机械工程材料基础.pptx

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1、n第一篇第一篇机械工程材料基机械工程材料基础础 绪绪 论论 u拉伸实验及强度和塑性拉伸实验及强度和塑性u硬度硬度u冲击韧度冲击韧度u疲劳强度u断裂韧性铸造性铸造性 可锻性可锻性可焊性可焊性切削加工性切削加工性热处理性热处理性 工程材料的性能工程材料的性能 使用性能使用性能力学性能力学性能（强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度）（强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度）物理性能物理性能（密度、熔点、导电性、导热性、磁性等（密度、熔点、导电性、导热性、磁性等)化学性能化学性能（耐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等）（耐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等）工艺性能工艺性能第一节第一节拉伸实验及强度和塑性拉伸实验及强度和塑

2、性一、强一、强度度金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力。材料的强度用拉伸试验测定。材料的强度用拉伸试验测定1、拉伸试样、拉伸试样通常采用圆柱形拉伸试样，D0为标准试样的原始直径；D1为试样断口处的直径。L0为标准试样的原始标距长度；L1为拉断试样对接后测出的标距长度。长试样L0=10D0；短试样L0=5D0。第一节第一节拉伸实验及强度和塑性拉伸实验及强度和塑性、实验方法、实验方法试验在试验机上进行第一节第一节拉伸实验及强度和塑性拉伸实验及强度和塑性一、强一、强度度金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力。材料的强度用拉伸试验测定。材料的强度用

3、拉伸试验测定圆形拉伸试样圆形拉伸试样拉伸实验拉伸实验拉伸曲线拉伸曲线通常把拉伸力F作为纵坐标，伸长量L作为横坐标。拉伸试验测得的力伸长曲线如下。从完整的拉伸试验和力伸长曲线可以看出，试样从开始拉伸到断裂要经过弹性变形阶段、屈服阶段、冷变形强化阶段、缩颈与断裂阶段。第一节第一节拉伸实验及强度和塑性拉伸实验及强度和塑性一、强一、强度度金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力。材料的强度用拉伸试验测定。材料的强度用拉伸试验测定、实验方法、实验方法试验在试验机上进行金属材料的强度指标根据其变形特点分以下几个：弹性极限（弹性极限（e）表示材料保持弹性变形,不产生永久变形的最大应力

4、,是弹性零件的设计依据。第一节第一节拉伸实验及强度和塑性拉伸实验及强度和塑性一、强一、强度度金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力。材料的强度用拉伸试验测定。材料的强度用拉伸试验测定、实验方法、实验方法试验在试验机上进行屈服点（屈服点（s）在拉伸过程中力不增加（保持恒定），试样仍能继续伸长时的应力称为材料的屈服点（过去曾称屈服极限）。以s表示，单位为Mpas=Fs/S0Fs材料屈服时的拉伸力(N)。S0试样原始横截面积(mm2)。原标准GB228-76曾将产生0.2%剩余伸长率的规定剩余伸长应力0.2称为屈服强度，以0.2表示。第一节第一节拉伸实验及强度和塑性拉伸实验

5、及强度和塑性一、强一、强度度金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力。材料的强度用拉伸试验测定。材料的强度用拉伸试验测定、实验方法、实验方法试验在试验机上进行强度极限强度极限(抗拉强度抗拉强度b)拉伸过程中最大力Fb所对应的应力称为抗拉强度（曾称强度极限），以b表示。b=Fb/S0抗拉强度的物理意义是表征材料对最大均匀变形的抗力，表征材料在拉伸条件下所能承受最大力的应力值，它是设计和选材的主要依据之一，是工程技术上的主要强度指标。第一节第一节拉伸实验及强度和塑性拉伸实验及强度和塑性一、强一、强度度金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力。材料的强

6、度用拉伸试验测定。材料的强度用拉伸试验测定、实验方法、实验方法试验在试验机上进行二、塑性二、塑性常用的塑性指标是材料断裂时最大相对塑性变形，如拉伸时的断后伸常用的塑性指标是材料断裂时最大相对塑性变形，如拉伸时的断后伸长率和断面收缩率。长率和断面收缩率。、伸长率（、伸长率（）在拉伸试验中,试样拉断后,标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率。以表示。=(L1-L0)/L0式中L1试样拉断后的标距（mm）；L0试样原始标距（mm）。试样的长度和截面尺寸对是有影响的。第一节第一节拉伸实验及强度和塑性拉伸实验及强度和塑性2、断面收缩率（、断面收缩率（）试样拉断后,缩颈处截面积的最大缩减量与原横断面积的百

7、分比称为断面收缩率。试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率，以表示。其数值按下式计算：=(S0-S1)/S0式中S0试样原始截面积（mm2）；S1试样断裂后缩颈处的最小横截面积（mm2）。二、塑性二、塑性常用的塑性指标是材料断裂时最大相对塑性变形，如拉伸时的断后伸常用的塑性指标是材料断裂时最大相对塑性变形，如拉伸时的断后伸长率和断面收缩率。长率和断面收缩率。第一节第一节拉伸实验及强度和塑性拉伸实验及强度和塑性第二节第二节硬度硬度1、硬度是衡量金属软硬程度的一种性能指标，是指金属抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。2、硬度法优点：简便、无需专门试样

8、、不损坏工件、测试方便、迅速、硬度值与材料机械性能其它指标有一定相应关系。硬度测定方法有压入法、划痕法、回跳法等，其中压入法的应用最为普遍。压入法是在规定的静态试验力作用下，将压头压入金属材料外表层，然后根据压痕的面积大小或深度测定其硬度值。在压入法中根据试验力、压头和表示方法的不同，常用的硬度测试方法有布氏硬度、洛氏硬度、和维氏硬度。一、布氏硬度（HB)1、布氏硬度的测定原理：用一定大小的试验力P（N），把直径D（mm）的淬火钢球或硬治合金球压入被测金属的外表，保持规定时间后卸除试验力，用读数显微镜测出压痕平均直径d（mm），然后按公式求出布氏硬度（HB）值，或者根据d从已备好的布氏硬度表中

9、查出（HB）值。第二节第二节硬度硬度第二节第二节硬度硬度2、布氏硬度试验标准国家标准（GB231-84）规定布氏硬度试验时，常用的0.102F/D2的比例为30、10、2.5三种，根据金属材料种类、试样硬度范围和厚度的不同，按照布氏硬度试验标准选择试验压头（钢球）直径D、试验力F及保持时间。3、表示方法：淬火钢球作压头测得的硬度值以符号HBS表示，用硬质合金作压头测得的硬度值以符号HBW表示。4、特点：重复性好，但不简便，常用于测试非铁金属、铸铁、钢铁原材料，也用于硬度低于450HBS的调质钢或HBW650的材料。第二节第二节硬度硬度二、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)1、原理：根据压痕深度

10、确定硬度值它是用顶角为120o石圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球作压头，先施加的初始试验力F1（10kg），再加上主试验力F2，其总试验力为F=F1+F2（60kg、100kg、150kg）。此时压头受主试验力作用压入的深度为h，金属越硬，h值越小。2、洛氏硬度标:我国常用的是HRA、HRB、HRC三种3、洛氏硬度值标注方法：例如52HRC、70HRA等。4、特点：可直接读数，操作简单，重复性差，损伤工件外表第三节第三节冲击韧度（冲击韧度（ak）材料抵抗冲击载荷作用的能力称为冲击韧性，常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定。测得试样冲击汲取功,用符号Ak表示。用冲击汲取功除以试样缺口处截面积S0

11、,即得到材料的冲击韧度ak。（一）试验原理（一）试验原理第三节第三节冲击韧度（冲击韧度（ak）在试样上开缺口的作用是：在缺口附近造成应力集中，是塑性变性局限在缺口附近，并保证在缺口处发生破裂，以便正确测定金属承受冲击载荷的能力。同一中金属的试样缺口愈深、愈锋利，冲击汲取功愈小，金属表现脆性就愈显著。（二）冲击试样（二）冲击试样夏氏夏氏V型缺口试样型缺口试样第三节第三节冲击韧度（冲击韧度（ak）（三）影响冲击韧度的因素（三）影响冲击韧度的因素(1)试样的形状、尺寸:V型缺口试样比U型缺口试样更容易冲断，因此，不同类型的冲击试样，测定出的冲击汲取功不能直接比较。(2)材料的缺陷:能有效的检验金属材

12、料在冶炼、加工、热处理工艺等方面的质量。(3)试验温度:在进行不同温度的一系列冲击试验时，随试验温度的降低，冲击汲取功总的变化趋势是随温度降低而降低的。当温度降至某一数值时，冲击汲取功急剧下降，金属由韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为冷脆转变。金属由韧性状态向脆性状态转变的温度称为韧脆转变温度。第三节第三节冲击韧度（冲击韧度（ak）（三）影响冲击韧度的因素（三）影响冲击韧度的因素(4)材料的纤维方向:第四节 疲劳强度一、疲劳现象一、疲劳现象1交变载荷载荷的大小与方向随时间发生周期性的变化。2疲劳指材料在循环载荷作用下，即使所受应力低于屈服强度也常发生断裂，这种现象称为疲劳断裂。二、疲劳强度二、

13、疲劳强度通常材料疲劳性能的测定是在旋转弯曲疲劳试验机上进行的，常见的疲劳曲线和对称循环交变应力图如以下图。第四节 疲劳强度1、疲劳的危险性、疲劳的危险性疲劳破坏的突然性，故造成得大的危险。疲劳破坏的突然性，故造成得大的危险。2、疲劳机理、疲劳机理生成裂纹源生成裂纹源裂纹扩展裂纹扩展最后脆断。最后脆断。三、提高材料疲劳强度的措施三、提高材料疲劳强度的措施（1）合理的结构形状，防止外表损伤，防止应力集中。）合理的结构形状，防止外表损伤，防止应力集中。（2）外表强化。）外表强化。第五节 断裂韧性一、断裂韧度概念的建立一、断裂韧度概念的建立低应力脆断特点：（1）不管脆性材料或塑性材料，断裂前均无塑性变

14、性，断口平直光亮；（2）断裂时工作应力很低，远低于材料的屈服强度和许用应力。低应力脆断与材料内部的裂纹及裂纹扩展有关。由此开展出一门新的学科断裂力学。它提出了一些新的强度、韧性指标。二、断裂韧度（引入的参数）二、断裂韧度（引入的参数）（1）应力强度因子K：用来表示裂纹尖端附近某点处的实际应力值。与施加的应力、裂纹长度、距裂纹尖端的距离有关。（2）断裂韧性Kc：裂纹由正常扩展过度过到失稳扩展时所对应的应力场强度因子的临界值。它表示了材料抵抗裂纹失稳扩展而断裂的能力，只与材料的成份、组织结构有关。（3）断裂韧度是用来反映材料抵抗裂纹失稳扩展，即抵抗脆性断能力的性能指标。当KKC时，裂纹扩展很慢或不扩展；当KKC时，则材料发生失稳脆断。第五节 断裂韧性演讲完毕，谢谢观看！