一工程材料的力學性能

1、第一章第一章 工程材料的力學性能工程材料的力學性能Titanic 的沉沒的沉沒結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials美國密西西比河橋梁坍塌美國密西西比河橋梁坍塌 結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials杭州地鐵工地塌陷杭州地鐵工地塌陷結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials遼寧鐵嶺鋼包脫落事故遼寧鐵嶺鋼包脫落事故 結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials本章綱要本章綱要n機械性能（力學性能）的一般概念機械性能（力學性能）的一般概念n力學性能的測試方法力學性能

2、的測試方法n彈性變形與彈性彈性變形與彈性n塑性變形與塑性塑性變形與塑性n材料的斷裂材料的斷裂n材料的硬度材料的硬度n材料的韌性材料的韌性結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials 材料性能的分類材料性能的分類n表征材料表征材料在給定外界條件下表現出的行為在給定外界條件下表現出的行為。1. 使用性能使用性能 物理、化學、力學性能物理、化學、力學性能2. 工藝性能工藝性能 鑄造、鍛、焊、切削等鑄造、鍛、焊、切削等 結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials1 機械性能（力學性能）的一般概念機械性能（力學性能）的一般概念結束放映下一頁上

3、一頁 本章首頁 Engineering Materials 定義定義n材料在受力時表現出的性能。材料在受力時表現出的性能。 彈性和剛度彈性和剛度 塑性塑性 強度強度 疲勞極限疲勞極限 硬度硬度 韌性（韌性（沖擊韌性沖擊韌性、斷裂韌性斷裂韌性） 結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials 一些力學性能指標一些力學性能指標ne ens snb bnnnaknHRCnHBnHV結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials2 力學性能的測試方法力學性能的測試方法結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials 拉伸

4、過程中圓柱狀試樣的變形拉伸過程中圓柱狀試樣的變形 低碳鋼 緩慢加載拉伸試驗拉伸試驗機機結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials拉伸試樣的斷裂拉伸試樣的斷裂頸縮頸縮結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials 應力和應變應力和應變n應力應力材料受外力后，其內部產材料受外力后，其內部產生大小與外力相等的抗力稱為生大小與外力相等的抗力稱為內力內力。單位橫截面積上的內力稱為應力，單位橫截面積上的內力稱為應力，=P/F0，單位是單位是MPa； n應變應變指試樣受外力后，單位長指試樣受外力后，單位長度上的變形量，度上的變形量，=（L-L0）/

5、L0 結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials低碳鋼拉伸至斷裂過程中的低碳鋼拉伸至斷裂過程中的應力應力- -應變關系曲線圖應變關系曲線圖彈性變形階段彈性變形階段（OAOA）塑性變形階段塑性變形階段（AEAE）斷裂（斷裂（E E點以后）點以后）結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials3 彈性變形與彈性彈性變形與彈性結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials 在應力在應力-應變曲線上的最初部分，應變曲線上的最初部分，去掉外力后，變形立即恢復，這種變形去掉外力后，變形立即恢復，這種變形稱為稱為彈性變形

6、彈性變形，這個變形階段稱為彈性，這個變形階段稱為彈性變形階段。材料的這種性能稱為變形階段。材料的這種性能稱為彈性彈性。 結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials剛度剛度材料抵抗彈性變形的能力。材料抵抗彈性變形的能力。E E彈性模數（彈性模量），直線部分彈性模數（彈性模量），直線部分的斜率的斜率E E = =/，單位是，單位是MPaMPaE E越大，材料的剛度越好，抵抗彈性變越大，材料的剛度越好，抵抗彈性變形的能力越強。形的能力越強。E E是材料本身的性能。是材料本身的性能。p p 比例極限比例極限e e彈性極限彈性極限彈性變形階段的彈性變形階段的力學性能指標力

7、學性能指標結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials4 塑性變形與塑性塑性變形與塑性結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materialsn塑性變形塑性變形材料在外力作用下發(fā)生變形，材料在外力作用下發(fā)生變形，去除外力后，變形不能恢復，這種變形去除外力后，變形不能恢復，這種變形稱為塑性變形。稱為塑性變形。n塑性塑性材料斷裂前發(fā)生塑性變形的能力。材料斷裂前發(fā)生塑性變形的能力。結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials表征塑性的兩種力學性能指標表征塑性的兩種力學性能指標延伸率延伸率 =（l1-l0）/ l0100%斷

8、面收縮率斷面收縮率 =（F0-F1）/ F0100%結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials 材料的材料的 強強 度度 在外力作用下抵抗變形和破在外力作用下抵抗變形和破壞的能力。壞的能力。 結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materialsns屈服強度屈服強度，材料在塑性變形階材料在塑性變形階段，段，BC段，表現為應變增加而應力段，表現為應變增加而應力不增大的情況，這種現象稱為屈服，不增大的情況，這種現象稱為屈服，對應的應力稱為屈服應力。對應的應力稱為屈服應力。 塑性變形階段的強度指標塑性變形階段的強度指標結束放映下一頁上一頁 本章首頁

9、 Engineering Materialsnb抗拉強度抗拉強度，材料斷裂前所能承材料斷裂前所能承受的最大應力值稱為抗拉強度。受的最大應力值稱為抗拉強度。 或：或：材料抵抗外力而不致斷裂的極材料抵抗外力而不致斷裂的極限應力值。限應力值。結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials 5 材料的斷裂材料的斷裂結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials發(fā)生斷裂的兩種不同方式發(fā)生斷裂的兩種不同方式n發(fā)生明顯塑性變形后的斷裂發(fā)生明顯塑性變形后的斷裂n疲勞斷裂疲勞斷裂結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering MaterialsE

10、E斷裂強度斷裂強度 材料發(fā)生頸縮后，迅速伸長，材料發(fā)生頸縮后，迅速伸長，應力明顯下降，最后斷裂。斷裂應力明顯下降，最后斷裂。斷裂時對應的應力為斷裂強度。時對應的應力為斷裂強度。發(fā)生明顯塑性變形后的發(fā)生明顯塑性變形后的斷裂斷裂結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials疲勞斷裂疲勞斷裂n材料在遠低于其屈服強度的交變材料在遠低于其屈服強度的交變循環(huán)應力下即發(fā)生斷裂的現象稱循環(huán)應力下即發(fā)生斷裂的現象稱為疲勞。這種斷裂稱為疲勞斷裂。為疲勞。這種斷裂稱為疲勞斷裂。n交變循環(huán)應力交變循環(huán)應力載荷的大小和載荷的大小和方向隨時間作周期性變化。方向隨時間作周期性變化。結束放映下一頁

11、上一頁 本章首頁 Engineering Materials疲勞強度（疲勞強度（ -1-1）n材料在規(guī)定次數的交變載荷下不材料在規(guī)定次數的交變載荷下不斷裂的最大應力稱為疲勞強度，斷裂的最大應力稱為疲勞強度，即疲勞極限。即疲勞極限。n次數一般為次數一般為10107 7 次。次。 結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials6 材料的材料的硬度硬度 結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materialsn硬度是指材料的軟硬程度，它是硬度是指材料的軟硬程度，它是材料對局部塑性變形的抗力。材料對局部塑性變形的抗力。n測量常用方法：壓入法。測量常用方法：

12、壓入法。 結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials硬度的分類硬度的分類n布氏硬度（布氏硬度（HB）n洛氏硬度（洛氏硬度（HR）n維氏硬度（維氏硬度（HV）n顯微硬度（顯微硬度（HM）結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials布氏硬度布氏硬度(HB) d 越大（即壓痕越深），越大（即壓痕越深），則硬度越小。則硬度越小。結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials應用應用: : 測量比較軟的材料。測量比較軟的材料。優(yōu)缺點優(yōu)缺點: : 壓痕大，測量準確，壓痕大，測量準確，但不能測量成品件。但不能測量成品件

13、。結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials強度和硬度之間的經驗關系強度和硬度之間的經驗關系b bKHBKHB 材料的硬度越大，則其強度越高。材料的硬度越大，則其強度越高。 二者成正比的線性關系。二者成正比的線性關系。結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials洛氏硬度洛氏硬度 (HR)HRBHRCHRA120金剛石圓錐體金剛石圓錐體120金剛石圓錐體金剛石圓錐體1.588mm鋼球鋼球結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials優(yōu)點：操作簡便、迅速，優(yōu)點：操作簡便、迅速，效率高，可直接測量成品效率高，可

14、直接測量成品件及高硬度件及高硬度 的材料。的材料。缺點：壓痕小，測量不準確，缺點：壓痕小，測量不準確， 需多次測量。需多次測量。結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials維氏硬度維氏硬度 (HV)應用：應用：大塊材料、表面大塊材料、表面硬化層的硬度、金相組硬化層的硬度、金相組織的硬度等。織的硬度等。結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials優(yōu)點：維氏硬度可測定從很優(yōu)點：維氏硬度可測定從很軟到很硬的各種材料，可測軟到很硬的各種材料，可測定較薄材料和各種表面滲層，定較薄材料和各種表面滲層，且準確度高。且準確度高。缺點：需要在顯微鏡下測

15、量缺點：需要在顯微鏡下測量壓痕尺寸，操作不太簡便。壓痕尺寸，操作不太簡便。 結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials 7 材料的韌性材料的韌性材料斷裂前吸收變形能量的能力材料斷裂前吸收變形能量的能力 。結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials沖擊韌性沖擊韌性 n材料承受沖擊載荷的能力。材料承受沖擊載荷的能力。na aK K值值：材料材料承承受一次沖擊載荷受一次沖擊載荷時，時，單位面積上所消耗的沖擊功單位面積上所消耗的沖擊功。單位單位為為MJ/mMJ/m2 2。 結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Mater

16、ials脆性材料與韌性材料脆性材料與韌性材料na aK K值低的材料稱為脆性材料，斷裂前值低的材料稱為脆性材料，斷裂前無明顯變形，金屬光澤，呈結晶狀。無明顯變形，金屬光澤，呈結晶狀。如陶瓷材料。如陶瓷材料。na aK K值高的材料稱為韌性材料值高的材料稱為韌性材料，斷裂前斷裂前有明顯塑變，斷口呈灰色纖維狀，無有明顯塑變，斷口呈灰色纖維狀，無光澤。如金屬材料。光澤。如金屬材料。 結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials冷脆轉變溫度冷脆轉變溫度 材料的材料的a aK K值隨溫值隨溫度的降低而減小，度的降低而減小，在某一溫度范圍，在某一溫度范圍，a aK K值發(fā)生急劇降值發(fā)生急劇降低，稱低，稱冷脆現象冷脆現象，這個溫度稱為材這個溫度稱為材料的料的冷脆轉變溫冷脆轉變溫度度。 結