1、1.1.1 1.1.1 概念與定義概念與定義 材料在一定環(huán)境因素下承受外加載荷所表現(xiàn)出材料在一定環(huán)境因素下承受外加載荷所表現(xiàn)出來(lái)的行為，通常表現(xiàn)為變形（幾何形狀和尺寸的變來(lái)的行為，通常表現(xiàn)為變形（幾何形狀和尺寸的變化）與斷裂。化）與斷裂。1.1.1 1.1.1 概念與定義概念與定義1.1.2 1.1.2 材料力學(xué)性能指標(biāo)材料力學(xué)性能指標(biāo) 是指大小不變或變化過(guò)程緩慢的載荷。是指大小不變或變化過(guò)程緩慢的載荷。 主要有主要有等。等。拉伸曲線拉伸曲線應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線1.2.1 1.2.1 拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn) 隨完全卸載而消失的變形。隨完全卸載而消失的變形。 金屬材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形金屬材料

2、受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形, ,當(dāng)外力去掉當(dāng)外力去掉后能恢復(fù)到原來(lái)形狀及尺寸的性能。后能恢復(fù)到原來(lái)形狀及尺寸的性能。 材料抵抗彈性變形的能力。材料抵抗彈性變形的能力。 金屬拉伸曲線的初始階段，應(yīng)力與應(yīng)變成正金屬拉伸曲線的初始階段，應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系的最大應(yīng)力稱為比例極限。比關(guān)系的最大應(yīng)力稱為比例極限。 材料由彈性變形過(guò)渡到彈材料由彈性變形過(guò)渡到彈- -塑性變形的應(yīng)力塑性變形的應(yīng)力, ,即即: :oeeSF 在彈性范圍內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變的比值在彈性范圍內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變的比值, ,即即: :E E主要取決于金屬的本身性質(zhì)主要取決于金屬的本身性質(zhì), ,難以通過(guò)合難以通過(guò)合金化、熱處理和加工的辦法使之改變。金化、熱

3、處理和加工的辦法使之改變。 表征材料對(duì)變形和斷裂的抗力的指標(biāo)，單位為表征材料對(duì)變形和斷裂的抗力的指標(biāo)，單位為MPaMPa或或N/mmN/mm2 2。 試樣屈服時(shí)承受的最小應(yīng)力試樣屈服時(shí)承受的最小應(yīng)力 。表征材料發(fā)生明顯塑性。表征材料發(fā)生明顯塑性變形的抗力。變形的抗力。 某些材料在拉伸試驗(yàn)中沒(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象，規(guī)定產(chǎn)某些材料在拉伸試驗(yàn)中沒(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象，規(guī)定產(chǎn)生生0.2%0.2%的殘余伸長(zhǎng)量時(shí)材料所承受的應(yīng)力。的殘余伸長(zhǎng)量時(shí)材料所承受的應(yīng)力。 試樣拉斷前能承受的最大應(yīng)力。表征材料對(duì)最大均試樣拉斷前能承受的最大應(yīng)力。表征材料對(duì)最大均勻變形的抗力。勻變形的抗力。 材料的強(qiáng)度值與密度值之比。材料的強(qiáng)

4、度值與密度值之比。 試樣拉斷試樣拉斷 時(shí)的真實(shí)應(yīng)力。表征材料對(duì)斷裂時(shí)的真實(shí)應(yīng)力。表征材料對(duì)斷裂的抗力。的抗力。 不可恢復(fù)的永久變形。塑性是表征材料斷裂前具有不可恢復(fù)的永久變形。塑性是表征材料斷裂前具有塑性變形的能力。塑性變形的能力。 斷后試樣標(biāo)距伸長(zhǎng)量與原始標(biāo)距之比的百分率，即：斷后試樣標(biāo)距伸長(zhǎng)量與原始標(biāo)距之比的百分率，即：%10000LLLK 斷裂后試樣截面的相對(duì)收縮量，即試樣拉斷斷裂后試樣截面的相對(duì)收縮量，即試樣拉斷處橫截面積減縮量與原始橫截面積的百分比：處橫截面積減縮量與原始橫截面積的百分比：%10000SSSK 1.2.2 1.2.2 硬度硬度硬度的種類及測(cè)試方法硬度的種類及測(cè)試方法壓

5、入法壓入法劃痕法劃痕法加載加載速率速率靜載靜載 試驗(yàn)法試驗(yàn)法動(dòng)載動(dòng)載 試驗(yàn)法試驗(yàn)法布氏硬度布氏硬度洛氏硬度洛氏硬度維氏硬度維氏硬度顯微硬度顯微硬度肖氏硬度肖氏硬度錘擊布氏錘擊布氏硬度硬度莫氏硬度莫氏硬度材料抵抗局部斷裂的材料抵抗局部斷裂的能力能力材料變形材料變形功的大小功的大小材料表面抵抗材料表面抵抗壓入時(shí)引起塑壓入時(shí)引起塑性變形的能力性變形的能力布氏硬度計(jì)布氏硬度計(jì) 用一定大小的載荷用一定大小的載荷F F，把直，把直徑為徑為D D的淬火鋼球壓入被測(cè)金的淬火鋼球壓入被測(cè)金屬的表面，保持一定的時(shí)間后屬的表面，保持一定的時(shí)間后卸除載荷，用金屬壓痕的表面卸除載荷，用金屬壓痕的表面積，除載荷所得的商值

6、即為布積，除載荷所得的商值即為布氏硬度值。氏硬度值。F)(222dDDDFSFHBW適用范圍適用范圍: :v v DdF 符號(hào)符號(hào)HBSHBS或或HBWHBW之前的數(shù)字表示硬度值，符號(hào)后之前的數(shù)字表示硬度值，符號(hào)后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑（mmmm）、載荷及、載荷及（N N）載荷保持時(shí)間載荷保持時(shí)間（s s） 。 表示直徑為表示直徑為10mm10mm的鋼球在的鋼球在1000kgf1000kgf（9.807kN9.807kN）載荷作用下保持載荷作用下保持30s30s測(cè)得的布氏測(cè)得的布氏硬度值為硬度值為120120。 為了使同一材料用不同的為了使同一材料用不同的

7、P P和和D D值測(cè)得值測(cè)得的的HBHB值相同，應(yīng)使值相同，應(yīng)使P/D2=P/D2=常數(shù)。常數(shù)。 壓坑面積大，誤差小，壓坑面積大，誤差小， 但不宜檢驗(yàn)成品、小件、薄件；但不宜檢驗(yàn)成品、小件、薄件； HBHB 650 650 不適；不適； 多用于毛坯及原材料。多用于毛坯及原材料。h1-h0洛氏硬度測(cè)試示意圖洛氏硬度測(cè)試示意圖 硬度值可從洛氏硬度計(jì)的百分度盤上直接讀出，硬度值可從洛氏硬度計(jì)的百分度盤上直接讀出，標(biāo)記時(shí)將硬度值置于標(biāo)記時(shí)將硬度值置于HRHR前。前。 例：例：60HRC60HRC、75HRA75HRA迅速方便，可直接讀數(shù)；迅速方便，可直接讀數(shù)；壓坑小，適于薄材或成品的檢測(cè)；壓坑小，適于

8、薄材或成品的檢測(cè)；誤差稍大，宜不同部位多點(diǎn)測(cè)量取誤差稍大，宜不同部位多點(diǎn)測(cè)量取平均值。平均值。 測(cè)量薄板類測(cè)量薄板類 HVHBSHVHBS 硬度值硬度值+HV+HV+試驗(yàn)力（試驗(yàn)力（kgfkgf）數(shù)字）數(shù)字+ +載荷保持時(shí)間載荷保持時(shí)間例：例：640HV30/20640HV30/20 HV HV值不隨載荷變化，即不同載荷下的值不隨載荷變化，即不同載荷下的HVHV可可相互比較；相互比較； 測(cè)量精度高，測(cè)量范圍廣；測(cè)量精度高，測(cè)量范圍廣； 特別適用于測(cè)定工件表面硬化層、金屬鍍特別適用于測(cè)定工件表面硬化層、金屬鍍層及薄片金屬的硬度。層及薄片金屬的硬度。 與維氏硬度完與維氏硬度完全相同，只是所用全相同

9、，只是所用載荷要小得多。常載荷要小得多。常用于測(cè)定材料中某用于測(cè)定材料中某個(gè)相的硬度。個(gè)相的硬度。1000ARvvHL 材料在塑性變形和斷裂過(guò)程中吸收能量的能力。材料在塑性變形和斷裂過(guò)程中吸收能量的能力。 A k = m g H m g h (J)SAKK（J/m2）Hh 方向、大小隨時(shí)間呈周期循環(huán)性變化的載荷。方向、大小隨時(shí)間呈周期循環(huán)性變化的載荷。周期性變動(dòng)載荷作用下產(chǎn)生周期性變動(dòng)載荷作用下產(chǎn)生最大應(yīng)力最大應(yīng)力 maxmax、最小應(yīng)力、最小應(yīng)力 minmin、 應(yīng)力半幅應(yīng)力半幅 a a、平均應(yīng)力、平均應(yīng)力 m m 應(yīng)力循環(huán)對(duì)稱系數(shù)應(yīng)力循環(huán)對(duì)稱系數(shù)r= r= minmin / / maxma

10、x 常用的工程材料中，金屬的疲勞抗力最高（常用的工程材料中，金屬的疲勞抗力最高（），所以抗疲勞機(jī)件），所以抗疲勞機(jī)件幾乎都選用金屬材料；陶瓷與聚合物的疲勞抗力很低，不能幾乎都選用金屬材料；陶瓷與聚合物的疲勞抗力很低，不能用于制造承受交變載荷的零件；纖維增強(qiáng)復(fù)合材料也有比較用于制造承受交變載荷的零件；纖維增強(qiáng)復(fù)合材料也有比較好的抗疲勞性能，處于交變載荷下工作的應(yīng)用正逐漸增多。好的抗疲勞性能，處于交變載荷下工作的應(yīng)用正逐漸增多。 合理選材、改善零件的形狀與結(jié)構(gòu)、減少材料的缺陷、合理選材、改善零件的形狀與結(jié)構(gòu)、減少材料的缺陷、降低零件表面的粗糙度、對(duì)零件表面進(jìn)行強(qiáng)化等。降低零件表面的粗糙度、對(duì)零件表

11、面進(jìn)行強(qiáng)化等。 一些大型零件在遠(yuǎn)低于材料的屈服強(qiáng)度的一些大型零件在遠(yuǎn)低于材料的屈服強(qiáng)度的應(yīng)力值作用下發(fā)生的脆性斷裂。應(yīng)力值作用下發(fā)生的脆性斷裂。 低應(yīng)力脆斷是由于材料本身固有微裂紋，低應(yīng)力脆斷是由于材料本身固有微裂紋，在應(yīng)力的作用下失穩(wěn)擴(kuò)展的結(jié)果。在應(yīng)力的作用下失穩(wěn)擴(kuò)展的結(jié)果。aYKI 一個(gè)有裂紋的試樣，在所加拉力逐漸增加，或裂紋逐一個(gè)有裂紋的試樣，在所加拉力逐漸增加，或裂紋逐漸擴(kuò)展時(shí)，裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子漸擴(kuò)展時(shí)，裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子K KI I也隨之逐漸增大，也隨之逐漸增大，當(dāng)當(dāng)K KI I達(dá)到臨界值時(shí)，裂紋將產(chǎn)生突然的失穩(wěn)擴(kuò)展，這個(gè)應(yīng)力達(dá)到臨界值時(shí)，裂紋將產(chǎn)生突然的失穩(wěn)擴(kuò)展，這個(gè)應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子的臨界值，稱為材料的斷裂韌性。如果裂紋尖場(chǎng)強(qiáng)度因子的臨界值，稱為材料的斷裂韌性。如果裂紋尖端處于平面應(yīng)變狀態(tài)，則斷裂韌性的值最低，稱為平面應(yīng)端處于平面應(yīng)變狀態(tài)，則斷裂韌性的值最低，稱為平面應(yīng)變斷