2013-工程材料-第1章-材料力学性能.ppt

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1、2013-工程材料-第1章-材料力学性能敦 德 励 学 知 行 相 长01 材料的性能材料的性能工艺性能工艺性能使用性能使用性能物理性能物理性能物理性能物理性能化学性能化学性能化学性能化学性能力学性能力学性能力学性能力学性能铸造性能铸造性能铸造性能铸造性能锻造性能锻造性能锻造性能锻造性能切削加工性能切削加工性能切削加工性能切削加工性能焊接性能焊接性能焊接性能焊接性能热处理性能热处理性能热处理性能热处理性能弹性弹性弹性弹性塑性塑性塑性塑性强度强度强度强度硬度硬度硬度硬度韧性韧性韧性韧性疲劳疲劳疲劳疲劳材料在外加载荷作用时所表现出的性能。敦 德 励 学 知 行 相 长01 材料的性能材料的性能敦

2、德 励 学 知 行 相 长01 材料的性能材料的性能敦 德 励 学 知 行 相 长01 材料的性能材料的性能敦 德 励 学 知 行 相 长01 材料的性能材料的性能0.2O 0.2sesep bbpO低碳钢的应力-应变曲线铸铁的应力-应变曲线敦 德 励 学 知 行 相 长01 材料的性能材料的性能 e e点点对对应应的的应应力力e e。应应力力低低于于e e点点时时，产产生生弹弹性性变变形形，超超过过e e点时，产生塑性变形。点时，产生塑性变形。弹性极限弹性极限比例极限比例极限 p p点点对对应应的的应应力力p p。OeOe线线上上OpOp部部分分为为一一条条斜斜直直线线，应应力与应变始终成比

3、例。力与应变始终成比例。材材料料在在弹弹性性范范围围内内，应应力力与与应应变变的的比比值值/（MpMp）称称为为弹弹弹弹性性性性模模模模量量量量E E E E，表表示示材材料料抵抵抗抗弹弹性性变变形形的的能能力力，用用来来表表示示材材料料的的刚刚度度。E E值值主主要要取取决决于于各各种种材材料料的的本本性性，而而工工艺艺参参数数对对它它的的影影响响很很小小。可可通通过过增增加加截截面面积积或改变截面形状来提高零件的刚度。或改变截面形状来提高零件的刚度。弹性模量弹性模量sesep bbpO塑性变形弹性变形1.1 1.1 1.1 1.1 弹性和刚度弹性和刚度弹性和刚度弹性和刚度比例极限比例极限比

4、例极限比例极限弹性极限弹性极限弹性极限弹性极限敦 德 励 学 知 行 相 长01 材料的性能材料的性能材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。0.2塑性变形O0.2sesep bpOb屈服强度屈服强度屈服强度屈服强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度材料在应力几乎不增加时应变增加的现象，称为屈服。对应的应力s称为屈服强度，是反映材料抵抗永久变形的能力的指标。材料断裂前所承受的最大应力称为抗拉强度。反映材料抵抗断裂破坏的能力。1.2 1.2 1.2 1.2 强度强度强度强度屈服强度屈服强度屈服强度屈服强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度屈服强度屈服强度屈服强度屈服

5、强度敦 德 励 学 知 行 相 长01 材料的性能材料的性能材料在材料在受力破坏前受力破坏前产生最大塑性变形的能力产生最大塑性变形的能力。断后伸长率断后伸长率断后伸长率断后伸长率断面收缩率断面收缩率断面收缩率断面收缩率试样被拉断后，标距部分的残余伸长与原始标距之比的百分率。试样断裂后，横截面积最大缩减量与原始横截面积之比的百分率。1.3 1.3 1.3 1.3 塑性塑性塑性塑性敦 德 励 学 知 行 相 长01 材料的性能材料的性能 仅在金属表面产生很小压痕，可在成品上试验不需专门加工试样；仅在金属表面产生很小压痕，可在成品上试验不需专门加工试样；易于检查金属表面层的质量；易于检查金属表面层的

6、质量；设备简单，操作方便迅速。设备简单，操作方便迅速。布氏硬度布氏硬度HBHB弹性回跳法弹性回跳法弹性回跳法弹性回跳法压入法压入法压入法压入法划痕法划痕法划痕法划痕法2 2 2 2 硬硬硬硬 度度度度材料抵抗局部塑性变形的能力，是表现材料软硬程度的一个指标。维氏硬度维氏硬度HVHV洛氏硬度洛氏硬度HRHR敦 德 励 学 知 行 相 长01 材料的性能材料的性能=10=10、5 5、2.5mm2.5mm的淬火钢球或硬质合金的淬火钢球或硬质合金 球球压入试样表面压入试样表面 保持一定时间后卸除试验力保持一定时间后卸除试验力 测量压痕平均直径，求出球形面积测量压痕平均直径，求出球形面积 用试验力除以

7、球冠面积用试验力除以球冠面积 压痕面积大，硬度值能反映金属在较大范围内各组成相的平均性能，而不受个别组成相及微小不均匀性的影响，试验数据稳定，重复性强。缺点是压痕大，不能用于太薄件、成品件及硬度大于650HBW的材料。测面积视频文件敦 德 励 学 知 行 相 长01 材料的性能材料的性能 压压头头为为钢钢球球时时，布布氏氏硬硬度度用用符符号号HBS表表示示，适适用用于于布布氏氏硬硬度度值在值在450以下的材料。以下的材料。压压头头为为硬硬质质合合金金球球时时，用用符符号号HBW表表示示，适适用用于于布布氏氏硬硬度度在在650以下的材料。以下的材料。l符符号号HBS或或HBW之之前前的的数数字字

8、表表示示硬硬度度值值,符符号号后后面面的的数数字字按按顺顺序序分分别别表表示示球球体体直直径径、载荷载荷及及载荷保持时间载荷保持时间。如如 120HBS10/1000/30表表 示示 直直 径径 为为 10mm的的 钢钢 球球 在在1000kgf（9.807kN）载载荷荷作作用用下下保保持持30s测测得得的的布布氏氏硬硬度度值值为为120。布布氏氏硬硬度度压压痕痕敦 德 励 学 知 行 相 长01 材料的性能材料的性能具有粗大组织的合金具有粗大组织的合金具有粗大组织的合金具有粗大组织的合金锡基轴承合金 敦 德 励 学 知 行 相 长01 材料的性能材料的性能主试验力主试验力预试验力预试验力F1

9、F0h0表盘表盘压头压头试样试样F1F0h1F1F0h1200操作简便迅速，硬度值可直接读出，压痕较小，可在工件上进行试验；缺点是压痕小，代表性差，所测硬度值重复性差，分散度大。应用应用：广泛用于热处理质量的检验测深度视频文件敦 德 励 学 知 行 相 长01 材料的性能材料的性能符号符号HR前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。lHRA用于测量高硬度材料用于测量高硬度材料,如硬质如硬质合金、表淬层和渗碳层。合金、表淬层和渗碳层。lHRB用于测量低硬度材料用于测量低硬度材料,如有色如有色金属和退火、正火钢等。金属和退火、正火钢等。lHRC用于测量中等硬度材

10、料，如调用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。质钢、淬火钢等。l洛氏硬度的洛氏硬度的优点优点：操作简便，压痕：操作简便，压痕小，适用范围广。小，适用范围广。l缺点缺点：测量结果分散度大。：测量结果分散度大。钢球压头与钢球压头与金刚石压头金刚石压头洛氏硬度压痕洛氏硬度压痕敦 德 励 学 知 行 相 长01 材料的性能材料的性能测测试试原原理理与与布布氏氏相相同同，根根据据压压痕痕面面积积计计算算硬硬度度值值。压压头头为为两两对对面面夹夹角角 为为136136o o的的金金刚刚石石四棱锥体，测定压痕对角线长度进行查表。四棱锥体，测定压痕对角线长度进行查表。敦 德 励 学 知 行 相 长01 材

11、料的性能材料的性能 维维氏氏硬硬度度保保留留了了布布氏氏硬硬度度和和洛洛氏氏硬硬度度的的优优点点，既既可可测测量量由由极极软软到到极极硬硬的的材材料料的的硬硬度度，又又能能互互相相比比较较。既既可可测测量量大大块块材材料料、表表面面硬硬化化层层的的硬硬度度，又又可可测量测量金相组织金相组织中不同相的硬度。但是，要测量对角线，工作效率低中不同相的硬度。但是，要测量对角线，工作效率低 。d1d2TEM of Al85Ni10Ce5HVHV的特点及应用：的特点及应用：敦 德 励 学 知 行 相 长01 材料的性能材料的性能敦 德 励 学 知 行 相 长01 材料的性能材料的性能受冲击载荷的构件受冲击

12、载荷的构件受冲击载荷的构件受冲击载荷的构件3 3 3 3 韧性韧性韧性韧性2012-8-12美国宙斯盾与日本油轮相撞敦 德 励 学 知 行 相 长01 材料的性能材料的性能3.1 3.1 3.1 3.1 冲击韧性冲击韧性冲击韧性冲击韧性材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。摆摆锤锤式式一一次次冲冲击击试试验验冲断试样时，在试样横截面的单位面积上所消耗的功。小小能能量量多多次次冲冲击击试试验验以某种冲击吸收功A作用下开始出现裂纹和最后断裂的冲击次数表示。敦 德 励 学 知 行 相 长01 材料的性能材料的性能 材材料料的的冲冲击击韧韧性性随随温温度度下下降降而而

13、下下降降。在在某某一一温温度度范范围围内内冲冲击击韧韧性性值值发发生生急急剧剧下下降降的的现现象象称称为为韧韧脆脆转转变变。发发生生韧韧脆脆转转变变的的温温度度范范围围称称为为韧韧脆脆转转变变温度温度。韧韧脆脆转转变变温温度度对对组组织织和和成成分分很很敏敏感感，如如细细化化钢钢的的晶晶粒粒和和降降低低钢钢的的含含碳碳量可降低其韧脆转变温度。量可降低其韧脆转变温度。敦 德 励 学 知 行 相 长01 材料的性能材料的性能 2000年7月法航一架协和式客机起飞后不久坠毁，机上113人，地面4人遇难。原因是轮胎上的脱落碎片击中油箱所致。导致2003年10月10日，英航与法航同时宣布协和客机正式退役

14、。标志着人类民用航空史上的超音速时代暂告一个段落。敦 德 励 学 知 行 相 长01 材料的性能材料的性能Titanic Titanic 号钢板和近代船用钢板的冲击试验结果号钢板和近代船用钢板的冲击试验结果The unsinkable ship-Titanic敦 德 励 学 知 行 相 长01 材料的性能材料的性能USA Under Attack敦 德 励 学 知 行 相 长01 材料的性能材料的性能4 4 4 4 疲劳疲劳疲劳疲劳 在交变载荷作用下，虽然零件所承受的应力低于屈服强度，但在交变载荷作用下，虽然零件所承受的应力低于屈服强度，但经过较长时间的工作会产生裂纹或突然断裂。经过较长时间的

15、工作会产生裂纹或突然断裂。敦 德 励 学 知 行 相 长01 材料的性能材料的性能疲劳是低应力循环延时疲劳是低应力循环延时断裂，即有寿命的断裂。断裂，即有寿命的断裂。疲劳是脆性断裂，不管疲劳是脆性断裂，不管是韧性还是脆性材料。是韧性还是脆性材料。疲劳对缺陷（缺口、裂疲劳对缺陷（缺口、裂纹及组织缺陷）十分敏感。纹及组织缺陷）十分敏感。疲劳断裂是裂纹萌生和疲劳断裂是裂纹萌生和扩展过程，断口上有明显扩展过程，断口上有明显的疲劳源和疲劳扩展区。的疲劳源和疲劳扩展区。轴的疲劳断口轴的疲劳断口疲劳辉纹（疲劳辉纹（SEM）敦 德 励 学 知 行 相 长01 材料的性能材料的性能滚轮的疲劳裂纹弹簧的疲劳断口敦 德 励 学 知 行 相 长01 材料的性能材料的性能作业：P15：一、二、三、四（1、2、3）此此课件下件下载可自行可自行编辑修改，修改，仅供参考！供参考！感感谢您的支持，我您的支持，我们努力做得更好！努力做得更好！谢谢!