工程材料學(xué)-材料力學(xué)性能培訓(xùn)課件

1、工程材料學(xué)-材料力學(xué)性能培訓(xùn)課件學(xué)習(xí)目的和要求1.理解材料常用力學(xué)性能指標(biāo)的物理意義。理解材料常用力學(xué)性能指標(biāo)的物理意義。2.了解、塑性、硬度及沖擊韌性指標(biāo)的測(cè)試方法以了解、塑性、硬度及沖擊韌性指標(biāo)的測(cè)試方法以及使用這些指標(biāo)時(shí)應(yīng)注意的局限性，重點(diǎn)掌握布及使用這些指標(biāo)時(shí)應(yīng)注意的局限性，重點(diǎn)掌握布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)缺點(diǎn)、以及。氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)缺點(diǎn)、以及。材料的性能：材料在外界因素作用下所表現(xiàn)材料的性能：材料在外界因素作用下所表現(xiàn)出來(lái)的行為。出來(lái)的行為。n力學(xué)性能力學(xué)性能n物理性能物理性能n化學(xué)性能化學(xué)性能n工藝性能工藝性能11 材料的力學(xué)性能材料的力學(xué)性能1.1.1 1.1.1 概念與定義概

2、念與定義材料的力學(xué)性能：材料的力學(xué)性能： 材料在一定環(huán)境因素下承受外加載材料在一定環(huán)境因素下承受外加載荷所表現(xiàn)出來(lái)的行為，通常表現(xiàn)為變荷所表現(xiàn)出來(lái)的行為，通常表現(xiàn)為變形幾何形狀和尺寸的變化與斷裂。形幾何形狀和尺寸的變化與斷裂。1.1.1 1.1.1 概念與定義概念與定義材料的力學(xué)性能：材料的力學(xué)性能： 1.1.1 1.1.1 概念與定義概念與定義n材料用于結(jié)構(gòu)零件時(shí)，其力學(xué)性能是工程設(shè)計(jì)的根材料用于結(jié)構(gòu)零件時(shí)，其力學(xué)性能是工程設(shè)計(jì)的根本依據(jù)；以其它性能如物理、化學(xué)性能作為主要使本依據(jù)；以其它性能如物理、化學(xué)性能作為主要使用要求時(shí)，其力學(xué)性能同樣也是設(shè)計(jì)的重要參考依用要求時(shí)，其力學(xué)性能同樣也是設(shè)

3、計(jì)的重要參考依據(jù)。據(jù)。n不同的工作條件和環(huán)境下，對(duì)力學(xué)性能的要求與側(cè)重不同的工作條件和環(huán)境下，對(duì)力學(xué)性能的要求與側(cè)重各有不同。各有不同。1.1.2 1.1.2 材料力學(xué)性能指標(biāo)材料力學(xué)性能指標(biāo)12 材料的靜載力學(xué)性能材料的靜載力學(xué)性能靜載荷：靜載荷： 是指大小不變或變化過(guò)程緩慢的載荷。是指大小不變或變化過(guò)程緩慢的載荷。材料的靜載力學(xué)性能指標(biāo)：材料的靜載力學(xué)性能指標(biāo)： 主要有強(qiáng)度、塑性、硬度等。主要有強(qiáng)度、塑性、硬度等。1.2.1 1.2.1 拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)1.2.1 1.2.1 拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)標(biāo)標(biāo) 準(zhǔn)準(zhǔn) 拉拉 伸伸 試試 樣樣GB/T228-2002GB/T228-2002拉伸曲線拉伸曲線

4、應(yīng)力應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線應(yīng)力應(yīng)力F / S0 應(yīng)變應(yīng)變l / l01.2.1 1.2.1 拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)1.2.1 1.2.1 拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)試樣在拉伸時(shí)的伸長(zhǎng)和斷裂過(guò)程試樣在拉伸時(shí)的伸長(zhǎng)和斷裂過(guò)程a a試樣試樣 b b伸長(zhǎng)伸長(zhǎng) c c產(chǎn)生縮頸產(chǎn)生縮頸 d d斷裂斷裂 拉伸曲線分成彈性變形、屈服、均勻塑性拉伸曲線分成彈性變形、屈服、均勻塑性變形和局部塑性變形等四個(gè)階段。變形和局部塑性變形等四個(gè)階段。1.2.1 1.2.1 拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)4545號(hào)鋼的外力號(hào)鋼的外力- -伸長(zhǎng)曲線伸長(zhǎng)曲線 1.2.1 1.2.1 拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)1彈性變形階段曲線彈性變形階段曲線ob段段在這個(gè)階段中試

5、樣的變形是彈性的。如果在試驗(yàn)在這個(gè)階段中試樣的變形是彈性的。如果在試驗(yàn)過(guò)程中卸除拉力過(guò)程中卸除拉力F，那么試樣的伸長(zhǎng)便消失，試，那么試樣的伸長(zhǎng)便消失，試樣標(biāo)距恢復(fù)到原長(zhǎng)樣標(biāo)距恢復(fù)到原長(zhǎng)L0，不產(chǎn)生剩余伸長(zhǎng)。超過(guò)，不產(chǎn)生剩余伸長(zhǎng)。超過(guò)b點(diǎn)它就會(huì)產(chǎn)生塑性變形。點(diǎn)它就會(huì)產(chǎn)生塑性變形。b點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的外力為試點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的外力為試樣產(chǎn)生彈性變形的極限外力，以樣產(chǎn)生彈性變形的極限外力，以Fe表示。表示。 1.2.1 1.2.1 拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)1彈性變形階段曲線彈性變形階段曲線ob段段在彈性變形階段內(nèi)的在彈性變形階段內(nèi)的oa段，試樣的伸長(zhǎng)與外力成段，試樣的伸長(zhǎng)與外力成正比例直線關(guān)系，即每增加一定外力，就對(duì)應(yīng)一正

6、比例直線關(guān)系，即每增加一定外力，就對(duì)應(yīng)一定的伸長(zhǎng)量，因此，定的伸長(zhǎng)量，因此，oa段也稱為線彈性變形階段。段也稱為線彈性變形階段。一旦外力超過(guò)曲線上的一旦外力超過(guò)曲線上的a點(diǎn)時(shí)，正比例關(guān)系就破壞點(diǎn)時(shí)，正比例關(guān)系就破壞了。而該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的外力了。而該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的外力Fp稱為比例變形的極限外稱為比例變形的極限外力。力。ab段為彈性變形的非線性階段，此階段很短，一段為彈性變形的非線性階段，此階段很短，一般不容易觀察到。般不容易觀察到。 2屈服階段曲線屈服階段曲線cd段段1.2.1 1.2.1 拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)當(dāng)拉力超過(guò)當(dāng)拉力超過(guò)Fe后繼續(xù)增加，到達(dá)后繼續(xù)增加，到達(dá)Fs即曲線上即曲線上c點(diǎn)點(diǎn)時(shí)，試樣的伸長(zhǎng)突然增

7、加。在拉伸曲線上表現(xiàn)為一時(shí)，試樣的伸長(zhǎng)突然增加。在拉伸曲線上表現(xiàn)為一橫平線段橫平線段cd。它說(shuō)明此時(shí)拉力雖然沒(méi)有增加，但試。它說(shuō)明此時(shí)拉力雖然沒(méi)有增加，但試樣好象屈服于外力而自行伸長(zhǎng)，這種現(xiàn)象稱為屈服樣好象屈服于外力而自行伸長(zhǎng)，這種現(xiàn)象稱為屈服現(xiàn)象?，F(xiàn)象。cd段稱為屈服階段，它所對(duì)應(yīng)的外力稱為屈段稱為屈服階段，它所對(duì)應(yīng)的外力稱為屈服力，以服力，以Fs表示。表示。2屈服階段曲線屈服階段曲線cd段段1.2.1 1.2.1 拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)其實(shí)，試樣在超過(guò)彈性極限的外力作用下，即在其實(shí)，試樣在超過(guò)彈性極限的外力作用下，即在bc段就已開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形。不過(guò)，此時(shí)所產(chǎn)段就已開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形。不過(guò)，此時(shí)所

8、產(chǎn)生的塑性變形量甚微，不易覺(jué)察罷了。而當(dāng)?shù)竭_(dá)生的塑性變形量甚微，不易覺(jué)察罷了。而當(dāng)?shù)竭_(dá)屈服階段時(shí)，那么塑性變形突然增加。因此，可屈服階段時(shí)，那么塑性變形突然增加。因此，可以把這種拉力不增加而變形仍能繼續(xù)增加的現(xiàn)象，以把這種拉力不增加而變形仍能繼續(xù)增加的現(xiàn)象，表觀上看作是金屬?gòu)膹椥宰冃坞A段到塑性變形階表觀上看作是金屬?gòu)膹椥宰冃坞A段到塑性變形階段的段的個(gè)明顯標(biāo)志。個(gè)明顯標(biāo)志。3均勻塑形變形階段曲線均勻塑形變形階段曲線de段段 1.2.1 1.2.1 拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)試樣在屈服力試樣在屈服力Fs作用下，屈服變形直至作用下，屈服變形直至d點(diǎn)，至點(diǎn)，至此，屈服階段已告結(jié)束。此后必須進(jìn)一步增加拉此，屈服階

9、段已告結(jié)束。此后必須進(jìn)一步增加拉力才能使試樣進(jìn)一步伸長(zhǎng)。在力才能使試樣進(jìn)一步伸長(zhǎng)。在de這一階段中，金這一階段中，金屬變形具有另一種特點(diǎn)即隨著變形量的增加金屬變形具有另一種特點(diǎn)即隨著變形量的增加金屬不斷強(qiáng)化，這種現(xiàn)象稱為加工硬化或變形強(qiáng)屬不斷強(qiáng)化，這種現(xiàn)象稱為加工硬化或變形強(qiáng)化。表現(xiàn)在拉伸曲線上就是化。表現(xiàn)在拉伸曲線上就是de段不斷上升。段不斷上升。 3均勻塑形變形階段曲線均勻塑形變形階段曲線de段段 1.2.1 1.2.1 拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)在此階段中，試樣的一局部產(chǎn)生塑性變形，雖然這一在此階段中，試樣的一局部產(chǎn)生塑性變形，雖然這一局部截面減小，使此處承受負(fù)荷能力下降。但由于變局部截面減小，使

10、此處承受負(fù)荷能力下降。但由于變形強(qiáng)化的作用而阻止塑性變形在此處繼續(xù)開(kāi)展，使變形強(qiáng)化的作用而阻止塑性變形在此處繼續(xù)開(kāi)展，使變形推移到試樣的其它部位。這樣、變形和強(qiáng)化交替進(jìn)形推移到試樣的其它部位。這樣、變形和強(qiáng)化交替進(jìn)行，就使試樣各部位產(chǎn)生了宏觀上均勻的塑性變形。行，就使試樣各部位產(chǎn)生了宏觀上均勻的塑性變形。曲線上的曲線上的d點(diǎn)是屈服階段結(jié)束點(diǎn)也是加工硬化開(kāi)始點(diǎn)。點(diǎn)是屈服階段結(jié)束點(diǎn)也是加工硬化開(kāi)始點(diǎn)。4局部塑形變形階段曲線局部塑形變形階段曲線ef段段 1.2.1 1.2.1 拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)在在de里，隨著變形量的增加，變形強(qiáng)化能力逐漸減里，隨著變形量的增加，變形強(qiáng)化能力逐漸減小，終于發(fā)生變形強(qiáng)化

11、跟不上變形的開(kāi)展，從而塑小，終于發(fā)生變形強(qiáng)化跟不上變形的開(kāi)展，從而塑性變形集中在試樣的某一部位進(jìn)行，致使該處截面性變形集中在試樣的某一部位進(jìn)行，致使該處截面不斷減小，而形成不斷減小，而形成“縮頸現(xiàn)象。這樣，試樣從產(chǎn)縮頸現(xiàn)象。這樣，試樣從產(chǎn)生縮頸開(kāi)始就結(jié)束了均勻塑性變形階段而進(jìn)入局部生縮頸開(kāi)始就結(jié)束了均勻塑性變形階段而進(jìn)入局部塑性變形階段，其分界處就是拉伸曲線上最高的塑性變形階段，其分界處就是拉伸曲線上最高的e點(diǎn)。點(diǎn)。4局部塑形變形階段曲線局部塑形變形階段曲線ef段段 1.2.1 1.2.1 拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)在這一階段，變形將全部局限于試樣的縮頸在這一階段，變形將全部局限于試樣的縮頸處使縮頸部位

12、的橫截面積急劇減小。因此外力處使縮頸部位的橫截面積急劇減小。因此外力F不斷降低，縮頸部位仍繼續(xù)伸長(zhǎng)，最后就在縮頸處不斷降低，縮頸部位仍繼續(xù)伸長(zhǎng)，最后就在縮頸處產(chǎn)生斷裂。拉伸曲線上與產(chǎn)生斷裂。拉伸曲線上與e點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的外力點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的外力Fb為試為試樣斷裂前所能承受的最大拉力。樣斷裂前所能承受的最大拉力。1.2.1 1.2.1 拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線低碳鋼的應(yīng)力低碳鋼的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線1.2.1 1.2.1 拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線將拉伸力將拉伸力伸長(zhǎng)曲線的縱、橫坐標(biāo)分別用拉伸試伸長(zhǎng)曲線的縱、橫坐標(biāo)分別用拉伸試樣的原始截面積樣的原始截面積S0和原始標(biāo)距

13、長(zhǎng)度和原始標(biāo)距長(zhǎng)度L0去除，那去除，那么得到應(yīng)力么得到應(yīng)力-應(yīng)變曲線。因均系以一常數(shù)相除，應(yīng)變曲線。因均系以一常數(shù)相除，故曲線形狀不變。這樣的曲線稱為工程應(yīng)力故曲線形狀不變。這樣的曲線稱為工程應(yīng)力-應(yīng)應(yīng)變曲線。變曲線。 應(yīng)力應(yīng)力F / S0 應(yīng)變應(yīng)變L/ L01. 彈性指標(biāo)：彈性指標(biāo)：彈性變形彈性變形: : 隨完全卸載而消失的變形。隨完全卸載而消失的變形。 彈性彈性: : 金屬材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去掉后金屬材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去掉后能恢復(fù)到原來(lái)形狀及尺寸的性能。能恢復(fù)到原來(lái)形狀及尺寸的性能。 剛性剛性: : 材料抵抗彈性變形的能力。材料抵抗彈性變形的能力。 比例極限比例

14、極限p ： 金屬拉伸曲線的初始階段，力與變形成直線比例關(guān)金屬拉伸曲線的初始階段，力與變形成直線比例關(guān)系，而這個(gè)階段的最大應(yīng)力稱為比例極限。系，而這個(gè)階段的最大應(yīng)力稱為比例極限。彈性極限彈性極限e e ： 完全卸載后不出現(xiàn)任何明顯剩余應(yīng)變的最大完全卸載后不出現(xiàn)任何明顯剩余應(yīng)變的最大應(yīng)力應(yīng)力, , 即即: :1. 彈性指標(biāo)：彈性指標(biāo)：oeeSF彈性模量彈性模量E E在工程上也稱材料的剛度在工程上也稱材料的剛度 ： 應(yīng)力應(yīng)力- -應(yīng)變曲線上完全彈性變形階段應(yīng)變曲線上完全彈性變形階段, ,應(yīng)力與應(yīng)力與應(yīng)變的比值應(yīng)變的比值, ,即即: :E E主要取決于金屬的本身性質(zhì)，難以通過(guò)合金化、熱主要取決于金屬的

15、本身性質(zhì)，難以通過(guò)合金化、熱處理和加工的方法使之改變。處理和加工的方法使之改變。1. 彈性指標(biāo)：彈性指標(biāo)：彈性模量彈性模量E E 在工程上也稱材料的剛度在工程上也稱材料的剛度 ：它表示材料在外載荷它表示材料在外載荷F F作用下抵抗彈性變形的能力。材料的作用下抵抗彈性變形的能力。材料的彈性模量主要取決于結(jié)合鍵的本性和原子間的結(jié)合力，而材彈性模量主要取決于結(jié)合鍵的本性和原子間的結(jié)合力，而材料的成分和組織對(duì)它的影響不大，所以說(shuō)它是一個(gè)對(duì)組織不料的成分和組織對(duì)它的影響不大，所以說(shuō)它是一個(gè)對(duì)組織不敏感的性能指標(biāo)，這是彈性模量在性能上的主要特點(diǎn)。改變敏感的性能指標(biāo)，這是彈性模量在性能上的主要特點(diǎn)。改變材料

16、的成分和組織會(huì)對(duì)材料的強(qiáng)度如屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度材料的成分和組織會(huì)對(duì)材料的強(qiáng)度如屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度有顯著影響，但對(duì)材料的剛度影響不大。有顯著影響，但對(duì)材料的剛度影響不大。 1. 彈性指標(biāo)：彈性指標(biāo)：2. 強(qiáng)度指標(biāo)：強(qiáng)度指標(biāo)：強(qiáng)度：強(qiáng)度： 表征材料對(duì)變形和斷裂的抗力的指標(biāo)，單位為表征材料對(duì)變形和斷裂的抗力的指標(biāo)，單位為MPa或或N/mm2。屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度 s： 試樣屈服時(shí)承受的最小應(yīng)力試樣屈服時(shí)承受的最小應(yīng)力 。表征材料對(duì)明顯塑。表征材料對(duì)明顯塑性變形的抗力。屈服是指拉伸過(guò)程中，應(yīng)力不增加或性變形的抗力。屈服是指拉伸過(guò)程中，應(yīng)力不增加或有所下降而試樣能繼續(xù)變形的狀態(tài)。有所下降而試樣能繼續(xù)變形的狀

17、態(tài)。2. 強(qiáng)度指標(biāo)：強(qiáng)度指標(biāo)：條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度0.2 0.2 ： 某些材料在拉伸試驗(yàn)中沒(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象，某些材料在拉伸試驗(yàn)中沒(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象，規(guī)定產(chǎn)生規(guī)定產(chǎn)生0.2%0.2%的剩余變形時(shí)材料所承受的應(yīng)力。的剩余變形時(shí)材料所承受的應(yīng)力。 強(qiáng)度極限抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度極限抗拉強(qiáng)度b b ： 試樣能承受的最大應(yīng)力。表征材料對(duì)最大均勻變形試樣能承受的最大應(yīng)力。表征材料對(duì)最大均勻變形的抗力。的抗力。 2. 強(qiáng)度指標(biāo)：強(qiáng)度指標(biāo)：比強(qiáng)度比強(qiáng)度 ： 材料的強(qiáng)度值與密度值之比材料的強(qiáng)度值與密度值之比名稱名稱密度密度(g / cm(g / cm3 3) )強(qiáng)度強(qiáng)度( MPa )( MPa )比強(qiáng)度比強(qiáng)度純鋁純

18、鋁2.72.7808010010030303737純鐵純鐵7.877.8718018028028023233636純鈦純鈦4.54.54054055005009090111111塑性變形：塑性變形： 不可恢復(fù)的永久變形。塑性是表征材料斷裂前具有不可恢復(fù)的永久變形。塑性是表征材料斷裂前具有塑性變形的能力。塑性變形的能力。 3. 塑性指標(biāo)：塑性指標(biāo)：斷后伸長(zhǎng)率斷后伸長(zhǎng)率55、1010： 斷后試樣標(biāo)距伸長(zhǎng)量與原始標(biāo)距之比的百分率，斷后試樣標(biāo)距伸長(zhǎng)量與原始標(biāo)距之比的百分率，即：即：%10000LLLK 10% 屬塑性材料屬塑性材料3. 塑性指標(biāo)：塑性指標(biāo)： 斷面收縮率斷面收縮率： 斷后試樣橫截面積的最

19、大縮減量與原始橫截面斷后試樣橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積之比的百分率，即：積之比的百分率，即：%10000SSSK 材料的塑性指標(biāo)一般不直接用于機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算。材料的塑性指標(biāo)一般不直接用于機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算。 零件遭受意外過(guò)載或沖擊時(shí)，通過(guò)塑性變形可以防止突然零件遭受意外過(guò)載或沖擊時(shí)，通過(guò)塑性變形可以防止突然斷裂。斷裂。 材料具有一定塑性可保證某些成型工藝如冷沖壓、軋制、冷材料具有一定塑性可保證某些成型工藝如冷沖壓、軋制、冷彎等順利進(jìn)行。彎等順利進(jìn)行。 對(duì)于金屬材料，塑性指標(biāo)還反映了其冶金質(zhì)量的好壞。對(duì)于金屬材料，塑性指標(biāo)還反映了其冶金質(zhì)量的好壞。3. 塑性指標(biāo)：塑性指標(biāo)：力學(xué)性力學(xué)性能能性能指

20、標(biāo)性能指標(biāo)說(shuō)說(shuō) 明明符號(hào)符號(hào)名稱名稱強(qiáng)度強(qiáng)度b抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度試樣在拉斷前承受的最大應(yīng)力值試樣在拉斷前承受的最大應(yīng)力值s 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度材料開(kāi)始產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力材料開(kāi)始產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力0.2 條件屈服條件屈服強(qiáng)度強(qiáng)度對(duì)于無(wú)明顯屈服的材料，規(guī)定殘余應(yīng)變?yōu)閷?duì)于無(wú)明顯屈服的材料，規(guī)定殘余應(yīng)變?yōu)?.20.2時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值塑性塑性（ 5、10）斷后伸長(zhǎng)率斷后伸長(zhǎng)率試樣斷后標(biāo)距與原始標(biāo)距之比的百分率，試試樣斷后標(biāo)距與原始標(biāo)距之比的百分率，試樣的長(zhǎng)度樣的長(zhǎng)度/ /直徑比為直徑比為5 5、1010時(shí)記為時(shí)記為5 5、1010斷面收縮率斷面收縮率試樣拉斷處橫截面積減縮量與原始橫截面積

21、試樣拉斷處橫截面積減縮量與原始橫截面積的百分比的百分比彈性彈性e彈性極限彈性極限產(chǎn)生完全彈性變形時(shí)所能承受的最大應(yīng)力產(chǎn)生完全彈性變形時(shí)所能承受的最大應(yīng)力p比例極限比例極限產(chǎn)生彈性變形并完全符合虎克定律時(shí)所能承產(chǎn)生彈性變形并完全符合虎克定律時(shí)所能承受的最大應(yīng)力受的最大應(yīng)力剛性剛性E彈性模量彈性模量完全彈性變形時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變的比值，表征材完全彈性變形時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變的比值，表征材料對(duì)彈性變形的抗力料對(duì)彈性變形的抗力拉伸試驗(yàn)的主要力學(xué)性能指標(biāo)小結(jié)拉伸試驗(yàn)的主要力學(xué)性能指標(biāo)小結(jié)1.2.2 1.2.2 硬度硬度n硬度是材料外表抵抗局部壓入變形或刻劃硬度是材料外表抵抗局部壓入變形或刻劃破裂等的能力。破裂等的能力

22、。n工程中常用的硬度指標(biāo)有：工程中常用的硬度指標(biāo)有：n 布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度硬度的種類(lèi)及測(cè)試方法硬度的種類(lèi)及測(cè)試方法硬度硬度試驗(yàn)試驗(yàn)方法方法壓入法壓入法劃痕法劃痕法加載加載速率速率靜載靜載 試驗(yàn)法試驗(yàn)法動(dòng)載動(dòng)載 試驗(yàn)法試驗(yàn)法布氏硬度布氏硬度洛氏硬度洛氏硬度維氏硬度維氏硬度顯微硬度顯微硬度肖氏硬度肖氏硬度錘擊布氏錘擊布氏硬度硬度莫氏硬度莫氏硬度材料抵抗破斷的能力材料抵抗破斷的能力材料變形材料變形功的大小功的大小材料表明局部材料表明局部地區(qū)抵抗變形地區(qū)抵抗變形的能力的能力HB=F/SHB=F/S壓痕深度壓痕深度布氏硬度計(jì)布氏硬度計(jì) 1. 1. 布氏硬度布氏硬度(

23、 Brinell-hardness )( Brinell-hardness )n用于測(cè)定硬度不高的金用于測(cè)定硬度不高的金屬材料。主要有鑄鐵、屬材料。主要有鑄鐵、有色金屬、低合金結(jié)構(gòu)有色金屬、低合金結(jié)構(gòu)鋼、結(jié)構(gòu)調(diào)質(zhì)鋼等。鋼、結(jié)構(gòu)調(diào)質(zhì)鋼等。測(cè)定原理：測(cè)定原理： 用一定大小的載荷用一定大小的載荷P P，把直徑，把直徑為為D D的淬火鋼球壓入被測(cè)金屬的的淬火鋼球壓入被測(cè)金屬的外表，保持一定的時(shí)間后卸除載外表，保持一定的時(shí)間后卸除載荷，用金屬壓痕的外表積，除載荷，用金屬壓痕的外表積，除載荷所得的商值即為布氏硬度值。荷所得的商值即為布氏硬度值。1. 1. 布氏硬度布氏硬度( Brinell-hardnes

24、s )( Brinell-hardness )布氏硬度測(cè)量示意圖布氏硬度測(cè)量示意圖)(222dDDDFSFHBW適用范圍適用范圍: :v 450HBS450HBSv 650HBW650HBW布氏硬度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：布氏硬度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)： 根據(jù)材料的軟硬和試樣的不同選擇適根據(jù)材料的軟硬和試樣的不同選擇適宜的載荷宜的載荷P與鋼球直徑與鋼球直徑D。d/D應(yīng)在應(yīng)在0.240.6之間。之間。布氏硬度值的表示方法布氏硬度值的表示方法 符號(hào)符號(hào)HBSHBS或或HBWHBW之前的數(shù)字表示硬度值，符號(hào)后面的數(shù)字按順序分別之前的數(shù)字表示硬度值，符號(hào)后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑表示球體直徑mmmm、載荷及、載荷及N N載

25、荷保持時(shí)間載荷保持時(shí)間s s 。 如如:120HBS10/1000/30:120HBS10/1000/30表示直徑為表示直徑為10mm10mm的鋼球在的鋼球在1000kgf1000kgf9.807kN9.807kN載荷作用下保持載荷作用下保持30s30s測(cè)得的布氏硬度值為測(cè)得的布氏硬度值為120120。 為了使同一材料用不同的為了使同一材料用不同的P P和和D D值測(cè)得的值測(cè)得的HBHB值相同，應(yīng)使值相同，應(yīng)使P/DP/D2 2= =常數(shù)。常數(shù)。 壓坑面積大，誤差小，壓坑面積大，誤差小， 但不宜檢驗(yàn)成品、小件、薄件；但不宜檢驗(yàn)成品、小件、薄件； HB HB 650 650 不適；不適； 多用于

26、毛坯及原材料。多用于毛坯及原材料。h1-h0洛氏硬度測(cè)試示意圖洛氏硬度測(cè)試示意圖2. 2.洛氏硬度洛氏硬度 HR ( Rockwell hardness ) HR ( Rockwell hardness ) 測(cè)試原理：用一定規(guī)格的壓頭，在一定載荷作用測(cè)試原理：用一定規(guī)格的壓頭，在一定載荷作用下壓入試樣外表，然后測(cè)定壓痕的深度來(lái)計(jì)算下壓入試樣外表，然后測(cè)定壓痕的深度來(lái)計(jì)算并表示其硬度的大小，用符號(hào)并表示其硬度的大小，用符號(hào)HR來(lái)表示。來(lái)表示。主要有主要有HRA、HRB、HRC、HRF等。等。 2. 2.洛氏硬度洛氏硬度 HR ( Rockwell hardness ) HR ( Rockwell

27、 hardness )洛氏硬度值的表示方法洛氏硬度值的表示方法 硬度值可從洛氏硬度計(jì)的百分度盤(pán)上直接讀硬度值可從洛氏硬度計(jì)的百分度盤(pán)上直接讀 出，標(biāo)記時(shí)將硬度值置于出，標(biāo)記時(shí)將硬度值置于HRHR前。前。 例：例：60HRC60HRC、75HRA75HRA迅速方便，可直接讀數(shù)；迅速方便，可直接讀數(shù)；壓坑小，適于薄材或成品的檢測(cè)；壓坑小，適于薄材或成品的檢測(cè)；誤差稍大，宜不同部位多點(diǎn)測(cè)量取平均誤差稍大，宜不同部位多點(diǎn)測(cè)量取平均值。值。2. 2.洛氏硬度洛氏硬度 HR ( Rockwell hardness ) HR ( Rockwell hardness )3. 3. 維氏硬度維氏硬度 HV (V

28、iker HV (Vikers hardness)s hardness) 測(cè)試原理：測(cè)試原理： 維氏硬度測(cè)試原理與布氏硬度維氏硬度測(cè)試原理與布氏硬度相同，不同點(diǎn)是壓頭為金剛石四相同，不同點(diǎn)是壓頭為金剛石四方角錐體，所加負(fù)荷較小。所測(cè)方角錐體，所加負(fù)荷較小。所測(cè)硬度值精確。改變負(fù)荷可測(cè)定從硬度值精確。改變負(fù)荷可測(cè)定從極軟到極硬材料的硬度。極軟到極硬材料的硬度。3. 3. 維氏硬度維氏硬度 HV (Viker HV (Vikers hardness)s hardness)維氏硬度值的表示方法維氏硬度值的表示方法硬度值硬度值+HV+HV+試驗(yàn)力（試驗(yàn)力（kgfkgf）數(shù)字）數(shù)字+ +載荷保持時(shí)間載荷

29、保持時(shí)間例：例：640HV30/20640HV30/20適用范圍適用范圍: : 測(cè)量薄板類(lèi)測(cè)量薄板類(lèi) HVHBSHVHBS HV HV值不隨載荷變化，即不同載荷下的值不隨載荷變化，即不同載荷下的HVHV可可相互比較；相互比較； 測(cè)量精度高，測(cè)量范圍廣；測(cè)量精度高，測(cè)量范圍廣； 特別適用于測(cè)定工件表面硬化層、金屬鍍特別適用于測(cè)定工件表面硬化層、金屬鍍層及薄片金屬的硬度。層及薄片金屬的硬度。4. 4. 顯微硬度顯微硬度測(cè)試原理：測(cè)試原理： 與維氏硬度完全與維氏硬度完全相同，只是所用載荷相同，只是所用載荷要小得多。常用于測(cè)要小得多。常用于測(cè)定材料中某個(gè)相的硬定材料中某個(gè)相的硬度。度。測(cè)試原理：測(cè)試原

30、理： 里氏硬度試驗(yàn)也是動(dòng)載荷試驗(yàn)法，它是里氏硬度試驗(yàn)也是動(dòng)載荷試驗(yàn)法，它是用規(guī)定質(zhì)量的沖擊體在彈力作用下以一定速度用規(guī)定質(zhì)量的沖擊體在彈力作用下以一定速度沖擊試樣外表，用沖頭沖擊試樣外表，用沖頭(碳化鎢球碳化鎢球)的回彈速度的回彈速度表征金屬的硬度值。里氏硬度的符號(hào)為表征金屬的硬度值。里氏硬度的符號(hào)為HL。 里氏硬度計(jì)均為手提式，使用方便，里氏硬度計(jì)均為手提式，使用方便，可在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量大型工件的硬度?？稍诂F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量大型工件的硬度。5. 5. 里氏硬度里氏硬度LeebLeebs hardnesss hardness: :5. 5. 里氏硬度里氏硬度LeebLeebs hardnesss hardne

31、ss: :1000ARvvHL幾種硬度指標(biāo)小結(jié)幾種硬度指標(biāo)小結(jié)硬度種類(lèi)硬度種類(lèi)硬度符號(hào)硬度符號(hào)壓頭類(lèi)型壓頭類(lèi)型載荷載荷/kgf/kgf硬度值有硬度值有效范圍效范圍典型應(yīng)用典型應(yīng)用布氏布氏HBSHBS 10mm10mm淬淬火鋼球火鋼球10001000450450退火、正火或退火、正火或調(diào)質(zhì)鋼件調(diào)質(zhì)鋼件HBWHBW 10mm10mm硬硬質(zhì)合金球質(zhì)合金球10001000650650淬火鋼等較硬淬火鋼等較硬材料材料洛氏洛氏HRAHRA120120。金剛金剛石圓錐石圓錐606070-8570-85硬質(zhì)合金、表硬質(zhì)合金、表面淬火鋼面淬火鋼HRBHRB 1.588mm1.588mm淬火鋼球淬火鋼球10010

32、025-10025-100退火鋼、有色退火鋼、有色合金合金HRCHRC120120。金剛金剛石圓錐石圓錐15015020-6720-67一般淬火鋼件一般淬火鋼件維氏維氏HVHV136136金金剛石四棱剛石四棱錐錐5 51201200-10000-1000經(jīng)表面處理后經(jīng)表面處理后的材料表面層的材料表面層13 動(dòng)載力學(xué)性能動(dòng)載力學(xué)性能n動(dòng)載荷是指由于運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的作用在構(gòu)件上的力。動(dòng)載荷是指由于運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的作用在構(gòu)件上的力。n根據(jù)作用的性質(zhì)不同分為交變載荷與沖擊載荷。根據(jù)作用的性質(zhì)不同分為交變載荷與沖擊載荷。n動(dòng)載力學(xué)性能指標(biāo)主要有沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度。動(dòng)載力學(xué)性能指標(biāo)主要有沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度。1.3

33、.1 1.3.1 沖擊韌性沖擊韌性韌性：韌性： 材料在塑性變形和斷裂過(guò)程中吸收能量的能力。材料在塑性變形和斷裂過(guò)程中吸收能量的能力。 沖擊韌性：沖擊韌性： 是材料在沖擊載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力。常用一是材料在沖擊載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力。常用一次彎曲沖擊韌性試驗(yàn)次彎曲沖擊韌性試驗(yàn)ak值來(lái)表示。值來(lái)表示。 ak值值是帶缺口標(biāo)準(zhǔn)試樣是帶缺口標(biāo)準(zhǔn)試樣快速?zèng)_斷時(shí)，單位橫截面積吸收的功。沖擊韌性是材快速?zèng)_斷時(shí)，單位橫截面積吸收的功。沖擊韌性是材料強(qiáng)度和塑性綜合作用的結(jié)果。料強(qiáng)度和塑性綜合作用的結(jié)果。一次彎曲沖擊韌性試驗(yàn)一次彎曲沖擊韌性試驗(yàn)試樣：夏比試樣：夏比U U型缺口試樣梅氏試樣型缺口試樣

34、梅氏試樣 夏比夏比V V型缺口試樣夏氏試樣型缺口試樣夏氏試樣試樣沖斷時(shí)所消耗的沖擊功試樣沖斷時(shí)所消耗的沖擊功Ak為為: A k = m g H m g h (J)沖擊韌性值沖擊韌性值ak：SAKK（J/cm2）Hh1.3.2 1.3.2 疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度交變載荷：交變載荷： 方向、大小隨時(shí)間呈周期循環(huán)性變化的載荷。方向、大小隨時(shí)間呈周期循環(huán)性變化的載荷。循環(huán)應(yīng)力：循環(huán)應(yīng)力：周期性變動(dòng)載荷作用下產(chǎn)生周期性變動(dòng)載荷作用下產(chǎn)生循環(huán)周次循環(huán)周次循環(huán)應(yīng)力特征參數(shù)：循環(huán)應(yīng)力特征參數(shù)：最大應(yīng)力最大應(yīng)力 maxmax、最小應(yīng)力、最小應(yīng)力 minmin、 應(yīng)力半幅應(yīng)力半幅 a a、平均應(yīng)力、平均應(yīng)力 m m 應(yīng)

35、力循環(huán)對(duì)稱系數(shù)應(yīng)力循環(huán)對(duì)稱系數(shù)r= r= minmin / / maxmax疲勞斷裂：疲勞斷裂：定義：機(jī)件在交變載荷作用下，在長(zhǎng)時(shí)間工作后發(fā)生突然定義：機(jī)件在交變載荷作用下，在長(zhǎng)時(shí)間工作后發(fā)生突然斷裂的現(xiàn)象。斷裂的現(xiàn)象。特點(diǎn)：斷裂時(shí)的應(yīng)力遠(yuǎn)低于靜載下的抗拉強(qiáng)度甚至特點(diǎn)：斷裂時(shí)的應(yīng)力遠(yuǎn)低于靜載下的抗拉強(qiáng)度甚至屈服強(qiáng)度；無(wú)明顯塑性變形；無(wú)預(yù)兆、突然發(fā)生。屈服強(qiáng)度；無(wú)明顯塑性變形；無(wú)預(yù)兆、突然發(fā)生。機(jī)理機(jī)理:在交變載荷作用下，材料外表應(yīng)力集中處和材在交變載荷作用下，材料外表應(yīng)力集中處和材料內(nèi)部缺陷處首先產(chǎn)生疲勞裂紋，并隨應(yīng)力循環(huán)周料內(nèi)部缺陷處首先產(chǎn)生疲勞裂紋，并隨應(yīng)力循環(huán)周次的增加，疲勞裂紋不斷擴(kuò)展

36、，甚至零件的有效橫次的增加，疲勞裂紋不斷擴(kuò)展，甚至零件的有效橫截面面積不能承受外載荷時(shí)突然斷裂。截面面積不能承受外載荷時(shí)突然斷裂。測(cè)定：測(cè)定： 旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度 ： 材料經(jīng)無(wú)限次循環(huán)而不發(fā)生斷裂的最小應(yīng)力。材料經(jīng)無(wú)限次循環(huán)而不發(fā)生斷裂的最小應(yīng)力。表征了材料抵抗疲勞斷裂的能力。表征了材料抵抗疲勞斷裂的能力。-1-1 ：材料承受對(duì)稱循環(huán)交變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度。有色金屬的循環(huán)次數(shù)一般取有色金屬的循環(huán)次數(shù)一般取 N = 10 N = 108 8鋼材的循環(huán)次數(shù)一般取鋼材的循環(huán)次數(shù)一般取疲勞斷裂的危害性：疲勞斷裂的危害性： 機(jī)件斷裂機(jī)件斷裂80%80%是疲勞斷裂；是疲勞斷裂；

37、 突發(fā)性，難以防范；突發(fā)性，難以防范； 低應(yīng)力脆斷。低應(yīng)力脆斷。影響疲勞強(qiáng)度的因素影響疲勞強(qiáng)度的因素 常用的工程材料中，金屬的疲勞抗力最高鋼的常用的工程材料中，金屬的疲勞抗力最高鋼的-1/b-1/b約為約為4050%4050%，有色金屬約為，有色金屬約為2550%2550%，所以抗疲勞機(jī)件幾乎，所以抗疲勞機(jī)件幾乎都選用金屬材料；陶瓷與聚合物的疲勞抗力很低，不能用于制都選用金屬材料；陶瓷與聚合物的疲勞抗力很低，不能用于制造承受交變載荷的零件；纖維增強(qiáng)復(fù)合材料也有比較好的抗疲造承受交變載荷的零件；纖維增強(qiáng)復(fù)合材料也有比較好的抗疲勞性能，處于交變載荷下工作的應(yīng)用正逐漸增多。勞性能，處于交變載荷下工作的應(yīng)用正逐漸增多。影響疲勞強(qiáng)度的因素影響疲勞強(qiáng)度的因素提高零件的疲勞強(qiáng)度可通過(guò)如下途徑：提高零件的疲勞強(qiáng)度可通過(guò)如下途徑： 合理選材；合理選材； 改善零件的形狀與結(jié)構(gòu)；改善零件的形狀與結(jié)構(gòu)； 減少材料的缺陷；減少材料的缺陷； 降低零件外表的粗糙度；降低零件外表的粗糙度； 對(duì)零件外表進(jìn)行強(qiáng)化等。對(duì)零件外