第一章 力学性能 (2)PPT讲稿.ppt

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1、第一章 力学性能第1页，共70页，编辑于2022年，星期二 机械工程材料是机械制造业中所用机械工程材料是机械制造业中所用材料的总称。包括材料的总称。包括金属材料金属材料和和非金属非金属材料材料。本篇重点介绍金属材料和它的强本篇重点介绍金属材料和它的强化方法及其应用。化方法及其应用。第2页，共70页，编辑于2022年，星期二第第 一一 章章 工程材料的性能工程材料的性能 教学内容：教学内容：-金属材料的力学性能包括：强度、弹性与塑性；硬度、金属材料的力学性能包括：强度、弹性与塑性；硬度、冲击韧性、疲劳强度。冲击韧性、疲劳强度。-金属材料的物理、化学和工艺性能。金属材料的物理、化学和工艺性能。-布

2、氏、洛氏、维氏硬度硬度测定方法。布氏、洛氏、维氏硬度硬度测定方法。教学要求：教学要求：-熟悉掌握表征材料力学性能的各项指标及其物理意义。熟悉掌握表征材料力学性能的各项指标及其物理意义。-了解布氏、洛氏、维氏硬度的各自特点及应用场合了解布氏、洛氏、维氏硬度的各自特点及应用场合。重点：重点：-理解和掌握力学性能的各项指标及其物理意义理解和掌握力学性能的各项指标及其物理意义。难点：难点：-力学性能的各项指标及其物理意义。力学性能的各项指标及其物理意义。第3页，共70页，编辑于2022年，星期二材料、信息、能源材料、信息、能源称为现代技术的三大称为现代技术的三大支柱。支柱。复合材料复合材料工程材料工程

3、材料金属材料金属材料陶瓷材料陶瓷材料高分子材料高分子材料第4页，共70页，编辑于2022年，星期二哥哥哥哥伦伦伦伦比比比比亚亚亚亚号号号号航航航航天天天天飞飞飞飞机机机机材料是指人类用以制造各种材料是指人类用以制造各种有用器件的物质。有用器件的物质。第5页，共70页，编辑于2022年，星期二材料是人类生产和生活所材料是人类生产和生活所必须的物质基础。必须的物质基础。手手锤锤锉刀锉刀“神舟神舟神舟神舟”四号飞船成功返四号飞船成功返四号飞船成功返四号飞船成功返回回回回国产涡喷国产涡喷-7涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机第6页，共70页，编辑于2022年，星期二石器石器铁器铁器 象形尊象形尊(西周西周)

4、v石器时代石器时代v青铜器时代青铜器时代v铁器时代铁器时代材料是人类进化的里程碑。由于材料的重要性，历史由于材料的重要性，历史学家根据人类所使用的材料来划分时代。学家根据人类所使用的材料来划分时代。第7页，共70页，编辑于2022年，星期二材料的发展水平和利用程度已成为人类文明进步的标志。材料的发展水平和利用程度已成为人类文明进步的标志。材料的发展与人类社会简图材料的发展与人类社会简图第8页，共70页，编辑于2022年，星期二龙芯龙芯联想计算机联想计算机v没有半导体材料的工业化生产，就不可能有目前没有半导体材料的工业化生产，就不可能有目前的计算机技术。的计算机技术。第9页，共70页，编辑于20

5、22年，星期二没有高温高强度的结构材料，就不可能有今天的航空工业没有高温高强度的结构材料，就不可能有今天的航空工业和宇航工业。和宇航工业。在航天飞机表面装陶瓷防护瓦片在航天飞机表面装陶瓷防护瓦片飞机发动机叶片飞机发动机叶片波音客机波音客机第10页，共70页，编辑于2022年，星期二没有低消耗的光导纤维，也就没有现代的光纤通讯没有低消耗的光导纤维，也就没有现代的光纤通讯。二十世纪七十年代，人们把材料与能源和信息并列，称作二十世纪七十年代，人们把材料与能源和信息并列，称作现代文明的三大支柱之一。现代文明的三大支柱之一。第11页，共70页，编辑于2022年，星期二中华民族在人类历史上为材料的发展和应

6、用作出过重中华民族在人类历史上为材料的发展和应用作出过重大贡献。大贡献。v早在公元前早在公元前6000 5000年的新石器时代，年的新石器时代，中华民族的先人就能用中华民族的先人就能用黏土烧制成陶器，到东黏土烧制成陶器，到东汉时期又出现了瓷器，汉时期又出现了瓷器，并流传海外。并流传海外。第12页，共70页，编辑于2022年，星期二4000年前的夏朝我们的祖先已经能够炼铜，到殷、商时期，我年前的夏朝我们的祖先已经能够炼铜，到殷、商时期，我国的青铜冶炼和铸造技术已达到很高水平。国的青铜冶炼和铸造技术已达到很高水平。司母戊鼎司母戊鼎河南安阳晚商遗址出土河南安阳晚商遗址出土青铜铸造青铜铸造高高133厘

7、米厘米 重重875kg饰纹优美饰纹优美第13页，共70页，编辑于2022年，星期二越王勾践剑越王勾践剑春秋晚期越国青铜兵器春秋晚期越国青铜兵器出土于湖北江陵楚墓出土于湖北江陵楚墓 长长55.7厘米厘米 剑锷锋芒犀利剑锷锋芒犀利锋能割断头发锋能割断头发 第14页，共70页，编辑于2022年，星期二古代剑刃制造中的特殊技术古代剑刃制造中的特殊技术春秋战国时代的春秋战国时代的青铜剑，剑身及青铜剑，剑身及剑锋由不同成分剑锋由不同成分的青铜组成，是的青铜组成，是复合材料很好的复合材料很好的例子例子梯梯度度材材料料古古已已有有之之这这是是古古代代剑剑刃刃截截面面图图第15页，共70页，编辑于2022年，星

8、期二v黄石铜矿遗址黄石铜矿遗址v春秋晚期春秋晚期v矿井深达矿井深达50m50mv炼铜炉渣多达炼铜炉渣多达4040万吨万吨v实属罕见实属罕见 第16页，共70页，编辑于2022年，星期二我国从春秋战国时期便开始大量使用铁器，明朝科学我国从春秋战国时期便开始大量使用铁器，明朝科学家宋应星在天工开物一书中就记载了古代的渗碳家宋应星在天工开物一书中就记载了古代的渗碳热处理等工艺。这说明早在欧洲工业革命之前，我国热处理等工艺。这说明早在欧洲工业革命之前，我国在金属材料及热处在金属材料及热处理方面就已经有了较高的成就。理方面就已经有了较高的成就。生铁炒熟铁图生铁炒熟铁图宋应星宋应星第17页，共70页，编辑

9、于2022年，星期二鞍钢攀钢夜景新中国成立后，先后建起了鞍山、攀枝花、宝钢等大型钢铁新中国成立后，先后建起了鞍山、攀枝花、宝钢等大型钢铁基地。钢产量由基地。钢产量由49年的年的15.8万吨上升到现在的一亿吨。万吨上升到现在的一亿吨。第18页，共70页，编辑于2022年，星期二中中国国第第一一颗颗人人造造卫卫星星长长征征火火箭箭大大家家族族中中国国第第一一颗颗原原子子弹弹爆爆炸炸中中国国第第一一颗颗氢氢弹弹爆爆炸炸原子弹、氢原子弹、氢弹的爆炸，弹的爆炸，卫星、飞船卫星、飞船的上天等都的上天等都说明了我国说明了我国在材料的开在材料的开发、研究及发、研究及应用等方面应用等方面有了飞跃的有了飞跃的发展

10、。发展。第19页，共70页，编辑于2022年，星期二中国的航天事业中国的航天事业-“神舟神舟”号飞船号飞船“神神舟舟二二号号”飞飞船船运运往往发发射射工工位位 “神神舟舟”一一号号飞飞船船“神舟神舟”一号一号发射成功发射成功“神舟神舟”二号发射成二号发射成功功第20页，共70页，编辑于2022年，星期二中国的航天事业中国的航天事业-“神舟神舟”号飞号飞船船“神舟神舟”三号三号发射成功发射成功“神舟神舟”四号四号发射成功发射成功“神神舟舟”三三号号飞飞船船“神神舟舟”四四号号飞飞船船 第21页，共70页，编辑于2022年，星期二中国的航天事业中国的航天事业-“神舟神舟”五号载人飞船五号载人飞船杨

11、杨利利伟伟升空返回全人类共同的家园飞天返回舱第22页，共70页，编辑于2022年，星期二v18631863年，光学显微镜首次应用年，光学显微镜首次应用于金属研究，诞生了金相学，使于金属研究，诞生了金相学，使人们能够将材料的宏观性能与微人们能够将材料的宏观性能与微观组织联系起来。观组织联系起来。灰铸铁的显微组织灰铸铁的显微组织光学显微镜光学显微镜Pb-Sn共晶组织共晶组织人类对材料的认识是逐步深入的。人类对材料的认识是逐步深入的。第23页，共70页，编辑于2022年，星期二1932年发明了电子年发明了电子显微镜，把人们带显微镜，把人们带到了微观世界的更到了微观世界的更深层次（深层次（10-7m）

12、透射电子显微镜透射电子显微镜 扫描电子显微镜扫描电子显微镜 光镜下光镜下电镜下电镜下第24页，共70页，编辑于2022年，星期二二、工程材料的分类二、工程材料的分类v工程材料是用于制造工程结构和机械零件并主要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。要求力学性能的结构材料。v按组成与结合键分：按组成与结合键分：v 1、金属材料、金属材料v 2、高分子材料、高分子材料v 3、陶瓷材料、陶瓷材料v 4、复合材料、复合材料第25页，共70页，编辑于2022年，星期二金属材料金属材料v以金属键结合为主以金属键结合为主 v良好的导电性、导热良好的导电性、导热性、延展性和金属光性、

13、延展性和金属光泽泽 v用量最大、应用最广用量最大、应用最广泛泛黑色金属黑色金属有色金属有色金属轻金属轻金属,重金属重金属,贵金属贵金属,稀有金属稀有金属 第26页，共70页，编辑于2022年，星期二铁及铁合金称为黑色金属，即钢铁材料，其世界年产铁及铁合金称为黑色金属，即钢铁材料，其世界年产量已达量已达10亿吨，在机械产品中的用量已占整个用材的亿吨，在机械产品中的用量已占整个用材的60%以上。以上。带带材材异形异形材材板板材材管管材材第27页，共70页，编辑于2022年，星期二金属材料制品金属材料制品第28页，共70页，编辑于2022年，星期二陶瓷材料陶瓷材料v以共价键和离子键以共价键和离子键为

14、主为主v熔点高、硬度高、熔点高、硬度高、耐腐蚀、脆性大耐腐蚀、脆性大 v分为传统陶瓷、特分为传统陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷种陶瓷和金属陶瓷三类三类 第29页，共70页，编辑于2022年，星期二传统陶瓷又称普通陶瓷，是以天然材料传统陶瓷又称普通陶瓷，是以天然材料(如黏土、石英、如黏土、石英、长石等长石等)为原料的陶瓷，主要用作建筑材料使用。为原料的陶瓷，主要用作建筑材料使用。特种陶瓷又称精细陶瓷，是以人工合成材料为原料的陶特种陶瓷又称精细陶瓷，是以人工合成材料为原料的陶瓷，常用作工程上的耐热、耐蚀、耐磨零件。瓷，常用作工程上的耐热、耐蚀、耐磨零件。陶瓷制品陶瓷制品陶瓷发动机陶瓷发动机第30页，共7

15、0页，编辑于2022年，星期二高分子材料高分子材料 v以分子键和共价键以分子键和共价键为主为主v塑性、耐蚀性、电塑性、耐蚀性、电绝缘性、减振性好，绝缘性、减振性好，密度小密度小 v包括塑料、橡胶及包括塑料、橡胶及合成纤维等合成纤维等 分分子子键键共共价价键键第31页，共70页，编辑于2022年，星期二高分子材料高分子材料在机械、电气、纺织、汽车、飞机、轮船等制在机械、电气、纺织、汽车、飞机、轮船等制造工业和化学、交通运输、航空航天等工业中被广泛应用。造工业和化学、交通运输、航空航天等工业中被广泛应用。烯丙酰氯烯丙酰氯-苯乙烯苯乙烯第32页，共70页，编辑于2022年，星期二复合材料复合材料 v

16、包括：包括：v金属基复合材料金属基复合材料v陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料v高分子复合材料高分子复合材料 v是把两种或两种以上不同性质或不同结构的材料以微是把两种或两种以上不同性质或不同结构的材料以微观或宏观的形式组合在一起而形成的材料。观或宏观的形式组合在一起而形成的材料。玻璃纤维增强高分子复合材料玻璃纤维增强高分子复合材料第33页，共70页，编辑于2022年，星期二v现代航空发动机燃烧室现代航空发动机燃烧室温度最高的材料就是通温度最高的材料就是通过粉末冶金法制备的氧过粉末冶金法制备的氧化物粒子弥散强化的镍化物粒子弥散强化的镍基合金复合材料。很多基合金复合材料。很多高级游艇、赛艇及体育高级游艇

17、、赛艇及体育器械等是由碳纤维复合器械等是由碳纤维复合材料制成的，它们具有材料制成的，它们具有重量轻，弹性好，强度重量轻，弹性好，强度高等优点。高等优点。航空发动机航空发动机第34页，共70页，编辑于2022年，星期二三、工程材料的应用和发展三、工程材料的应用和发展第35页，共70页，编辑于2022年，星期二随着经济的飞速发展和科学技术的进步，对材料的要求越来随着经济的飞速发展和科学技术的进步，对材料的要求越来越苛刻，结构材料向高比强、高刚度、高韧性、耐高温、耐越苛刻，结构材料向高比强、高刚度、高韧性、耐高温、耐腐蚀、抗辐照和多功能的方向发展。腐蚀、抗辐照和多功能的方向发展。国产东风国产东风4D

18、-0088内燃机车内燃机车美国美国F-117隐身飞机隐身飞机第36页，共70页，编辑于2022年，星期二新材料在不断地涌现。新材料在不断地涌现。第37页，共70页，编辑于2022年，星期二第一节第一节 静载时材料的力学性能静载时材料的力学性能 若载荷的大小不变或变动很缓慢，这样的载荷若载荷的大小不变或变动很缓慢，这样的载荷称为称为静载荷静载荷。一、一、静拉伸试验静拉伸试验*弹性和刚度弹性和刚度*塑性和强度塑性和强度 金属在不同环境下，承受外加载荷作用时所金属在不同环境下，承受外加载荷作用时所表现的行为叫金属材料的力学性能。表现的行为叫金属材料的力学性能。第38页，共70页，编辑于2022年，星

19、期二*拉伸试样（拉伸试样（GB6397-86GB6397-86）按国家标准，拉伸试样有长试样（按国家标准，拉伸试样有长试样（l l0 0=10d=10d0 0）和）和短试样（短试样（l l0 0=5d=5d0 0）两种。）两种。第39页，共70页，编辑于2022年，星期二*低碳钢力低碳钢力-伸长曲线伸长曲线第40页，共70页，编辑于2022年，星期二 OEOE直线段直线段弹性变形阶段弹性变形阶段 弹性变形：弹性变形：撤去外力，完全消失撤去外力，完全消失的变形，弹性变形量的变形，弹性变形量与外力大小成正比。与外力大小成正比。塑性变形：塑性变形：撤去外力，不能消失撤去外力，不能消失而保留下来的变形

20、。而保留下来的变形。第41页，共70页，编辑于2022年，星期二 PSPS 水平（或锯齿形折线）线段水平（或锯齿形折线）线段屈服阶段屈服阶段 外力不再增加而外力不再增加而试样仍继续变形。表试样仍继续变形。表明材料开始发生塑性明材料开始发生塑性变形。变形。第42页，共70页，编辑于2022年，星期二SBSB曲线段曲线段强化阶段强化阶段 随着塑性变形增随着塑性变形增大，材料的变形抗力大，材料的变形抗力也逐渐增加。也逐渐增加。第43页，共70页，编辑于2022年，星期二BK曲线段曲线段缩颈和断裂阶段缩颈和断裂阶段 试样的直径发试样的直径发生局部收缩现象，生局部收缩现象，称为称为缩颈缩颈。在在K K点

21、，试样在缩点，试样在缩颈处断裂。颈处断裂。第44页，共70页，编辑于2022年，星期二弹性极限弹性极限-指试样产生完全弹性变形时所能承受的指试样产生完全弹性变形时所能承受的最大拉应力。用最大拉应力。用 e e表示，有表示，有式中：式中：F Fe e试样产生完全弹性变形时所能试样产生完全弹性变形时所能承受的最大拉伸力，承受的最大拉伸力，N N。S S0 0试样原始横截面积，试样原始横截面积，mmmm2 2。OP OP是直线段，是直线段，P P点是保持这种关系的最高点是保持这种关系的最高点，点，P P称为称为比例极限比例极限。（一）弹性和刚度（一）弹性和刚度第45页，共70页，编辑于2022年，星

22、期二OPOP的斜率为试验材料的的斜率为试验材料的弹性模量弹性模量，即，即 弹性模量弹性模量E E是衡量材料产生弹性变形难易的指标。是衡量材料产生弹性变形难易的指标。E E越大，则使其产生一定量弹性变形的应力也越大。越大，则使其产生一定量弹性变形的应力也越大。因此，工程上把它叫做刚度。因此，工程上把它叫做刚度。刚度表征材料弹性变形抗力的大小。刚度表征材料弹性变形抗力的大小。第46页，共70页，编辑于2022年，星期二 金属材料抵抗塑性变形（永久变形）和断裂的能金属材料抵抗塑性变形（永久变形）和断裂的能力。力。单位单位:MPa(MN/mm:MPa(MN/mm2 2)分：抗拉强度分：抗拉强度b b、

23、抗压、抗压bcbc、抗弯、抗弯bbbb、抗剪抗剪b b、抗扭、抗扭t t。抵抗塑性变形和断裂的能力越大，强抵抗塑性变形和断裂的能力越大，强度越高。度越高。（二）强度（二）强度第47页，共70页，编辑于2022年，星期二1 1、屈服点（屈服强度）、屈服点（屈服强度）-指试样产生屈服现象时的最小应力，指试样产生屈服现象时的最小应力，表示材料抵抗微量塑性变形的能力。表示材料抵抗微量塑性变形的能力。用用 s s表示，有表示，有式中：式中：F Fs s试样产生屈服现象时试样产生屈服现象时 的最小拉伸力。的最小拉伸力。第48页，共70页，编辑于2022年，星期二 对于低塑性材料或脆性材料，用对于低塑性材料

24、或脆性材料，用 0.20.2表示屈表示屈服点，称为服点，称为条件屈服强度条件屈服强度。式中：式中：F F0.20.2试样塑性变试样塑性变形量为形量为0.2%0.2%时的拉伸力。时的拉伸力。屈服点是设计时的主要参数，是材料的重要力学屈服点是设计时的主要参数，是材料的重要力学性能指标。性能指标。第49页，共70页，编辑于2022年，星期二2 2、抗拉强度、抗拉强度 -指试样断裂前能够承受的最大拉应力，指试样断裂前能够承受的最大拉应力，用用 b b表示，有表示，有式中：式中：F Fb b试样断裂前能承受的最大拉伸试样断裂前能承受的最大拉伸力。力。它反映试样最大的均匀变形的抗力，也是设计和它反映试样最

25、大的均匀变形的抗力，也是设计和选材的主要参数。选材的主要参数。第50页，共70页，编辑于2022年，星期二 s s、0.20.2、b b是一般机器零件和构件设计选材的主是一般机器零件和构件设计选材的主要依据。要依据。此外，工程上还希望金属具有适当的此外，工程上还希望金属具有适当的屈屈强比（强比（s/s/b b）。屈强比。屈强比越小越小，零件可靠性，零件可靠性越越高高，但材料强度的有效利用率，但材料强度的有效利用率越低越低。因此，一。因此，一般在性能允许的情况下，希望屈强比般在性能允许的情况下，希望屈强比高一些高一些，在在0.750.75左右比较合适。左右比较合适。第51页，共70页，编辑于20

26、22年，星期二(三三)塑塑 性性 金属材料在外力作用下发生塑性变形而金属材料在外力作用下发生塑性变形而不破坏的能力不破坏的能力塑性塑性。金属材料的塑性的指标：金属材料的塑性的指标：伸长率伸长率和和断面收断面收缩率缩率。第52页，共70页，编辑于2022年，星期二1.1.伸长率伸长率式中式中：试样的原始标距长度。试样的原始标距长度。试样拉断后的标距长度。试样拉断后的标距长度。第53页，共70页，编辑于2022年，星期二 伸长率的大小与试样尺寸有关。一般规定，试样伸长率的大小与试样尺寸有关。一般规定，试样原始标距长度等于其直径的原始标距长度等于其直径的1010倍，用倍，用 1010表示；如果表示；

27、如果为为5 5倍，则用倍，则用 5 5表示。表示。同一材料的同一材料的 1010 5 5，但二者不能直接比较大小。，但二者不能直接比较大小。第54页，共70页，编辑于2022年，星期二2.2.断面收缩率断面收缩率式中式中：S S0 0试样的原始截面积试样的原始截面积 S S1 1试样断裂处的截面积试样断裂处的截面积第55页，共70页，编辑于2022年，星期二 金属材料的伸长率和断面收缩率数值金属材料的伸长率和断面收缩率数值越越大大，表示材料的塑性，表示材料的塑性越好越好。良好的塑性是材料能进行各种良好的塑性是材料能进行各种压力加工压力加工的必的必要条件。此外。零件工作时，为了避免由于要条件。此

28、外。零件工作时，为了避免由于超载超载引起突然断裂，也要求其具有一定的塑性。引起突然断裂，也要求其具有一定的塑性。第56页，共70页，编辑于2022年，星期二二、硬二、硬 度度硬度硬度 -指金属材料表面抵抗局部变形（特别是指金属材料表面抵抗局部变形（特别是塑性变形）的能力或抵抗表面局部压痕或划塑性变形）的能力或抵抗表面局部压痕或划痕的能力。痕的能力。-金属材料抵抗其他更硬物体压入表面的能力。金属材料抵抗其他更硬物体压入表面的能力。常用的硬度试验有常用的硬度试验有布氏硬度、洛氏硬布氏硬度、洛氏硬度度和和维氏硬度维氏硬度。第57页，共70页，编辑于2022年，星期二（一）布氏硬度（一）布氏硬度F F

29、试验力，试验力，N N；S S压痕面积，压痕面积，mmmm2 2；D D压头直径，压头直径，mmmm；d d压痕平均直径，压痕平均直径，mmmm。第58页，共70页，编辑于2022年，星期二布氏硬度表示方法布氏硬度表示方法*压头为压头为淬火钢球淬火钢球时，用时，用HBSHBS表示，适合于布氏表示，适合于布氏硬度值硬度值小于小于450450的材料。的材料。*压头为压头为硬质合金球硬质合金球时，用时，用HBWHBW表示，适合于布氏表示，适合于布氏硬度值在硬度值在450650450650的材料。的材料。*在符号在符号HBSHBS或或HBWHBW之前为之前为硬度值硬度值，后面数字依次，后面数字依次表示

30、表示压头直径、试验力压头直径、试验力及及试验力保持时间试验力保持时间（1015s1015s不标）等实验条件。不标）等实验条件。150HBS10/1000/30150HBS10/1000/30第59页，共70页，编辑于2022年，星期二 *布氏硬度试验优点布氏硬度试验优点-测定的数据准确、稳定、数据重复性测定的数据准确、稳定、数据重复性强。强。-常用于测定退火、正火、调质钢、铸铁常用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。及有色金属的硬度。*缺点缺点-对不同材料需要更换压头和改变载荷，对不同材料需要更换压头和改变载荷，且压痕较大，压痕直径的测量也比较且压痕较大，压痕直径的测量也比较麻烦麻

31、烦-易损坏成品的表面，故不宜在成品上易损坏成品的表面，故不宜在成品上试验。试验。第60页，共70页，编辑于2022年，星期二(二二)洛氏硬度洛氏硬度加初载荷加初载荷加主载荷加主载荷卸除主载荷卸除主载荷读硬度值读硬度值第61页，共70页，编辑于2022年，星期二洛氏硬度无单位，须标明硬度标尺符洛氏硬度无单位，须标明硬度标尺符号，在符号前面写出硬度值，如号，在符号前面写出硬度值，如58HRC,76HRA58HRC,76HRA。第62页，共70页，编辑于2022年，星期二*洛氏硬度优点洛氏硬度优点 -操作迅速、简便，硬度值可从表盘操作迅速、简便，硬度值可从表盘直接读出。直接读出。-压痕较小，可在工件

32、表面试验压痕较小，可在工件表面试验 -可测量较薄工件的硬度，广泛用可测量较薄工件的硬度，广泛用于热处理质量的检验。于热处理质量的检验。*缺点缺点 -精确性较低，硬度值重复性差、分散度精确性较低，硬度值重复性差、分散度大。大。-不同标尺测得的硬度值彼此之间没有联不同标尺测得的硬度值彼此之间没有联系，也不能直接进行比较。系，也不能直接进行比较。第63页，共70页，编辑于2022年，星期二（三）维氏硬度（三）维氏硬度 洛氏硬度的测定原理和布氏硬度相似，不洛氏硬度的测定原理和布氏硬度相似，不同的是所加试验力较小，压头是同的是所加试验力较小，压头是锥面夹角锥面夹角136136的金刚石正四棱锥体。的金刚石

33、正四棱锥体。维氏硬度表示方法维氏硬度表示方法 在符号在符号HVHV前方标出硬度值，在前方标出硬度值，在HVHV后面按试验后面按试验力大小和试验力保持时间（力大小和试验力保持时间（1015s1015s不标出）的顺不标出）的顺序用数字表示实验条件。序用数字表示实验条件。640HV300/20640HV300/20第64页，共70页，编辑于2022年，星期二*维氏硬度优点维氏硬度优点 -可测软、硬金属，特别是极薄零件和渗碳层、可测软、硬金属，特别是极薄零件和渗碳层、渗氮层的硬度。渗氮层的硬度。-测得的数据较准确，并且不存在布氏硬度那测得的数据较准确，并且不存在布氏硬度那种载荷与压头直径比例关系的约束

34、。种载荷与压头直径比例关系的约束。-维氏硬度在不存在洛氏硬度那样不同标尺的硬维氏硬度在不存在洛氏硬度那样不同标尺的硬度无法统一的问题，而且比洛氏硬度能更好地测定度无法统一的问题，而且比洛氏硬度能更好地测定薄件或薄层的硬度。薄件或薄层的硬度。*缺点缺点 -其硬度值的测定较为麻烦，工作效率不如洛氏硬其硬度值的测定较为麻烦，工作效率不如洛氏硬度。度。-不太适合成批生产的常规检验。不太适合成批生产的常规检验。第65页，共70页，编辑于2022年，星期二第二节第二节 动载时材料的力学性能动载时材料的力学性能冲击韧度冲击韧度材料抵抗冲击载荷的能力。材料抵抗冲击载荷的能力。冲击韧度的大小除取决于材料本身外，

35、还受环冲击韧度的大小除取决于材料本身外，还受环境温度、试样大小、缺口形状等因素影响。境温度、试样大小、缺口形状等因素影响。第66页，共70页，编辑于2022年，星期二二、二、疲劳强度疲劳强度疲劳：疲劳：承受载荷的大小和方同随时间作周期性变化，承受载荷的大小和方同随时间作周期性变化，交变应力作用下，往往在远小于强度极限，甚至小交变应力作用下，往往在远小于强度极限，甚至小于屈服极限的应力下发生断裂。于屈服极限的应力下发生断裂。金属疲劳的判据是金属疲劳的判据是疲疲劳强度劳强度，是指金属经无数，是指金属经无数次的应力循环仍不断裂的次的应力循环仍不断裂的最大应力，用于表征材料最大应力，用于表征材料抵抗疲

36、劳断裂的能力抵抗疲劳断裂的能力。第67页，共70页，编辑于2022年，星期二 材料承受的交变力材料承受的交变力越大，则断裂时的应力越大，则断裂时的应力循环次数就越少。循环次数就越少。一般需要规定各种金属一般需要规定各种金属材料的应力循环基数材料的应力循环基数钢材以钢材以10107 7为基数，有色金属以为基数，有色金属以10108 8为基数。为基数。金属材料在指定循环基数下的疲劳强度称为金属材料在指定循环基数下的疲劳强度称为疲劳极限。疲劳极限。第68页，共70页，编辑于2022年，星期二*材料发生疲劳断裂的主要原因：材料发生疲劳断裂的主要原因：材料的内部缺陷、表面划痕、截面突变等因材料的内部缺陷

37、、表面划痕、截面突变等因素引起素引起应力集中应力集中而导致产生而导致产生微裂纹微裂纹。在长期循环交变。在长期循环交变应力作用下，这些应力作用下，这些微裂纹逐渐扩展微裂纹逐渐扩展，使零件实际承载，使零件实际承载截面缩减，当截面缩减到某一极限时，实际应力截面缩减，当截面缩减到某一极限时，实际应力超超过了过了材料的抗拉强度，因而发生材料的抗拉强度，因而发生突然断裂突然断裂。*提高材料疲劳强度的方法提高材料疲劳强度的方法-改善零件的结构设计，避免应力集中改善零件的结构设计，避免应力集中-尽量提高零件的表面质量尽量提高零件的表面质量-采取各种表面强化处理措施。采取各种表面强化处理措施。第69页，共70页，编辑于2022年，星期二第三节第三节 断裂韧性断裂韧性强度因子强度因子Y 与试样和裂纹几何尺寸有关的量与试样和裂纹几何尺寸有关的量 外加应力外加应力a 裂纹的半长裂纹的半长 断裂韧性断裂韧性K1C 反映材料有裂纹存在时，抵抗反映材料有裂纹存在时，抵抗脆性断裂的能力。脆性断裂的能力。第70页，共70页，编辑于2022年，星期二