機(jī)械工程材料基礎(chǔ)

1、第一篇機(jī)械工程材料基礎(chǔ)拉伸實(shí)驗(yàn)及強(qiáng)度和塑性硬度沖擊韌度疲勞強(qiáng)度斷裂韌性第一節(jié) 拉伸實(shí)驗(yàn)及強(qiáng)度和塑性力學(xué)性自總（強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性及疲勞強(qiáng)度）廠使用性能物理性能（密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、磁性等 化學(xué)性自總（耐蝕性、抗氧化性、化學(xué)穩(wěn)定性等）工程材料的性能工藝性能造性 可鍛性 可焊性 切削加工性 熱處理性第一節(jié)拉伸實(shí)驗(yàn)及強(qiáng)度和塑性、強(qiáng)度金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。材料的強(qiáng)度用拉伸試驗(yàn)測(cè)定1.拉伸試樣通常采用柱形拉伸試樣，D。為標(biāo)準(zhǔn)試樣的原始直徑；D為試樣斷口處的直徑。Lo為標(biāo)準(zhǔn)試樣的原始標(biāo)距長(zhǎng)度；-為拉斷試樣對(duì)接后測(cè)出的標(biāo)距長(zhǎng)度。長(zhǎng)試樣Lo=1ODo；短試樣L0=5D0o第一節(jié)拉伸實(shí)驗(yàn)

2、及強(qiáng)度和塑性-、強(qiáng)度金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。材料的強(qiáng)度用拉伸試驗(yàn)測(cè)定2、實(shí)驗(yàn)方法一試驗(yàn)在試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行Si /MM MOiMi MBI三三匚 HMOI6劃f圓形拉伸試樣拉伸實(shí)驗(yàn)一、強(qiáng)度金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。材料的強(qiáng)度用拉伸試驗(yàn)測(cè)定2、實(shí)驗(yàn)方法一試驗(yàn)在試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸曲線通常把拉伸力F作為縱坐標(biāo)，伸長(zhǎng)量AL作為橫坐 標(biāo)。拉伸試驗(yàn)測(cè)得的力一伸長(zhǎng)曲線如下。從完整的拉伸試驗(yàn) 和力一伸長(zhǎng)曲線可以看出，試樣從開(kāi)始拉伸到斷裂要經(jīng)過(guò)彈 性變形階段、屈服階段、冷變形強(qiáng)化階段、縮頸與斷裂階段。-、強(qiáng)度金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。材料的強(qiáng)度用拉伸試驗(yàn)測(cè)定2、實(shí)驗(yàn)方法一試驗(yàn)在試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行金屬

3、材料的強(qiáng)度指標(biāo)根據(jù)其變形特點(diǎn)分下列幾個(gè)：彈性極限（Je）表示材料保持彈性變形，不產(chǎn)生永久變形的 最大應(yīng)力，是彈性零件的設(shè)計(jì)依據(jù)。-、強(qiáng)度金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。材料的強(qiáng)度用拉伸試驗(yàn)測(cè)定2、實(shí)驗(yàn)方法一試驗(yàn)在試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行屈服點(diǎn)（Ts）在拉伸過(guò)程中力不增加（保持恒定），試樣仍能繼續(xù)伸長(zhǎng) 時(shí)的應(yīng)力稱為材料的屈服點(diǎn)（過(guò)去曾稱屈服極限）。以耳表示，單位為MpaCTs=Fs/SOFs材料屈服時(shí)的拉伸力（N）。so試樣原始橫截面積（m m2）o原標(biāo)準(zhǔn)GB228-76曾將產(chǎn)生0.2%殘余伸長(zhǎng)率的規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力久十稱為屈服強(qiáng)度，以。0.2表示。-、強(qiáng)度金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。材料的強(qiáng)度用拉伸

4、試驗(yàn)測(cè)定2、實(shí)驗(yàn)方法一試驗(yàn)在試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行強(qiáng)度極限（抗拉強(qiáng)度Ob）拉伸過(guò)程中最大力Fb所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為抗拉強(qiáng)度 （曾稱強(qiáng)度極限），以表示。bb=Ffc/So抗拉強(qiáng)度的物理意義是表征材料對(duì)最大均勻變形的抗力，表征材料 在拉伸條件下所能承受最大力的應(yīng)力值，它是設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)之一, 是工程技術(shù)上的主要強(qiáng)度指標(biāo)。二、塑性常用的塑性指標(biāo)是材料斷裂時(shí)最大相對(duì)塑性變形，如拉伸時(shí)的斷后伸 長(zhǎng)率和斷面收縮率。1、伸長(zhǎng)率（5）在拉伸試驗(yàn)中，試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長(zhǎng)與原 始標(biāo)距的百分比稱為伸長(zhǎng)率。以&表示。RLLo）/Lo式中J試樣拉斷后的標(biāo)距（mm）；Lo試樣原始標(biāo)距（mm）。試樣的長(zhǎng)度和截面尺寸對(duì)&是有影響的

5、。二、塑性常用的塑性指標(biāo)是材料斷裂時(shí)最大相對(duì)塑性變形，如拉伸時(shí)的斷后伸 長(zhǎng)率和斷面收縮率。2、斷面收縮率（屮）試樣拉斷后，縮頸處截面積的最大縮減量與原橫斷面 積的百分比稱為斷面收縮率。試樣拉斷后，縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比稱為斷面收縮率,以屮表示。其數(shù)值按下式計(jì)yj=（so-s1）/so式中So試樣原始截面積（mm?）.S,試樣斷裂后縮頸處的最小橫截面積（mm?）。1、硬度是衡量金屬軟硬程度的一種性能指標(biāo)，是指金屬抵抗局部變形，特別是 塑性變形、壓痕或劃痕的能力。2、硬度法優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)便、無(wú)需專門(mén)試樣、不損壞工件、測(cè)試方便、迅速、硬度值 與材料機(jī)械性能其它指標(biāo)有一定相應(yīng)關(guān)系。

6、硬度測(cè)定方法有壓入法、劃痕法、回跳法等，其中壓入法的應(yīng)用最為普遍。壓入法是在規(guī)定的靜態(tài)試驗(yàn)力作用下，將壓頭壓入金屬材料表面層，然后根據(jù)壓 痕的面積大小或深度測(cè)定其硬度值。在壓入法中根據(jù)試驗(yàn)力、壓頭和表示方法的 不同，常用的硬度測(cè)試方法有布氏硬度、洛氏硬度、和維氏硬度。一、布氏硬度(HB)1、布氏硬度的測(cè)定原理：用一定大小的試驗(yàn)力P (N),把直徑D (mm)的淬火鋼球或硬治合金球壓入被測(cè)金屬的表面，保持規(guī)定時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用讀數(shù) 顯微鏡測(cè)出壓痕平均直徑d (mm),然后按公式求出布氏硬度(HB)值，或者根據(jù)d從已備好的布氏硬度表中查出(HB)值。2、布氏硬度試驗(yàn)規(guī)范國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB231-84

7、）規(guī)定布氏硬度試驗(yàn)時(shí)，常用的0.102F/D2的比例為30、10、2.5三種，根據(jù)金屬材料種類、試樣硬度范圍和厚度的不同，按照布氏硬度 試驗(yàn)規(guī)范選擇試驗(yàn)壓頭（鋼球）直徑D、試驗(yàn)力F及保持時(shí)間。3、表示方法：淬火鋼球作壓頭測(cè)得的硬度值以符號(hào)HBS表示，用硬質(zhì)合金作壓 頭測(cè)得的硬度值以符號(hào)HBW表示。4、特點(diǎn)：重復(fù)性好，但不簡(jiǎn)便，常用于測(cè)試非鐵金屬、鑄鐵、鋼鐵原材料，也 用于硬度低于450HBS的調(diào)質(zhì)鋼或HBW 100kg、150kg)。此時(shí)壓頭受主試驗(yàn)力 作用壓入的深度為h,金屬越硬，h值越小。2、洛氏硬度標(biāo):我國(guó)常用的是HRA、HRB、HRC三種3、洛氏硬度值標(biāo)注方法：例如52HRC、70HR

8、A等。4、特點(diǎn)：可直接讀數(shù)，操作簡(jiǎn)單，重復(fù)性差，損傷工件表面第三節(jié)沖擊韌度（aQ材料抵抗沖擊載荷作用的能力稱為沖擊韌性，常用一次擺錘沖擊彎曲試驗(yàn) 來(lái)測(cè)定。測(cè)得試樣沖擊吸收功，用符號(hào)Ak表示。用沖擊吸收功除以試樣缺口處 截面積so,即得到材料的沖擊韌度ak o（一）試驗(yàn)原理第三節(jié)沖擊韌度（aQ（二）沖擊試樣SS 士】-1r27. 50. 2l|lT)1-H100 1550 !夏氏V型缺口試樣F25O 25在試樣上開(kāi)缺口的作用是：在缺口附近造成應(yīng)力集中，是塑性變 性局限在缺口附近，并保證在缺口處發(fā)生破裂，以便正確測(cè)定金屬承 受沖擊載荷的能力。同一中金屬的試樣缺口愈深、愈尖銳，沖擊吸收 功愈小，金屬

9、表現(xiàn)脆性就愈顯著。第三節(jié)沖擊韌度(aQ(三) 影響沖擊韌度的因素(1) 試樣的形狀、尺寸:v型缺口試樣比u型缺口試樣更容易沖斷，因此，不同 類型的沖擊試樣，測(cè)定出的沖擊吸收功不能直接比較。(2) 材料的缺陷：能有效的檢驗(yàn)金屬材料在冶煉、加工、熱處理工藝等方面的 質(zhì)量。(3) 試驗(yàn)溫度：在進(jìn)行不同溫度的一系列沖擊試驗(yàn)時(shí)，隨試驗(yàn)溫度的降低，沖 擊吸收功總的變化趨勢(shì)是隨溫度降低而降低的。當(dāng)溫度降至某一數(shù)值時(shí)，沖 擊吸收功急劇下降，金屬由韌性斷裂變?yōu)榇嘈詳嗔?，這種現(xiàn)象稱為冷脆轉(zhuǎn)變。 金屬由韌性狀態(tài)向脆性狀態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。第三節(jié)沖擊韌度（aQ（三）影響沖擊韌度的因素（4）材料的纖維方向：第四節(jié)疲勞強(qiáng)度一、疲勞現(xiàn)象1. 交變載荷載荷的大小與方向隨時(shí)間發(fā)生周期性的變化。2. 疲勞指材料在循環(huán)載荷作用下，即使所受應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度也常發(fā)生 斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。二、疲勞強(qiáng)度通常材料疲勞性能的測(cè)定是在旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的，常見(jiàn)的疲勞曲線和對(duì)稱循環(huán)交變應(yīng)力圖如下圖O第四節(jié)疲勞強(qiáng)度1、疲勞的危險(xiǎn)性疲勞破壞的突然性，故造成得大的危險(xiǎn)。2、疲勞機(jī)理生成裂紋源T裂紋擴(kuò)展T最后脆斷O三、提高材料疲勞強(qiáng)度的措施(1) 合理的結(jié)構(gòu)形狀，防止表面損傷，避免應(yīng)力集中。(