工程材料第1章課件

第1章工程材料的性能

1.2工程材料的物理性能和化學性能21.1工程材料的性能11.3工程材料的工藝性能3目錄1.1工程材料的力學性能圖1-1拉伸試樣與應力—應變曲線1—低碳鋼應力—應變曲線；2—拉伸試樣；3—拉斷后試樣圖1-1所示，以拉力F除以試樣的原始截面S0所得出的應力作為縱坐標，以伸長量ΔL除以試樣的原始長度L0所得出的應變作為橫坐標，得到應力—應變曲線。由圖1-1可知，應力—應變曲線中OP段為一條斜直線，此時應力與應變呈比例關系，P點所對應的應力為保持這種比例關系的最大應力，稱為比例極限，用Rp表示。當工程材料的塑性變形不明顯時，工程上通常將產(chǎn)生0.2%的殘余變形時的應力作為條件屈服極限Rp0.2。應力—應變曲線中OA為彈性變形階段，此時，卸掉載荷試樣將恢復到原來的長度，A點所對應的應力為工程材料承受最大彈性變形時的應力，稱為彈性極限，用RA表示。在彈性變形范圍內(nèi)，應力與應變的比值稱為彈性模量，用E表示。它主要取決于工程材料本身，是工程材料的固有性質(zhì)之一，其大小隨溫度的升高而降低。1.1.1強度強度是指在外力作用下，工程材料抵抗變形和斷裂的能力。其按外力作用性質(zhì)不同可分為屈服強度、抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度、抗扭強度等。當承受拉力時，強度特性指標主要表現(xiàn)為屈服強度和抗拉強度。強度屈服強度抗拉強度在金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時，在試驗期間發(fā)生塑性變形而力不增加的應力點應區(qū)分為上屈服強度和下屈服強度。圖1-1中的C點所對應的應力為抗拉強度Rm。它是指試樣被拉斷前所承受的最大應力，反映了工程材料抵抗斷裂破壞的能力，也是零件設計和工程材料評價的重要指標之一。屈服強度與抗拉強度的比值稱為屈強比，其值一般在0.65～0.75內(nèi)。屈強比越小，工程材料的可靠性越高；屈強比越大，工程材料的強度利用率越高，但可靠性降低。塑性是指工程材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力。工程材料塑性好壞可通過拉伸試驗來測定，工程材料的塑性指標一般用伸長率和斷面收縮率來評定，即式中，A為斷后伸長率；Lu為試樣拉斷后最終標距長度（mm）；L0為試樣原始標距長度（mm）；Z為斷面收縮率；S0為試樣原始截面積（mm2）；Su為試樣拉斷后最終截面積（mm2）。1.1.2塑性硬度是工程材料抵抗其他物體壓入其表面的性能。工程材料硬度越高，其他物體壓入其表面越困難。硬度是工程材料的重要力學性能指標之一。工程上常用的硬度有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。1.1.3硬度

1.布氏硬度布氏硬度試驗是在直徑為D的鋼珠上施加一定載荷F，使其壓入工程材料表層，載荷保持規(guī)定的時間后卸載，得到一直徑為d的壓痕，如圖1-2所示。載荷除以壓痕面積的值稱為布氏硬度，用HB表示。圖1-2布氏硬度試驗原理圖

2.洛氏硬度用錐頂角120°的金剛石圓錐體或淬火鋼球作為壓頭，在一定試驗力的作用下，將壓頭壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定的保持時間后，卸除主試驗力，根據(jù)殘余壓痕深度計算被測工程材料的硬度，如圖1-3所示。圖1-3洛氏硬度試驗原理圖

3.維氏硬度維氏硬度試驗是用兩面夾角為136°的金剛石四棱錐體作為壓頭，在一定載荷下，經(jīng)規(guī)定的保持時間后卸載，得到一個正四方錐形壓痕，如圖1-4所示。卸載后以壓痕面積作為維氏硬度，用HV表示。圖1-4維氏硬度試驗原理圖沖擊韌性是工程材料在沖擊載荷作用下表現(xiàn)出來的力學性能指標。工程上常用擺錘沖擊試驗機來測定沖擊韌性，如圖1-5所示。圖1-5沖擊韌性試驗原理圖1—擺錘；2—試樣；3—支座；4—底座；5—機身；6—刻度盤；7—指針1.1.4沖擊韌性沖擊韌度是指沖斷試樣時，在缺口處單位面積上所消耗的沖擊吸收功，即ak為沖擊韌度（J/cm2）；Ak為擺錘對試樣所做的功（J）；S0為試樣缺口處橫截面積（cm2）試樣承受的交變應力S與斷裂前應力循環(huán)次數(shù)Nf之間的關系曲線，稱為疲勞曲線。如圖1-6所示，當S低于某一值時，曲線與橫坐標平行，表示工程材料可經(jīng)無限次循環(huán)而不斷裂，這一應力稱為疲勞強度，用Smax表示。圖1-6疲勞曲線1.1.5疲勞強度1.2工程材料的物理性能和化學性能

1.2.1物理性能工程材料的物理性能主要包括密度、熔點、熱膨脹性、導熱性、導電性和磁性等。由于機器零件的用途不同，對物理性能的要求也不同。工程材料的化學性能主要是指工程材料在一定的外界環(huán)境（常溫和高溫環(huán)境）下使用時，抵抗各種活性介質(zhì)侵蝕的能力。它包括抗氧化性、耐蝕性等。對于在腐蝕介質(zhì)中或在高溫下工作的零件，比其在大氣和常溫下的腐蝕更為強烈。1.2.2化學性能工程材料的工藝性能是指工程材料對各種加工工藝手段所表現(xiàn)出的難易程度。其按工藝方法的不同可分為鑄造性能、鍛造性能、焊接性能和切削性能等。1.3工程材料的工藝性能在設計零件和選擇工藝方法時，都要考慮工程材料的工藝性能。例如，灰鑄鐵的鑄造