一工程材料的力学性能

1、第一章第一章 工程材料的力学性能工程材料的力学性能Titanic 的沉没的沉没结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials美国密西西比河桥梁坍塌美国密西西比河桥梁坍塌 结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials杭州地铁工地塌陷杭州地铁工地塌陷结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials辽宁铁岭钢包脱落事故辽宁铁岭钢包脱落事故 结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials本章纲要本章纲要n机械性能（力学性能）的一般概念机械性能（力学性能）的一般概念n力学性能的测试方法力学性能

2、的测试方法n弹性变形与弹性弹性变形与弹性n塑性变形与塑性塑性变形与塑性n材料的断裂材料的断裂n材料的硬度材料的硬度n材料的韧性材料的韧性结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials 材料性能的分类材料性能的分类n表征材料表征材料在给定外界条件下表现出的行为在给定外界条件下表现出的行为。1. 使用性能使用性能 物理、化学、力学性能物理、化学、力学性能2. 工艺性能工艺性能 铸造、锻、焊、切削等铸造、锻、焊、切削等 结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials1 机械性能（力学性能）的一般概念机械性能（力学性能）的一般概念结束放映下一页上

3、一页 本章首页 Engineering Materials 定义定义n材料在受力时表现出的性能。材料在受力时表现出的性能。 弹性和刚度弹性和刚度 塑性塑性 强度强度 疲劳极限疲劳极限 硬度硬度 韧性（韧性（冲击韧性冲击韧性、断裂韧性断裂韧性） 结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials 一些力学性能指标一些力学性能指标ne ens snb bnnnaknHRCnHBnHV结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials2 力学性能的测试方法力学性能的测试方法结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials 拉伸

4、过程中圆柱状试样的变形拉伸过程中圆柱状试样的变形 低碳钢 缓慢加载拉伸试验拉伸试验机机结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials拉伸试样的断裂拉伸试样的断裂颈缩颈缩结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials 应力和应变应力和应变n应力应力材料受外力后，其内部产材料受外力后，其内部产生大小与外力相等的抗力称为生大小与外力相等的抗力称为内力内力。单位横截面积上的内力称为应力，单位横截面积上的内力称为应力，=P/F0，单位是单位是MPa； n应变应变指试样受外力后，单位长指试样受外力后，单位长度上的变形量，度上的变形量，=（L-L0）/

5、L0 结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials低碳钢拉伸至断裂过程中的低碳钢拉伸至断裂过程中的应力应力- -应变关系曲线图应变关系曲线图弹性变形阶段弹性变形阶段（OAOA）塑性变形阶段塑性变形阶段（AEAE）断裂（断裂（E E点以后）点以后）结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials3 弹性变形与弹性弹性变形与弹性结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials 在应力在应力-应变曲线上的最初部分，应变曲线上的最初部分，去掉外力后，变形立即恢复，这种变形去掉外力后，变形立即恢复，这种变形称为称为弹性变形

6、弹性变形，这个变形阶段称为弹性，这个变形阶段称为弹性变形阶段。材料的这种性能称为变形阶段。材料的这种性能称为弹性弹性。 结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials刚度刚度材料抵抗弹性变形的能力。材料抵抗弹性变形的能力。E E弹性模数（弹性模量），直线部分弹性模数（弹性模量），直线部分的斜率的斜率E E = =/，单位是，单位是MPaMPaE E越大，材料的刚度越好，抵抗弹性变越大，材料的刚度越好，抵抗弹性变形的能力越强。形的能力越强。E E是材料本身的性能。是材料本身的性能。p p 比例极限比例极限e e弹性极限弹性极限弹性变形阶段的弹性变形阶段的力学性能指标力

7、学性能指标结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials4 塑性变形与塑性塑性变形与塑性结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materialsn塑性变形塑性变形材料在外力作用下发生变形，材料在外力作用下发生变形，去除外力后，变形不能恢复，这种变形去除外力后，变形不能恢复，这种变形称为塑性变形。称为塑性变形。n塑性塑性材料断裂前发生塑性变形的能力。材料断裂前发生塑性变形的能力。结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials表征塑性的两种力学性能指标表征塑性的两种力学性能指标延伸率延伸率 =（l1-l0）/ l0100%断

8、面收缩率断面收缩率 =（F0-F1）/ F0100%结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials 材料的材料的 强强 度度 在外力作用下抵抗变形和破在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。坏的能力。 结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materialsns屈服强度屈服强度，材料在塑性变形阶材料在塑性变形阶段，段，BC段，表现为应变增加而应力段，表现为应变增加而应力不增大的情况，这种现象称为屈服，不增大的情况，这种现象称为屈服，对应的应力称为屈服应力。对应的应力称为屈服应力。 塑性变形阶段的强度指标塑性变形阶段的强度指标结束放映下一页上一页 本章首页

9、 Engineering Materialsnb抗拉强度抗拉强度，材料断裂前所能承材料断裂前所能承受的最大应力值称为抗拉强度。受的最大应力值称为抗拉强度。 或：或：材料抵抗外力而不致断裂的极材料抵抗外力而不致断裂的极限应力值。限应力值。结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials 5 材料的断裂材料的断裂结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials发生断裂的两种不同方式发生断裂的两种不同方式n发生明显塑性变形后的断裂发生明显塑性变形后的断裂n疲劳断裂疲劳断裂结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering MaterialsE

10、E断裂强度断裂强度 材料发生颈缩后，迅速伸长，材料发生颈缩后，迅速伸长，应力明显下降，最后断裂。断裂应力明显下降，最后断裂。断裂时对应的应力为断裂强度。时对应的应力为断裂强度。发生明显塑性变形后的发生明显塑性变形后的断裂断裂结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials疲劳断裂疲劳断裂n材料在远低于其屈服强度的交变材料在远低于其屈服强度的交变循环应力下即发生断裂的现象称循环应力下即发生断裂的现象称为疲劳。这种断裂称为疲劳断裂。为疲劳。这种断裂称为疲劳断裂。n交变循环应力交变循环应力载荷的大小和载荷的大小和方向随时间作周期性变化。方向随时间作周期性变化。结束放映下一页

11、上一页 本章首页 Engineering Materials疲劳强度（疲劳强度（ -1-1）n材料在规定次数的交变载荷下不材料在规定次数的交变载荷下不断裂的最大应力称为疲劳强度，断裂的最大应力称为疲劳强度，即疲劳极限。即疲劳极限。n次数一般为次数一般为10107 7 次。次。 结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials6 材料的材料的硬度硬度 结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materialsn硬度是指材料的软硬程度，它是硬度是指材料的软硬程度，它是材料对局部塑性变形的抗力。材料对局部塑性变形的抗力。n测量常用方法：压入法。测量常用方法：

12、压入法。 结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials硬度的分类硬度的分类n布氏硬度（布氏硬度（HB）n洛氏硬度（洛氏硬度（HR）n维氏硬度（维氏硬度（HV）n显微硬度（显微硬度（HM）结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials布氏硬度布氏硬度(HB) d 越大（即压痕越深），越大（即压痕越深），则硬度越小。则硬度越小。结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials应用应用: : 测量比较软的材料。测量比较软的材料。优缺点优缺点: : 压痕大，测量准确，压痕大，测量准确，但不能测量成品件。但不能测量成品件

13、。结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials强度和硬度之间的经验关系强度和硬度之间的经验关系b bKHBKHB 材料的硬度越大，则其强度越高。材料的硬度越大，则其强度越高。 二者成正比的线性关系。二者成正比的线性关系。结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials洛氏硬度洛氏硬度 (HR)HRBHRCHRA120金刚石圆锥体金刚石圆锥体120金刚石圆锥体金刚石圆锥体1.588mm钢球钢球结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials优点：操作简便、迅速，优点：操作简便、迅速，效率高，可直接测量成品效率高，可

14、直接测量成品件及高硬度件及高硬度 的材料。的材料。缺点：压痕小，测量不准确，缺点：压痕小，测量不准确， 需多次测量。需多次测量。结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials维氏硬度维氏硬度 (HV)应用：应用：大块材料、表面大块材料、表面硬化层的硬度、金相组硬化层的硬度、金相组织的硬度等。织的硬度等。结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials优点：维氏硬度可测定从很优点：维氏硬度可测定从很软到很硬的各种材料，可测软到很硬的各种材料，可测定较薄材料和各种表面渗层，定较薄材料和各种表面渗层，且准确度高。且准确度高。缺点：需要在显微镜下测

15、量缺点：需要在显微镜下测量压痕尺寸，操作不太简便。压痕尺寸，操作不太简便。 结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials 7 材料的韧性材料的韧性材料断裂前吸收变形能量的能力材料断裂前吸收变形能量的能力 。结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials冲击韧性冲击韧性 n材料承受冲击载荷的能力。材料承受冲击载荷的能力。na aK K值值：材料材料承承受一次冲击载荷受一次冲击载荷时，时，单位面积上所消耗的冲击功单位面积上所消耗的冲击功。单位单位为为MJ/mMJ/m2 2。 结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Mater

16、ials脆性材料与韧性材料脆性材料与韧性材料na aK K值低的材料称为脆性材料，断裂前值低的材料称为脆性材料，断裂前无明显变形，金属光泽，呈结晶状。无明显变形，金属光泽，呈结晶状。如陶瓷材料。如陶瓷材料。na aK K值高的材料称为韧性材料值高的材料称为韧性材料，断裂前断裂前有明显塑变，断口呈灰色纤维状，无有明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽。如金属材料。光泽。如金属材料。 结束放映下一页上一页 本章首页 Engineering Materials冷脆转变温度冷脆转变温度 材料的材料的a aK K值随温值随温度的降低而减小，度的降低而减小，在某一温度范围，在某一温度范围，a aK K值发生急剧降值发生急剧降低，称低，称冷脆现象冷脆现象，这个温度称为材这个温度称为材料的料的冷脆转变温冷脆转变温度度。 结