机械工程材料与热处理 第2版 课件 第1章 材料性能

第一章工程材料及其性能课程介绍32学时，考查课学习内容：金属材料的性能、成分和热处理；非金属材料和新型材料；机械零件材料的选取工程材料及其性能

概述金属材料常用力学性能金属材料物理化学性能金属材料的工艺性能概述概述

材料：用来制作有用器件的物质

工程材料：在机械、船舶、化工、建筑、车辆、仪表、航空航天等工程领域中用于制造工程构件和机械零件的材料

金属材料：以金属元素或金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称

概述概述材料发展历程石器时代青铜器时代铁器时代合成材料新时代材料分类按化学成分按使用性能按使用领域金属材料、有机高分子材料、陶瓷材料和复合材料结构材料、功能材料信息材料、能源材料、建筑材料、机械工程材料、生物材料金属材料常用力学性能一、载荷及变形1、载荷静载荷冲击载荷交变载荷2、变形弹性变形塑性变形是指金属材料在外力作用时表现出来的性能。力学性能—大小不变或变化很慢的载荷突然增加或消失的载荷周期性的动载荷新标准旧标准符号名称符号名称Rm抗拉强度σb抗拉强度ReL、ReH下屈服强度、上屈服强度σs屈服强度Rp0.2条件（名义）屈服强度σ0.2条件屈服强度A断后伸长率δ伸长率Z断面收缩率ψ断面收缩率K（KU、KV）冲击吸收能量（功）Ak冲击吸收能量（功）R-1疲劳极限σ-1疲劳极限金属材料常用力学性能二、强度金属材料在载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度

测定方法：拉伸实验长试样L0=10d0

短试样L0=5d0

拉伸曲线分析：Oe弹性变形阶段

es屈服阶段sb塑性变形阶段bz缩颈阶段强度指标无明显屈服现象的材料，用试样标距长度产生0.2%塑性变形时的应力值作为屈服强度，用σ0.2表示，称为条件屈服强度抗拉强度：材料抵抗外力而不致断裂的最大应力值屈服强度Re（MPa）指材料呈屈服现象时产生塑性变形而力不增加时的应力点，应区分上屈服强度ReH和下屈服强度ReL，是机械设计的主要依据，也是评定金属材料优劣的重要指标，计算公式为：上屈服强度ReH=FeH/S0上屈服强度ReL=FeL/S0式中，FeH是试样发生屈服而力首次下降前的最大力（N）；FeL是试样在屈服期间不计初始瞬时效应时的最小力（N）；

S0是试样原始截面积（mm2）。Rm=Fm/S0金属材料常用力学性能三、塑性材料在外力作用下，产生永久性不能自行恢复的变形而不破坏的性能

伸长率断面收缩率塑性好的金属材料便于通过各种压力加工获得形状复杂的零件金属材料常用力学性能四、硬度

材料抵抗更硬物体压入其表面的能力布氏硬度

布氏硬度试验原理图硬度越大，耐磨性越好依据球面压痕单位表面积上所承受的平均压力来测定布氏硬度值表示方法球面压痕单位表面积（由尺寸d计算）上所承受的平均压力HBW=0.102F/S特点被测面积大，精度高；不适于太薄、太硬物体适用范围铸铁、非铁合金、各种退火及调质钢材洛氏硬度特点：简单、迅速、适用范围广（软硬材料均适用）适用范围：

HRA硬质合金、表面淬火层或渗碳层70~85HRB有色金属和退火、正火钢等25~100HRC调质钢、淬火钢等20~67思考：80~85HRC写法是否正确？维氏硬度(HV)用一种顶角为136°的正四棱锥体金钢压头，在载荷F(kgf)作用下，试样表面压出一个四方锥形压痕，测量压痕对角线长度d(mm)供以计算试样的硬度值。——根据d值查表即可得到硬度值。维氏硬度试验主要用来测定金属镀层、薄片金属以及化学热处理(如氮化、渗碳等)后的表面硬度。金属材料常用力学性能五、冲击韧度冲击功冲击韧度金属材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力

ak越大，表示材料的韧性越好，抵抗冲击载荷而不被破坏的能力越大金属材料常用力学性能六、疲劳强度

钢在经受次、非铁（有色）金属材料经受次交变载荷作用时不产生断裂时的最大应力机械零件失效80%属于疲劳破坏疲劳破坏特征、原因、提高措施？特征断裂前没有预兆，突然破坏

引起疲劳断裂的应力很低

宏观断口由两部分组成

原因内部缺陷交变应力预防措施合理选材，改善结构，提高表面光洁度，表面强化物理性能和化学性能一、物理性能

密度熔点热膨胀性导热性导电性物理性能和化学性能二、化学性能

金属在室温或高温下抵抗外界化学介质侵蚀的能力

耐腐蚀性：金属材料抵抗锈蚀或腐蚀的能力

抗氧化性：高温下抵抗氧化作用的能力

三、工艺性能铸造性能——流动性、收缩性、偏析倾向灰铁铸件精密铸件含碳量4.3%的铁碳合金铸造性最好。

材料的性能可锻性能——受外力锻打变形而不破坏自身完整性的能力万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环含碳量越高，锻造性越差。

材料的性能焊接性能“维克斯”3坦克原型车，其炮塔前半部分铸造而成，后半部分则为焊接结构——材料是否适宜通常的焊接方法与工艺的性能含碳量越高，焊接性