第一章 金屬材料的力學(xué)性能

一、概述

材料----優(yōu)良使用性能、工藝性能

使用性能-----結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能選擇。

力學(xué)性能（機(jī)械性能）：抵抗外力的能力。

主要表現(xiàn)：靜載荷下、動載荷下、特殊狀態(tài)載荷下的力學(xué)性能。

第一章材料的性能1、金屬特性：塑性-依據(jù)塑變加工成零件2、材料外力下：彈性、塑性、斷裂3、試驗(yàn)：靜載-拉、壓、扭、彎動載-沖擊、交變

第一章工程材料的性能

第一節(jié)工程材料的力學(xué)性能

一、靜拉伸試驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變圖（σ-ε圖）。

１.彈性與剛度

彈性：加載應(yīng)力不超σe，卸載后可完全恢復(fù)原狀，不產(chǎn)生永久變形的性能。σp比例極限σe:彈性極限E：1）彈性極限

：E點(diǎn)的應(yīng)力值，即不產(chǎn)生永久變形的最大應(yīng)力值。

比例極限

：P點(diǎn)的應(yīng)力值，即保持應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系的最大應(yīng)力值。*與，實(shí)用中常取相同值。

剛度：材料的彈性模量E，彈性模量E用以表示剛度，表征材料抵抗產(chǎn)生彈性變形的能力。

表征材料產(chǎn)生變形難易程度的指標(biāo)。E愈大，使產(chǎn)生變形應(yīng)力愈大，變形困難。E只由材料選擇來決定。隨溫度T的升高而降低。

２.強(qiáng)度

強(qiáng)度是指材料在外力作用下抵抗永久變形和斷裂的能力，單位為MPa。（１）屈服點(diǎn)σs

表示材料在外力作用下開始產(chǎn)生塑性變形的最低應(yīng)力值。單位為MPa。鑄鐵等材料沒有明顯的屈服現(xiàn)象,則用條件屈服點(diǎn)（σ0.2）來表示，即產(chǎn)生0.2%殘余應(yīng)變時的應(yīng)力值。σs是零（構(gòu)）件設(shè)計(jì)計(jì)算時的主要參數(shù)，是材料選擇的重要指標(biāo)。2）抗拉強(qiáng)度

：拉斷前的最大應(yīng)力值，同樣是零（構(gòu)）件設(shè)計(jì)、選材的重要指標(biāo)。＊----稱為屈強(qiáng)比。屈強(qiáng)比愈小，構(gòu)件可靠性愈高。＊熱處理、合金化、冷熱加工等對的數(shù)值會產(chǎn)生很大的影響。

（三）塑性

塑性：產(chǎn)生塑性變形但不斷裂的性能稱為塑性。塑性------伸長率，斷面收縮率表示：

＊，的值愈大，材料塑性愈好。變形加工、沖擊載荷零件---有一定的塑性。2、硬度---靜載時材料局部機(jī)械性能指標(biāo)1)硬度：金屬表面抵抗其它硬物壓入的能力--對局部塑性變形的抗力。常用硬度指標(biāo)有：2)布氏硬度HB、洛氏硬度HRC、維氏硬度HV、肖氏硬度HS等。

（一）布氏硬度HB原理：以壓力P--直徑D的淬火鋼球--壓金屬表面--壓痕直徑d----壓痕面積---布氏硬度HB。（實(shí)際上HB的表達(dá)式，測壓痕直徑d的數(shù)值，求出布氏硬度值）注：太薄、太硬（HB450）的材料不易采用布氏硬度。（二）洛氏硬度洛氏硬度---壓頭及施加壓力--分為HRA、HRB、HRC等三種硬度指標(biāo)，最常用的為HRC。原理：金剛石錐頭（頂角）---壓痕深h---值標(biāo)定----壓痕越深，硬度越低。*HRC、HRA用于滲碳層，表面淬火層，硬質(zhì)合金材料的硬度表示。*HRB適用于銅合金材料的硬度表示。

材料的硬度HB與值之間亦有換算關(guān)系，如：低碳鋼HB約為高碳鋼HB約為調(diào)質(zhì)合金鋼HB約為

鋁鑄件HB約為

退火青銅、黃銅HB約為

熱處理后零件實(shí)際值的測定---實(shí)測零件硬度值的方法來確定零件的實(shí)際強(qiáng)度，同時判斷零件的熱處理質(zhì)量。（三）HV維氏硬度金剛四棱錐（頂角）--對角線--值標(biāo)定。壓痕正方形、輕廓清晰、對角線測量準(zhǔn)確，精度最高的，重復(fù)性也很好，比布氏硬度計(jì)優(yōu)越。

測量范圍寬廣，測量全部金屬材料，很軟材料（幾個維氏硬度）到很硬材料（3000維氏硬度）都可測量。

600HV30/20（四）肖氏硬度試驗(yàn)原理

將規(guī)定形狀的金剛石沖頭或硬質(zhì)合金沖頭從固定的高度h。落在試樣表面上，沖頭彈起一定高度h，用h與h0的比值計(jì)算肖氏硬度值。計(jì)算公式如下：

HS=K式中：HS－肖氏硬度；K－肖氏硬度系數(shù)。例如45HSC

---軋輥第二節(jié)動載時材料的機(jī)械性

動載荷：主要有兩種形式：

沖擊：以較高速度施加到零件上的載荷。

交變載荷：大小與方向周期性變化載荷。一、沖擊韌性（）材料抵抗沖擊的能力，用的值表示。由其測量方法（見圖1－3）確定的計(jì)算式為：

沖擊韌性（）的大小--材料、溫度、試樣大小、缺口形狀。

1.不參與零（構(gòu)）件的設(shè)計(jì)計(jì)算過程。2.工作時受沖擊的零件，進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時,按經(jīng)驗(yàn)選擇有一定值的材料。3.實(shí)際中，常用沖擊試驗(yàn)來檢驗(yàn):①材料的組織均勻性、白點(diǎn)、裂紋等。②用來檢驗(yàn)材料的熱處理質(zhì)量如：回火脆性，晶粒大小等。二、疲勞強(qiáng)度

材料在大小和方向重復(fù)偱環(huán)變化載荷作用下抵抗破壞的能力，用σ-1來表示MPa。

疲勞強(qiáng)度通常遠(yuǎn)低于材料的σb，甚至低于材料的σs。

一定應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：(鋼,有色金屬)。

第三節(jié)特殊狀態(tài)下材料的機(jī)械性能

特殊狀態(tài)：零件的工作環(huán)境溫度很高，或?qū)嶋H材料內(nèi)部存在缺陷時。高溫：室溫下材料的力學(xué)性能指標(biāo)不能表示高溫下的性能。

隨溫度T上升—E、、HB值下降，而、值上升。