材料的機械性能

第一章材料的性能神舟一號飛船機械工程材料的常用性能

兩方面材料使用性能材料工藝性能力學性能（強度、塑性韌性等）物理性能（光、熱、電、磁等）化學性能（氧化、腐蝕等）生物性能（相容性、自恢復性等）加工性能（切削、鍛造等）鑄造性能（適合鑄造與否）焊接性能（容易焊接與否）熱處理性能（可熱處理強化）力學行為：材料在外加載荷或環(huán)境因素的作用下所表現(xiàn)的行為?，F(xiàn)象：彈性變形、塑性變形和斷裂。五萬噸水壓機微孔聚合型斷口解理型斷口晶間斷裂晶內(nèi)斷裂低碳鋼的應力-應變曲線拉伸試樣拉伸試驗機應力=P/F0應變=(l-l0)/l0應變ε應力σ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斷裂一、彈性和剛度彈性：指標為彈性極限e，即材料承受最大彈性變形時的應力。剛度：材料受力時抵抗彈性變形的能力。指標為彈性模量E。

e彈性模量：主要取決于材料的本性，其他強化材料的手段如熱處理、冷熱加工、合金化等對彈性模量的影響很小。剛度：可以通過增加橫截面積或改變截面形狀來提高。

二、強度與塑性強度：材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力。屈服強度s：材料發(fā)生微量塑性變形時的應力值。條件屈服強度0.2：殘余變形量為0.2%時的應力值。抗拉強度b：材料斷裂前所承受的最大應力值。s0.2塑性：材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。指標為：伸長率：斷面收縮率：斷裂后拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象說明：①用面縮率表示塑性比伸長率更接近真實變形。③

<5%

時，無頸縮，為脆性材料表征。②

>5%

時，有頸縮，為塑性材料表征；三、沖擊韌性是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。指標為沖擊韌性值ak(通過沖擊實驗測得)。ak=Ak/F韌脆轉變溫度材料的沖擊韌性隨溫度下降而下降。在某一溫度范圍內(nèi)沖擊韌性值急劇下降現(xiàn)象稱韌脆轉變。發(fā)生韌脆轉變的溫度范圍稱韌脆轉變溫度。材料的使用溫度應高于韌脆轉變溫度。體心立方金屬具有韌脆轉變溫度，而大多數(shù)面心立方金屬沒有。韌-59℃-12℃4℃16℃24℃79℃低強度鐵素體鋼沖擊斷口照片TITANIC建造中的Titanic號TITANIC的沉沒與船體材料的質(zhì)量直接有關Titanic號鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗結果Titanic近代船用鋼板四、疲勞材料在低方于s的重復交觸變應力作隊用下發(fā)生液斷裂的現(xiàn)象。材料在規(guī)嚴定次數(shù)應勝力循環(huán)后劣仍不發(fā)生般斷裂時的響最大應力續(xù)稱為疲勞極限。用-1表示。鋼鐵材束料規(guī)定見次數(shù)為特107，有色股金屬合啦金為1導08。疲勞應力示意圖疲勞曲線示意圖2）循潑環(huán)次數(shù)（N）斷裂不斷裂材料的純度及組織狀隊態(tài)對疲勞鏡抗力有垃顯著影版響組織狀態(tài)σb/MPaσ-1/MPa退火（鐵素體＋珠光體）650314淬火（馬氏體）208077540C柄r鋼組取織類型對疲柱勞極限的評影響疲勞斷米口通過改善材料斤的形狀結蓄構，減少表域面缺陷，提高表面左光潔度，進行表抗面強化等方法唇可提高交材料疲瓣勞抗力配。軸的疲勞斷口疲勞輝紋（掃描電鏡照片）五、硬度材料抵添抗表面南局部塑揚性變形變的能力齡。布氏硬相度HB布氏硬度計布氏硬度計HBS善：為鋼球壓頭，韻適用于爆布氏硬流度值在450以擊下的材料信。HBW悼：為硬質(zhì)合金剛球壓頭，適慎用于布氏在硬度在650燭以下的材料。表示方法：12敘0HB午S布氏硬度壓痕布氏硬糊度的優(yōu)嗎點：測量誤差體小，數(shù)據(jù)慕穩(wěn)定，b與HB摧之間有銅關系：蜘如、低碳鋼b≈3.震6HB求；高碳鋼b≈3.啞4HB榨；鑄鐵b≈1H陡B。缺點：壓痕大叨，不能艇用于太辛薄件、牙成品件腔及比壓薦頭還硬船的材料臨。HBb(MPa)鋼黃銅球墨鑄鐵布氏硬國度的應匪用：適于測燥量退火、土正火、昌調(diào)質(zhì)鋼舒,鑄鐵及有色金屬的硬度。洛氏硬度碰HR根據(jù)壓頭民類型：A框、B、C郵。鋼球壓頭與金剛石壓頭洛氏硬度壓痕洛氏硬度應用符號H臺R表示：HR=k-(h1-h0)/0.柿002h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計表示方呢法：數(shù)字池+符勺號，如置45H木RC。HRA：用于測畝量高硬度材料,瘋如硬質(zhì)合嗽金、表淬井層和滲碳焰層。HRB：用于測量低硬度材料,嘩如有色金烏屬和退火賺、正火鋼填等。HRC癥：用于測誓量中等硬度材料，緩如調(diào)質(zhì)誕鋼、淬橡火鋼等散。洛氏硬度虎的優(yōu)點：操作簡便噸，壓痕小按，適用范掏圍廣。缺點：測量結露果分散姐度大。維氏硬度維氏硬度計維氏硬度試驗原理維氏硬度壓痕維氏硬度炒用符號H恒V表示，符號前瞞的數(shù)字洽為硬度另值。用于第孫二相硬獅度的測飾量。小負荷維氏硬度計顯微維氏硬度計硬度的冰特點與伸實用性1）設備簡單，操作方便，不破壞白工件，且與抗拉強濫度之間存板在一定對鍵應關系。2）是綜合性孕力學指標：（1）說沉明強度（奔σ）與塑由性（δ）尿的匹配關系；（2）使用性能策指標，說明掩零件的耐磨性；（3）可哈作為評價工秋藝制定隨合理程夏度的重單要指標秩。例如、當材料橡的硬度在HB1揚50~220間時，其切削性曬較好。3）零件妙圖紙上往惹往只標注身硬度值。4）產(chǎn)品漢質(zhì)量檢查。六、斷裂懶韌性油輪斷裂護和北極星盾導彈發(fā)動患機殼體爆全炸與材料頭中存在缺范陷有關1943年美國T-2油輪發(fā)生斷裂北極星導彈裂紋擴展的基本形式應力強度因子：描述裂紋尖端附近應力場強度的指標。斷裂韌性：材料抵抗內(nèi)部裂紋失穩(wěn)擴展的能力。C為斷裂應力，aC為臨界裂紋半長，單位為KI<KIC