1、第一章 工程材料的力學性能材料的性能材料的性能使用性能使用性能工藝性能工藝性能力學性能物理性能化學性能鑄造性能鍛壓性能熱處理性能焊接性能切削性能第一章 工程材料的力學性能力學性能力學性能 指材料在外力的作用時所表現出來指材料在外力的作用時所表現出來的性能。的性能。第一章 工程材料的力學性能主要指標主要指標 力 學 性 能強度塑性硬度韌性斷裂韌度疲勞第一章 工程材料的力學性能相關概念相關概念p 載荷：載荷：材料在加工及使用過程中所受的外力材料在加工及使用過程中所受的外力p 靜載荷：靜載荷：大小不變或變動很慢的載荷大小不變或變動很慢的載荷p 沖擊載荷：沖擊載荷：突然增加的載荷突然增加的載荷p 疲勞

2、載荷：疲勞載荷：所經受的周期性或非周期性的動載荷所經受的周期性或非周期性的動載荷p 變形：變形：材料受不同載荷作用而發生的幾何形狀和尺寸的變化材料受不同載荷作用而發生的幾何形狀和尺寸的變化p 內力：內力：材料受外力作用后為保持其原形在材料內作用著與外力相對抗的力材料受外力作用后為保持其原形在材料內作用著與外力相對抗的力p 應力：應力：單位截面積上的內力單位截面積上的內力 第一節第一節 靜載荷下材料的力學性能靜載荷下材料的力學性能p強度材料抵抗塑性變形或斷裂的能力材料抵抗塑性變形或斷裂的能力強度強度抗拉強度（一般情況下多以抗拉強度作為判別材料強度高低的指標抗拉強度（一般情況下多以抗拉強度作為判別

3、材料強度高低的指標)抗壓強度抗壓強度抗彎強度抗彎強度抗剪強度抗剪強度抗扭強度抗扭強度第一章 工程材料的力學性能第一章 工程材料的力學性能 第一節第一節 靜載荷下材料的力學性能靜載荷下材料的力學性能p強度拉伸試驗拉伸試驗液壓式萬能電子拉伸試驗機loLDdoaoloLbo(a)圓試樣(b)板材試樣試樣拉伸試樣圖第一章 工程材料的力學性能 第一節第一節 靜載荷下材料的力學性能靜載荷下材料的力學性能p強度拉伸曲線拉伸曲線拉伸曲線拉伸曲線第一章 工程材料的力學性能 第一節第一節 靜載荷下材料的力學性能靜載荷下材料的力學性能p強度1. 屈服點(s)指材料產生屈服時的應力。 s=F s/S 0 其中： F

4、s試樣屈服時的載荷 S 0試樣原始截面積第一章 工程材料的力學性能 第一節第一節 靜載荷下材料的力學性能靜載荷下材料的力學性能p強度2. 規定殘余伸長應力值(r0.2)指規定殘余伸長率達到0.2%時的應力。 r0.2=F r0.2/S 0其中： F r0.2殘余伸長率達到0.2%時的載荷 S 0 試樣原始截面積第一章 工程材料的力學性能 第一節第一節 靜載荷下材料的力學性能靜載荷下材料的力學性能p強度3. 抗拉強度(b)指材料所能承受的最大應力。 b=F b/S 0其中： F b試樣斷裂前承受的最大載荷。 S 0 試樣原始截面積第一章 工程材料的力學性能 第一節第一節 靜載荷下材料的力學性能靜

5、載荷下材料的力學性能p塑性材料斷裂前產生永久變形的能力材料斷裂前產生永久變形的能力1. 伸長率()2. 斷面收縮率()第一章 工程材料的力學性能 第一節第一節 靜載荷下材料的力學性能靜載荷下材料的力學性能p硬度材料抵抗局部變形（特別是塑性變形）、壓痕或劃痕的能力材料抵抗局部變形（特別是塑性變形）、壓痕或劃痕的能力常用硬度測試方法壓入法（生產中常用此方法） 劃痕法第一章 工程材料的力學性能 第一節第一節 靜載荷下材料的力學性能靜載荷下材料的力學性能p硬度壓入法布氏硬度洛氏硬度維氏硬度等第一章 工程材料的力學性能 第一節第一節 靜載荷下材料的力學性能靜載荷下材料的力學性能p硬度布氏硬度布氏硬度計布

6、氏硬度計 布氏硬度計試驗原理示意圖布氏硬度計試驗原理示意圖 載荷 F試樣球形壓頭試驗原理及設備：第一章 工程材料的力學性能 第一節第一節 靜載荷下材料的力學性能靜載荷下材料的力學性能p硬度布氏硬度注：HBS:普通淬火鋼球，硬度值在450以下 HBW:硬質合金球，硬度值在450650 )(2102. 0)(22dDDDFHBWHBS符號及值：第一章 工程材料的力學性能 第一節第一節 靜載荷下材料的力學性能靜載荷下材料的力學性能p硬度布氏硬度表示方法：170HBS10/1000/30 表示用直徑10mm的鋼球，在9807N（1000kgf）的試驗力作用下，保持30s時測得的布氏硬度值為170。 5

7、30HBW5/750 表示用直徑5mm的硬質合金球，在7355N（750kgf）的試驗力作用下，保持10-15s時測得的布氏硬度值為530。 第一章 工程材料的力學性能 第一節第一節 靜載荷下材料的力學性能靜載荷下材料的力學性能p硬度布氏硬度值的測得：布氏硬度是用專用的刻度放大鏡量出壓痕直徑d，根據壓痕直徑的大小再從專門的硬度表中查出相應的布氏硬度值。第一章 工程材料的力學性能 第一節第一節 靜載荷下材料的力學性能靜載荷下材料的力學性能p硬度布氏硬度應用范圍：布氏硬度適用于鑄鐵有色金屬及其合金各種退火及調質的鋼材特別對于軟材料，如鋁、鉛、錫等更為適宜最適宜鋼管硬度檢驗中，直接以d表示硬度。第一

8、章 工程材料的力學性能 第一節第一節 靜載荷下材料的力學性能靜載荷下材料的力學性能p硬度布氏硬度特點：測量誤差小（因壓痕大），數據穩定，重復性強壓痕面積較大，不適于測量成品零件或薄件的硬度不能測量極軟和極硬的材料的硬度測試過程比較麻煩，測試時間長，結果還需要查表第一章 工程材料的力學性能 第一節第一節 靜載荷下材料的力學性能靜載荷下材料的力學性能p硬度洛氏硬度試驗原理及設備：洛氏硬度測試原理示意圖洛氏硬度計壓頭（頂角120金鋼石圓錐(或1.588mm淬火鋼球)載荷第一章 工程材料的力學性能 第一節第一節 靜載荷下材料的力學性能靜載荷下材料的力學性能p硬度洛氏硬度符號及值： 01230 1 2

9、3 h1 h3 h2 K= 0.2壓頭被測材料002. 0hKHR13hhh其中：用金剛石圓錐體壓頭時，K為0.2；用鋼球壓頭時，K為0.26第一章 工程材料的力學性能 第一節第一節 靜載荷下材料的力學性能靜載荷下材料的力學性能p硬度洛氏硬度值的表示：45HRC35HRB70HRA第一章 工程材料的力學性能 第一節第一節 靜載荷下材料的力學性能靜載荷下材料的力學性能p硬度洛氏硬度常用標尺和適用范圍： 壓壓 頭頭主載荷主載荷測量范圍測量范圍 應用材料應用材料HRA金剛石588.4N6085表面硬化層、硬質合金等HRB淬火鋼球980.7N25100有色金屬，退火、正火鋼等HRC金剛石1471.0N

10、2067淬火鋼、調質鋼等注：各標尺的洛氏硬度值不能直接比較大小第一章 工程材料的力學性能 第一節第一節 靜載荷下材料的力學性能靜載荷下材料的力學性能p硬度洛氏硬度特點：操作簡單、迅速，能直接從刻度盤上讀出硬度值壓痕較小，可以測定成品及薄的工件測試的硬度值范圍大，可測從很軟到很硬的材料壓痕較小，當材料的內部組織不均勻時，硬度數據波動較大，是測量值的代表性不足不同標尺下測量的硬度值不能直接比較大小第一章 工程材料的力學性能 第一節第一節 靜載荷下材料的力學性能靜載荷下材料的力學性能p硬度維氏硬度試驗原理及設備：維氏硬度計維氏硬度測試原理示意圖壓頭壓痕載荷F第一章 工程材料的力學性能 第一節第一節

11、靜載荷下材料的力學性能靜載荷下材料的力學性能p硬度維氏硬度符號及值： 21891. 0dFHV 其中：F為試驗力 d為壓痕兩對角線長度的算術平均值值的表示： 34HV特點：試驗力小，壓入深度較淺，可測量較薄的材料第一章 工程材料的力學性能 第一節第一節 靜載荷下材料的力學性能靜載荷下材料的力學性能p硬度維氏硬度也可以測量表面滲碳、氮化層的硬度硬度值具有連續性，可測定很軟到很硬的各種材料的硬度測試結果準確性高需要測定壓痕對角線長度，并進行算術平均值計算，麻煩壓痕小，要求試樣表面質量要高第一章 工程材料的力學性能 第二節第二節 動載荷下材料的力學性能動載荷下材料的力學性能p沖擊韌度材料抵抗沖擊載荷

12、作用而不破壞的能力材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力沖擊試驗機及沖擊試樣、試驗示意圖沖擊試樣、試驗示意圖第一章 工程材料的力學性能 第二節第二節 動載荷下材料的力學性能動載荷下材料的力學性能p沖擊韌度沖擊韌度符號k試樣沖斷時所消耗的沖擊功試樣沖斷時所消耗的沖擊功A Ak k為為: :mghmgHAk試樣的沖擊韌度試樣的沖擊韌度 為為: :k0SAkk其中： 表示試樣缺口處截面積0S第一章 工程材料的力學性能 第二節第二節 動載荷下材料的力學性能動載荷下材料的力學性能p沖擊韌度第一章 工程材料的力學性能 第二節第二節 動載荷下材料的力學性能動載荷下材料的力學性能p沖擊韌度k的意義：揭示材料變脆傾

13、向反映原材料的冶金質量和熱加工質量第一章 工程材料的力學性能 第二節第二節 動載荷下材料的力學性能動載荷下材料的力學性能p疲勞強度在交變應力作用下，雖然零件所承受的應力低于材料在交變應力作用下，雖然零件所承受的應力低于材料的屈服點，但經過較長時間的工作而產生裂紋或突然的屈服點，但經過較長時間的工作而產生裂紋或突然發生完全斷裂的過程，稱為材料的疲勞發生完全斷裂的過程，稱為材料的疲勞疲勞的概念第一章 工程材料的力學性能 第二節第二節 動載荷下材料的力學性能動載荷下材料的力學性能p疲勞強度疲勞曲線和疲勞試驗疲勞曲線示意圖疲勞試驗示意圖第一章 工程材料的力學性能 第二節第二節 動載荷下材料的力學性能動

14、載荷下材料的力學性能p疲勞強度疲勞極限材料疲勞試驗中，當應力低于一定值時，試樣可以經受材料疲勞試驗中，當應力低于一定值時，試樣可以經受無限次周期循環而不破壞，此應力值為材料的疲勞極限無限次周期循環而不破壞，此應力值為材料的疲勞極限疲勞極限表示為1 -實際上，黑色材料，一般規定應力循環107周次而不斷裂的最大應力稱為疲勞極限 有色材料、不銹鋼等取108周次第一章 工程材料的力學性能 第三節第三節 其他力學性能其他力學性能p斷裂韌度當外力作用于非均質材料時，外力逐漸增大，材料內部裂紋當外力作用于非均質材料時，外力逐漸增大，材料內部裂紋擴展時，裂紋尖端的應力強度因子也隨之增大；當應力強度擴展時，裂紋尖端的應力強度因子也隨之增大；當應力強度因子增大到某一臨界值時，試樣（或機件）中的裂紋會產生因子增大到某一臨界值時，試樣（或機件）中的裂紋會產生突