第一講:工程材料的力學性能主講：曹光明工程材料的力學性能一、σ-ε曲線及相應的力性指標1、彈性強度σe

2、屈服強度σs

3、抗拉強度σb

4、彈性模量E5、延伸率δ6、斷面收縮率ψ二、疲勞強度三、硬度1、布氏硬度HB2、洛氏硬度HR3、維氏硬度HV四、韌性1、沖擊韌性2、斷裂韌性工程材料的力學性能一、σ-ε曲線及相應的力性指標

F（σ）彈性階段es屈服階段均勻塑變階段bk頸縮階段

△L（ε）試樣：標準試樣，按照《金屬材料室溫拉伸試驗方法》GB/T228-2002。標準拉伸試樣如圖2所示。有圓形截面和方形截面兩種，長度有l0=10d0和l0=5d0兩種。工程材料的力學性能圖2幾個力性指標：

1、σe：材料不產生永久變形的最大應力。

2、σs：具有上下屈服點時以下屈服點為σs

3、σb：強度極限或抗拉強度。工程材料的力學性能

F（σ）

△L（ε）esbkσs=Fs/A0N/mm2(Mpa)名義屈服極限：σ0.2，即產生0.2%的殘余變形時的應力值作為σs。表征材料產生最大均勻變形的抗力，或材料斷裂前能承受的最大應力值。σb=Fb/A0N/mm2(Mpa)σe=Fe/A0N/mm2(Mpa)規定彈性極限：σ0.01或σ0.05—微塑變抗力指標。4、E：彈性模量，又稱材料剛度。

E=σ/ε

Mpa——材料產生單位彈性變形所需的應力5、塑性：表征材料斷裂前發生塑性變形的能力。用δ、ψ表示。工程材料的力學性能

F（σ）

△L（ε）esbkδ=(L1-L0)/L0×100%，同一材料的δ5、δ10不同，須標明。ψ=(A0-A1)/A0×100%，與試樣長度無關，表征更準確。δ、ψ↑，材料塑性↑。表明彈性變形的難易程度，它只與材料本性有關，與合金化、熱處理、冷變形等無關。二、疲勞強度

1、什么是疲勞強度？材料在交變載荷作用下的破壞稱為疲勞破壞，其衡量指標即為疲勞強度。工程材料的力學性能3、產生疲勞的原因：①材料內部微裂紋；②表面缺陷。材料的疲勞破壞抗力與應力循環次數和循環特性有關。一般情況下用對稱交變循環特性下的破壞抗力表示。即：材料在對稱交變載荷作用下不發生破壞時所能承受的最大應力。一般用σ-1表示。4、提高措施：精煉，減少材料內部夾雜物；減少材料表面尺寸的急劇變化；提高表面質量，在材料表面造成一層殘余壓應力。工程材料的力學性能三、硬度

表明材料表面抗其它物體壓入的能力。是局部塑變抗力指標。1、布氏硬度HB測定：布氏硬度計。原理：一定載荷F作用于淬火鋼球（硬質合金圓球）壓入材料表面一定時間，卸載后測出壓痕直徑，計算出壓痕面積A，則HB=F/A，單位：kg/mm2，但一般不注出單位。國標規定：HB在450以下用HBS表示；在450以上用HBW表示。測量對象：軟材料，不能測量薄試樣。布氏硬度HB、洛氏硬度HR、維氏硬度HV。工程材料的力學性能2、洛氏硬度HR原理：用錐頂角為120°的金剛石圓錐體或直徑為1.588mm的鋼球壓頭在規定載荷作用下壓入試樣表面，用壓痕深度表示。如圖3圖3洛氏硬度測試圖載荷=初載荷+主載荷初載荷——10kg主載荷——60kg（HRA）、100kg（HRB）、150kg（HRC）h1h3h2工程材料的力學性能3、維氏硬度HV由主載荷的壓入深度h=h3-h1作為硬度值。顯然，h↑，HR↓為習慣方便起見，HR=（k-h）/0.002，金剛石壓頭，k=0.2mm；鋼球壓頭，k=0.26mm。注意：①HRA、HRB、HRC的測量范圍；②優點是操作簡便，壓痕小，可用于成品檢驗；③表示方法。原理：和HB相同，只是壓頭不同。HV=F/A=1.8544F/d2，kg/mm2

壓頭：錐面夾角為136°的金剛石四棱錐體壓頭。工程材料的力學性能表示：640HV、800HV。適用范圍：表面硬度（硬化層）。優點：載荷小，壓痕淺，但測定麻煩。四、韌性

1、沖擊韌性αk表征抗沖擊載荷的能力。αk=Ak/S，單位：J/cm2

通過沖擊試驗測定。試樣有U、V型缺口試樣。沖擊韌性的測試按照《夏比缺口沖擊試驗方法》GB/T229-1994。新標準直接用沖擊功表示。標準夏比U型缺口沖擊試樣如圖4所示。工程材料的力學性能圖4標準夏比U型缺口沖擊試樣工程材料的力學性能圖5沖擊韌性與溫度的關系工程材料的力學性能2、斷裂韌性K1c

由低應力脆斷引出。與材料內部存在裂紋和裂紋擴展有關。實際材料中存在缺陷：夾雜物、氣孔等→裂紋→在應力作用下擴展→達到臨界尺寸發生失穩擴展