工程材料性能

1、l使用性能：使用性能：材料在使用過程材料在使用過程中所表現(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：材料在加工過程材料在加工過程中所表現(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。 五萬噸水壓機(jī)五萬噸水

2、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)/l0l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)化材料的手段如熱處理、冷熱加工、合金化等對彈性模量的

3、影響很小?？梢酝ㄟ^熱加工、合金化等對彈性模量的影響很小?？梢酝ㄟ^增加橫截面積或改變截面形狀來提高零件的剛度。增加橫截面積或改變截面形狀來提高零件的剛度。 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。s0.2 伸長率：伸長率：%100001 lll %100010 FFF 斷面收縮率：斷面收

4、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說明：說明：l 用面縮率表示塑性比伸長率更接近真用面縮率表示塑性比伸長率更接近真實(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)，伸長率用時(shí)，伸長率用 表示；表示；l當(dāng)當(dāng)l0=5d0 時(shí)，伸長率用時(shí)，伸長率用 5 表示。顯然表示。顯然 5 l 時(shí)，無頸縮，為脆性材料表征時(shí)，無頸縮，為脆性材料表征 時(shí)，有頸縮，為塑性材料表征時(shí)，有頸縮，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

5、。l指標(biāo)為沖擊指標(biāo)為沖擊韌性值韌性值ak(通通過沖擊實(shí)驗(yàn)過沖擊實(shí)驗(yàn)測得測得)。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，而大多數(shù)面心立方金屬沒有。方金屬沒有。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

6、材料的質(zhì)量直接有關(guān)直接有關(guān)Titanic 號鋼板號鋼板（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)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通過改善材料的形狀結(jié)構(gòu)改善材料

7、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)(2102. 022dDDDPHB 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)，布氏硬度用符號，布氏硬度用符號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，用符號HBW表示，適用于布表示

8、，適用于布氏硬度在氏硬度在650以下的材料。以下的材料。l符號符號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, 符號后面的數(shù)字按順序分符號后面的數(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測得的布氏硬度值為測得的布氏硬度值為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)：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。測量誤差小，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，

9、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： 對于低碳鋼對于低碳鋼: b(MPa)3.6HB 對于高碳鋼：對于高碳鋼： b(MPa)3.4HB 對于鑄鐵：對于鑄鐵： b(MPa)1HB或或 b(MPa) 0.6(HB-40)HB b(MPa)鋼黃銅球墨鑄鐵洛氏硬度洛氏硬度h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計(jì)洛氏硬度計(jì)l洛氏硬度用符號洛氏硬度用符號HR表示，表示，HR=k-(h1-h0)/0.002l根據(jù)壓頭

10、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符號符號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(diǎn)：洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：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(diǎn)：缺點(diǎn)

11、：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維氏硬度用符號維氏硬度用符號HV表示表示，符號前的數(shù)字為硬度值，符號前的數(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)定了三種測定方法根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測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)動機(jī)殼體爆炸與彈發(fā)動機(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年美國年美國T-2油輪發(fā)生斷裂油輪發(fā)生斷裂北極星導(dǎo)彈北極