(zhǎng)率用 10 表示；表示； 當(dāng)當(dāng)l0=5d0 時(shí)，伸長(zhǎng)率用時(shí)，伸長(zhǎng)率用 5 表示。表示。 顯然顯然 5 10 5% 時(shí)，有頸縮，為塑性材料表征時(shí)，有頸縮，為塑性材料表征三、硬度三、硬度 材料抵抗另一硬物體壓入其內(nèi)而產(chǎn)生局材料抵抗另一硬物體壓入其內(nèi)而產(chǎn)生局部塑性變形的能力。部塑性變形

6、的能力。 布氏硬度布氏硬度HBHB布氏硬度計(jì)布氏硬度計(jì))(2102. 022dDDDFHB淬火鋼球淬火鋼球硬質(zhì)合金球硬質(zhì)合金球壓壓頭頭用符號(hào)用符號(hào)HBS表示，適用于布氏硬度值表示，適用于布氏硬度值在在450以下的材料。以下的材料。用符號(hào)用符號(hào)HBW表示，適用于布氏硬表示，適用于布氏硬度在度在650以下的材料。以下的材料。 優(yōu)點(diǎn)：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。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：壓痕大，不能用于太薄件及比壓頭還硬的壓痕大，不能用于太薄件及比壓頭還硬的材料。材料。 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, 鑄鐵及有色金屬鑄鐵及有色金屬的硬度。的硬度。洛氏硬度洛氏硬度洛氏

7、硬度計(jì)洛氏硬度計(jì) 洛氏硬度用符號(hào)洛氏硬度用符號(hào)HR表示表示 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。 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

8、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 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。 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)定方法維氏硬度維氏硬度試驗(yàn)試驗(yàn) 、小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)、顯微維氏硬度試驗(yàn)、小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)

9、、顯微維氏硬度試驗(yàn)。 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)四、疲勞四、疲勞 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。 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)力稱為疲勞極限。用稱為疲勞極限。用 r表示。表示。 鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)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)，減少表

10、面缺陷，提高表面改善材料的形狀結(jié)構(gòu)，減少表面缺陷，提高表面光潔度，進(jìn)行表面強(qiáng)化光潔度，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、沖擊韌性五、沖擊韌性 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)。g g 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，而大多數(shù)面心立方金屬?zèng)]有。方金屬?zèng)]有。韌脆轉(zhuǎn)變溫度曲線韌脆轉(zhuǎn)變溫度曲線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