工程材料第1章

第一章材料的力学性能工艺性能使用性能物理性能化学性能力学性能铸造性能锻造性能切削加工性能焊接性能热处理性能弹性塑性强度硬度韧性疲劳强度材料在外加载荷作用时所表现出的性能。评价材料力学性能最简单有效的方法就是进行静态拉伸实验-测定材料的拉伸曲线应力-应变曲线σsσeseσp

σσbbpOε塑性变形弹性变形——材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。屈服强度抗拉强度——材料在应力几乎不增加时应变增加的现象，称为屈服。对应的应力σs称为屈服强度，是反映材料抵抗永久变形的能力的指标。——材料断裂前所承受的最大应力称为抗拉强度。反映材料抵抗断裂破坏的能力。强度断裂强度——材料断裂时所承受的应力称为断裂强度。反映材料抵抗断裂的能力。——材料在受力破坏前产生最大塑性变形的能力。断后伸长率断面收缩率——试样被拉断后，标距部分的残余伸长与原始标距之比的百分率。——试样断裂后，横截面积最大缩减量与原始横截面积之比的百分率。塑性仅在金属表面产生很小压痕，可在成品上试验不需专门加工试样；易于检查金属表面层的质量；设备简单，操作方便迅速。

硬度测量方法布氏硬度HB洛氏硬度HR维氏硬度HV弹性回跳法—肖氏硬度压入法划痕法—莫氏硬度硬度——材料抵抗局部塑性变形的能力，是表现材料软硬程度的一个指标。（1）布氏硬度（HB）D=10、5、2.5的淬火钢球或硬质合金球压入试样表面保持一定时间后卸除试验力测量压痕平均直径，求出球形面积用试验力除以球冠面积

压痕面积大，硬度值能反映金属在较大范围内各组成相的平均性能，而不受个别组成相及微小不均匀性的影响，试验数据稳定，重复性强。缺点是压痕大，不能用于太薄件、成品件及硬度大于650HBW的材料。特点：——测面积（2）洛氏硬度（HR）主试验力预试验力F1F0h0表盘压头试样F1F0h1F1F0h1200特点：操作简便迅速，硬度值可直接读出，压痕较小，可在工件上进行试验；缺点是压痕小，代表性差，所测硬度值重复性差，分散度大。应用：广泛用于热处理质量的检验——测深度HRA是采用60Kg载荷和钻石锥压入器求的硬度，用于硬度较高的材料。HRB是采用100Kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球求得的硬度，用于硬度较低的材料。HRC是采用150Kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料。（3）维氏硬度（HV）

测试原理与布氏相同，根据压痕面积计算硬度值。压头为两对面夹角为136o的金刚石四棱锥体，测定压痕对角线长度进行查表。

维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点，既可测量由极软到极硬的材料的硬度，又能互相比较。既可测量大块材料、表面硬化层的硬度，又可测量金相组织中不同相的硬度。但是，要测量对角线，工作效率低。d1d2TEMofAl85Ni10Ce5HV的特点及应用：不同材料、不同标尺下的转换机制不同受冲击载荷的构件冲击韧性——材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。

摆锤式一次冲击试验——冲断试样时，在试样横截面的单位面积上所消耗的功。小能量多次冲击试验——以某种冲击吸收功A作用下开始出现裂纹和最后断裂的冲击次数表示。

材料的冲击韧性随温度下降而下降。在某一温度范围内Ak值发生急剧下降的现象称为韧脆转变。发生韧脆转变的温度范围称为韧脆转变温度。韧脆转变温度对组织和成分很敏感，如细化钢的晶粒和降低钢的含碳量可降低其韧脆转变温度。耗资7500万英镑，吨位46328吨的“梦幻之船”Titanic号钢板和近代船用钢板的冲击试验结果20世纪初由英国白星航运公司制造的一艘世界上最大的超一流豪华客轮，被称为永不沉没的船。长883ft，宽93ft，高度相当于11层楼。1912年4月10日，从南安普顿出发至纽约，开始处女航。4月14日晚11时40分，在北大西洋撞上冰山，两小时40分钟后沉没，1503人葬身海底。电影中泰坦尼克被撞出92m长的裂缝，实际上当时冰山只是擦伤了船体，造成6个小伤口，受损面积不到4平米。断裂韧性测试方法1943年美国T-2油轮发生断裂1950年，美国北极星A-1导弹实验发射时，固体燃料发动机壳体发生爆炸。该发动机壳体所用材料是超高强度钢。北极星A-3导弹全长9.85米，直径1.37米，最大射程4600公里，起飞重量16.4吨，投掷重量0.5吨。于1960年9月开始研制。先后装备28艘导弹核潜艇，每艘潜艇装备16枚A-3导弹。此外，还装备4艘英国核潜艇共64枚每枚北极星A-3导弹的价格是198万美元(1964年)，北极星A-3导弹服役至1964年为新的海神导弹所汰换。北极星A-1导弹疲劳是低应力循环延