第一章材料结构和性能thefirst(精品).ppt
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1、第一章工程材料的结构与性能第一章工程材料的结构与性能Thefirstchaptertheengineeringmaterialstructureandproperties工程材料的力学性能工程材料的力学性能theengineeringmaterialstructureandproperties1.强度强度strength2.塑性塑性elastic3.硬度硬度hardness4.冲击韧性冲击韧性impacttoughness5.断裂韧性断裂韧性Fracturetoughness6.耐磨性耐磨性Wear7.粘弹性粘弹性viscoelastic工程材料的物理性能工程材料的物理性能engineerin
2、gmaterialsphysicsperformance工程材料的化学性能工程材料的化学性能Engineeringmaterialschemistryperformance工程材料的工艺性能工程材料的工艺性能EngineeringmaterialsProcessperformance1.强度强度strength1)静载时的强度静载时的强度(1)弹性和刚度弹性和刚度(2)屈服点屈服点(3)抗拉强度抗拉强度2)变载时的强度变载时的强度3)高温强度高温强度1)thestrengthofthestaticload(1)theelasticandrigidity(2)theyieldpoint(3)te
3、nsilestrength2)changeintheintensityofstrength3)hightemperaturestrength应变应变/%应力应力低碳钢的应力低碳钢的应力应变曲线应变曲线一 单向拉伸试验Uniaxialtensiletest断面收缩率 材料塑性好 工程材料的性能分为使用性能和工艺性能。工程材料的性能分为使用性能和工艺性能。对绝大多数工程材对绝大多数工程材料来说,其力学性能是最重要的使用性能。料来说,其力学性能是最重要的使用性能。静载时材料的力学性能静载时材料的力学性能 静载是指对试样缓慢加载。最常用的静载试验有拉伸、压缩、静载是指对试样缓慢加载。最常用的静载试验有
4、拉伸、压缩、硬度、弯曲、扭转等,利用这些不同的试验方法,测得各种力硬度、弯曲、扭转等,利用这些不同的试验方法,测得各种力学性能指标,如强度、塑性和硬度指标。学性能指标,如强度、塑性和硬度指标。Engineeringmaterialperformanceisdividedintousefunctionandprocessperformance.Forthevastmajorityofengineeringmaterials,itsmechanicalperformanceisthemostimportantperformance.Whenthestaticloadthemechanicalpro
5、pertiesofmaterialsofthesampleofthestaticloadistopointtoslowloading.Themostcommonlyusedthestaticloadtestofastretch,compression,hardness,bending,torsionandsoon,theuseofthesevarioustestmethod,thevariousmechanicalperformanceindicators,suchasstrength,plasticandhardnessindex.1.强度强度是指在外力作用下,材料抵抗变形和断裂的能力。强度
6、指标常通过拉伸试验测定。下图为退火低碳钢的拉伸试验载荷(拉力)与变形量(伸长量)的变化图,可以从曲线上直接读出材料的一些常规力学性能指标。1.Strength1.strengthistopointtointheexternalforce,thematerialsresistancetodeformationandfractureability.Strengthindexesoftenthroughdeterminationoftensiletest.Thisillustrationshowstheannealingoflowcarbonsteeltensiletestload(tension)
7、anddeformation(elongation),fromvariationsonthecurveoftheconventionalmaterialsdirectlyreadsomemechanicalperformanceindicators.材料在弹性变形范围内的应力与应变的比值称为弹性模量,以E表示(单位为GPa),即Materialsinelasticdeformationwithinthescopeofthestressandthestrainoftheratiooftheelasticmodulus,calledtoEsaid(forunitGPa),弹性模量E表征材料产生弹性
8、变形的难易程度。弹性模量在工程上称为材料的刚度。ElasticmodulusEmaterialcharacterizationoftheelasticdeformationproduceddegreeofdifficulty.Elasticmodulusinprojectcalledmaterialsstiffness.屈服强度屈服强度s:在上图的拉伸曲线中,在:在上图的拉伸曲线中,在s点出现不可恢复的变点出现不可恢复的变形,即塑性变形。形,即塑性变形。所以所以s点就是材料在外力作用下开始发生塑点就是材料在外力作用下开始发生塑性变形的最低应力值,称为屈服极限或屈服强度性变形的最低应力值,称为屈
9、服极限或屈服强度,用用s表示表示(单位为(单位为MPa),),Theyieldstrengthsigmass:intheimageabovetensilecurves,appearnotresumeinspointofdistortion,namelyplasticdeformation.Sospointismaterialunderexternalforcebeginningtohappenplasticdeformationoftheloweststressvalue,calledyieldlimitoryieldstrength,withsigmasssaid(MPa),unitfor即
10、即弹性极限弹性极限e和弹性模量和弹性模量E:在拉伸曲线上:在拉伸曲线上,e点以前产生的变形点以前产生的变形是可以恢复的变形,叫做弹性变形是可以恢复的变形,叫做弹性变形,e点所对应的弹性变形阶点所对应的弹性变形阶段的最大应力,称为弹性极限,以段的最大应力,称为弹性极限,以e表示(单位为表示(单位为MPa)。)。ElasticlimitsigmaeandelasticmodulusE:inthecurve,eoclockdeformationofthedeformationoftherecoveryiscalledelasticdeformation,epointscorrespondingtot
11、heelasticdeformationstageofthemaximumstress,calledelasticlimittosigmaesaid(MPa)fortheunit.对于没有明显屈服点的材料,规定产生0.2塑性变形时的应力值为该材料的屈服强度,称为名义屈服强度,以 0.2表示。工程中大多数零件都是在弹性范围内工作,如果产生过量塑性变形就会使零件失效,所以屈服强度是设计零件和选材的主要依据之一。Fornoapparenttheyieldpoint,provisionsofthematerialproduce0.2%whenplasticdeformationstressvalueo
12、fthematerialsfortheyieldstrength,calledthenamestrengthtotakedown0.2 0.2sigmasaid.Mostofthepartsareengineeringinelasticrangework,ifproduceexcessplasticdeformationwillmakepartsfailure,sotheyieldstrengthisdesignpartsandmaterialselectionofoneofthemainbasis.抗拉强度b:试样拉断前所能承受的最大应力值,即试样所能承受的最大载荷除以原始截面积,以b表示(
13、单位为MPa)Tensilestrengthsigmab:samplepulledtothemaximumstresscanbeforethevalue,namelythesampletothemaximumloadthatcanbedividedbytheoriginalsectionarea,withsigmabsays(forunitMPa)最大应力值最大应力值b称为抗拉强度或强度极限。它也是零件设计和评定材料时的重要称为抗拉强度或强度极限。它也是零件设计和评定材料时的重要强度指标。强度指标。b测量方便,如果单从保证零件不产生断裂的安全角度考虑,可用测量方便,如果单从保证零件不产生断裂的
14、安全角度考虑,可用作为设计依据,但所取的安全系数应该大一些。作为设计依据,但所取的安全系数应该大一些。Themaximumstressvaluebcalledtensilestrengthorintensitylimit.Itisalsopartdesignandevaluationofimportantmaterialstrengthindexes.bmeasurementisconvenient,ifonlyfrompartsdoesnotguaranteethesafetyofthefractureAngleconsideration,canbeusedasabasisfordesign
15、,butforthesafetycoefficientshouldisbigger.屈服强度与抗拉强度的比值屈服强度与抗拉强度的比值S/b称为屈强比。屈强比小称为屈强比。屈强比小,工程构件的可靠性高,工程构件的可靠性高,说明即使外载或某些意外因素使金属变形,也不至于立即断裂。但屈强比过小,说明即使外载或某些意外因素使金属变形,也不至于立即断裂。但屈强比过小,则材料强度的有效利用率太低。则材料强度的有效利用率太低。TheyieldstrengthandtensilestrengthoftheratiooftheS/bcalledQuJiangthan.QuJiangthansmall,engin
16、eeringofhighreliability,explaincomponenteveninsomesurprisefactorsoutsideormetal,notimmediatelydeformationfracture.ButQuJiangistoosmall,thanthematerialstrengththeeffectiveutilizationrateistoolow.第一章工程材料的结构与性能第一章工程材料的结构与性能2.塑性塑性plastic材料在外力的作用下材料在外力的作用下,产生塑性变形而不断裂的性能称为产生塑性变形而不断裂的性能称为塑性。其大小用伸长率塑性。其大小用伸
17、长率和断面收缩率和断面收缩率来表示。来表示。Externalforce,thematerial,thefunctionofproduceplasticdeformationandnottheperformanceofthefractureiscalled”Theplastic”.Thesizeofthedeltaandsectionwithelongationshrinkagetosaid.材料在外力作用下,产生永久残余变形而不被断裂的能力,称为塑性。塑性指标也主要是通过拉伸实验测得的(图1-6)。工程上常用延伸率和断面收缩率作为材料的塑性指标。Materialunderexternalfor
18、ce,producepermanentresidualdeformationandnotbebrokenability,calledtheplastic.Plasticityindexalsomainlythroughthemeasurementoftensileexperiments(figure1-6).Engineeringelongationandcommonlyusedasmaterialofplasticshrinkagesectionindex.延伸率和断面收缩率的值越大,表示材料的塑性越好。塑性对材料进行冷塑性变形有重要意义。此外,工件的偶然过载,可因塑性变形而防止突然断裂;工
19、件的应力集中处,也可因塑性变形使应力松弛,从而使工件不至于过早断裂。这就是大多数机械零件除要求一定强度指标外,还要求一定塑性指标的道理。材料的和值越大,塑性越好。两者相比,用表示塑性更接近材料的真实应变。Elongationandsectionofthevalue,thegreatertheshrinkageoftheplasticmaterialsaid.Plasticonthematerialforcoldplasticdeformationtohavetheimportantmeaning.Inaddition,theaccidentaloverload,butbecauseofplas
20、ticdeformationandsuddenfault;Thestressconcentrationplace,canalsobecauseplasticdeformationandstressrelaxation,totheprematurefracturenot.Thisisthemostmechanicalpartsinadditiontorequestacertainintensityindexoutside,stillrequireplasticityindexofreason.Deltaandvalueofmaterial,thegreatertheplastic,thebett
21、er.Both,comparedwithsaidmoreclosetotherealplasticmaterialstrain.3.疲劳强度以上几项性能指标,都是材料在静载荷作用下的性能指标。而许多零件和制品,经常受到大小及方向变化的交变载荷,在这种载荷反复作用下,材料常在远低于其屈服强度的应力下即发生断裂,这种现象称为“疲劳”。Thefatiguestrength.Morethanafewperformanceindex,allisthematerialinthestaticloadundertheactionofperformanceindicators.Andmanypartsandpr
22、oducts,areoftensizeanddirectionchangealternatingload,inthiskindofloadundertheactionofrepeated,materialsinfarlowerthanitsoftenyieldstrengthofunderstressfractureoccurred,thisphenomenoniscalledfatigue.零件在这种交变动载荷作用下,经过较长时间的工作而发生断裂的现象称疲劳。Partsinthisdynamicloadsfunction,afteralongtimeofworkandfracturingph
23、enomenoncalledfatigue.疲劳强度是通过测定材料在重复的交变载荷(钢的交变次数为106107周次、有色金属为107108周次)作用下而无断裂的最大应力得到的,用-1表示(单位为MPa)。Fatiguestrengthisthroughthedeterminationofmaterialsinrepeatedalternatingload(steelalternatingnumberfor106107weekstime,non-ferrousmetalfor107108weekstime)undertheactionofnofaultandthemaximumstressget
24、,with-1(unitforMPa)said.材料在规定次数(一般钢铁材料取107次,有色金属及其合金取108次)的交变载荷作用下,而不至引起断裂的最大应力称为“疲劳极限”。光滑试样的弯曲疲劳极限用1表示。一般钢铁的1值约为其b的一半,非金属材料的疲劳极限一般远低于金属。Materialsinstipulatenumber(generalironandsteelmaterialtake107times,non-ferrousmetalsandtheiralloystake108times)alternatingload,andnotcausefractureofthemaximumstres
25、scalledfatiguelimit.Smooththebendingfatiguelimitwith-1said.Generallythesteelandironthe-1valueforits-1abouthalftheb,non-metallicmaterialfatiguelimitgeneralisfarlowerthanthemetal.疲劳断裂的原因一般认为是由于材料表面与内部的缺陷(夹杂、划痕、尖角等),造成局部应力形成微裂纹。集中,这种微裂纹随应力循环次数的增加而逐渐扩展,使零件的有效承载面积逐渐减小,以至于最后承受不起所加载荷而突然断裂。Thefatiguefractur
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