(5.2)-2.1 材料的力学性能工程材料与成形技术

第2章工程材料的性能2.1以下可以做锤子的材料是：铁木头橡胶塑料ABCD启发思考：多选题以下可以做锤子的材料有：铁木头橡胶塑料ABCD提交启发思考：2.2下面可以绑扎较重物件的材料有：铁丝橡皮筋尼龙绳钢筋ABCD多选题下面可以绑扎较重物件的材料有：钢丝绳橡皮筋尼龙绳钢筋ABCD提交吊装家具吊装设备铁锤砸车如果选择能够做铁锤的材料，您可能选择较硬的金属，而如果选择绑扎物件的一般铁丝，您就可能选择较软的金属。材料性能是选择材料的基本依据。那么如何科学地评价材料性能呢？本章学习目标：重点了解工程材料的常用力学性能；了解工程材料的物理、化学及工艺性能并建立材料性能的技术经济概念。什么是材料的性能？

材料的性能是指材料的性质和功能。性质是本身所具有的特质或本性；功能是人们对材料的某种期待与要求种可以承担功效，以及承担该功效下的表现或能力。1.力学性能2.物理性能3.化学性能4.工艺性能是指材料在各种加工过程中表现出来的性能，比如铸造、锻造、焊接、热处理和切削加工等性能。本章主要内容12.1材料的力学性能22.2材料的物理性能32.3材料的化学性能42.4材料的工艺性能52.5材料的经济性能本节主要内容一、强度和塑性二、硬度三、冲击韧度四、疲劳强度材料的力学性能是指材料处于特定环境因素(温度、介质等)时，在外力或能量以及作用下表现出来的变形和破坏的特征。2.1材料的力学性能弯曲拉伸扭转2.1材料的力学性能2.1材料的力学性能材料常用的强度和塑性采用拉伸试验方法测定。2.1材料的力学性能2.1材料的力学性能

拉伸试验:用静拉伸力对标准拉伸试样进行缓慢的轴向拉伸，直至拉断的一种试验方法。在拉伸试验中和拉伸试验后可测量力的变化与相应的伸长，从而测出材料的强度与塑性。2.1.1强度和塑性Fa’sbZLOR/N.mma2.1.1强度和塑性Fa’sbZLO弹性变形R/N.mma2.1.1强度和塑性Fa’sbZLO弹性变形塑性变形R/N.mmRea2.1.1强度和塑性Fa’sbZLFsO屈服弹性变形塑性变形R/N.mmRea2.1.1强度和塑性Fa’sbZLFsFbO屈服弹性变形塑性变形R/N.mmRmRea强化2.1.1强度和塑性Fa’sbZLFsFbO屈服弹性变形缩颈断裂塑性变形R/N.mmRmRea强化1.强度(Strength)强度是材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。工程上常用的静拉伸强度指标有弹性极限、屈服强度和抗拉强度等。（1）弹性极限(Elasticlimit)在弹性阶段内，卸力后而不产生塑性变形的最大应力为材料的弹性伸长应力，通常称为弹性极限，以Re表示。显然，这是弹性元件的重要性能指标。Re=Fe/S0应力的单位通常用MPa表示，1MPa=1N/mm2。FeS0（1）弹性极限(Elasticlimit)（2）屈服强度(Yieldstrength)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强度,上屈服强度ReH是试样产生屈服而力首次下降前的最高应力；下屈服强度ReL是指屈服期间的最低应力。这是工程上最重要的力学性能指标之一，绝大多数零件，在工作时都不允许产生明显的塑性变形，否则将丧失其自身精度或影响配合。ReH=FeH/S0

ReL=FeL/S0ReLReH

对于无明显屈服现象的材料，则规定以试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余应变量达到0.2%时的应力值作为条件屈服强度Rr0.2（国标中称为规定残余延伸强度）。Rr0.2＝Fr0.2/S0

（N/mm2）

式中：Fr0.2－残余延伸率达0.2％时的载荷（N）；

S0－试样原始横截面积（mm2）。（3）抗拉强度(Tensilestrength)拉伸过程中最大力Fm所对应的应力称为抗拉强度,用Rm表示。无论何种材料，Rm均是标志其承受拉伸载荷时的实际承载能力。抗拉强度表征材料对最大均匀变形的抗力，是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。

Rm=Fm/S0FmS02.塑性(Plasticity)塑性是指材料在外力作用下能够产生永久变形而不破坏的能力。常用的塑性指标有断后伸长率和断面收缩率。（1）断后伸长率(Percentageelongationafterfracture)试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比称为断后伸长率，以A表示。

Lu

试样拉断后的标距,mm;L0

试样原始标距,mm。（2）断面收缩率(Percentagereductionofarea)

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Z表示。其数值按下式计算：

Su

试样断裂后缩颈处的最小横截面积,mm2；S0

试样原始截面积，mm2。A、Z数值越大，材料塑性越好；塑性好可保证冷冲、冷轧、修复等顺利进行。2.3材料常用的强度和塑性采用

方法测定。剪切试验拉伸试验塑性试验综合试验ABCD单选题2.4强度和塑性都用到的参数是？LdL和dABC单选题2.1.2硬度(Hardness)硬度：是指金属表面一个小的或很小的体积内抵抗弹性变形、塑性变形或抵抗破裂的一种能力。——抵抗压入的能力。分类：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、显微硬度1.布氏硬度(Brinellhardness)布氏硬度：用直径为D(mm)的硬质合金球压入被测金属的表面。按公式求出布氏硬度HB值,或者表中查出HB值HBW=0.102F/πDh1牛顿=0.102Kg根据各厂家表示试验力的单位不同,在布氏硬度值查表中要统一为Kg力/钢球直径D²布氏硬度试验规范:

国家标准规定布氏硬度试验时,常用比例F/D2为30、10、5等七种,根据金属材料种类、试样硬度范围和厚度的不同，应选用不同的比例值。布氏硬度表示:

符号HBW之前的数字为硬度值,符号后面依次用相应数值注明压头球体直径(mm)、试验力(0.102N)、试验力保持时间(S)(10～15S不标注).示例:

500HBW5/750表示用直径5mm硬质合金球在7355N（750/0.102）试验力作用下保持10～15S测得的布氏硬度值为500。主要应用:

主要用于铸铁、非铁金属以及经退火、正火和调质处理的钢材的硬度测定。布氏硬度实验规范2.洛氏硬度(Rockweelhardness)

洛氏硬度：用顶角为120

的金刚石圆锥体或直径为1.588mm(1/16英寸)的淬火钢球作压头。用压入深度h表征硬度。金属越硬,值越小。一般洛氏硬度机硬度值可由刻度盘上的指针指示出来。为了能用一种硬度计测定从软到硬的材料硬度,采用了不同的压头和总负荷组成几种不同的洛氏硬度标度，即HRA、HRB、HRC三种，标注为52HRC、70HRA等。洛氏硬度HRC优缺点：1）可以用于硬度很高的材料；2）操作简便迅速；3）压痕小,几乎不损伤工件表面；4）硬度值代表性差。故需在试样不同部位测定三点，取其算术平均值。HRC：采用顶角120°的金刚石圆锥压头，施加150kgf的压力，压入被测材料每0.002mm的压痕深度为一个硬度单位。52HRC=52×0.002mm=0.104mm合金钢填空题：57HRC压痕深度为

。主观题3分在一定条件下,1洛氏硬度≈1/10布氏硬度。铸铁类最大硬度的QT900调质处理硬度可达：HBW350；折算成洛氏硬度大概为HRC37.7。一般纯铸铁硬度为HRC16。3.维氏硬度和显微硬度维氏硬度：采用两相对面夹角为136o的金刚石四棱锥体，压痕为四方锥形.如，640HV30/20表示在试验力294.3N(30kgf)作用下，持续20s测得的维氏硬度为640。2.5铸铁通常用（）硬度表示法表达：布氏硬度洛氏硬度维氏硬度显微硬度ABCD提交单选题1分2.6轴承钢（合金钢）通常用（）硬度表示法表达：布氏硬度洛氏硬度维氏硬度显微硬度ABCD单选题2.7测头为钢球的是：布氏硬度计洛氏硬度计维氏硬度计显微硬度计ABCD单选题1分2.8测头为顶角136°金刚石的是：布氏硬度计洛氏硬度计维氏硬度计显微硬度计ABCD单选题1分2.1.3冲击韧度(Impacttoughness)锻锤、冲床、铆钉枪等承受冲击载荷作用，设计和制造时要考虑冲击韧度。摆锤冲断试样所做的功,称为冲击吸收功（冲击吸收能量）,以Ak

表示.Ak=FH1-FH2,用试样的断口处截面积SN

去除Ak

即得到冲击韧度;aK=Ak/SN冲击试验机冲击试样和冲击试验示意图2.一次摆锤冲击弯曲试验:对一般常用钢材来说,所测冲击吸收功越大,材料的韧性越好。实验还表明，冲击韧度值随温度的降低而减小,在某一温度范围时,材料的值急剧下降。材料由韧性状态向脆性状态转变的温度称为韧脆转变温度。-40-20020204060FkT(ºc)T↓，Fk急剧↓韧性→脆性2.1.4疲劳极限(Fatiguelimit)

在交变应力作用下，虽然零件工作时所承受的应力低于材料的屈服强度(或规定残余伸长应力)，但在经较长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象称为金属的疲劳。1、什么是疲劳？1998年6月3日，德国发生了战后最惨重的一起铁路交通事故。一列高速列车车轴弯曲疲劳脱轨，造成100多人遇难。2007年11月2日，一架美军F-15C鹰式战斗机在做空中缠斗飞行训练时，飞机突然凌空解体，一份调查结果表明，飞机的关键支撑构件——桁梁出现了金属疲劳问题。2、疲劳破坏的特征（1）疲劳断裂时并没有明显的宏观塑性变形，断裂前没有预兆，而是突然破坏；（2）引起疲劳断裂的应力很低，常常低于材料的屈服点；（3）疲劳破坏的宏观断口由两部分组成，即疲劳裂纹的策源地及扩展区（光滑部分）和最后断裂区（粗糙部分）。图1-10疲劳断裂宏观示意图2.9为避免疲劳断裂设计时应考虑：避免应力集中防止表面损伤选择合理的结构提高零件的强度ABCD多选题2分材料承受的最大