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工程材料0-2

三、共价键(covalent bond ) 最有代表性的共价晶体为金刚石。金刚石由碳原子 构成,每个碳原子贡献出4个价电子与它周围的4个碳 原子共用最外层的电子,使每个碳原子最外层获得满 层8个电子。形成4个共价键,构成四面体。 § 1-3 不同键结合的特性 工程材料中虽然有不同的键合机制,但却存在 着主次之分。如金属材料,以金属键为主,氧化 物陶瓷以离子键为主,高分子材料以共价键为主。 不同键结合的强弱是用结合键能来表达的。键 能从高到低依此为:离子键—共价键—金属键— 分子键。键能越高,材料的熔点及硬度越高。 本章重点: 材料在静载荷下的性能指标,屈服强度( ?S或?0.2)、抗拉强度( ?b)、硬度(HB、HRC)、塑性(?、?) 几个概念 根据GB6397-86 规定,拉伸实验试样可制成圆形、 板形,分为长试样和短试样。 二、弹性 1、弹性模量 材料在弹性变形阶段应力与应变的比值。拉伸时E=?/?, 在工程上E称为材料的刚度,表征材料对弹性变形的抗力。E越大,在一定的外力下引起的弹性变形越小,即材料的刚度越大。 对于一些精密的零件应严格控制弹性变形量,如锻模、镗床的镗杆等。 三、强度 材料在外力的作用下抵抗某种现象(塑性变形、断裂)的能力。 1、弹性极限( ?e) ?e=Pe/Fo MPa (Pe:材料在弹性变形范围内产生最大弹性变形时所承受的力,N。 Fo试样标距部分的原始截面积, mm2 )表示材料对微量塑性变形的抗力。 一些精密零件,如精密弹簧、枪炮管等工作中不允许产生微量塑性变形,设计时应以?e选材。 2、屈服强度( ?S或?0.2) ?S =PS/Fo MPa (Ps:材料屈服时承受的力,N。 Fo试样标距部分的原始截面积, mm2 。)表示材料对明显塑性变形的抗力。 对拉伸曲线上不出现明显屈服现象的材料,国家标准规定以试样塑性变形量为试样标距长度的0.2%时,材料承受的应力为“规定屈服强度”,以 ? 0.2 表示。 大多数的机器零件在工作中都不允许产生明显的塑性变形,因此, ?S是设计和选材的主要依据。 3、抗拉强度( ?b) ? b =P b /Fo MPa (Pb:材料承受的最大载荷,N。 Fo试样标距部分的原始截面积, mm2 。)对塑性材料, ? b表示材料对最大均匀变形的抗力。对脆性材料, ? b 也是材料的断裂抗力指标。对脆性材料,往往用? b 作为零件设计的依据,但是安全系数要放大。 四、塑性 材料发生塑性变形而不断裂的能力。常用延伸率和断面收 缩率表示。 1、延伸率(?)—试样拉断后标距增长量与原始长度之比。 ?=L1-L0/L0 由于? 包括均匀伸长和集中伸长两部分,其中集中伸长量与试样的尺寸有关,所以同一材料? 10与? 5不同。 ? 5?1.2 ? 10,比较材料塑性时只能是相同符号进行比较。 2、断面收缩率(?)—试样拉断处截面积的缩减量与原始截面积之比。? =F0-F1/F0。 断面收缩率不受试样尺寸影响,能可靠地反映材料的塑性。 ?和?越大,材料的塑性越好。 良好的塑性是材料进行塑性加工的条件。 材料的塑性好,零件在工作中不会因超载而突然断裂,较安全,这就是大多数零件除要求高强度外,还要有一定塑性的道理。 § 硬度试验 布氏硬度的优点:测量的压痕面积大,精度高。 缺点:压痕大,不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。 适于测量退火、正火、调质钢, 铸铁及有色金属的硬度。 材料的?b与HB之间的经验关系: 对于低碳钢: ?b(MPa)≈3.6HB 对于高碳钢:?b(MPa)≈3.4HB 对于铸铁: ?b(MPa)≈1HB或 ?b(MPa)≈ 0.6(HB-40) § 2-3 冲击实验 冲击韧性是指材料抵抗冲击载荷的能力。 TITANIC Titanic 号钢板(左图)和近代船用钢板(右图)的冲击试验结果 § 2-4 疲劳试验 有些零件(如发动机的轴、齿轮等)工作中承 受交变载荷(或应力),即载荷(或应力)大 小与方向随时间按一定规律呈周期变化,或呈 无规则随机变化。材料在这种情况下的破坏为 疲劳。 当引起疲劳断裂的应力较低(小于?S ),断裂 时应力循环周次长(大于104),称为高周疲劳。 有些机件,如飞机起落架,原子反应堆装置等常 会在较高应力,低循环周次(102~105)下断裂, 这称为低周疲劳。 疲劳极限表征材料经过无限多次应力循环而不断裂的最大应力。 条件疲劳极限:部分有色金属合金、在高温下和在腐蚀介质中工作的钢,它们的疲劳曲线上没有水平部分,这时就规定某一循环次数所对应的应力作为条件疲劳极限。 拉伸试样的颈缩现象 硬度:材料抵抗更硬物体压入其表面的能力。 由

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