机械工程材料基础

1、第一篇机械工程材料基础拉伸实验及强度和塑性硬度冲击韧度疲劳强度断裂韧性第一节 拉伸实验及强度和塑性力学性自总（强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度）厂使用性能物理性能（密度、熔点、导电性、导热性、磁性等 化学性自总（耐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等）工程材料的性能工艺性能造性 可锻性 可焊性 切削加工性 热处理性第一节拉伸实验及强度和塑性、强度金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力。材料的强度用拉伸试验测定1.拉伸试样通常采用柱形拉伸试样，D。为标准试样的原始直径；D为试样断口处的直径。Lo为标准试样的原始标距长度；-为拉断试样对接后测出的标距长度。长试样Lo=1ODo；短试样L0=5D0o第一节拉伸实验

2、及强度和塑性-、强度金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力。材料的强度用拉伸试验测定2、实验方法一试验在试验机上进行Si /MM MOiMi MBI三三匚 HMOI6划f圆形拉伸试样拉伸实验一、强度金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力。材料的强度用拉伸试验测定2、实验方法一试验在试验机上进行拉伸曲线通常把拉伸力F作为纵坐标，伸长量AL作为横坐 标。拉伸试验测得的力一伸长曲线如下。从完整的拉伸试验 和力一伸长曲线可以看出，试样从开始拉伸到断裂要经过弹 性变形阶段、屈服阶段、冷变形强化阶段、缩颈与断裂阶段。-、强度金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力。材料的强度用拉伸试验测定2、实验方法一试验在试验机上进行金属

3、材料的强度指标根据其变形特点分下列几个：弹性极限（Je）表示材料保持弹性变形，不产生永久变形的 最大应力，是弹性零件的设计依据。-、强度金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力。材料的强度用拉伸试验测定2、实验方法一试验在试验机上进行屈服点（Ts）在拉伸过程中力不增加（保持恒定），试样仍能继续伸长 时的应力称为材料的屈服点（过去曾称屈服极限）。以耳表示，单位为MpaCTs=Fs/SOFs材料屈服时的拉伸力（N）。so试样原始横截面积（m m2）o原标准GB228-76曾将产生0.2%残余伸长率的规定残余伸长应力久十称为屈服强度，以。0.2表示。-、强度金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力。材料的强度用拉伸

4、试验测定2、实验方法一试验在试验机上进行强度极限（抗拉强度Ob）拉伸过程中最大力Fb所对应的应力称为抗拉强度 （曾称强度极限），以表示。bb=Ffc/So抗拉强度的物理意义是表征材料对最大均匀变形的抗力，表征材料 在拉伸条件下所能承受最大力的应力值，它是设计和选材的主要依据之一, 是工程技术上的主要强度指标。二、塑性常用的塑性指标是材料断裂时最大相对塑性变形，如拉伸时的断后伸 长率和断面收缩率。1、伸长率（5）在拉伸试验中，试样拉断后，标距的伸长与原 始标距的百分比称为伸长率。以&表示。RLLo）/Lo式中J试样拉断后的标距（mm）；Lo试样原始标距（mm）。试样的长度和截面尺寸对&是有影响的

5、。二、塑性常用的塑性指标是材料断裂时最大相对塑性变形，如拉伸时的断后伸 长率和断面收缩率。2、断面收缩率（屮）试样拉断后，缩颈处截面积的最大缩减量与原横断面 积的百分比称为断面收缩率。试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率,以屮表示。其数值按下式计yj=（so-s1）/so式中So试样原始截面积（mm?）.S,试样断裂后缩颈处的最小横截面积（mm?）。1、硬度是衡量金属软硬程度的一种性能指标，是指金属抵抗局部变形，特别是 塑性变形、压痕或划痕的能力。2、硬度法优点：简便、无需专门试样、不损坏工件、测试方便、迅速、硬度值 与材料机械性能其它指标有一定相应关系。

6、硬度测定方法有压入法、划痕法、回跳法等，其中压入法的应用最为普遍。压入法是在规定的静态试验力作用下，将压头压入金属材料表面层，然后根据压 痕的面积大小或深度测定其硬度值。在压入法中根据试验力、压头和表示方法的 不同，常用的硬度测试方法有布氏硬度、洛氏硬度、和维氏硬度。一、布氏硬度(HB)1、布氏硬度的测定原理：用一定大小的试验力P (N),把直径D (mm)的淬火钢球或硬治合金球压入被测金属的表面，保持规定时间后卸除试验力，用读数 显微镜测出压痕平均直径d (mm),然后按公式求出布氏硬度(HB)值，或者根据d从已备好的布氏硬度表中查出(HB)值。2、布氏硬度试验规范国家标准（GB231-84

7、）规定布氏硬度试验时，常用的0.102F/D2的比例为30、10、2.5三种，根据金属材料种类、试样硬度范围和厚度的不同，按照布氏硬度 试验规范选择试验压头（钢球）直径D、试验力F及保持时间。3、表示方法：淬火钢球作压头测得的硬度值以符号HBS表示，用硬质合金作压 头测得的硬度值以符号HBW表示。4、特点：重复性好，但不简便，常用于测试非铁金属、铸铁、钢铁原材料，也 用于硬度低于450HBS的调质钢或HBW 100kg、150kg)。此时压头受主试验力 作用压入的深度为h,金属越硬，h值越小。2、洛氏硬度标:我国常用的是HRA、HRB、HRC三种3、洛氏硬度值标注方法：例如52HRC、70HR

8、A等。4、特点：可直接读数，操作简单，重复性差，损伤工件表面第三节冲击韧度（aQ材料抵抗冲击载荷作用的能力称为冲击韧性，常用一次摆锤冲击弯曲试验 来测定。测得试样冲击吸收功，用符号Ak表示。用冲击吸收功除以试样缺口处 截面积so,即得到材料的冲击韧度ak o（一）试验原理第三节冲击韧度（aQ（二）冲击试样SS 士】-1r27. 50. 2l|lT)1-H100 1550 !夏氏V型缺口试样F25O 25在试样上开缺口的作用是：在缺口附近造成应力集中，是塑性变 性局限在缺口附近，并保证在缺口处发生破裂，以便正确测定金属承 受冲击载荷的能力。同一中金属的试样缺口愈深、愈尖锐，冲击吸收 功愈小，金属

9、表现脆性就愈显著。第三节冲击韧度(aQ(三) 影响冲击韧度的因素(1) 试样的形状、尺寸:v型缺口试样比u型缺口试样更容易冲断，因此，不同 类型的冲击试样，测定出的冲击吸收功不能直接比较。(2) 材料的缺陷：能有效的检验金属材料在冶炼、加工、热处理工艺等方面的 质量。(3) 试验温度：在进行不同温度的一系列冲击试验时，随试验温度的降低，冲 击吸收功总的变化趋势是随温度降低而降低的。当温度降至某一数值时，冲 击吸收功急剧下降，金属由韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为冷脆转变。 金属由韧性状态向脆性状态转变的温度称为韧脆转变温度。第三节冲击韧度（aQ（三）影响冲击韧度的因素（4）材料的纤维方向：第四节疲劳强度一、疲劳现象1. 交变载荷载荷的大小与方向随时间发生周期性的变化。2. 疲劳指材料在循环载荷作用下，即使所受应力低于屈服强度也常发生 断裂，这种现象称为疲劳断裂。二、疲劳强度通常材料疲劳性能的测定是在旋转弯曲疲劳试验机上进行的，常见的疲劳曲线和对称循环交变应力图如下图O第四节疲劳强度1、疲劳的危险性疲劳破坏的突然性，故造成得大的危险。2、疲劳机理生成裂纹源T裂纹扩展T最后脆断O三、提高材料疲劳强度的措施(1) 合理的结构形状，防止表面损伤，避免应力集中。(