緒論第1章材料的機(jī)械性能

1、神舟一號飛船神舟一號飛船機(jī)械工程材料的常用性能機(jī)械工程材料的常用性能 兩方面兩方面材料使用性能材料使用性能材料工藝性能材料工藝性能力學(xué)性能力學(xué)性能（強(qiáng)度、塑性韌性等）（強(qiáng)度、塑性韌性等）物理性能物理性能（光、熱、電、磁等）（光、熱、電、磁等）化學(xué)性能化學(xué)性能（氧化、腐蝕等）（氧化、腐蝕等）生物性能（生物性能（相容性、自恢復(fù)性等）相容性、自恢復(fù)性等）加工性能加工性能（切削、鍛造等）（切削、鍛造等）鑄造性能鑄造性能（適合鑄造與否）（適合鑄造與否）焊接性能焊接性能（容易焊接與否）（容易焊接與否）熱處理性能熱處理性能（可熱處理強(qiáng)化）（可熱處理強(qiáng)化）五萬噸水壓機(jī)五萬噸水壓機(jī)微孔聚合型斷口微孔聚合型斷口解

2、理型斷口解理型斷口晶間斷裂晶間斷裂晶內(nèi)斷裂晶內(nèi)斷裂低碳鋼的應(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機(jī)拉伸試驗機(jī)應(yīng)力應(yīng)力 = P/F0應(yīng)變應(yīng)變 = (l-l0)/l0應(yīng)變應(yīng)變應(yīng)應(yīng)力力彈彈性性變變形形屈服屈服塑性塑性變形變形均勻均勻塑性變形塑性變形不均勻集中不均勻集中塑性變形塑性變形斷裂斷裂p彈性：彈性：指標(biāo)為彈性指標(biāo)為彈性極限極限 e e，即，即材料承材料承受最大彈性變形時受最大彈性變形時的應(yīng)力。的應(yīng)力。p剛度：剛度：材料受力時材料受力時抵抗彈性變形的能抵抗彈性變形的能力。力。指標(biāo)為彈性模指標(biāo)為彈性模量量E E。 ）（MPatgE e ep彈性模量：彈性模量： 主要取決于材

3、料的本性，其他主要取決于材料的本性，其他強(qiáng)化材料的手段如熱處理、冷熱加強(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影響很工、合金化等對彈性模量的影響很小。小。p剛度：剛度：可以通過增加橫截面積或改可以通過增加橫截面積或改變截面形狀來提高。變截面形狀來提高。 p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。p屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度 s s：材料發(fā)生微材料發(fā)生微量塑性變形時的應(yīng)力值。量塑性變形時的應(yīng)力值。p條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度 0.20.2：殘余變殘余變形量為形量為0.2%0.2%時的應(yīng)力值。時的應(yīng)力值。p抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 b b：材料斷裂前材料斷

4、裂前所承受的最大應(yīng)力值。所承受的最大應(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p說明：說明：用用面縮率面縮率表示塑性比表示塑性比伸長率伸長率更接近真實變形。更接近真實變形。 5% 5% 5% 時，無頸縮，為時，無頸縮，為塑塑性材料表征性材料表征；p是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。的能力。p指標(biāo)為沖擊韌性指標(biāo)為沖擊韌性值值a ak k( (通過沖擊通過沖擊實驗測得實驗測得) )。()kAmg hhkkAaFkkAaF微孔聚合型斷口微孔聚合型斷口韌性斷口

5、韌性斷口解理型斷口解理型斷口脆性斷口脆性斷口材料的沖擊韌性隨材料的沖擊韌性隨溫度下降而下降。溫度下降而下降。在某一溫度范圍內(nèi)在某一溫度范圍內(nèi)沖擊韌性值急劇下沖擊韌性值急劇下降現(xiàn)象稱降現(xiàn)象稱韌脆轉(zhuǎn)變韌脆轉(zhuǎn)變。發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的溫發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱度范圍稱韌脆轉(zhuǎn)變韌脆轉(zhuǎn)變溫度溫度。材料的使用溫度應(yīng)材料的使用溫度應(yīng)高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度。高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度。體心立方金屬具有體心立方金屬具有韌脆轉(zhuǎn)變溫度，而韌脆轉(zhuǎn)變溫度，而大多數(shù)面心立方金大多數(shù)面心立方金屬沒有。屬沒有。韌-59-124162479低強(qiáng)度鐵素體鋼沖擊斷口照片低強(qiáng)度鐵素體鋼沖擊斷口照片建造中的建造中的Titanic Titanic 號號TITA

6、NICTITANIC的沉沒與的沉沒與船體材料的質(zhì)量直船體材料的質(zhì)量直接有關(guān)接有關(guān)TitanicTitanic近代船用鋼板近代船用鋼板p材料在低于材料在低于 s s的重復(fù)交變應(yīng)力作用的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象現(xiàn)象。p材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時的最大應(yīng)力稱為生斷裂時的最大應(yīng)力稱為疲勞極限疲勞極限。用用 -1-1表示。表示。p鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為10107 7，有色金屬，有色金屬合金為合金為10108 8。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2）循環(huán)次數(shù)）循環(huán)次數(shù)（N）p材料的材料的純度純度及及組組織狀

7、態(tài)織狀態(tài)對疲勞抗對疲勞抗力有顯著影響力有顯著影響組織狀態(tài)組織狀態(tài)b b /MPa /MPa-1-1 /MPa /MPa退火（鐵素體珠光體）退火（鐵素體珠光體）650650314314淬火（馬氏體）淬火（馬氏體）2080208077577540Cr40Cr鋼組織鋼組織類型對疲勞極限的影響類型對疲勞極限的影響p通過通過改善材料的形狀結(jié)構(gòu)改善材料的形狀結(jié)構(gòu)，減少表減少表面缺陷面缺陷，提高表面光潔度提高表面光潔度，進(jìn)行表面進(jìn)行表面強(qiáng)化強(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）p材料抵抗表面局部塑材料抵抗表面局部塑性變

8、形的能力。性變形的能力。1 1、布氏硬度、布氏硬度HBHB)(2102. 022dDDDPHB 布氏硬度計布氏硬度計布氏硬度計布氏硬度計pHBSHBS：為為鋼球鋼球壓頭，適用于布氏硬壓頭，適用于布氏硬度值在度值在450450以下以下的材料。的材料。pHBWHBW：為為硬質(zhì)合金球硬質(zhì)合金球壓頭，適用于壓頭，適用于布氏硬度在布氏硬度在650650以下以下的材料。的材料。p表示方法表示方法：120HBS120HBS布氏硬度壓痕布氏硬度壓痕p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， b b與與HBHB之間有關(guān)系：如、之間有關(guān)系：如、低碳鋼低碳鋼 b b3.6HB3

9、.6HB； 高碳鋼高碳鋼 b b3.4HB3.4HB；鑄鐵鑄鐵 b b1HB1HB。p缺點：缺點： 壓痕大，不能用于太薄件、壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。成品件及比壓頭還硬的材料。HBHB b b(MPa)(MPa)鋼鋼黃銅黃銅球墨鑄鐵球墨鑄鐵p布氏硬度的應(yīng)用：布氏硬度的應(yīng)用： 適于測量適于測量退火、正火、退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼, ,鑄鐵鑄鐵及及有色金屬有色金屬的硬的硬度。度。p根據(jù)壓頭類型：根據(jù)壓頭類型：A A、B B、C C。 鋼球壓頭與金剛鋼球壓頭與金剛石壓頭石壓頭洛氏硬度壓痕洛氏硬度壓痕p洛氏硬度用符號洛氏硬度用符號HRHR表示：表示： HR=HR=k k-(-(

10、h h1 1- -h h0 0)/0.002)/0.002h h1 1- -h h0 0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p表示方法：表示方法：數(shù)字?jǐn)?shù)字 + + 符號，如符號，如45HRC45HRC。pHRAHRA：用于測量用于測量高硬度高硬度材料材料, , 如硬如硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。pHRBHRB：用于測量用于測量低硬度低硬度材料材料, , 如有如有色金屬和退火、正火鋼等。色金屬和退火、正火鋼等。pHRCHRC：用于測量用于測量中等硬度中等硬度材料，如材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。p洛氏硬度的洛氏硬度的優(yōu)點優(yōu)點： 操作簡便，壓

11、痕小，適用操作簡便，壓痕小，適用范圍廣。范圍廣。p缺點：缺點：測量結(jié)果分散度大。測量結(jié)果分散度大。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p維氏硬度用符號維氏硬度用符號HVHV表示表示，符號前的符號前的數(shù)字為硬度值。數(shù)字為硬度值。p用于第二相硬度的測量。用于第二相硬度的測量。小負(fù)荷維氏硬度計小負(fù)荷維氏硬度計顯微維氏硬度計顯微維氏硬度計p硬度的特點與實用性硬度的特點與實用性1 1）設(shè)備簡單設(shè)備簡單，操作方便操作方便，不破壞工件不破壞工件，且且與抗拉強(qiáng)度之間存在一定對應(yīng)關(guān)與抗拉強(qiáng)度之間存在一定對應(yīng)關(guān)系系。2 2）是綜合性力學(xué)指標(biāo)是綜合性力學(xué)指標(biāo)：（1 1）說明強(qiáng)

12、度（）說明強(qiáng)度（）與塑性（）與塑性（）的）的匹配關(guān)系匹配關(guān)系；（2 2）使用性能指標(biāo)使用性能指標(biāo)，說明零件的，說明零件的耐磨耐磨性性；（3 3）可作為）可作為評價工藝制定合理程度的評價工藝制定合理程度的重要指標(biāo)。重要指標(biāo)。 例如例如、當(dāng)材料的硬度在、當(dāng)材料的硬度在HB150HB150220220間間時，其時，其切削性較好切削性較好。3 3）零件圖紙上往往只標(biāo)注硬度值）零件圖紙上往往只標(biāo)注硬度值。4 4）產(chǎn)品質(zhì)量檢查）產(chǎn)品質(zhì)量檢查。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) 19431943年美國年美國T-2T-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)彈裂紋擴(kuò)展的基本形式裂紋擴(kuò)展的基本形式p應(yīng)力強(qiáng)度因子：應(yīng)力強(qiáng)度因子：描述裂紋尖端附近應(yīng)力場強(qiáng)度的描述裂紋尖端附近應(yīng)力場強(qiáng)度的指標(biāo)。指標(biāo)。aYKI 2/1)( cca CCICaYK 23/mMNp斷裂韌性：斷裂韌性：材料抵抗內(nèi)材料抵抗內(nèi)部裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。部裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。 C C為斷裂應(yīng)力，為