第0章材料的性能神舟一號(hào)飛船機(jī)械工程材料的常用性能

兩方面材料使用性能材料工藝性能力學(xué)性能（強(qiáng)度、塑性韌性等）物理性能（光、熱、電、磁等）化學(xué)性能（氧化、腐蝕等）生物性能（相容性、自恢復(fù)性等）加工性能（切削、鍛造等）鑄造性能（適合鑄造與否）焊接性能（容易焊接與否）熱處理性能（可熱處理強(qiáng)化）力學(xué)行為：材料在外加載荷或環(huán)境因素的作用下所表現(xiàn)的行為。現(xiàn)象：彈性變形、塑性變形和斷裂。五萬噸水壓機(jī)微孔聚合型斷口解理型斷口晶間斷裂晶內(nèi)斷裂低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線拉伸試樣拉伸試驗(yàn)機(jī)應(yīng)力

=P/F0應(yīng)變

=(l-l0)/l0應(yīng)變?chǔ)艖?yīng)力σ彈性變形屈服塑性變形均勻塑性變形不均勻集中塑性變形斷裂一、彈性和剛度彈性：指標(biāo)為彈性極限e，即材料承受最大彈性變形時(shí)的應(yīng)力。剛度：材料受力時(shí)抵抗彈性變形的能力。指標(biāo)為彈性模量E。

e彈性模量：主要取決于材料的本性，其他強(qiáng)化材料的手段如熱處理、冷熱加工、合金化等對(duì)彈性模量的影響很小。剛度：可以通過增加橫截面積或改變截面形狀來提高。

二、強(qiáng)度與塑性強(qiáng)度：材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力。屈服強(qiáng)度s：材料發(fā)生微量塑性變形時(shí)的應(yīng)力值。條件屈服強(qiáng)度0.2：殘余變形量為0.2%時(shí)的應(yīng)力值?？估瓘?qiáng)度b：材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力值。s0.2塑性：材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。指標(biāo)為：伸長(zhǎng)率：斷面收縮率：斷裂后拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象說明：①用面縮率表示塑性比伸長(zhǎng)率更接近真實(shí)變形。③

<5%

時(shí)，有頸縮，為脆性材料表征。②

>5%

時(shí)，無頸縮，為塑性材料表征；三、沖擊韌性是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。指標(biāo)為沖擊韌性值ak(通過沖擊實(shí)驗(yàn)測(cè)得)。ak

=Ak

/F微孔聚合型斷口韌性斷口解理型斷口脆性斷口韌脆轉(zhuǎn)變溫度材料的沖擊韌性隨溫度下降而下降。在某一溫度范圍內(nèi)沖擊韌性值急劇下降現(xiàn)象稱韌脆轉(zhuǎn)變。發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱韌脆轉(zhuǎn)變溫度。材料的使用溫度應(yīng)高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度。體心立方金屬具有韌脆轉(zhuǎn)變溫度，而大多數(shù)面心立方金屬?zèng)]有。韌-59℃-12℃4℃16℃24℃79℃低強(qiáng)度鐵素體鋼沖擊斷口照片TITANIC建造中的Titanic號(hào)TITANIC的沉沒與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān)Titanic號(hào)鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗(yàn)結(jié)果Titanic近代船用鋼板四、疲勞材料在低于s的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時(shí)的最大應(yīng)力稱為疲勞極限。用-1表示。鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為107，有色金屬合金為108。疲勞應(yīng)力示意圖疲勞曲線示意圖2）循環(huán)次數(shù)（N）斷裂不斷裂材料的純度及組織狀態(tài)對(duì)疲勞抗力有顯著影響組織狀態(tài)σb/MPaσ-1/MPa退火（鐵素體＋珠光體）650314淬火（馬氏體）208077540Cr鋼組織類型對(duì)疲勞極限的影響疲勞斷口通過改善材料的形狀結(jié)構(gòu)，減少表面缺陷，提高表面光潔度，進(jìn)行表面強(qiáng)化等方法可提高材料疲勞抗力。軸的疲勞斷口疲勞輝紋（掃描電鏡照片）五、硬度材料抵抗表面局部塑性變形的能力。1、布氏硬度HB布氏硬度計(jì)布氏硬度計(jì)

HBS：為鋼球壓頭，適用于布氏硬度值在450以下的材料。HBW：為硬質(zhì)合金球壓頭，適用于布氏硬度在650以下的材料。表示方法：120HBS布氏硬度壓痕布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：

測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，b與HB之間有關(guān)系：如、低碳鋼b≈3.6HB；

高碳鋼b≈3.4HB；鑄鐵

b≈1HB。缺點(diǎn)：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。HBb(MPa)鋼黃銅球墨鑄鐵布氏硬度的應(yīng)用：

適于測(cè)量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼,鑄鐵及有色金屬的硬度。2、洛氏硬度HR根據(jù)壓頭類型：A、B、C。

鋼球壓頭與金剛石壓頭洛氏硬度壓痕洛氏硬度用符號(hào)HR表示：

HR=k-(h1-h0)/0.002h1-h0洛氏硬度測(cè)試示意圖洛氏硬度計(jì)表示方法：數(shù)字+符號(hào)，如45HRC。HRA：用于測(cè)量高硬度材料,如硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。HRB：用于測(cè)量低硬度材料,如有色金屬和退火、正火鋼等。HRC：用于測(cè)量中等硬度材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便，壓痕小，適用范圍廣。缺點(diǎn)：測(cè)量結(jié)果分散度大。3、維氏硬度維氏硬度計(jì)維氏硬度試驗(yàn)原理維氏硬度壓痕維氏硬度用符號(hào)HV表示，符號(hào)前的數(shù)字為硬度值。用于第二相硬度的測(cè)量。小負(fù)荷維氏硬度計(jì)顯微維氏硬度計(jì)硬度的特點(diǎn)與實(shí)用性1）設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，不破壞工件，且與抗拉強(qiáng)度之間存在一定對(duì)應(yīng)關(guān)系。2）是綜合性力學(xué)指標(biāo)：（1）說明強(qiáng)度（σ）與塑性（δ）的匹配關(guān)系；（2）使用性能指標(biāo)，說明零件的耐磨性；（3）可作為評(píng)價(jià)工藝制定合理程度的重要指標(biāo)。

例如、當(dāng)材料的硬度在HB150~220間時(shí)，其切削性較好。3）零件圖紙上往往只標(biāo)注硬度值。4）產(chǎn)品質(zhì)量檢查。六、斷裂韌性油輪斷裂和北極星導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)殼體爆炸與材料中存在缺陷有關(guān)

1943年美國(guó)T-2油輪發(fā)生斷裂北極星導(dǎo)彈裂紋擴(kuò)展的基本形式應(yīng)力強(qiáng)度因子：描述裂紋尖端附近應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度的指標(biāo)。斷裂韌性：材料抵抗內(nèi)部裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。C為斷裂應(yīng)力，aC為臨界裂紋半長(zhǎng)，單位為KI

<KIC

構(gòu)件安