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第二节 动载时材料力学性能 一、冲击韧性 材料对外来冲击负荷的抵抗能力 ak 冲击韧性与温度的关系 韧脆转化温度 二、疲劳强度 疲劳强度是指材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限 疲劳曲线 疲劳强度是指材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限 补充、冲击疲劳 材料对外来多次冲击负荷的抵抗能力 A 第三节 断裂韧性 静载时材料力学性能 动载时材料力学性能 断裂韧性 第一章 工程材料的力学性能 材料 哥伦比亚号航天飞机 材料是指可以用来直接制造有用物件、构件或器件的物质。 材料是物质，但不是所有物质都可以称为材料。如燃料、化学原料、工业化学品、食物和药物，一般都不算是材料 通常为固体，非流体气体 工程材料是用于制造工程结构和机械零件并主要要求力学性能的结构材料。 按组成与结合键分： 1、金属材料 2、高分子材料 3、陶瓷材料 4、复合材料 ① 化学成分(成分)：组成材料各元素在材料中的浓度。 ② 组织：用肉眼或借助于不同放大倍数的显微镜所观察到的金属内部的情景。 习惯上把用肉眼或几十倍放大镜观察到的组织称低倍组织或宏观组织。 放大100～2000倍的组织称高倍组织或显微组织. 在电子显微镜下放大几千～几十万倍的组织称精细组织或电镜组织。 ③ 结构：材料中各原子的具体组合状态. 材料的性能 使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。包括力学性能、物理性能和化学性能。 工艺性能：材料在加工过程中所表现的性能。包括铸造、锻压、焊接、热处理和切削性能等。 神舟一号飞船 材料的力学性能 静载时材料力学性能 动载时材料力学性能 断裂韧性 材料的变形 材料在外力作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形 外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。 五万吨水压机 第一节 静载时材料力学性能 拉伸试样 一、拉伸实验 拉伸试验机 应力 ? = P/F0 应变 ? = (l-l0)/l0 二、弹性和刚性 ? e 应力应变曲线（低碳钢） 弹性 材料不产生永久变形的能力 弹性极限?e，即材料承受最大弹性变形时的应力。 弹性模量E ? e 弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。 刚度 材料受力时抵抗弹性变形的能力 指标为弹性模量ES 刚度的大小主要取决于材料的弹性模量与截面积。一般可以通过增加横截面积或改变截面形状来提高零件的刚度。 三、强度 强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。 屈服强度?s：材料发生微量塑性变形时的应力值。 条件屈服强度?0.2：残余变形量为0.2%时的应力值。 抗拉强度?b：材料断裂前所承受的最大应力值。 s ?0.2 ? ? 相关概念 零件设计的强度条件（极限应力/安全系数） 1. 塑性材料，屈服强度为极限应力 2. 脆性材料，抗拉强度为极限应力 屈强比：屈服强度/抗拉强度 越高强度利用率越高（热处理） 比强度：强度/密度 四、塑性 材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。指标为： 伸长率： 断面收缩率： 断裂后 拉伸试样的颈缩现象 补充：应力应变综合性能 加工硬化 ? e 补充：不同合金的应力应变曲线 不同碳钢、塑料的应力应变曲线 补充：弯曲试验 补充：蠕变强度与持久强度 固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。 五、硬度 材料抵抗表面局部塑性变形的能力。 莫氏硬度计 1822年Friedrich Mohs提出 按照材料软硬程度分为十级： 1）滑石 2）石膏 3）方解石 4）萤石 5）磷灰石 6）正长石 7）石英 8）黄玉 9）刚玉 10）金刚石 布氏硬度HB 布氏硬度计 压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450以下的材料。 压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在650以下的材料。 符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值, 符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如 120HBS10/1000/30 表 示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。 布氏硬度压痕 布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 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