1、機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能 本章提要1、學習目的和要求 通過本章學習，了解工程材料的主要力學性能。2、課程內(nèi)容 （1）材料的強度和塑性； （2）材料的硬度； （3）材料的沖擊韌度； （4）材料的疲勞強度； （5）材料的斷裂韌度。機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能 工程材料的性能 使用性能、工藝性能 使用性能：材料在不同的條件下使用，如在載荷、溫度、介質(zhì)、電磁場等作用下將表現(xiàn)出不同的行為，即為材料的使用性能。 工藝性能：材料在加工過程中對所涉及的加工工藝所表面出來的適應性。 機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能 工程材料的力學性能（機械性能）

2、 是指金屬在外力的作用下，抵抗變形和破壞的能力。 工程材料的力學性能主要有強度、塑性、硬度、韌性和疲勞強度等。 強度與塑性 硬度 沖擊韌度 疲勞強度靜載時材料的力學性能動載時材料的力學性能機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能第一節(jié) 材料的強度與塑性第二節(jié) 材料的硬度第三節(jié) 材料的沖擊韌度第四節(jié) 材料的疲勞強度第五節(jié) 材料的斷裂韌度機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能第一節(jié) 材料的強度與塑性一、拉伸實驗及拉伸曲線拉伸試驗機拉伸試驗機機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能 低碳鋼拉伸曲線低碳鋼拉伸曲線拉伸試樣

3、的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能 LF0 0低碳鋼拉伸曲線低碳鋼拉伸曲線脆性材料拉伸曲線脆性材料拉伸曲線機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能二、拉伸曲線所確定的力學性能指標及意義(一）強度指標1.彈性模量E 表征材料在受力時，抵抗彈性變形的能力。 E=/ 2.比例極限p 表征應變保持線性關系的極限應力值 p=Fp/Ao 3.彈性極限e 表征不產(chǎn)永久變形的最大抗力。 e=Fe/Ao 機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能二、拉伸曲線所確定的力學性能指標及意義(一）強度指標4.屈服強度s 表征材料發(fā)生微量塑性變形時的應力值。

4、s=Fs/Ao5.抗拉強度b 表征材料斷裂前所承受的最大應力值。 b=Fb/Ao 機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能二、拉伸曲線所確定的力學性能指標及意義(一）強度指標新老標準中強度指標的區(qū)別： 老標準內(nèi)原有的微量塑性變形抗力指標“比例極限”和“彈性極限”在新標準上已由“規(guī)定非比例延伸強度Rp”所取代。規(guī)定非比例延伸強度是指試樣在加載過程中，非比例延伸率等于規(guī)定的引伸計標距百分率時的應力（非比例延伸率：是指試驗中任一時刻，引伸計標距的增量與引伸計標距Lo之比的百分率）。 對于沒有明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料，屈服強度0.2（老標準的指標），在新標準中已由“規(guī)定殘余延伸強度Rr0.2”

5、所取代。 機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能二、拉伸曲線所確定的力學性能指標及意義(一）強度指標新老標準中強度指標的區(qū)別： 機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能二、拉伸曲線所確定的力學性能指標及意義(二）塑性指標1.延伸率 表征材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。2.斷面收縮率 表征材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。 （l1-l0l1-l0）/l0/l0100100 = =A/Ao=(Ao-Ak)/AoA/Ao=(Ao-Ak)/Ao x 100% x 100% 機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能第二節(jié) 材料的硬度 材料抵抗其他硬物壓入其表

6、面的能力稱為硬度，它是衡量材料軟硬程序的力學性能指標。 可用硬度試驗機測定，常用的硬度指標有布氏硬度HBW、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和維氏硬度HV機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能第二節(jié) 材料的硬度一、布氏硬度HBW（一）試驗原理機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能布氏硬度試驗規(guī)范布氏硬度試驗規(guī)范 機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能第二節(jié) 材料的硬度一、布氏硬度HBW（二）應用范圍 布氏硬度主要用于組織不均勻的鍛鋼和鑄鐵的硬度測試，鍛鋼和灰鑄鐵的布氏硬度與拉伸試驗有著較好的對應關系。布氏

7、硬度試驗還可用于有色金屬和軟鋼，采用小直徑球壓頭可以測量小尺寸和較薄材料。布氏硬度計多用于原材料和半成品的檢測，由于壓痕較大，一般不用于成品檢測。 表示方式：600HBW1/30/20機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能第二節(jié) 材料的硬度一、布氏硬度HBW補充說明：（1）硬度超過HB650的材料，不能做布氏硬度試驗，這是因為所采用的壓頭，會產(chǎn)生過大的彈性變形，甚至永久變形，影響實驗結(jié)果的準確性，這時應改用洛氏和維氏硬度試驗。（2）每個試樣至少試驗3次。試驗時應保證兩相鄰壓痕中心的距離不小于壓痕平均直徑的4倍，對于較軟的金屬則不得小于6倍。壓痕中心距試樣邊緣的距離不得小于壓痕直徑的

8、2.5倍，對于軟金屬則不得小于3倍機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能第二節(jié)第二節(jié) 材料的硬度材料的硬度二、洛氏硬度二、洛氏硬度HR（一）實驗原理（一）實驗原理洛氏硬度計洛氏硬度計機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能第二節(jié)第二節(jié) 材料的硬度材料的硬度二、洛氏硬度二、洛氏硬度HR( (二二) )應用范圍應用范圍標尺標尺硬度符硬度符號號 所用壓頭所用壓頭 總試驗力總試驗力F/NF/N適用范圍適用范圍HRHR應用范圍應用范圍 A AHRAHRA金剛石圓金剛石圓錐錐 588.4588.420882088硬、薄試件，硬、薄試件，如硬質(zhì)合金、如硬質(zhì)合金、表面淬火層和滲碳層。表面

9、淬火層和滲碳層。 B B HRB HRB1.58751.5875mmmm球球 980.7980.72010020100輕金屬，未淬火鋼，輕金屬，未淬火鋼，如有色如有色金屬和退火、正火鋼等。金屬和退火、正火鋼等。 C C HRC HRC金剛石圓金剛石圓錐錐1471147120-7020-70較硬，淬硬鋼制品；較硬，淬硬鋼制品；如調(diào)質(zhì)如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。鋼、淬火鋼等。機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能第二節(jié) 材料的硬度三、維氏硬度HV（一）實驗原理維氏硬度試驗原理維氏硬度試驗原理維氏硬度計維氏硬度計機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能第二節(jié) 材料的硬度三、維氏硬度HV

10、（二）應用范圍 維氏硬度試驗主要用于材料研究和科學試驗方面，小負荷維氏硬度試驗主要用于測試小型精密零件的硬度，表面硬化層硬度和有效硬化層深度，鍍層的表面硬度，薄片材料和細線材的硬度，刀刃附近的硬度，牙科材料的硬度等。顯微維氏硬氏試驗主要用于金屬學和金相學研究，用于測定金屬組織中各組成相的硬度，研究難熔化合物脆性等。顯微維氏硬度試驗還用于極小或極薄零件的測試，零件厚度可薄至3m。 表示方式：640HV30/20機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能 關于硬度實驗的幾點說明關于硬度實驗的幾點說明1、在靜態(tài)力測定硬度的方法中，維氏實驗方法是最精確的一、在靜態(tài)力測定硬度的方法中，維氏實驗方

11、法是最精確的一種，這種方法測量硬度的范圍較寬，可以測定目前所有使用的種，這種方法測量硬度的范圍較寬，可以測定目前所有使用的絕大部分金屬材料的硬度絕大部分金屬材料的硬度2、各種不同方法測的硬度值之間可通過查表的方法進行互換，、各種不同方法測的硬度值之間可通過查表的方法進行互換，不可直接比較不可直接比較3、金屬材料的硬度是由塑性變形抗力決定的，所以硬度值和、金屬材料的硬度是由塑性變形抗力決定的，所以硬度值和強度值之間有某種近似的對應關系，所以零件度紙上通常只標強度值之間有某種近似的對應關系，所以零件度紙上通常只標注硬度要求注硬度要求機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能 關于硬度實驗的

12、幾點說明關于硬度實驗的幾點說明如未淬硬鋼：如未淬硬鋼：b=0.362HBW HBW175b=0.345HBW HBW175b=2.64103/(130-HRB) HRBHRB90機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能第三節(jié) 材料的沖擊韌度 機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能第三節(jié) 材料的沖擊韌度 材料的韌度是指材料在塑性變形和斷裂的全過程中吸收能量的能力，是材料塑性和強度的綜合表現(xiàn)。 材料的沖擊韌度是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。指標為沖擊韌性值ak 。常用一次擺錘沖擊試驗方法測定。 沖擊韌度指標的實際意義在于揭示材料的變脆傾向。 機械工程材料機械工程材料第

13、一章 工程材料的力學性能KA/FA=(GH1-GH2)9.8J/cm2其中：K （J/cm2） H（m） A（m2） G（kg）缺口型式：KU KV 第三節(jié) 材料的沖擊韌度 （一）實驗原理 機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能第三節(jié) 材料的沖擊韌度 （一）實驗原理 機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能第四節(jié) 材料的疲勞強度 許多機械零件，如軸、齒輪、軸承、葉片、彈簧等，在工作過程中各點的應力隨時間作周期性的變化，這種隨時間作周期性變化的應力稱為交變應力（也稱循環(huán)應力）。機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能第四節(jié) 材料的疲勞強度（一）實驗原理 疲勞強度是

14、指金屬材料在無限多次交變載荷作用下而不破壞的最大應力。 實際上，金屬材料并不可能作無限多次交變載荷試驗。一般試驗時規(guī)定，鋼在經(jīng)受107次、非鐵（有色）金屬材料經(jīng)受108次交變載荷作用時不產(chǎn)生斷裂時的最大應力稱為疲勞強度。 當施加的交變應力是對稱循環(huán)應力時，所得的疲勞強度用1表示。機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能部分工程材料的疲勞極限-1（MPa）機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能零件工作條件主要失效方式主要力學性能指標緊固螺栓拉應力，剪切應力過量塑性變形，斷裂彈簧交變彎曲或扭轉(zhuǎn)應力，沖擊過量變形，疲勞本章練習1、分析下列零件的主要力學性能指標機械工程材料機械工程材料第一章 工程材料的力學性能本章練習2、在設計