機械工程材料第一章

機械工程材料第一章第1頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月使用性能：材料在使用過程中所表現(xiàn)的性能。包括力學性能、物理性能和化學性能。工藝性能：材料在加工過程中所表現(xiàn)的性能。包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理和切削性能等。神舟一號飛船第2頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為變形。外力去處后能夠恢復的變形稱為彈性變形。外力去處后不能恢復的變形稱為塑性變形。五萬噸水壓機第3頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月一、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。第4頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月彈性模量的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升高而逐漸降低外，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?？梢酝ㄟ^增加橫截面積或改變截面形狀來提高零件的剛度。

第5頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月二、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。

s

0.2

第6頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月低碳鋼的應力-應變曲線拉伸試樣拉伸試驗機應力

=F/S應變

=(l-l0)/l0第7頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月第8頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月條件屈服強度

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。第9頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月塑性：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)象第10頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月說明：①用面縮率表示塑性比伸長率更接近真實變形。②直徑d0相同時，l0，

。只有當l0/d0為常數(shù)時，塑性值才有可比性。當l0=10d0時，伸長率用

表示；當l0=5d0時，伸長率用

5表示。顯然

5>

③

>

時，無頸縮，為脆性材料表征

<

時，有頸縮，為塑性材料表征第11頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月三、硬度硬度—金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕的能力。硬度直接影響到材料的耐磨性和切削加工性。①布氏硬度HB第12頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月布氏硬度計第13頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月

壓頭為鋼球時，布氏硬度用符號HBS表示，適用于布氏硬度值在450以下的材料。壓頭為硬質(zhì)合金球時，用符號HBW表示，適用于布氏硬度在650以下的材料。符號HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值,符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時間。如120HBS10/1000/30表示直徑為10mm的

鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持30s測得的布氏硬度值為120。布氏硬度壓痕第14頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月布氏硬度的優(yōu)點：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。缺點：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。適于測量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼,鑄鐵及有色金屬的硬度。材料的

b與HB之間的經(jīng)驗關系：對于低碳鋼:

b(MPa)≈3.6HB對于高碳鋼：

b(MPa)≈3.4HB對于鑄鐵：

b(MPa)≈1HB或

b(MPa)≈0.6(HB-40)HB

b(MPa)鋼黃銅球墨鑄鐵第15頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月②洛氏硬度根據(jù)壓頭形式和載荷不同有三種標度（HRA,HRB,HRC），能夠測試從軟到硬各種硬度的材料，HRC應用最廣，可用于測硬度很高的材料。

第16頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計洛氏硬度用符號HR表示，HR=k-(h2-h1)/0.002第17頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月符號HR前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標尺。HRA用于測量高硬度材料,如硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。HRB用于測量低硬度材料,如有色金屬和退火、正火鋼等。HRC用于測量中等硬度材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。洛氏硬度的優(yōu)點：操作簡便，壓痕小，適用范圍廣。缺點：測量結果分散度大。鋼球壓頭與金剛石壓頭洛氏硬度壓痕第18頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月③維氏硬度維氏硬度計維氏硬度試驗原理維氏硬度壓痕第19頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月維氏硬度用符號HV表示，符號前的數(shù)字為硬度值，后面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時間。根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測定方法—維氏硬度試驗、小負荷維氏硬度試驗、顯微維氏硬度試驗。維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點。第20頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月小負荷維氏硬度計顯微維氏硬度計第21頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月四、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)。:沖擊韌度（沖擊值）:沖斷試樣所消耗的沖擊功，J:試樣缺口處的截面積，第22頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月第23頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月韌脆轉(zhuǎn)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的現(xiàn)象稱韌脆轉(zhuǎn)變。發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱韌脆轉(zhuǎn)變溫度。材料的使用溫度應高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度。韌體心立方金屬具有韌脆轉(zhuǎn)變溫度，而大多數(shù)面心立方金屬沒有。第24頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月TITANIC建造中的Titanic號TITANIC的沉沒與船體材料的質(zhì)量直接有關第25頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月Titanic號鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗結果Titanic近代船用鋼板第26頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月五、疲勞材料在低于

s的重復交變應力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。材料在規(guī)定次數(shù)應力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時的最大應力稱為疲勞極限。用-1表示。鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為107，有色金屬合金為108。第27頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月疲勞應力示意圖疲勞曲線示意圖第28頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月疲勞斷口通過改善材料的形狀結構，減少表面缺陷，提高表面光潔度，進行表面強化等方法可提高材料疲勞抗力。軸的疲勞斷口疲勞輝紋（掃描電鏡照片）第29頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月六、斷裂韌性（裂紋）五十年代，美國北極星導彈固體燃料發(fā)動機殼體試驗，發(fā)生爆炸。高強度合金，傳統(tǒng)強度和韌性指標合格，爆炸時工作壓力遠低于許用應力。第30頁，課件共32頁，創(chuàng)作于20