第01章 材料的性能

第一章工程材料的性能使用性能：材料在使用過(guò)程中所表現(xiàn)的性能。包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。工藝性能：材料在加工過(guò)程中所表現(xiàn)的性能。包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理和切削性能等。神舟一號(hào)飛船材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱(chēng)為變形。外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱(chēng)為彈性變形。外力去處后不能恢復(fù)的變形稱(chēng)為塑性變形。五萬(wàn)噸水壓機(jī)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)/l001二月20234拉伸試驗(yàn)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、冷熱加工、合金化等對(duì)彈性模量的影響很小。可以通過(guò)增加橫截面積或改變截面形狀來(lái)提高零件的剛度。

二、強(qiáng)度與塑性強(qiáng)度：材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力。

屈服強(qiáng)度s：材料發(fā)生微量塑性變形時(shí)的應(yīng)力值。

條件屈服強(qiáng)度0.2：殘余變形量為0.2%時(shí)的應(yīng)力值。

抗拉強(qiáng)度b：材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力值。s0.2塑性：材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。

指標(biāo)為：

伸長(zhǎng)率：斷面收縮率：斷裂后拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象說(shuō)明：①

用面縮率表示塑性比伸長(zhǎng)率更接近真實(shí)變形。②直徑d0相同時(shí)，l0，。只有當(dāng)l0/d0為常數(shù)時(shí)，塑性值才有可比性。當(dāng)l0=10d0時(shí)，伸長(zhǎng)率用

表示；當(dāng)l0=5d0時(shí)，伸長(zhǎng)率用5表示。顯然5>③

>時(shí)，無(wú)頸縮，為脆性材料表征

<時(shí)，有頸縮，為塑性材料表征第二節(jié)材料的硬度材料抵抗表面局部塑性變形的能力。布氏硬度HB布氏硬度計(jì)

壓頭為鋼球時(shí)，布氏硬度用符號(hào)HBS表示，適用于布氏硬度值在450以下的材料。壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)，用符號(hào)HBW表示，適用于布氏硬度在650以下的材料。符號(hào)HBS或HBW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、載荷及載荷保持時(shí)間。如120HBS10/1000/30表

示直徑為10mm的鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持30s測(cè)得的布氏硬度值為120。布氏硬度壓痕布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。缺點(diǎn)：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。適于測(cè)量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼,

鑄鐵及有色金屬的硬度。材料的b與HB之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：對(duì)于低碳鋼:

b(MPa)≈3.6HB

對(duì)于高碳鋼：b(MPa)≈3.4HB

對(duì)于鑄鐵：

b(MPa)≈1HB或b(MPa)≈

0.6(HB-40)HBb(MPa)鋼黃銅球墨鑄鐵洛氏硬度h1-h0洛氏硬度測(cè)試示意圖洛氏硬度計(jì)洛氏硬度用符號(hào)HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002根據(jù)壓頭類(lèi)型和主載荷不同，分為九個(gè)標(biāo)尺，常用的標(biāo)尺為A、B、C。

01二月202313符號(hào)HR前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺。HRA用于測(cè)量高硬度材料,如硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。HRB用于測(cè)量低硬度材料,如有色金屬和退火、正火鋼等。HRC用于測(cè)量中等硬度材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便，壓痕小，適用范圍廣。缺點(diǎn)：測(cè)量結(jié)果分散度大。鋼球壓頭與金剛石壓頭洛氏硬度壓痕維氏硬度維氏硬度計(jì)維氏硬度試驗(yàn)原理維氏硬度壓痕維氏硬度用符號(hào)HV表示，符號(hào)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。根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測(cè)定方法—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)。維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)。

小負(fù)荷維氏硬度計(jì)顯微維氏硬度計(jì)第三節(jié)材料的沖擊韌度是材料在塑性變形和斷裂的全過(guò)程中吸收能量的能力，是材料塑性和強(qiáng)度的綜合體現(xiàn)。材料的斷裂形式：韌性斷裂和脆性斷裂沖擊韌度是指材料在沖擊載荷的作用下，抗變形和斷裂的能力。沖擊韌度的測(cè)量：一次擺錘沖擊試驗(yàn)法指標(biāo)為沖擊韌性值ak(通過(guò)沖擊實(shí)驗(yàn)測(cè)得)。韌脆轉(zhuǎn)變溫度材料的沖擊韌性隨溫度下降而下降。在某一溫度范圍內(nèi)沖擊韌性值急劇下降的現(xiàn)象稱(chēng)韌脆轉(zhuǎn)變。發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱(chēng)韌脆轉(zhuǎn)變溫度。材料的使用溫度應(yīng)高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度。韌體心立方金屬具有韌脆轉(zhuǎn)變溫度，而大多數(shù)面心立方金屬?zèng)]有。TITANIC建造中的Titanic號(hào)TITANIC的沉沒(méi)與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān)Titanic號(hào)鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗(yàn)結(jié)果Titanic近代船用鋼板力的大小和方向都隨時(shí)間呈周期性的循環(huán)變化的應(yīng)力稱(chēng)交變應(yīng)力。材料在交變應(yīng)力作用下發(fā)生的斷裂現(xiàn)象稱(chēng)為疲勞斷裂。第四節(jié)材料的疲勞強(qiáng)度材料在低于s的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。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(chēng)為疲勞極限。用-1表示。鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為107，有色金屬合金為108。疲勞應(yīng)力示意圖疲勞曲線示意圖疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)疲勞斷口通過(guò)改善材料的形狀結(jié)構(gòu)，減少表面缺陷，提高表面光潔度，進(jìn)行表面強(qiáng)化等方法可提高材料疲勞抗力。軸的疲勞斷口疲勞輝紋（掃描電鏡照片）四川廣漢石亭江大橋成都崇州市懷遠(yuǎn)鎮(zhèn)老定江橋垮塌1954年1月10日，“彗星”1號(hào)客機(jī)從意大利的羅馬起飛，這次航班的目的地是英國(guó)倫敦。然而，起飛后不到半小時(shí)，機(jī)身突然在空中破碎，從9000米的高空墜入地中海。機(jī)上所有乘客和機(jī)組人員全部遇難。時(shí)隔不久，另一架“彗星”號(hào)飛機(jī)也發(fā)生了同樣的事故，墜毀在意大利的那不勒斯海中。在1953年5月至1954年4月的不到一年的時(shí)間里，投入航線的9架“彗星”號(hào)飛機(jī)，競(jìng)有3架以完全相同的方式在空中解體。

原因：由于金屬部件發(fā)生裂痕而造成了解體事故。這種裂痕的原因就是金屬疲勞。

第五節(jié)材料的斷裂韌度定義一：含裂紋的構(gòu)件抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。定義二：在線彈性斷裂力學(xué)中材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。