金屬材料及熱處理教學(xué)PPT材料的力學(xué)性能

1、2021-5-131 金屬材料及熱處理 授課專(zhuān)業(yè)：機(jī)械工程系 主講教師：黃偉軍 博士 tel辦公室：工程樓b603 緒 論 材料科學(xué)與社會(huì)發(fā)展材料科學(xué)與社會(huì)發(fā)展 工程材料及其類(lèi)別工程材料及其類(lèi)別 機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料 本課程的學(xué)習(xí)目的本課程的學(xué)習(xí)目的 本課程的主要內(nèi)容本課程的主要內(nèi)容 一、材料科學(xué)與社會(huì)發(fā)展 1.材料與人類(lèi)生活材料與人類(lèi)生活 人類(lèi)社會(huì)依據(jù)制造人類(lèi)社會(huì)依據(jù)制造生產(chǎn)工具的材料生產(chǎn)工具的材料來(lái)進(jìn)行歷史劃分來(lái)進(jìn)行歷史劃分 舊石器時(shí)代舊石器時(shí)代 新石器時(shí)代新石器時(shí)代 青銅器時(shí)代青銅器時(shí)代 鐵器時(shí)代鐵器時(shí)代 硅時(shí)代、碳時(shí)代硅時(shí)代、碳時(shí)代 一、材料科學(xué)與社會(huì)發(fā)展

2、 舊石器時(shí)代（舊石器時(shí)代（250萬(wàn)年前）萬(wàn)年前） 人類(lèi)在地球上出現(xiàn)之后，最早使用的工具是石頭。人類(lèi)在地球上出現(xiàn)之后，最早使用的工具是石頭。 一、材料科學(xué)與社會(huì)發(fā)展 舊石器時(shí)代（舊石器時(shí)代（250萬(wàn)年前）萬(wàn)年前） 石頭石頭石器石器 一、材料科學(xué)與社會(huì)發(fā)展 新石器時(shí)代（新石器時(shí)代（1萬(wàn)年前）萬(wàn)年前） 原始社會(huì)末期，開(kāi)始用火燒制陶器，發(fā)展成原始社會(huì)末期，開(kāi)始用火燒制陶器，發(fā)展成陶瓷陶瓷。 精美石器陶器人類(lèi)第一種合成材料 一、材料科學(xué)與社會(huì)發(fā)展 青銅器時(shí)代（青銅器時(shí)代（4000年前）年前） 奴隸社會(huì)，青銅冶煉技術(shù)得到很大發(fā)展。奴隸社會(huì)，青銅冶煉技術(shù)得到很大發(fā)展。 我國(guó)青銅冶煉始于夏代，商周時(shí)代，達(dá)到較

3、高水平我國(guó)青銅冶煉始于夏代，商周時(shí)代，達(dá)到較高水平 青銅（銅錫合金）青銅（銅錫合金） 人類(lèi)發(fā)明的第一種合金人類(lèi)發(fā)明的第一種合金 一、材料科學(xué)與社會(huì)發(fā)展 鐵器時(shí)代（鐵器時(shí)代（1400年前，春秋戰(zhàn)國(guó)）年前，春秋戰(zhàn)國(guó)） 生產(chǎn)工具由青銅器過(guò)渡到鐵器，其重大發(fā)展對(duì)社會(huì)生產(chǎn)工具由青銅器過(guò)渡到鐵器，其重大發(fā)展對(duì)社會(huì) 進(jìn)步起了巨大的推動(dòng)作用。進(jìn)步起了巨大的推動(dòng)作用。 漢代漢代“先煉鐵后煉鋼先煉鐵后煉鋼”技術(shù)居世界領(lǐng)先地位。技術(shù)居世界領(lǐng)先地位。 鐵器物品 鐵制車(chē)輪 一、材料科學(xué)與社會(huì)發(fā)展 2. 材料科學(xué)發(fā)展與現(xiàn)代文明的聯(lián)系材料科學(xué)發(fā)展與現(xiàn)代文明的聯(lián)系 18世紀(jì)世界工業(yè)迅速發(fā)展，對(duì)材料提出了更高要求。世紀(jì)世界工業(yè)

4、迅速發(fā)展，對(duì)材料提出了更高要求。 1863年光學(xué)顯微鏡，年光學(xué)顯微鏡，1912年年x射線衍射技術(shù)和射線衍射技術(shù)和1932年年 電子顯微鏡等儀器出現(xiàn)電子顯微鏡等儀器出現(xiàn) 金屬學(xué)日趨完善，大大推動(dòng)了金屬材料的發(fā)展金屬學(xué)日趨完善，大大推動(dòng)了金屬材料的發(fā)展 一、材料科學(xué)與社會(huì)發(fā)展 2. 材料科學(xué)發(fā)展與現(xiàn)代文明的聯(lián)系材料科學(xué)發(fā)展與現(xiàn)代文明的聯(lián)系 現(xiàn)代社會(huì)文明的三大支柱：能源、信息和材料現(xiàn)代社會(huì)文明的三大支柱：能源、信息和材料 信息時(shí)代是建立在材料的基礎(chǔ)上信息時(shí)代是建立在材料的基礎(chǔ)上 硅半導(dǎo)體硅半導(dǎo)體晶體管晶體管集成電路集成電路計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) 磁性材料磁性材料信息貯存信息貯存 激光材料激光材料+光導(dǎo)纖維光導(dǎo)

5、纖維信息傳輸信息傳輸信息網(wǎng)絡(luò)信息網(wǎng)絡(luò) 能源技術(shù)以材料為支撐能源技術(shù)以材料為支撐 再生能源、核能、燃料電池等再生能源、核能、燃料電池等 信息時(shí)代信息時(shí)代 一、材料科學(xué)與社會(huì)發(fā)展 3. 現(xiàn)代材料現(xiàn)代材料 學(xué)學(xué) 現(xiàn)代材料學(xué)是以金屬學(xué)、高分子材料、陶瓷材料現(xiàn)代材料學(xué)是以金屬學(xué)、高分子材料、陶瓷材料 為基礎(chǔ)，為基礎(chǔ)， 研究所有固體材料的成分、組織和性能之研究所有固體材料的成分、組織和性能之 間關(guān)系的的一門(mén)科學(xué)。間關(guān)系的的一門(mén)科學(xué)。 現(xiàn)代社會(huì)對(duì)材料的要求：現(xiàn)代社會(huì)對(duì)材料的要求：具有高性能或具有特殊具有高性能或具有特殊 性能的金屬、非金屬及復(fù)合材料。性能的金屬、非金屬及復(fù)合材料。 一、材料科學(xué)與社會(huì)發(fā)展 信

6、息社會(huì)的材料產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及材料發(fā)展趨勢(shì)：信息社會(huì)的材料產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及材料發(fā)展趨勢(shì)： 從工業(yè)社會(huì)向信息社會(huì)過(guò)渡中從工業(yè)社會(huì)向信息社會(huì)過(guò)渡中 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)從勞動(dòng)密集型、資金密集型向技術(shù)密集產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)從勞動(dòng)密集型、資金密集型向技術(shù)密集 型和知識(shí)密集型發(fā)展型和知識(shí)密集型發(fā)展 勞動(dòng)對(duì)象的結(jié)構(gòu)中金屬材料比重下降、而無(wú)機(jī)非勞動(dòng)對(duì)象的結(jié)構(gòu)中金屬材料比重下降、而無(wú)機(jī)非 金屬材料、有機(jī)合成材料的比重越來(lái)越大。金屬材料、有機(jī)合成材料的比重越來(lái)越大。 一、材料科學(xué)與社會(huì)發(fā)展 新材料新技術(shù)的應(yīng)用的程度決定一個(gè)國(guó)家和地區(qū)的新材料新技術(shù)的應(yīng)用的程度決定一個(gè)國(guó)家和地區(qū)的 經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。 硅片的發(fā)展及現(xiàn)狀硅片的發(fā)展及現(xiàn)狀 集成

7、度越來(lái)越高集成度越來(lái)越高 直徑越來(lái)越大直徑越來(lái)越大 國(guó)外：國(guó)外：16英寸以上英寸以上 中國(guó)：中國(guó)：6-8英寸為主流英寸為主流 二、工程材料及其類(lèi)別 1. 工程材料的含義：工程材料的含義： 工程材料是以用于工程材料是以用于工程結(jié)構(gòu)和機(jī)器零件及元器件工程結(jié)構(gòu)和機(jī)器零件及元器件的材的材 料為研究對(duì)象。主要包括：機(jī)械、船舶、化工、建筑、料為研究對(duì)象。主要包括：機(jī)械、船舶、化工、建筑、 車(chē)輛、儀表、航空航天等工程領(lǐng)域中用于制造工程構(gòu)車(chē)輛、儀表、航空航天等工程領(lǐng)域中用于制造工程構(gòu) 件和機(jī)械零件的材料。件和機(jī)械零件的材料。 2021-5-1316 u美研制x-37高速飛行 (2005年6月21日搭乘“白騎士

8、”首次飛行實(shí)驗(yàn)) 無(wú)人駕駛，全機(jī)身復(fù)合材料，二級(jí)入軌，水平降落。若成功可在兩小時(shí)內(nèi)對(duì)地球任何地點(diǎn)進(jìn)行打擊 2021-5-1317 返返回回文檔文檔 二、工程材料及其類(lèi)別 2. 工程材料的類(lèi)別：工程材料的類(lèi)別： 工程材料是以用于工程結(jié)構(gòu)和機(jī)器零件及元器件的材料為研究 對(duì)象。主要包括：機(jī)械、船舶、化工、建筑、車(chē)輛、儀表、航 空航天等工程領(lǐng)域中用于制造工程構(gòu)件和機(jī)械零件的材料。 二、工程材料及其類(lèi)別 2. 工程材料的類(lèi)別：工程材料的類(lèi)別： 二、工程材料及其類(lèi)別 2. 工程材料的性能：工程材料的性能： 使用性能：使用性能：材料在使用條件下具有的性能材料在使用條件下具有的性能 （力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)

9、性能及生物功能）（力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能及生物功能） 工藝性能：工藝性能：材料在加工過(guò)程中下具有的性能材料在加工過(guò)程中下具有的性能 （切削加工性能、鑄造性能、壓力加工性能、焊接性能（切削加工性能、鑄造性能、壓力加工性能、焊接性能 和熱處理性能等）和熱處理性能等） 三、機(jī)械工程材料 1. 機(jī)械工程材料含義：機(jī)械工程材料含義： 機(jī)械工程材料顧名思義就機(jī)械工程中應(yīng)用的材料問(wèn)題，應(yīng)該是機(jī)械工程材料顧名思義就機(jī)械工程中應(yīng)用的材料問(wèn)題，應(yīng)該是 跨越機(jī)械和材料兩個(gè)學(xué)科，以機(jī)械工業(yè)的需求出發(fā)，推動(dòng)材料跨越機(jī)械和材料兩個(gè)學(xué)科，以機(jī)械工業(yè)的需求出發(fā)，推動(dòng)材料 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)材料科學(xué)的新進(jìn)展又推動(dòng)了機(jī)械

10、工程技科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)材料科學(xué)的新進(jìn)展又推動(dòng)了機(jī)械工程技 術(shù)的革新和發(fā)展。術(shù)的革新和發(fā)展。 三、機(jī)械工程材料 2. 材料技術(shù)對(duì)機(jī)械工程發(fā)展的促進(jìn)：材料技術(shù)對(duì)機(jī)械工程發(fā)展的促進(jìn)： 四、課程的目的 隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，對(duì)于產(chǎn)品要求越來(lái)越高，無(wú)隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，對(duì)于產(chǎn)品要求越來(lái)越高，無(wú) 論是制造機(jī)床還是建造輪船、石油化工設(shè)備、都要論是制造機(jī)床還是建造輪船、石油化工設(shè)備、都要 求產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)，質(zhì)量高、壽命長(zhǎng)、造價(jià)低。因此求產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)，質(zhì)量高、壽命長(zhǎng)、造價(jià)低。因此 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，會(huì)遇到越來(lái)越多的材料在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，會(huì)遇到越來(lái)越多的材料 選用和材料加工方面的問(wèn)題。這就要求機(jī)械工程

11、技選用和材料加工方面的問(wèn)題。這就要求機(jī)械工程技 術(shù)人員掌握必要的材料科學(xué)和材料工程知識(shí)，具備術(shù)人員掌握必要的材料科學(xué)和材料工程知識(shí)，具備 準(zhǔn)確的選擇材料和加工方法，合理安排加工工藝路準(zhǔn)確的選擇材料和加工方法，合理安排加工工藝路 線。線。 四、課程的目的 機(jī)械制造與材料：結(jié)構(gòu)機(jī)械制造與材料：結(jié)構(gòu)性能性能加工工藝加工工藝 u內(nèi)部結(jié)構(gòu)與性能：內(nèi)部結(jié)構(gòu)與性能：材料的性能來(lái)源于該材料的材料的性能來(lái)源于該材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)， 這是對(duì)工程師和學(xué)者最具有重要價(jià)值的一個(gè)原則。這是對(duì)工程師和學(xué)者最具有重要價(jià)值的一個(gè)原則。 u加工工藝與性能：加工工藝與性能：材料必須進(jìn)行加工，以滿足工程師對(duì)所材料必須進(jìn)行加工，以

12、滿足工程師對(duì)所 設(shè)計(jì)產(chǎn)品的要求，目的是要了解結(jié)構(gòu)變化的本質(zhì)，以便于制設(shè)計(jì)產(chǎn)品的要求，目的是要了解結(jié)構(gòu)變化的本質(zhì)，以便于制 定適當(dāng)?shù)墓に嚵鞒獭６ㄟm當(dāng)?shù)墓に嚵鞒獭?u使用行為：使用行為：在材料的選用中，不僅要考慮初始要求，而且在材料的選用中，不僅要考慮初始要求，而且 要考慮使那些材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致材料性能發(fā)要考慮使那些材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致材料性能發(fā) 生變化的使用條件。生變化的使用條件。 四、課程的目的 課程的目的：課程的目的： 1）獲得有關(guān)工程結(jié)構(gòu)和機(jī)器零件常用的金屬材料，非）獲得有關(guān)工程結(jié)構(gòu)和機(jī)器零件常用的金屬材料，非 金屬材料的基本理論知識(shí)和性能特點(diǎn)，并初步具備根據(jù)金屬材

13、料的基本理論知識(shí)和性能特點(diǎn)，并初步具備根據(jù) 零件工作條件和失效方式，合理選材與使用材料，正確零件工作條件和失效方式，合理選材與使用材料，正確 制定零件的冷、熱加工工藝路線的能力。制定零件的冷、熱加工工藝路線的能力。 2）了解材料的性能與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)系）了解材料的性能與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)系 3）了解各種材料的基本特性和應(yīng)用范圍）了解各種材料的基本特性和應(yīng)用范圍 五、課程的主要內(nèi)容與要求 本課程是講述機(jī)械制造過(guò)程中所采用的工程材料及各種熱本課程是講述機(jī)械制造過(guò)程中所采用的工程材料及各種熱 處理方法和技術(shù)的一門(mén)綜合性的技術(shù)基礎(chǔ)課。處理方法和技術(shù)的一門(mén)綜合性的技術(shù)基礎(chǔ)課。 本課程的任務(wù)是使學(xué)生對(duì)工程材料及各

14、種熱處理在機(jī)械制本課程的任務(wù)是使學(xué)生對(duì)工程材料及各種熱處理在機(jī)械制 造中的應(yīng)用和相互聯(lián)系等有所掌握和了解。造中的應(yīng)用和相互聯(lián)系等有所掌握和了解。 本課程的主要研究?jī)?nèi)容為常用工程材料的成分、組織、本課程的主要研究?jī)?nèi)容為常用工程材料的成分、組織、 工藝與性能之間的相互關(guān)系、熱處理原理與工藝過(guò)程。要求工藝與性能之間的相互關(guān)系、熱處理原理與工藝過(guò)程。要求 掌握常用工程材料的一般性質(zhì)、應(yīng)用范圍和選擇原則。掌握常用工程材料的一般性質(zhì)、應(yīng)用范圍和選擇原則。 主要參考文獻(xiàn) 1 1工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ). .相瑜才相瑜才, ,孫維連孫維連. .北京：機(jī)械工業(yè)出版社北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2

15、2金屬工藝學(xué)金屬工藝學(xué). .鄧文英主編鄧文英主編. .北京：高等教育出版社北京：高等教育出版社 3 3金屬材料及熱處理金屬材料及熱處理. .史美堂主編史美堂主編. .上海：上?？萍汲霭嫔缟虾＃荷虾？萍汲霭嫔?4 4制造工程與技術(shù)（英文影印本）制造工程與技術(shù)（英文影印本）manufacturing engineering and manufacturing engineering and technology. technology. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社北京：機(jī)械工業(yè)出版社 第一章 工程材料的力學(xué)性能 失效的基本概念失效的基本概念 1. 零件（構(gòu)件）的功能：零件（構(gòu)件）的功能： （1 1）在一

16、定的載荷、介質(zhì)、溫度作用下保持一定幾何形狀和尺寸；）在一定的載荷、介質(zhì)、溫度作用下保持一定幾何形狀和尺寸； （2 2）實(shí)現(xiàn)規(guī)定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)；）實(shí)現(xiàn)規(guī)定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)； （3 3）傳遞力和能量。）傳遞力和能量。 2. 失效的定義和形式：失效的定義和形式： 定義：零件失去設(shè)計(jì)所要求的效能即為失效。定義：零件失去設(shè)計(jì)所要求的效能即為失效。 應(yīng)用前、應(yīng)用中、突發(fā) 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 學(xué)習(xí)失效的目的學(xué)習(xí)失效的目的 機(jī)械設(shè)計(jì)者機(jī)械設(shè)計(jì)者為了防止零件失效為了防止零件失效 設(shè)計(jì)正確設(shè)計(jì)正確選材恰當(dāng)選材恰當(dāng)工藝合理工藝合理 工作條件對(duì)材料的性能要求工作條件對(duì)材料的性能要求正確選材正確選材制定工藝路線制定工藝

17、路線 確定失效的抗力指標(biāo)確定失效的抗力指標(biāo) 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 失效的例子失效的例子 失效的例子失效的例子 斷裂的大橋斷裂的大橋 失效的原因失效的原因 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 多方面因素多方面因素 材料選擇材料選擇 加工制造加工制造 裝配調(diào)整裝配調(diào)整 使用與保養(yǎng)使用與保養(yǎng) 第一章 工程材料的力學(xué)性能 失效的本質(zhì)失效的本質(zhì) 1. 失效的本質(zhì)：失效的本質(zhì)： 外界載荷、溫度、介質(zhì)等損害作用超過(guò)了材料抵抗損害的能力。外界載荷、溫度、介質(zhì)等損害作用超過(guò)了材料抵抗損害的能力。 2. 常見(jiàn)的常見(jiàn)的失效失效形式：形式： 過(guò)量變形、斷裂、磨損和腐蝕過(guò)量變形、斷裂、磨損和腐蝕 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 靜載荷

18、下材料的力學(xué)性能靜載荷下材料的力學(xué)性能 材料的硬度材料的硬度 非靜載荷時(shí)材料的力學(xué)性能非靜載荷時(shí)材料的力學(xué)性能 高溫下材料的力學(xué)性能高溫下材料的力學(xué)性能 第一章 工程材料的力學(xué)性能 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 變形：材料在外力作用下產(chǎn)生的形狀或尺寸的變化變形：材料在外力作用下產(chǎn)生的形狀或尺寸的變化 外力去除變形恢復(fù)？ 彈性變形：變形能夠恢復(fù)彈性變形：變形能夠恢復(fù) 塑性變形：變形不能夠恢復(fù)塑性變形：變形不能夠恢復(fù) 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 一一. 工程材料在靜拉伸時(shí)的應(yīng)力工程材料在靜拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變行為應(yīng)變行為 1.低碳鋼的應(yīng)力低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變行為應(yīng)變行為 由 a p a

19、n l l 曲線 l pp p l 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 一一. 工程材料在靜拉伸時(shí)的應(yīng)力工程材料在靜拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變行為應(yīng)變行為 1.低碳鋼的應(yīng)力低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變行為應(yīng)變行為 低碳鋼拉伸試驗(yàn)低碳鋼拉伸試驗(yàn) 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 一一. 工程材料在靜拉伸時(shí)的應(yīng)力工程材料在靜拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變行為應(yīng)變行為 1.低碳鋼的應(yīng)力低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變行為應(yīng)變行為 低碳鋼拉伸試驗(yàn)低碳鋼拉伸試驗(yàn) 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 一一. 工程材料在靜拉伸時(shí)的應(yīng)力工程材料在靜拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變行為應(yīng)變行為 1.低碳鋼的應(yīng)力低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變行為應(yīng)變行為 低碳鋼拉伸時(shí)應(yīng)力低碳鋼拉

20、伸時(shí)應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 一一. 工程材料在靜拉伸時(shí)的應(yīng)力工程材料在靜拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變行為應(yīng)變行為 1.低碳鋼的應(yīng)力低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變行為應(yīng)變行為 oaoa段比例極限段比例極限 p abab段彈性極限段彈性極限 e （一）四個(gè)階段（一）四個(gè)階段 1、彈性階段ab o p e s a b c c d e f g df 1 b cccc應(yīng)力不增加，變形不斷增加應(yīng)力不增加，變形不斷增加 稱(chēng)為屈服，該段的最低應(yīng)力稱(chēng)為稱(chēng)為屈服，該段的最低應(yīng)力稱(chēng)為 屈服應(yīng)力，在材料屈服后若卸載屈服應(yīng)力，在材料屈服后若卸載 出現(xiàn)不能恢復(fù)的變形成為塑性變出現(xiàn)不能恢復(fù)的變形成為塑性變

21、 形形 s 2 、 屈 服 階 段 cc 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 一一. 工程材料在靜拉伸時(shí)的應(yīng)力工程材料在靜拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變行為應(yīng)變行為 1.低碳鋼的應(yīng)力低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變行為應(yīng)變行為 （一）四個(gè)階段 3、強(qiáng)化階段ce o p e s a b c c d e f g df 1 b 4、局部變形階段ef 材料恢復(fù)抵抗變形的能力稱(chēng)材料恢復(fù)抵抗變形的能力稱(chēng) 為強(qiáng)化強(qiáng)度極限為強(qiáng)化強(qiáng)度極限 b 變形集中于某一局部范圍頸縮變形集中于某一局部范圍頸縮 斷裂斷裂 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 一一. 工程材料在靜拉伸時(shí)的應(yīng)力工程材料在靜拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變行為應(yīng)變行為 1.低碳鋼的應(yīng)力低碳

22、鋼的應(yīng)力-應(yīng)變行為應(yīng)變行為 （一）四個(gè)階段 低碳鋼在拉伸應(yīng)力作用下的變形過(guò)程分為：彈性變形、屈服塑 性變形、均勻塑性變形、不均勻集中塑性變形四個(gè)階段。 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 一一. 工程材料在靜拉伸時(shí)的應(yīng)力工程材料在靜拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變行為應(yīng)變行為 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 低碳鋼拉伸曲線的低碳鋼拉伸曲線的4個(gè)階段、個(gè)階段、3個(gè)特征點(diǎn)個(gè)特征點(diǎn) ob：彈性階段（卸載可逆）：彈性階段（卸載可逆） p e s b a b c c d e o a：比例極限：比例極限 p b：彈性極限：彈性極限 e bc：屈服階段：屈服階段 （出現(xiàn)塑性變形）（出現(xiàn)塑性變形） （兩者很接近）（兩

23、者很接近） =e =e e=tan c：屈服極限：屈服極限 s 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 cd:強(qiáng)化階段強(qiáng)化階段 d：強(qiáng)度極限：強(qiáng)度極限 b de：縮頸階段：縮頸階段 （局部收縮階段）（局部收縮階段） 0 p e t e:彈性應(yīng)變彈性應(yīng)變 ， p:塑性應(yīng)變（不可逆的殘余應(yīng)變）塑性應(yīng)變（不可逆的殘余應(yīng)變） p e s b a b c c d e o =e 屈服極限提高：屈服極限提高： 冷作硬化冷作硬化 ，在，在cd段內(nèi)卸載曲線為彈性直線段內(nèi)卸載曲線為彈性直線 e：斷裂點(diǎn)：斷裂點(diǎn) 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 一一. 工程材料在靜拉伸時(shí)的應(yīng)力工程材料在靜拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變行為應(yīng)變行

24、為 2. 其他類(lèi)型材料的應(yīng)力其他類(lèi)型材料的應(yīng)力-應(yīng)變行為應(yīng)變行為 彈性變形、彈性變形、 塑性變形塑性變形 彈性變形彈性變形 非線性彈非線性彈 性變形性變形 1純金屬純金屬 （al、cu、ag等）等） 2脆性材料脆性材料 （陶瓷、白口鑄鐵、淬火高碳鋼）（陶瓷、白口鑄鐵、淬火高碳鋼） 3高彈性材料高彈性材料 （橡膠）（橡膠） 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 2. 其他類(lèi)型材料的應(yīng)力其他類(lèi)型材料的應(yīng)力-應(yīng)變行為應(yīng)變行為 1 2 3 4 102030 (%) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 (mpa) 1、錳鋼、錳鋼 2、硬鋁、硬鋁 3、退火球墨鑄鐵、退

25、火球墨鑄鐵 4、低碳鋼、低碳鋼 特點(diǎn)：特點(diǎn)：d d 較大，為塑性材料。 無(wú)明顯屈服階段。 o a 0.2% s 2 . 0p 無(wú)明顯屈服階段的，規(guī)定以塑性應(yīng)變 =0.2% 所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為名義屈服極限，記作 p 2 . 0p 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 二二. 靜載性能指標(biāo)靜載性能指標(biāo) 1.剛度和強(qiáng)度指標(biāo)剛度和強(qiáng)度指標(biāo) 2.彈性和塑性指標(biāo)彈性和塑性指標(biāo) 3.硬度指標(biāo)硬度指標(biāo) 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 二二. 靜載性能指標(biāo)靜載性能指標(biāo) 1. 剛度和強(qiáng)度指標(biāo)剛度和強(qiáng)度指標(biāo) （1） 剛度剛度 定義：剛度是指零（構(gòu)）件在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力定義：剛度是指零（構(gòu)）件在受力時(shí)抵抗彈性

26、變形的能力 等于材料彈性模量與零（構(gòu)）件截面積的乘積。等于材料彈性模量與零（構(gòu)）件截面積的乘積。 單向拉伸時(shí)：?jiǎn)蜗蚶鞎r(shí)： f a e 即即 f ea 純剪切時(shí)：純剪切時(shí)： fa g 即即 f ga eaea（或（或gaga）為零件的剛度，代表產(chǎn)生單位彈性變形所需載荷的大小。）為零件的剛度，代表產(chǎn)生單位彈性變形所需載荷的大小。 彈性模量彈性模量e e( (或切變模量或切變模量g g) )是表征材料是表征材料剛度的性能指標(biāo)剛度的性能指標(biāo)(why)(why) 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 二二. 靜載性能指標(biāo)靜載性能指標(biāo) 1. 剛度和強(qiáng)度指標(biāo)剛度和強(qiáng)度指標(biāo) （2） 強(qiáng)度強(qiáng)度 定義：強(qiáng)度是指材

27、料抵抗變形或斷裂的能力定義：強(qiáng)度是指材料抵抗變形或斷裂的能力 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 二二. 靜載性能指標(biāo)靜載性能指標(biāo) 1. 剛度和強(qiáng)度指標(biāo)剛度和強(qiáng)度指標(biāo) （2） 強(qiáng)度強(qiáng)度 是材料應(yīng)力和應(yīng)變成正比的最大應(yīng)力是材料應(yīng)力和應(yīng)變成正比的最大應(yīng)力 是材料不產(chǎn)生塑性變形的最大應(yīng)力是材料不產(chǎn)生塑性變形的最大應(yīng)力 是材料開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形的應(yīng)力是材料開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形的應(yīng)力 是材料產(chǎn)生最大均勻塑性變形的應(yīng)力是材料產(chǎn)生最大均勻塑性變形的應(yīng)力 是材料發(fā)生斷裂的應(yīng)力是材料發(fā)生斷裂的應(yīng)力 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 二二. 靜載性能指標(biāo)靜載性能指標(biāo) 2. 彈性和塑性指標(biāo)彈性和塑性指標(biāo) （1） 彈性：

28、指材料彈性變形的大小。彈性：指材料彈性變形的大小。 彈性能為應(yīng)力彈性能為應(yīng)力-應(yīng)變曲線下面彈性變形部分所包圍的面積。應(yīng)變曲線下面彈性變形部分所包圍的面積。 通常用彈性變形時(shí)的吸收能通常用彈性變形時(shí)的吸收能 u 來(lái)表示。來(lái)表示。 材料的彈性極限材料的彈性極限e 越高、彈性模量越高、彈性模量e越低，彈性能越大，越低，彈性能越大， 材料的彈性越好。材料的彈性越好。 彈性指標(biāo)彈性指標(biāo)彈性能彈性能 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 二二. 靜載性能指標(biāo)靜載性能指標(biāo) 第一章 機(jī)械零件（或器件）的失效分析 2. 彈性和塑性指標(biāo)彈性和塑性指標(biāo) （2） 塑性：指材料斷裂前發(fā)生塑性變形的能力。塑性：指材料斷裂前

29、發(fā)生塑性變形的能力。 、越大，材料的塑性越好。越大，材料的塑性越好。 通常用斷后伸長(zhǎng)率通常用斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率和斷面收縮率來(lái)衡量。來(lái)衡量。 伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率 塑性指標(biāo)塑性指標(biāo)伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率和斷面收縮率和斷面收縮率 10 0 100% ll l d 01 0 100% aa a 斷面收縮率斷面收縮率 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 二二. 靜載性能指標(biāo)靜載性能指標(biāo) 2. 彈性和塑性指標(biāo)彈性和塑性指標(biāo) 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定金屬拉伸試驗(yàn)方法（gb2282002) l l=10d l=5d 對(duì)圓截面試樣： 對(duì)矩形截面試樣： al3 .11al65. 5 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 二二. 靜載性能指

30、標(biāo)靜載性能指標(biāo) 2. 彈性和塑性指標(biāo)彈性和塑性指標(biāo) 第一節(jié) 零件在常溫靜載下的過(guò)量變形 二二. 靜載性能指標(biāo)靜載性能指標(biāo) 2. 彈性和塑性指標(biāo)彈性和塑性指標(biāo) 壓入法硬度值壓入法硬度值表征材料的塑性變形抗力及應(yīng)變硬化能力表征材料的塑性變形抗力及應(yīng)變硬化能力 （3） 硬度：表征材料軟硬程度的一種性能。硬度：表征材料軟硬程度的一種性能。 工業(yè)中應(yīng)用最廣泛工業(yè)中應(yīng)用最廣泛 以硬質(zhì)合金或金剛石錐體為壓頭以硬質(zhì)合金或金剛石錐體為壓頭 布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度 三、硬度三、硬度 材料抵抗表面局部塑性變形的能力。材料抵抗表面局部塑性變形的能力。 布氏硬度布氏硬度hbhb )(

31、2 102. 0 22 dddd p hb 布氏硬度計(jì)布氏硬度計(jì) 壓頭為鋼球時(shí)壓頭為鋼球時(shí)，布氏硬度用符號(hào)，布氏硬度用符號(hào)hbs表示，適用于表示，適用于 布氏硬度值在布氏硬度值在450以下的材料。以下的材料。 壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)，用符號(hào)，用符號(hào)hbw表示，適用于布表示，適用于布 氏硬度在氏硬度在650以下的材料。以下的材料。 l符號(hào)符號(hào)hbs或或hbw之前的數(shù)字表示之前的數(shù)字表示 硬度值硬度值, 符號(hào)后面的數(shù)字按順序分符號(hào)后面的數(shù)字按順序分 別表示球體直徑別表示球體直徑、載荷及載荷保載荷及載荷保 持時(shí)間。持時(shí)間。如如 120hbs10/1000/30 表表 示直徑為示直徑為10mm的鋼球在的鋼球在1000kgf（9.807kn）載荷）載荷 作用下保持作用下保持30s測(cè)得的布氏硬度值為測(cè)得的布氏硬度值為120。 布氏硬度壓痕布氏硬度壓痕 布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭 還硬的材料。還硬的材料。 適于測(cè)量適于測(cè)量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼, 鑄鐵及有色金屬的硬度。鑄鐵及有色金屬的硬度。 材料的材料的 b與與hb之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系： 對(duì)于低碳鋼對(duì)于低碳鋼: b(mpa)3.6hb 對(duì)于高碳鋼：對(duì)于高碳鋼： b(m