第1章 材料力学性能精.ppt

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1、第1章材料力学性能第1页，本讲稿共29页二、课程特点n n综合性综合性n n实践性实践性n n定性描述定性描述第2页，本讲稿共29页三、课程内容三、课程内容1、性性能能与与其其成成分分、微微观观结结构构、工工艺艺之之间间的的联系联系性能性能成分组织工艺工艺使用第3页，本讲稿共29页2、说说明明如如何何通通过过工工艺艺方方法法改改变变材材料料的的组组织织结构，以达到提高材料性能的目的结构，以达到提高材料性能的目的3、介绍、介绍常用工程材料常用工程材料，为工程结构、机械，为工程结构、机械零件的设计提供合理选用材料的方法零件的设计提供合理选用材料的方法金属材料金属材料金属材料金属材料高分子材料高分子

2、材料高分子材料高分子材料陶瓷材料陶瓷材料陶瓷材料陶瓷材料复合材料复合材料复合材料复合材料第4页，本讲稿共29页四、学习方法及参考书四、学习方法及参考书1、学习方法、学习方法n n理解理解+记忆记忆n n掌握结论的表示形式掌握结论的表示形式2、参考书、参考书n n工程材料工程材料、机械工程材料机械工程材料n n金属材料及热处理金属材料及热处理第5页，本讲稿共29页1-11-1力学性能力学性能 1-21-2物理性能物理性能 1-31-3化学性能化学性能1-41-4工艺性能工艺性能 本章重点本章重点 ：力学性能力学性能第一章第一章 材料性能概述材料性能概述使用性能使用性能第6页，本讲稿共29页1-1

3、力学性能一、一、强度强度1 1 1 1、比例极限比例极限比例极限比例极限p p p p2 2 2 2、弹性极限、弹性极限、弹性极限、弹性极限e e e e3 3 3 3、屈服强度、屈服强度、屈服强度、屈服强度s s s s（0.20.20.20.2）4 4 4 4、抗拉强度、抗拉强度、抗拉强度、抗拉强度b b b bn n比强度比强度比强度比强度b b b b/d/d/d/d n n屈强比：材料屈服强度与抗拉强度之比，表征了材料强度潜力的发挥、屈强比：材料屈服强度与抗拉强度之比，表征了材料强度潜力的发挥、屈强比：材料屈服强度与抗拉强度之比，表征了材料强度潜力的发挥、屈强比：材料屈服强度与抗拉强

4、度之比，表征了材料强度潜力的发挥、利用程度和该种材料零件工作时的安全程度。利用程度和该种材料零件工作时的安全程度。利用程度和该种材料零件工作时的安全程度。利用程度和该种材料零件工作时的安全程度。第7页，本讲稿共29页二、二、刚度：材料在：材料在弹性变形弹性变形阶段的抵抗能力阶段的抵抗能力（变形量的大小）（变形量的大小）n n材料的刚度（弹性模量材料的刚度（弹性模量E E）主要取决于基体材料的性质主要取决于基体材料的性质n n构件的刚度构件的刚度 第8页，本讲稿共29页三、三、弹性弹性n n最大弹性变形量最大弹性变形量 e e:材料在外力作用下所能发生的最大可恢复变材料在外力作用下所能发生的最大

5、可恢复变形量，即弹性变形能力。形量，即弹性变形能力。n n弹性比功：弹性比功：材料吸收变形功而不发生永久变形的能力，材料吸收变形功而不发生永久变形的能力，即弹性变形时吸收的最大弹性功。即弹性变形时吸收的最大弹性功。n n滞弹性（弹性滞后）：加载时应变不立即滞弹性（弹性滞后）：加载时应变不立即达到平衡值，卸载时变形也不立即恢复达到平衡值，卸载时变形也不立即恢复。第9页，本讲稿共29页四、塑性：四、塑性：材料在材料在塑性变形塑性变形阶段的变形阶段的变形量的大小量的大小1 1、伸长率、伸长率%:%:在拉伸实验中在拉伸实验中,试样拉断后试样拉断后,标距的伸长与原始标距的百分比标距的伸长与原始标距的百分

6、比.2 2、断面收缩率、断面收缩率%:%:试样拉断后试样拉断后,缩劲处缩劲处截面积的最大缩减量与原横断面积的百截面积的最大缩减量与原横断面积的百分比分比.3 3、工程意义、工程意义第10页，本讲稿共29页五、硬度五、硬度 1 1、布氏硬度、布氏硬度 适用于未淬火的钢、适用于未淬火的钢、铸铁、有色金属或软质的轴承合金。铸铁、有色金属或软质的轴承合金。n n大小大小：HB=F/S HB=F/S n n种类种类：HBS HBS 450 450 （钢球压头）（钢球压头）HBW HBW 450 450（硬质合金钢球压头）（硬质合金钢球压头）第11页，本讲稿共29页2 2 2 2、洛氏硬度、洛氏硬度、洛氏

7、硬度、洛氏硬度 n nHRAHRAHRAHRA（圆锥压头，（圆锥压头，（圆锥压头，（圆锥压头，60kg60kg60kg60kg载荷）载荷）载荷）载荷）测量硬、薄试件、测量硬、薄试件、测量硬、薄试件、测量硬、薄试件、硬质合金。硬质合金。硬质合金。硬质合金。n nHRBHRBHRBHRB（钢球压头，（钢球压头，（钢球压头，（钢球压头，100kg100kg100kg100kg载荷）载荷）载荷）载荷）测量未淬火钢，有色测量未淬火钢，有色测量未淬火钢，有色测量未淬火钢，有色金属。金属。金属。金属。n n HRCHRCHRCHRC（圆锥压头，（圆锥压头，（圆锥压头，（圆锥压头，150kg150kg150k

8、g150kg载荷）载荷）载荷）载荷）测量调质钢、淬硬测量调质钢、淬硬测量调质钢、淬硬测量调质钢、淬硬钢制品。钢制品。钢制品。钢制品。3 3 3 3、维氏硬度（维氏硬度（维氏硬度（维氏硬度（HVHVHVHV）金刚石正四棱锥压头，精确，但操作复杂，用于科学试验。金刚石正四棱锥压头，精确，但操作复杂，用于科学试验。金刚石正四棱锥压头，精确，但操作复杂，用于科学试验。金刚石正四棱锥压头，精确，但操作复杂，用于科学试验。适于各种硬度值的测量；压痕小，可测表面硬化层。适于各种硬度值的测量；压痕小，可测表面硬化层。适于各种硬度值的测量；压痕小，可测表面硬化层。适于各种硬度值的测量；压痕小，可测表面硬化层。第

9、12页，本讲稿共29页六、韧性六、韧性 材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的能力材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的能力材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的能力材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的能力,是是是是材料强度和塑性的综合表现材料强度和塑性的综合表现材料强度和塑性的综合表现材料强度和塑性的综合表现.1 1 1 1、冲击韧度、冲击韧度、冲击韧度、冲击韧度n n载荷载荷载荷载荷n n冲击试验冲击试验冲击试验冲击试验n n指标指标指标指标 a a a akukukuku=冲击破坏所消耗的功冲击破坏所消耗的功冲击破坏所消耗的功冲击破坏所消耗的功 A A A Ak k k k/试

10、样断口截面积试样断口截面积试样断口截面积试样断口截面积 F F F F A A A Ak k k k变形功及断裂功（变形功及断裂功（变形功及断裂功（变形功及断裂功（J J J J）不能设计计算不能设计计算不能设计计算不能设计计算n n 影响因素影响因素影响因素影响因素 热处理敏感、材料、温度热处理敏感、材料、温度热处理敏感、材料、温度热处理敏感、材料、温度 、试样大小、缺口形状等、试样大小、缺口形状等、试样大小、缺口形状等、试样大小、缺口形状等 第13页，本讲稿共29页 2 2、断裂韧性、断裂韧性K KICIC 材料抵抗裂纹失稳的扩展断裂的能力材料抵抗裂纹失稳的扩展断裂的能力材料抵抗裂纹失稳的

11、扩展断裂的能力材料抵抗裂纹失稳的扩展断裂的能力.n n断裂力学的创立断裂力学的创立n n裂纹尖端应力场强度因子裂纹尖端应力场强度因子K K1 1n n断裂韧性断裂韧性K KICIC材料属性、可以设计计算材料属性、可以设计计算热处理敏感热处理敏感裂纹失稳扩展的判据裂纹失稳扩展的判据第14页，本讲稿共29页七、七、疲劳强度疲劳强度 n n载荷载荷:循环载荷循环载荷n n分类分类:按照循环周次、应力按照循环周次、应力n n疲劳特征疲劳特征:裂纹萌生、扩展、瞬时断裂三个区裂纹萌生、扩展、瞬时断裂三个区n n疲劳极限疲劳极限-1-1 材料能承受的无数次循环而不断裂的最大材料能承受的无数次循环而不断裂的最

12、大应力值。疲劳曲线应力值。疲劳曲线第15页，本讲稿共29页第16页，本讲稿共29页影响因素一般强度高一般强度高 -1-1 高高材料纯净材料纯净 -1-1 高高表面质量好表面质量好 -1-1 高高残余压应力残余压应力 -1-1 高高 第17页，本讲稿共29页八、耐磨性八、耐磨性n n粘着磨损粘着磨损n n磨粒磨损磨粒磨损n n提高材料耐磨性的途径提高材料耐磨性的途径提高材料的硬度以增强零件表面对变提高材料的硬度以增强零件表面对变形和断裂的能力形和断裂的能力.改善两接触表面的接触状态以减少磨擦改善两接触表面的接触状态以减少磨擦表面硬化：渗表面硬化：渗C C、N N、B B第18页，本讲稿共29页1

13、-21-2物理性能物理性能1.1.密度密度2.2.热学性能热学性能n n熔点熔点n n热容热容:温度每升高温度每升高1K1K所需的热量所需的热量.n n比热容比热容:单位质量物质的热容单位质量物质的热容.n n热膨胀热膨胀n n热传导热传导3.3.电学性能电学性能4.4.磁学性能磁学性能第19页，本讲稿共29页1-31-3化学性能化学性能1.1.化学腐蚀化学腐蚀2.2.电化学腐蚀电化学腐蚀3.3.提高零件耐腐蚀性的措施提高零件耐腐蚀性的措施第20页，本讲稿共29页1.1.铸造性能铸造性能 流动性、收缩、成分偏析、疏松、吸流动性、收缩、成分偏析、疏松、吸气性、铸造应力以及冷热裂纹倾向气性、铸造应

14、力以及冷热裂纹倾向2.2.锻造性能锻造性能n n借助外力或温度塑性变形方式借助外力或温度塑性变形方式n n与成分、内部微观结构有关与成分、内部微观结构有关1-41-4工艺性能工艺性能第21页，本讲稿共29页3.3.焊接性能焊接性能n n局部加热、加压，扩散结合局部加热、加压，扩散结合永久连永久连接接n n裂纹、气孔、夹杂少裂纹、气孔、夹杂少好好4.4.切削加工性能切削加工性能 表面粗糙度、断屑能力、刀具磨损。适宜表面粗糙度、断屑能力、刀具磨损。适宜的切削的切削HBS180-230HBS180-2305.5.热处理性能热处理性能第22页，本讲稿共29页小结n n材料性能包括使用性能和工艺性能材料

15、性能包括使用性能和工艺性能使用性能：力学性能、化学和物理性能使用性能：力学性能、化学和物理性能使用性能：力学性能、化学和物理性能使用性能：力学性能、化学和物理性能工艺性能：铸造、焊接、锻造、机械加工、工艺性能：铸造、焊接、锻造、机械加工、工艺性能：铸造、焊接、锻造、机械加工、工艺性能：铸造、焊接、锻造、机械加工、热处理热处理热处理热处理n n除除E以外，热处理、加工均改变力学性能以外，热处理、加工均改变力学性能n n常用指标常用指标强度、塑性、硬度、冲击韧度、疲劳强度强度、塑性、硬度、冲击韧度、疲劳强度n n各种材料应力各种材料应力-应变曲线存在差异应变曲线存在差异第23页，本讲稿共29页返回返回返回返回第24页，本讲稿共29页 布氏硬度实验原理图返回第25页，本讲稿共29页返回第26页，本讲稿共29页返回第27页，本讲稿共29页返回第28页，本讲稿共29页返回返回第29页，本讲稿共29页