机械工程材料 第一章 工程材料力学性能.pptVIP

第一章 工程材料的力学性能 [本章内容] 1.1 材料的强度与塑性 1.2 材料的硬度 1.3 材料的冲击韧性 1.4 材料的疲劳强度 1.5 材料的断裂韧度 一、静载单向静拉伸应力――应变曲线 * * 机械工程材料 [重点掌握] 各种力学性能指标（强度, 塑性；冲击韧性；硬度HB，HRC，HV；疲劳强度，断裂韧性。）的物理意义和单位。 §1.1 材料的强度与塑性 1.拉伸试验及拉伸曲线 2.拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义 1.拉伸试样： 长试样：L0=10d0 短试样：L0=5d0 ΔL F 0 　低碳钢拉伸曲线 　　脆性材料拉伸曲线 2.拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线： 纵坐标为应力σ 单位 MPa(MN/mm )， 横坐标为应变ε 其中：σ=F/S?? 表示材料抵抗变形和断裂的能力 　　　ε＝（L1-L0）/L0 3.曲线分为四阶段： 1）阶段I（ope）――弹性变形阶段 p: Fp? ，e: Fe （不产生永久变形的最大抗力） op段：△L∝ P?? 直线阶段 pe段：极微量塑性变形（0.001--0.005%) 2）阶段II（ess’）段――屈服变形 S: 屈服点 ? Fs 3）阶段III（s’b）段――均匀塑性变形阶段 b:? Fb?材料所能承受的最大载荷 4）阶段IV(bZ) 段――局部集中塑性变形－－颈缩 铸铁、陶瓷：只有第I阶段 中、高碳钢：没有第II阶段 二、拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义 1．刚度和弹性 刚度材料在受力时，抵抗弹性变形的能力。 E=σ/ε 杨氏弹性模量? GPa, MPa 本质是：反映了材料内部原子结应力的大小，组织不敏感的力系指标。 弹性：材料不产生塑性变形的情况下，所能承受的最大应力。 比例极限：σp=Fp/Ao?? 应力――应变保持线性关系的极限应力值 弹性极限：σe=Fe/Ao ???? 不产永久变形 的最大抗力。 2.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。即在拉伸试验过 程中，载荷不增加，试样仍能继续 伸长时的应力。 条件屈服强度?0.2：高碳钢等无 屈服点，国家标准规定以残余变形 量为0.2%时的应力值作为它的条件 屈服强度，以σ0.2来表示 抗拉强度?b：材料断裂前所承受 的最大应力值。（材料抵抗外力而 不致断裂的极限应力值）。 s ?0.2 ? ? 3.塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。 延伸率 延伸率与试样尺寸有关；δ5、δ10 (L0=5d,10d) 断面收缩率 ψ=△A/Ao=(Ao-Ak)/Ao×100% ? ? 时，无颈缩，为脆性材料表征； ? ? 时，有颈缩，为塑性材料表征。 断裂后 拉伸试样的颈缩现象 §1.2 材料的硬度 抵抗外物压入的能力，称为硬度――综合性能指标。 1．布氏硬度 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 对于高碳钢：?b(MPa)≈3.4HB 对于铸铁： ?b(MPa)≈1HB或0.6(HB-40) 2．洛氏硬度 定义： HR=k-(h1-h0)/0.002常用标尺有：B、C、A三种 ① HRA 适宜测硬、薄试件，如硬质合金、表面淬火层和渗碳层。 ② HRB 适宜测轻金属，未淬火钢，如有色金属和退火、正火钢等。 ③ HRC 适宜测较硬，淬硬钢制品；如调质钢、淬火钢等。 洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。 缺点：测量结果分散度大。 h1-h0 洛氏硬度测试示意图 洛氏硬度计 维氏硬度试验原理 维氏硬度计 3.维氏硬度 维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点：既可测量由极软到极硬的材料的硬度，又能互相比较