机械设计第一章课件.ppt

1、Engineering Materials,第一章 工程材料的力学性能,外力形式：拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转等。,Engineering Materials,载荷形式：静载荷、冲击载荷、交变载荷等。,载荷的衡量：F/S,1.1 静载荷条件下材料的力学性能,(1) 拉伸试验,拉伸试验,介绍拉伸实验： ob弹性变形阶段 bcd屈服阶段 dB强化阶段 Bk缩颈阶段 k试样断裂,Engineering Materials,(3)根据拉伸实验确定一些强度指标,1 屈服极限s（屈服强度或屈服点）,材料开始发生明显塑性变形的抗力。,s=Fs/So,2 抗拉强度b （强度极限）,是试样被拉断前的最大承载能力

2、，,材料抵抗外力而不致断裂的极限应力值,Engineering Materials,低碳钢和铸铁的拉伸曲线,1.1.2 塑性,断裂前材料产生永久变形的能力,（1） 伸长率:=(L1-L0)/L0100%,(2) 断面收缩率:=(S0-S1)/S0100%,1.1.3 硬度: 材料抵抗另一硬物体压入其内的能力叫硬度，即受压时抵抗局部塑性 变形的能力。,1. 布氏硬度（HB) （1 ）测试原理 一定直径的球体(钢球或硬质合金球)在一定载荷作用下压入试样表面，保持一定时间后卸除载荷，测量其压痕直径, 计算硬度值。布氏硬度值用球面压痕单位表面积上所承受的平均压力来表示。用符号HBS(当用钢球压头时)或

3、HBW(当用硬质合金球时)来表示.。,Engineering Materials,布氏硬度试验原理图,布氏硬度计,Engineering Materials,（2）标注方法：硬度值/球体直径/试验力/试验力保持时间(10-15不标注）,例：120HBS/10/3000/30,530HBW/5/750,（3）试验规范,Engineering Materials,Engineering Materials,(4) 优缺点及使用范围：,优点：精确度高 和其它力学性能联系紧密,缺点:操作时间长、只能用于测硬度不高的材料,使用范围：,布氏硬度测定主要适用于各种未经淬火的钢、退火、 正火状态的钢；结构钢调

4、质件；铸铁、有色金属、质地 轻软的轴承合金等原材料。,（1）基本原理洛氏硬度属压入法 洛氏硬度测定时需要先后施加二次载荷（予载荷P1和主载荷P2）预加载 荷的目的是使压头与试样表面接触良好以保证测量结果准确。洛氏硬度就是以,2、洛氏硬度,Engineering Materials,洛氏硬度值公式如下：,采用金钢石圆锥时k=0.2（用于HRA，HRC）,用钢球时k=0.26（用于HRB）。,为了与习惯上数值越大硬度越高的概念相一致采用一常数（k）减去（h3-h1）的差值表示硬度值。为了简便起见又规定每0.002mm压入深度作为一个硬度单位（即刻度盘上一小格。）,洛氏硬度计,Engineering

5、 Materials,(2) 使用范围,Engineering Materials,（3）优缺点,维氏硬度试验法是压入试验法中较精确的一种，它与布氏硬度试验法相同， 是用一种顶角为136的金钢石角锥压头，在载荷p（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）供以计算压痕 面积F（mm2）以P/F的数值表示试样的硬度值。,Engineering Materials,维氏硬度值表示方法为HV硬度数值，有时为反映试验条件，在硬 度数值前用下标加上负荷，例如HV20232，20为加载负荷。,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

6、表面硬度。,维氏硬度的压力一般可选5，10，20，30，50，100，120kg等， 小于10kg的压力可以测定显微组织硬度。,缺点：需测量压痕对角线长度，操作繁琐。压痕小，对试样表面质量要求较高。,Engineering Materials,1.2 动载荷条件下材料的力学性能,1.2.2冲击韧度（ak） 许多机械零件和工具在工作中, 往往要受到冲击载荷的作用, 如活塞销、锤杆、冲模和锻模等，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 S0 , 即得到材料的冲击韧度 ak。,（1）冲击试样,E

7、ngineering Materials,（2）原理及方法：能量守恒,Engineering Materials,1.2.2 疲劳强度 （1）概念 轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等零件，在工作过程中各点的应力随时间作周期性的变化，这种随时间作周期性变化的应力称为交变应力(也称循环应力)。在交变应力作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作而产生裂纹或突然发生完全断裂的过程称为金属的疲劳。材料承受的交变应力( )与材料断裂前承受交变应力的循环次数(N)之间的关系可用疲劳曲线来表示。金属承受的交变应力越大, 则断裂时应力循环次数N越少。当应力低于一定值时, 试样可以经受无限周期循环而不破坏, 此应力值称为材料的疲劳极限(亦叫疲劳强度)，用-1 表示。,Engineering Materials,（2）疲劳断裂的特征,1、突然性,2、低应力引起,3、断口分区明显,1.3 断裂韧性,桥梁、船舶、大型轧辊、转子等有时会发生低应力脆断，这种断裂的名义断裂应力低于材料的屈服强度。尽管在设计时保证了足够的延伸率、韧