第1章 工程材料及其性能.pptVIP

材料的发展水平和利用程度已成为人类文明进步的标志。 强度是指金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力，是工程技术上重要的力学性能指标。 按照载荷的性质，材料强度有静强度、疲劳强度等；按照环境条件，材料强度有常温强度、高温强度等，高温强度又包括蠕变极限和持久强度。 除了上述材料强度外，还有机械零件和构件的结构强度。 工程上常用的强度指标有强度指标有屈服强度、规定残余延伸强度、抗拉强度等。 材料强度的大小通常用单位面积上所承受的力来表示，其单位为N/m2(Pa)，但Pa这个单位太小，所以实际工程中常用MPa（MPa=106Pa）作为强度的单位。 一般钢材的屈服强度在200～2000MPa 之间，如建造2008年北京奥运会主体育场“鸟巢”外部钢结构的Q460E钢，其屈服强度为460MPa。 （1）弹性极限σe 弹性极限是指在产生完全弹性变形时材料所能承受的最大应力，即： （2）屈服强度（屈服点） ① 屈服现象 在金属拉伸试验过程中，当应力超过弹性极限后，变形增加较快，此时除了弹性变形外，还产生部分塑性变形。当外力增加到一定数值时突然下降，随后，在外力不增加或上下波动情况下，试样继续伸长变形，在力－伸长曲线出现一个波动的小平台，这便是屈服现象。 ②屈服强度σs 屈服点是指材料开始产生明显塑性变形（即屈服）时的应力，用符号σs（Mpa）表示即： ③ 规定残余延伸强度 对于高碳淬火钢、铸铁等材料，在拉伸试验中没有明显的屈服现象，无法确定其屈服强度。 国标GB228-2002规定，一般规定以试样达到一定残余伸长率对应的应力作为材料的屈服强度，称为规定残余延伸强度，通常记作Rr。例如Rr0.2表示残余伸长率为0.2%时的应力。 抗拉强度σe的物理意义是塑性材料抵抗大量均匀塑性变形的能力。 铸铁等脆性材料拉伸过程中一般不出现缩颈现象，抗拉强度就是材料的断裂强度。 断裂是零件最严重的失效形式，所以，抗拉强度也是机械工程设计和选材的主要指标，特别是对脆性材料来讲。 强度是指金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力，一般钢材的屈服强度在200～1000MPa 之间。 强度越高，表明材料在工作时越可以承受较高的载荷。当载荷一定时，选用高强度的材料，可以减小构件或零件的尺寸，从而减小其自重。 因此，提高材料的强度是材料科学中的重要课题，称之为材料的强化。 刚度是指材料抵抗弹性变形的能力，金属材料刚度的大小一般用弹性模量E表示。 在拉伸曲线上，弹性模量就是直线（OP）部分的斜率。对于材料而言，弹性模量E越大，其刚度越大。 结构的刚度除取决于组成材料的弹性模量外，还同其几何形状 、截面尺寸等因素以及外力的作用形式有关，在弹性模量E一定时，零件或构件的截面尺寸越大，其刚度越高。 对于一些须严格限制变形的结构（如机翼、高精度的装配件等），须通过刚度分析来控制变形。许多结构（如建筑物、船体结构等）也要通过控制刚度以防止发生振动、颤振或失稳。 1.2.3 塑性指标 同一材料的试样长短不同，测得的断后伸长率略有不同。 由于大多数韧性金属材料的集中塑性变形量大于均匀塑性变形量，因此，比例试样的尺寸越短，其断后伸长率越大，用短试样（L0＝5d0）测得的断后伸长率δ略大于用长试样（L0＝10d0）测得的断后伸长率δ11.3。 3.塑性的意义 任何零件都要求材料具有一定的塑性。很显然，断后伸长率δ和断面收缩率ψ越大，说明材料在断裂前发生的塑性变形量越大，也就是材料的塑性越好。 意义： a）安全，防止产生突然破坏； b）缓和应力集中； c）轧制、挤压等冷热加工变形。 强度与塑性是一对相互矛盾的性能指标。在金属材料的工程应用中，要提高强度，就要牺牲一部分塑性。反之，要改善塑性，就必须牺牲一部分强度。 正所谓“鱼和熊掌二者不能兼得”。但通过细化金属材料的显微组织，可以同时提高材料的强度和塑性。 1.2 .4 硬 度 （一）布氏硬度 　 布氏硬度试验原理图 布氏硬度实际测试时，硬度值是不用计算的，利用刻度放大镜测出压痕直径d，根据值d查平面布氏硬度表即可查出硬度值（详见附表B）。 目前，金属布氏硬度试验方法执行时GB/T231-2002标准，用符号HBW表示，布氏硬度试验范围上限为650HBW。 （三）维氏硬度(HV) (1)测试原理 和布氏硬度试验原理基本相同。 (2)表示方法 例如：640HV30/20。 (3)适用范围 用于测量金属镀层薄片材料和化学热处理后的表面硬度。 各硬度值之间大致有以下关系： 布氏硬度值在200～450HBW范围内， HBW=10HRC； 布氏硬度值小于450H