材料的力學(xué)性能

材料的力學(xué)性能第1頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.1材料的性能的分類1.1.1使用性能力學(xué)性能（機(jī)械性能）物理性能強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、疲勞強(qiáng)度等密度、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率等化學(xué)性能抗氧化性、抗腐蝕性等第2頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.1材料的性能的分類1.1.2工藝性能（加工的難易性）切削性能（可切削性）鍛壓性能（塑性）鑄造性能焊接性能（可焊性）第3頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.2基本概念和術(shù)語1.2基本概念和術(shù)語力學(xué)性能——材料受載荷作用時(shí)表現(xiàn)出的與變形、斷裂相關(guān)的一系列性能。載荷——材料（或零件、構(gòu)件）所受的力（N）或應(yīng)力。應(yīng)力——材料（或零件、構(gòu)件）的單位橫截面積上所受的力（N/m2)。

應(yīng)力的單位：Pa，1Pa=1N/m2

MP，1MPa=106Pa=1N/mm2第4頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.2基本概念和術(shù)語靜載荷——大小和方向都不隨時(shí)間改變或緩慢變化的載荷。動(dòng)載荷——大小或方向隨時(shí)間改變的載荷。載荷載荷沖擊載荷

交變載荷時(shí)間時(shí)間

靜載荷

動(dòng)載荷第5頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.2基本概念和術(shù)語材料受載荷作用時(shí)可能發(fā)生的現(xiàn)象：1.變形彈性變形塑性變形2.斷裂脆性斷裂韌性斷裂第6頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.3拉伸試驗(yàn)1.3.拉伸試驗(yàn)通過拉伸試驗(yàn)可以測(cè)定材料的強(qiáng)度、剛度和塑性。第7頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.3拉伸試驗(yàn)oe段：彈性變形，伸長(zhǎng)量與ΔL與拉力F成正比。S平臺(tái)：屈服現(xiàn)象，開始塑性變形。Sb段：均勻塑性變形。bk段：頸縮（局部塑性變形）K點(diǎn)：斷裂

低碳鋼拉伸曲線F——拉力ΔL——伸長(zhǎng)量第8頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.4強(qiáng)度1.4強(qiáng)度強(qiáng)度——材料受靜載荷作用時(shí)，抵抗塑性變形和斷裂的能力。1.屈服強(qiáng)度σs

——材料受靜載荷作用時(shí)，抵抗塑性變形的能力。

MPa

第9頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.4強(qiáng)度

如果材料所受的載荷達(dá)到或超過其屈服強(qiáng)度，材料就會(huì)發(fā)生塑性變形。在設(shè)計(jì)和使用機(jī)器零件時(shí)，必須保證零件的工作載荷低于零件材料的屈服強(qiáng)度（σ工作<σs），否則零件就會(huì)發(fā)生塑性變形而失效。

練習(xí)（見下頁）第10頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.4強(qiáng)度練習(xí)：要制造一根受拉力的圓桿，已知圓桿直徑為20mm，拉力為93kN。現(xiàn)有兩種鋼，其中Q235鋼的σs為235MPa；45鋼的σs為355MPa。用這兩種鋼來制造此圓桿，是否都能保證不發(fā)生塑性變形？解：圓桿所受應(yīng)力為：若選用Q235鋼制造制造此圓桿，其σs﹤σ，會(huì)發(fā)生塑性變形；選用45鋼制造制造此圓桿，其σs﹥?chǔ)?，能保證不發(fā)生塑性變形。第11頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.4強(qiáng)度2.抗拉強(qiáng)度（強(qiáng)度極限）σb

——材料受靜載荷作用時(shí)，抵抗斷裂的能力。

MPa

第12頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.4強(qiáng)度

如果材料所受的載荷達(dá)到其抗拉強(qiáng)度，材料就會(huì)發(fā)生斷裂。在設(shè)計(jì)和使用機(jī)器零件時(shí)，必須保證零件的工作載荷低于零件材料的抗拉強(qiáng)度（σ工作<σb），否則零件就會(huì)發(fā)生斷裂而失效。第13頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.5剛度1.5剛度剛度——材料受靜載荷作用時(shí)，抵抗彈性變形的能力。衡量剛度大小的指標(biāo)是彈性模量E。在拉伸曲線上，E體現(xiàn)為oe段的斜率。

第14頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.5剛度

常用材料的彈性模量E/MPa

在一定的載荷作用下，彈性模量（E）大的材料發(fā)生的彈性變形比較小。材料的彈性模量是一個(gè)常數(shù)，不會(huì)因熱處理、合金化等外部條件而改變。鐵鎳鈦鋁銅鎂2140002100001180107200013240045000第15頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.6塑性1.6塑性

塑性——材料在受載荷作用時(shí)，在斷裂之前發(fā)生永久性變形的能力。

第16頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.6塑性衡量材料塑性好壞的指標(biāo)：1.延伸率δ

延伸率又稱伸長(zhǎng)率，是試樣被拉斷后，塑性伸長(zhǎng)量與試樣原始標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比：第17頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.6塑性2.斷面收縮率Ψ

斷面收縮率是試樣被拉斷后，頸縮處的橫截面積收縮量（S0-S1）與原始橫截面積S0之百分比：

第18頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.6塑性

材料的δ、Ψ值越大，表明其塑性越好。

材料的塑性在工程上的實(shí)用意義：1）塑性是變形加工（鍛壓）的條件。塑性較好的材料才可以進(jìn)行變形加工。2）塑性好的材料，不易脆斷，應(yīng)用時(shí)安全性比較好。第19頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.7硬度1.7硬度硬度——用來衡量材料軟硬程度的性能指標(biāo)。測(cè)試硬度的方法有多種，相應(yīng)的也有多種硬度指標(biāo)。第20頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.7硬度1.布氏硬度HB1）試驗(yàn)原理

以壓力F將直徑為D的球形壓頭壓入材料表面，形成直徑為d的壓痕，以壓痕單位面積上承受的壓力大小來衡量材料的硬度。F第21頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.7硬度kgf/mm2

式中F——試驗(yàn)壓力，kgf；

S——壓痕面積，

mm2；

D——壓頭直徑，mm；

d——壓痕直徑，mm。

第22頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.7硬度2）標(biāo)注示例

120HBS10/1000/30500HBW5/7503）特點(diǎn)和應(yīng)用范圍（1）試驗(yàn)結(jié)果較準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)的重復(fù)性較好；（2）操作較繁瑣；（3）試驗(yàn)壓力較大，壓痕大，可能損壞薄壁零件;（4）適合于測(cè)試厚度較大的、較軟的原材料、毛坯。第23頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.7硬度2.洛氏硬度HR1）試驗(yàn)原理用一定的壓力將壓頭壓入材料表面，以壓痕深度來衡量材料的硬度。洛氏硬度計(jì)的指示表直接顯示出硬度值。壓痕越淺，硬度值越大，表明材料硬度越高。

試驗(yàn)原理示意圖洛氏硬度計(jì)第24頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.7硬度2）幾種常用的洛氏硬度標(biāo)尺標(biāo)尺標(biāo)注符號(hào)壓頭類型試驗(yàn)壓力數(shù)值有效范圍適用對(duì)象AHRA

金剛石圓錐60kgf(588.4N)20-88HRA

很硬的材料，如鋼的表面硬化層、硬質(zhì)合金等。BHRB

鋼球100kgf（980.7N)20-100HRB

較軟的材料，如退火的鋼、銅合金、鋁合金等。CHRC

金剛石圓錐150kgf(1471N)20-70HRC

較硬的材料，如淬火的鋼件第25頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.7硬度3）洛氏硬度的特點(diǎn)（1）測(cè)試操作簡(jiǎn)便，效率高；（2）適應(yīng)的材料種類較多；（3）壓痕小，對(duì)零件損傷??；（4）測(cè)試準(zhǔn)確度和數(shù)據(jù)重復(fù)性稍差；（5）HRA、HRB、HRC測(cè)試值不能直接對(duì)比。例如:不能認(rèn)為60HRB代表的硬度高于40HRC。第26頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.7硬度3.其它硬度

維氏硬度、肖氏硬度，等等。第27頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.7硬度4.硬度試驗(yàn)的應(yīng)用1）對(duì)于有耐磨性要求的零件，其硬度是主要的質(zhì)量指標(biāo)。2）多數(shù)金屬材料的硬度與強(qiáng)度有一定正比關(guān)系。在實(shí)際工作中，常常通過測(cè)試零件的硬度來換算出強(qiáng)度，既簡(jiǎn)便，成本又低。第28頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.7硬度

黑色金屬硬度及強(qiáng)度換算表

鋼的HBS與σb的換算關(guān)系：

σb≈0.36HBS第29頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一第30頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.8沖擊韌性1.8沖擊韌性ak

有些零件在工作時(shí)會(huì)受沖擊載荷。如沖壓模、鏨子、飛機(jī)起落架等。材料的強(qiáng)度、塑性等在靜載荷下測(cè)定的力學(xué)性能指標(biāo)，不能體現(xiàn)材料的抗沖擊性能。沖擊韌性ak——材料受沖擊載荷時(shí)，抵抗斷裂的能力。

第31頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.8沖擊韌性

沖擊韌性試樣沖擊試驗(yàn)示意圖沖擊試驗(yàn)機(jī)第32頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一

材料的力學(xué)性能——1.8沖擊韌性第33頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一