第1章 金屬材料力學性能

1、第一章第一章 工程材料工程材料機械制造基礎(chǔ)教研室重點 材料的發(fā)展史 材料分類 金屬材料的力學性能 鋼鐵分類材料的發(fā)展材料的發(fā)展金屬材料金屬材料非金屬材料非金屬材料工程材料的分類工程材料的分類鋼鐵材料鋼鐵材料非鐵金屬非鐵金屬高分子材料高分子材料陶瓷材料陶瓷材料復合材料復合材料工程材料的分類工程材料的分類鋼鐵 鋼鐵是工程技術(shù)中最重要、用量最大的金屬材料。 鋼鐵工業(yè)是最重要的基礎(chǔ)工業(yè)，是其他工業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。有了鋼鐵，就使得中國國民經(jīng)濟的技術(shù)改造成為可能。同時，鋼鐵工業(yè)的發(fā)展也有賴于煤炭工業(yè)、采掘工業(yè)、冶金工業(yè)、動力、運輸?shù)裙I(yè)部門的發(fā)展。銅 銅是人類最早使用的金屬，銅 合金有青銅,黃銅。純銅塑性

2、好 強度低，導電導熱性好. 銅在電氣、電子工業(yè)中應用最廣、用量最大，占總消費量一半以上。用于各種電纜和導線，電機和變壓器的這種，開關(guān)以及印刷線路板。鋁 鋁銀白色輕金屬。有延性和展性。商品常制成棒狀、片狀、箔狀、粉狀、帶狀和絲狀?？勺黠w機、車輛、船、舶、火箭的結(jié)構(gòu)材料。純鋁可做超高電壓的電纜。鈦 鈦是20世紀50年代發(fā)展起來的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領(lǐng)域。鈦合金主要用于制作飛機發(fā)動機壓氣機部件，其次為火箭、導彈和高速飛機的結(jié)構(gòu)件。常用非金屬材料常用非金屬材料 非金屬材料非金屬材料指工程材料中除金屬材料以外的其他一除金屬材料以外的其他一切材料

3、。切材料。非金屬包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、非金屬包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料以及新型無機材料等。搪瓷、磨料以及新型無機材料等。 非金屬材料的原料來源廣泛，自然資源豐富，成形工藝簡單，具有一些特殊性能，應用日益廣泛，已成為機械工程材料中不可缺少的重要組成部分。 在機械工程中常用的非金屬材料主要包括高分子材高分子材料、陶瓷材料和復合材料料、陶瓷材料和復合材料 新材料 新材料是指新近發(fā)展的或正在研發(fā)的、性能超群的一些材料，具有比傳統(tǒng)材料更為優(yōu)異的性能。新材料技術(shù)則是按照人的意按照人的意志，志，通過物理研究、 材料設(shè)計、材料加工、試驗評價等一系列研究過程，創(chuàng)造出能滿足各種需要的新型

4、材料的技術(shù)。 高分子復合新材料、電子信息材料、新能源材料、納米材料、先進復合材料、先進陶瓷材料、生態(tài)環(huán)境材料、新型功能材料（含高溫超導材料、磁性材料、金剛石薄膜、功能高分子材料等）、生物醫(yī)用材料、高性能結(jié)構(gòu)材料、智能材料、新型建筑及化工新材料等.工程材料的性能工程材料的性能鑄造性能鑄造性能 可鍛性能可鍛性能可焊性能可焊性能切削加工性能切削加工性能熱處理性工藝性熱處理性工藝性 工程材料的性能工程材料的性能 使用性能使用性能力學性能力學性能物理性能物理性能化學性能化學性能工藝性能工藝性能金屬材料的力學性能定義定義 : 金屬材料的力學性能是指金屬材料在不同環(huán)金屬材料的力學性能是指金屬材料在不同環(huán)境（

5、溫度、介質(zhì)）下，承受各種外加載荷（拉伸、境（溫度、介質(zhì)）下，承受各種外加載荷（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊、交變應力等）時所表壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊、交變應力等）時所表現(xiàn)出的力學特征?，F(xiàn)出的力學特征。 指標指標 : 彈性彈性 、剛度、強度、塑性、剛度、強度、塑性 、 硬度、沖擊韌硬度、沖擊韌性性 、斷裂韌度和疲勞強度等。、斷裂韌度和疲勞強度等。 強度：強度：材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力。材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力。 彈性：彈性：指標為彈性極限指標為彈性極限 e e，即，即材料承受最大彈性變形材料承受最大彈性變形時的應力。時的應力。 剛度：剛度：材料受力時抵抗彈性變形的能力。材

6、料受力時抵抗彈性變形的能力。指標為彈性指標為彈性模量模量E E。 塑性：材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。塑性：材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。(一一) 強度和塑性強度和塑性斷裂后拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象低碳鋼的拉伸試驗低碳鋼的拉伸試驗低碳鋼的應力低碳鋼的應力- -應變曲線應變曲線拉伸試驗機拉伸試驗機 屈服點屈服點 、屈服強度屈服強度是是零件設(shè)計的主要依據(jù)；也零件設(shè)計的主要依據(jù)；也是評定金屬強度的重要指是評定金屬強度的重要指標之一。標之一。 抗拉強度抗拉強度是零件設(shè)計的是零件設(shè)計的重要依據(jù)；也是評定金屬重要依據(jù)；也是評定金屬強度的重要指標之一。強度的重要指標之一。 是

7、指材料抵抗其他硬物體壓入其表面的能力是指材料抵抗其他硬物體壓入其表面的能力. 常用的硬度測量方式有常用的硬度測量方式有: : 布氏硬度布氏硬度HB 洛氏硬度洛氏硬度HR 維氏硬度維氏硬度HV 銼刀法銼刀法 120HBS10/1000/30? 500HBW10/1000/30? 10000HR? 100HV?(二二) 硬度硬度布氏硬度計布氏硬度計1 1、布氏硬度、布氏硬度HBHB布氏硬度壓痕布氏硬度壓痕v 450HBS;v 650HBW;適用范圍適用范圍: 壓頭為鋼球時壓頭為鋼球時，用符號，用符號HBS表示，適用于布氏硬度表示，適用于布氏硬度值在值在450以下的材料。以下的材料。 壓頭為硬質(zhì)合金

8、球時壓頭為硬質(zhì)合金球時，用符號，用符號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。 如如 120HBS10/1000/30 表示直徑為表示直徑為10mm的鋼球在的鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持）載荷作用下保持30s測得的布測得的布氏硬度值為氏硬度值為120。 布氏硬度的優(yōu)點：布氏硬度的優(yōu)點：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。 缺點：缺點：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。 適于測量適于測量退火、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鑄鐵及有色金屬的硬

9、度。度。2、洛氏硬度、洛氏硬度h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計洛氏硬度計 洛氏硬度用符號洛氏硬度用符號HR表示表示lHRA用于測量高硬度材料用于測量高硬度材料, 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用于測量低硬度材料用于測量低硬度材料, 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用于測量中等硬度材料，用于測量中等硬度材料，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：洛氏硬度的優(yōu)點：操作簡便，操作簡便，壓痕小，適用范圍廣。壓痕小，適用范圍廣。l缺點：缺點：測量結(jié)果分散度大。測量結(jié)果分散度大。鋼球壓頭與鋼球壓頭與金

10、剛石壓頭金剛石壓頭洛氏硬度壓痕洛氏硬度壓痕3 3、維氏硬度、維氏硬度維氏硬度計維氏硬度計維氏硬度試驗原理維氏硬度試驗原理維氏硬度壓痕維氏硬度壓痕 維氏硬度用符號維氏硬度用符號HV表示表示 維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點。 小負荷維氏硬度計小負荷維氏硬度計顯微維氏硬度計顯微維氏硬度計適用范圍適用范圍:測量薄板類測量薄板類, HVHBS., HVHBS.(三三) 沖擊韌度沖擊韌度 是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。Titanic近代船用鋼板近代船用鋼板沖擊試驗結(jié)果沖擊試驗結(jié)果TITANIC建造中的建造中的Titanic 號號TITANIC的沉沒的沉沒與船體材料的質(zhì)量與船體材料的質(zhì)量直接有