第一章金屬材料的力學(xué)性能——金屬在外加載荷（包括靜載荷、沖擊載荷、交變載荷）作用下表現(xiàn)出來的特性。強(qiáng)度塑性硬度沖擊韌性疲勞強(qiáng)度材料的性能第一節(jié)剛度、強(qiáng)度、塑性1、拉伸試樣試驗(yàn)前在試棒上打出標(biāo)距按國標(biāo)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣可分為：

１)板形試樣：原材料為板材或帶材

２)圓形試樣：長試樣L0＝10d0，短試樣L0=5d0其中：L0為試樣標(biāo)距，d0為試樣直徑一、拉伸試驗(yàn)與拉伸曲線剛度、強(qiáng)度和塑性是根據(jù)拉伸試驗(yàn)測定出來的。2、拉伸過程

將試樣裝在拉伸試驗(yàn)機(jī)夾頭上，緩慢加載，通過自動記錄裝置得到試樣所受載荷F和伸長量△L的關(guān)系曲線稱為拉伸曲線。拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象3、拉伸曲線4、應(yīng)力與應(yīng)變曲線(3)應(yīng)力－應(yīng)變曲線（σ-ε曲線）：形狀和拉伸曲線相同，單位不同。(1)應(yīng)力σ：單位面積上試樣承受的載荷?！狥

σ=

S0(Mpa)F:載荷(N)S0:原始橫截面積(mm2)(2)應(yīng)變ε：單位長度的伸長量。Δlε=l0——Δl：伸長量(mm)l0：原始長度(mm)5、不同材料的拉伸曲線45鋼鋁青銅35鋼硬鋁純銅二、通過拉伸試驗(yàn)測得的性能指標(biāo)剛度、強(qiáng)度屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度塑性伸長率斷面收縮率1）剛度

表征金屬材料抵抗彈性變形的能力。彈性模量E（GPa）：表示引起單位變形時所需要的應(yīng)力。即材料的E越大，產(chǎn)生的彈性變形越小，剛度越大。

E值主要取決于材料的本性。碳鋼為210GPa

，鋁合金為70GPaσ=Eε

eσσε通過改變橫截面積來提高材料的剛度2）、強(qiáng)度—材料在外力作用下，抵抗塑性變形和斷裂的抗力。有屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度之分。螺栓的變形與折斷齒輪輪齒的折斷okb

FssΔl(ε)

F(σ)

Fbe

Fe

低碳鋼的力-伸長曲線a.屈服點(diǎn)、屈服強(qiáng)度：表征金屬材料對產(chǎn)生明顯塑性變形的抗力。okb

FssΔl(ε)

F(σ)

Fbe

Fe

低碳鋼的力-伸長曲線屈服點(diǎn)：在S點(diǎn)附近，曲線較為平坦，不需要進(jìn)一步的增大外力，便可以產(chǎn)生明顯的塑性變形，該現(xiàn)象稱為材料的屈服現(xiàn)象；σS稱為屈服強(qiáng)度。

*屈服點(diǎn)一般作為低碳鋼、中碳鋼、退火鋼等較軟的材料的強(qiáng)度指標(biāo)，用以表明這類材料抗永久變形的能力，它是設(shè)計(jì)和選材的重要依據(jù)之一。選用原則：若不允許發(fā)生過量的塑性變形，以屈服強(qiáng)度σS、σ0.2為依據(jù)；若零件在使用時只要求不發(fā)生破壞，以抗拉強(qiáng)度σb來設(shè)計(jì)。某些較硬的材料，如鑄鐵、高碳鋼以及合金沒有明顯的屈服現(xiàn)象。通常規(guī)定，試棒產(chǎn)生0.2%的塑性變形時的應(yīng)力值作為這類材料的條件屈服點(diǎn)，記為。b.抗拉強(qiáng)度——指材料在斷裂前所能承受的最大拉應(yīng)力，記為。esb3、塑性——材料在外力作用下產(chǎn)生不可逆永久變形（塑性變形）而不斷裂的能力。1）伸長率2）斷面收縮率注意：長試樣(l0=10d0)的伸長率寫成δ或δ10。短試樣(l0=5d0)的伸長率須寫成δ5。同一種材料δ5>δ，不同材料δ值和δ5值不能直接比。δ>5%的材料稱為塑性材料，δ<5%的材料稱為脆性材料。鑄鐵是典型的脆性材料，低碳鋼是塑性最好的材料。材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力。通常用沖擊韌性指標(biāo)aK來度量。第二節(jié)沖擊韌性沖擊試驗(yàn)示意

AkU=mg（h’

–h）(J)沖擊韌度指標(biāo)就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊功。試樣沖斷時所消耗的沖擊吸收功AkU為:沖擊吸收功的大小與試驗(yàn)的溫度有關(guān)。材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度越低，說明低溫沖擊性能越好。沖擊吸收功的大小并不能真正反映材料的韌脆程度，因?yàn)槠渲杏幸徊糠止p失。)cm/J(SA20kuk=a沖擊韌度指標(biāo)：TITANIC建造中的Titanic號TITANIC的沉沒與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān)Titanic號鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗(yàn)結(jié)果Titanic近代船用鋼板第三節(jié)疲勞強(qiáng)度1、疲勞斷裂原因：疲勞裂紋產(chǎn)生擴(kuò)展瞬時斷裂的。特點(diǎn)：①斷裂前無明顯的塑性變形，斷裂突然發(fā)生；②斷裂時應(yīng)力很低，大多低于σs。2、疲勞強(qiáng)度:材料經(jīng)無數(shù)次交變載荷作用而不斷裂的最大應(yīng)力值，用σ-1表示，單位為MPa.3、提高疲勞強(qiáng)度的途徑:1）在零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中盡量避免尖角，缺口和截面突變，以免產(chǎn)生應(yīng)力集中而由此產(chǎn)生疲勞裂紋；2)提高零件表面加工質(zhì)量，減少疲勞源；3)采用各種表面強(qiáng)化處理，如表面淬火、噴丸等?！牧辖?jīng)過無限次應(yīng)力循環(huán)不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力。對應(yīng)于疲勞曲線上水平部分的應(yīng)力值σ-1。(1)布氏硬度HB

用載荷P，將直徑為D的球體壓入被測材料的表面，保持一定時間后卸去載荷，根據(jù)壓痕面積S確定硬度大小。1.測量原理第四節(jié)硬度硬度:是指材料抵抗其他硬物體壓入其表面的能力。常用壓入法；三種：布氏、洛氏、維氏硬度齒輪因硬度不足而磨損2.測量過程

3.測定條件

壓頭為淬火鋼球時,以HBS表示,可測<450的材料；壓頭為硬質(zhì)合金時,以HBW表示,可測<650的材料。壓頭直徑有10、5、2.5、2、1mm五種。4.表示方法

符號HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值，符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑mm、載荷Kgf（N）及載荷保持時間S。如:120HBS10/1000/30表示直徑為10mm的鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持30s測得的布氏硬度值為120。可直接寫成120HBS。布氏硬度壓痕面積大，測量準(zhǔn)確，又因壓痕大，不宜測試薄件或成品件，主要測試鑄鐵、碳鋼及退火、正火、和調(diào)質(zhì)處理的鋼材的硬度。測量不同材料需更換壓頭及改變試驗(yàn)力。另外：材料的b與HB之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：對于低碳鋼:b(MPa)≈3.6HB

對于高碳鋼：b(MPa)≈3.4HB

對于灰鑄鐵：b(MPa)≈1HB或b(MPa)≈0.6(HB-40)(2)洛氏硬度HR金剛石壓頭(k=0.2)淬火鋼壓頭(k=0.26)分類：根據(jù)壓頭的材料及壓頭所加的負(fù)荷不同又可分為HRA、HRB、HRC三種:特點(diǎn)：操作簡便，可直接讀出硬度值，壓痕小，可用于成品件的測量，但測值重復(fù)性差。HRC測定淬火鋼的硬度,應(yīng)用最廣。表示方法：55HRC表示C標(biāo)度測定的洛氏硬度值為55，無單位。

(3)維氏硬度HV表示方法：640HV30/20,表示在30k