材料的機(jī)械性能

第一章材料的性能神舟一號(hào)飛船機(jī)械工程材料的常用性能

兩方面材料使用性能材料工藝性能力學(xué)性能（強(qiáng)度、塑性韌性等）物理性能（光、熱、電、磁等）化學(xué)性能（氧化、腐蝕等）生物性能（相容性、自恢復(fù)性等）加工性能（切削、鍛造等）鑄造性能（適合鑄造與否）焊接性能（容易焊接與否）熱處理性能（可熱處理強(qiáng)化）力學(xué)行為：材料在外加載荷或環(huán)境因素的作用下所表現(xiàn)的行為?，F(xiàn)象：彈性變形、塑性變形和斷裂。五萬噸水壓機(jī)微孔聚合型斷口解理型斷口晶間斷裂晶內(nèi)斷裂低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線拉伸試樣拉伸試驗(yàn)機(jī)應(yīng)力=P/F0應(yīng)變=(l-l0)/l0應(yīng)變?chǔ)艖?yīng)力σ彈性變形屈服塑性變形均勻塑性變形不均勻集中塑性變形斷裂一、彈性和剛度彈性：指標(biāo)為彈性極限e，即材料承受最大彈性變形時(shí)的應(yīng)力。剛度：材料受力時(shí)抵抗彈性變形的能力。指標(biāo)為彈性模量E。

e彈性模量：主要取決于材料的本性，其他強(qiáng)化材料的手段如熱處理、冷熱加工、合金化等對(duì)彈性模量的影響很小。剛度：可以通過增加橫截面積或改變截面形狀來提高。

二、強(qiáng)強(qiáng)度與與塑性性強(qiáng)度：：材料在在外力力作用用下抵抵抗變變形和和破壞壞的能能力。。屈服強(qiáng)強(qiáng)度s：材料發(fā)發(fā)生微微量塑塑性變變形時(shí)時(shí)的應(yīng)應(yīng)力值值。條件屈屈服強(qiáng)強(qiáng)度0.2：殘余變變形量量為0.2%時(shí)時(shí)的應(yīng)應(yīng)力值值?？估瓘?qiáng)強(qiáng)度b：材料斷斷裂前前所承承受的的最大大應(yīng)力力值。。s0.2塑性：：材料受受力破破壞前前可承承受最最大塑塑性變變形的的能力力。指標(biāo)為為：伸長(zhǎng)率率：斷面收縮率：斷裂后拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象說明：：①用面縮率率表示塑塑性比比伸長(zhǎng)率率更接近近真實(shí)實(shí)變形形。③<5%時(shí)，無無頸縮縮，為為脆性材材料表征。。②>5%時(shí)，有有頸縮縮，為為塑性材材料表表征；三、沖沖擊韌韌性是指材材料抵抵抗沖沖擊載載荷作作用而而不破破壞的的能力力。指標(biāo)為為沖擊擊韌性性值ak(通過過沖擊擊實(shí)驗(yàn)驗(yàn)測(cè)得得)。。ak=Ak/F韌脆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變溫溫度材料的的沖擊擊韌性性隨溫溫度下下降而而下降降。在某一一溫度度范圍圍內(nèi)沖沖擊韌韌性值值急劇劇下降降現(xiàn)象象稱韌脆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變。發(fā)生韌韌脆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變的的溫度度范圍圍稱韌脆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變溫度。材料的的使用用溫度度應(yīng)高高于韌韌脆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變溫溫度。。體心立立方金金屬具具有韌韌脆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變溫溫度，，而大大多數(shù)數(shù)面心心立方方金屬屬?zèng)]有有。韌-59℃-12℃4℃16℃24℃79℃低強(qiáng)度度鐵素素體鋼鋼沖擊擊斷口口照片片TITANIC建造中的Titanic號(hào)TITANIC的沉沒沒與船船體材材料的的質(zhì)量量直接接有關(guān)關(guān)Titanic號(hào)號(hào)鋼板板（左圖圖）和近代船船用鋼鋼板（右圖圖）的沖擊擊試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果果Titanic近代船用鋼板四、疲疲勞材料在在低于于s的重復(fù)復(fù)交變變應(yīng)力力作用用下發(fā)發(fā)生斷斷裂的的現(xiàn)象。材料在在規(guī)定定次數(shù)數(shù)應(yīng)力力循環(huán)環(huán)后仍仍不發(fā)發(fā)生斷斷裂時(shí)時(shí)的最最大應(yīng)應(yīng)力稱稱為疲勞極極限。用-1表示。。鋼鐵材材料規(guī)規(guī)定次次數(shù)為為107，有色色金屬屬合金金為108。疲勞應(yīng)力示意圖疲勞曲線示意圖2）循循環(huán)次次數(shù)（N））斷裂不斷裂材料的的純度及組織狀狀態(tài)對(duì)疲勞勞抗力力有顯顯著影影響組織狀態(tài)σb/MPaσ-1/MPa退火（鐵素體＋珠光體）650314淬火（馬氏體）208077540Cr鋼鋼組織織類型對(duì)對(duì)疲勞勞極限限的影影響疲勞斷斷口通過改善材材料的的形狀狀結(jié)構(gòu)構(gòu)，減少表表面缺缺陷，提高表表面光光潔度度，進(jìn)行表表面強(qiáng)強(qiáng)化等方法法可提提高材材料疲疲勞抗抗力。。軸的疲勞斷口疲勞輝紋（掃描電鏡照片）五、硬硬度材料抵抵抗表表面局局部塑塑性變變形的的能力力。布氏硬硬度HB布氏硬度計(jì)布氏硬度計(jì)HBS：為鋼球壓頭，，適用用于布布氏硬硬度值值在450以下下的材料料。HBW：為硬質(zhì)合合金球球壓頭，，適用用于布布氏硬硬度在在650以下下的材料料。表示方方法：120HBS布氏硬度壓痕布氏硬硬度的的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：測(cè)量誤誤差小小，數(shù)數(shù)據(jù)穩(wěn)穩(wěn)定，，b與HB之間間有關(guān)關(guān)系：：如、、低碳鋼鋼b≈3.6HB；；高碳鋼鋼b≈3.4HB；；鑄鐵b≈1HB。。缺點(diǎn)：：壓痕大大，不不能用用于太太薄件件、成成品件件及比比壓頭頭還硬硬的材材料。。HBb(MPa)鋼黃銅球墨鑄鐵布氏硬度度的應(yīng)用用：適于測(cè)量量退火、正正火、調(diào)調(diào)質(zhì)鋼,鑄鐵及有色金屬屬的硬度。。洛氏硬度度HR根據(jù)壓頭頭類型：：A、B、C。。鋼球壓頭與金剛石壓頭洛氏硬度壓痕洛氏硬度度用符號(hào)號(hào)HR表表示：HR=k-(h1-h0)/0.002h1-h0洛氏硬度測(cè)試示意圖洛氏硬度計(jì)表示方法法：數(shù)字+符號(hào)號(hào)，如45HRC。HRA：：用于測(cè)量量高硬度材料,如如硬質(zhì)質(zhì)合金、、表淬層層和滲碳碳層。HRB：：用于測(cè)量量低硬度材料,如如有色色金屬和和退火、、正火鋼鋼等。HRC：：用于測(cè)量量中等硬度度材料，如如調(diào)質(zhì)鋼鋼、淬火火鋼等。。洛氏硬度度的優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便便，壓痕痕小，適適用范圍圍廣。缺點(diǎn)：測(cè)量結(jié)果果分散度度大。維氏硬度度維氏硬度計(jì)維氏硬度試驗(yàn)原理維氏硬度壓痕維氏硬度度用符號(hào)號(hào)HV表表示，符號(hào)前的的數(shù)字為為硬度值值。用于第二二相硬度度的測(cè)量量。小負(fù)荷維氏硬度計(jì)顯微維氏硬度計(jì)硬度的特特點(diǎn)與實(shí)實(shí)用性1）設(shè)備簡(jiǎn)單單，操作方便便，不破壞工工件，且與抗拉強(qiáng)強(qiáng)度之間間存在一一定對(duì)應(yīng)應(yīng)關(guān)系。2）是綜合性性力學(xué)指指標(biāo)：（1）說說明強(qiáng)度度（σ））與塑性性（δ））的匹配關(guān)系系；（2）使用性能能指標(biāo)，說明零零件的耐磨性；（3）可可作為評(píng)價(jià)工藝藝制定合合理程度度的重要要指標(biāo)。。例如、當(dāng)材料料的硬度度在HB150~220間時(shí)，其其切削性較較好。3）零件件圖紙上上往往只只標(biāo)注硬硬度值。4）產(chǎn)品品質(zhì)量檢檢查。六、斷裂裂韌性油輪斷裂裂和北極極星導(dǎo)彈彈發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)殼體爆爆炸與材材料中存存在缺陷陷有關(guān)1943年美國(guó)T-2油輪發(fā)生斷裂北極星導(dǎo)彈裂紋擴(kuò)展的基本形式應(yīng)力強(qiáng)度因子：描述裂紋尖端附近應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度的指標(biāo)。斷裂韌性：材料抵抗內(nèi)部裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。C為斷裂應(yīng)力，aC為臨