金屬材料的力學(xué)性能演示文稿目前一頁\總數(shù)七十一頁\編于九點金屬材料的力學(xué)性能目前二頁\總數(shù)七十一頁\編于九點第一篇工程材料第二篇材料成形工藝目錄目前三頁\總數(shù)七十一頁\編于九點工程材料部分目前四頁\總數(shù)七十一頁\編于九點本篇內(nèi)容緒論第1章工程材料的性能第2章金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶第3章鋼的熱處理第4章鋼鐵材料第5章非金屬材料與粉末冶金材料第6章

非金屬材料目前五頁\總數(shù)七十一頁\編于九點緒論一、工程材料及成形工藝的地位與作用1.工程材料的發(fā)展和分類2.成形工藝的應(yīng)用目前六頁\總數(shù)七十一頁\編于九點（1）工程材料的發(fā)展◆石器◆青銅器◆鐵器◆鋼鐵、鋁合金◆復(fù)合材料、鈦鎂金屬、納米材料1.工程材料的發(fā)展和分類目前七頁\總數(shù)七十一頁\編于九點▲

石器和陶瓷時代目前八頁\總數(shù)七十一頁\編于九點▲青銅器目前九頁\總數(shù)七十一頁\編于九點青銅兵器目前十頁\總數(shù)七十一頁\編于九點◆鐵器時代目前十一頁\總數(shù)七十一頁\編于九點◆鋼鐵、鋁合金時代目前十二頁\總數(shù)七十一頁\編于九點◆鋼鐵、鋁合金時代目前十三頁\總數(shù)七十一頁\編于九點中國第一顆人造衛(wèi)星長征火箭大家族中國第一顆原子彈爆炸中國第一顆氫彈爆炸◆復(fù)合材料、鈦鎂金屬、納米材料時代目前十四頁\總數(shù)七十一頁\編于九點鎂合金方向盤骨架鎂合金汽缸蓋

鎂合金汽車輪轂?zāi)壳笆屙揬總數(shù)七十一頁\編于九點

★高分子材料

目前十六頁\總數(shù)七十一頁\編于九點工程材料是用于制造工程結(jié)構(gòu)和機械零件并主要要求力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)的材料。金屬材料非金屬材料復(fù)合材料高分子材料（塑料、橡膠、膠粘劑等）陶瓷材料（陶瓷、玻璃、玻璃陶瓷等）黑色金屬（鋼、鐵）有色金屬：除鋼鐵之外的其他金屬及其合金。（銅及其合金、鋁及其合金）工程材料金屬基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料高分子復(fù)合材料（2）工程材料的分類目前十七頁\總數(shù)七十一頁\編于九點常見的金屬材料目前十八頁\總數(shù)七十一頁\編于九點2.成形工藝的應(yīng)用重要環(huán)節(jié)：熱處理？目前十九頁\總數(shù)七十一頁\編于九點二、本課程的性質(zhì)和學(xué)習(xí)目的

性質(zhì)：金屬材料是一門研究常用工程材料坯件及機器零件成形工藝原理的綜合性技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科。學(xué)習(xí)目的：

為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)。培養(yǎng)選擇材料、選擇零件結(jié)構(gòu)、選擇加工方法的能力。要求了解和掌握：1.常用工程材料的性能特點；2.各種成形方法的原理、特點及適用范圍；3.各種零件的結(jié)構(gòu)工藝性。目前二十頁\總數(shù)七十一頁\編于九點

掌握金屬材料的強度和塑性的概念；掌握金屬材料的疲勞強度的概念；掌握金屬材料沖擊韌性的概念；掌握材料硬度的概念和三種硬度表示方法；了解材料性能的表示方法。教學(xué)目的和要求第1章工程材料的性能目前二十一頁\總數(shù)七十一頁\編于九點一、強度、塑性；二、疲勞強度；三、沖擊韌性；四、硬度教學(xué)內(nèi)容摘要目前二十二頁\總數(shù)七十一頁\編于九點利用強度、硬度和塑性等指標綜合評價材料。教學(xué)重點、難點教學(xué)難點強度、硬度、塑性和韌性的概念。教學(xué)重點目前二十三頁\總數(shù)七十一頁\編于九點

金屬材料的基本知識1.金屬材料的類型：目前二十四頁\總數(shù)七十一頁\編于九點具有金屬光澤。具有較好的延展性，容易加工成型。易導(dǎo)電、傳熱，是熱和電的良導(dǎo)體。2.金屬材料的特點：目前二十五頁\總數(shù)七十一頁\編于九點3.金屬材料性能使用性能力學(xué)性能(強度、硬度、塑性、韌性等)物理性能（指熔點、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、磁性等）化學(xué)性能

(抗氧化性、抗腐蝕性等)其它性能(耐磨性、熱硬性、消振性等)工藝性能——加工成形的性能目前二十六頁\總數(shù)七十一頁\編于九點靜載荷是指外力的大小和方向不變或變化很緩慢的載荷；沖擊載荷是指突然增加的載荷；疲勞載荷則是指大小和方向隨時間作周期性變化的載荷。

根據(jù)載荷作用性質(zhì)不同

靜載荷沖擊載荷疲勞載荷是指材料在外加載荷作用下所表現(xiàn)出來的性能。1.1工程材料的力學(xué)性能目前二十七頁\總數(shù)七十一頁\編于九點工件在不同載荷形式下產(chǎn)生的變形

目前二十八頁\總數(shù)七十一頁\編于九點抗拉強度抗壓強度抗彎強度抗剪強度根據(jù)所加載荷形式的不同，強度表現(xiàn)為：目前二十九頁\總數(shù)七十一頁\編于九點拉伸試驗（金屬的抗拉強度和塑性都是通過拉伸試驗測定）GB/T228-2002目前三十頁\總數(shù)七十一頁\編于九點

拉伸試樣

（低碳鋼）d0L0長試樣：L0=10d0短試樣：L0=5d0目前三十一頁\總數(shù)七十一頁\編于九點液壓式萬能電子材料試驗機

拉伸試驗機目前三十二頁\總數(shù)七十一頁\編于九點

拉伸試驗（應(yīng)力—應(yīng)變）曲線

e—彈性極限點S—屈服點b—極限載荷點（縮頸點）K—斷裂點σe

——彈性極限σs

——屈服點σb

——抗拉強度（強度極限）σ:單位面積上的拉力ΔL:單位長度上的伸長量目前三十三頁\總數(shù)七十一頁\編于九點（1）彈性變形階段（oe段）（2）塑性變形階段（eb段、屈服階段和強化階段）（3）斷裂階段（bk段）拉伸過程變化的三個階段拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象目前三十四頁\總數(shù)七十一頁\編于九點彈性與塑性彈性:

金屬材料受外力作用時產(chǎn)生變形，當外力去掉后能回復(fù)其原來形狀的性能，叫做彈性。彈性變形:

隨著外力消失而消失的變形，叫做彈性變形。塑性變形:

在外力消失后留下來的這部分不可恢復(fù)的變形，叫做塑性變形。目前三十五頁\總數(shù)七十一頁\編于九點σsσ0.2σbσbσe

低碳鋼與鑄鐵的應(yīng)力應(yīng)變曲線脆性材料的拉伸曲線（與低碳鋼試樣相對比）脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象。目前三十六頁\總數(shù)七十一頁\編于九點強度：用于表征金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和破壞的能力。工程上常用的強度衡量指標屈服點屈服強度抗拉強度注意：一般多用抗拉強度作為判別金屬強度高低的指標。1.1.1強度目前三十七頁\總數(shù)七十一頁\編于九點對具有明顯屈服現(xiàn)象的材料用屈服點來表征材料對產(chǎn)生明顯塑性變形的抗力。屈服點就是指材料產(chǎn)生屈服時的最小應(yīng)力。如低碳鋼。

對無明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料常用其產(chǎn)生0.2%塑性應(yīng)變所對應(yīng)的應(yīng)力值作為名義屈服點，稱為名義(條件)屈服強度，用σ0.2表示。如高碳鋼、銅合金、鋁合金等。F0.2S0σ0.2=（MPa）（MPa）條件屈服強度:1.屈服點、屈服強度屈服強度—

是塑性材料選材和評定的依據(jù)。屈服點:目前三十八頁\總數(shù)七十一頁\編于九點脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象。目前三十九頁\總數(shù)七十一頁\編于九點2.抗拉強度（強度極限）是指試樣在拉斷前所承受的最大應(yīng)力。即：式中：——試樣在拉斷前所受到的最大載（N）；

——試樣原始橫截面積（）?！估瓘姸瓤估瓘姸取谴嘈圆牧线x材的依據(jù)。（MPa）目前四十頁\總數(shù)七十一頁\編于九點屈強比（σs/σb）：0.6~0.85

屈強比高，材料利用率越高；屈強比低，零件的可靠性越高

——綜合考慮材料利用率和安全性注意：塑性變形中:σs<σ<σb

目前四十一頁\總數(shù)七十一頁\編于九點

s

、0.2、

b是機械零件和構(gòu)件設(shè)計與選材的主要依據(jù)工程設(shè)計中：塑性材料：選σs或σ0.2作為極限應(yīng)力σ0：工作應(yīng)力σ≤許用應(yīng)力［σ］＝σ0/n

安全系數(shù)n=1.5~2脆性材料：常選σb作為極限應(yīng)力σ0：工作應(yīng)力σ≤許用應(yīng)力［σ］＝σ0/n

n>2應(yīng)用目前四十二頁\總數(shù)七十一頁\編于九點1.1.2塑性塑性:

金屬材料在外力作用下，產(chǎn)生永久變形而不致引起破壞的性能。塑性的衡量（塑性指標）：伸長率δ和斷面收縮率Ψ

。δ、ψ越高，材料的塑性越好δ<2~5%屬脆性材科δ≈5~10%屬韌性材料δ>10%屬塑性材料良好的塑性是金屬材料進行塑性加工的必要條件。目前四十三頁\總數(shù)七十一頁\編于九點2.伸長率（δ）是指試樣拉斷后的標距伸長量L

1與原始標距L0之比。用δ

表示，即

1.斷面收縮率（Ψ）是指試樣拉斷處橫截面積A1的收縮量與原始橫截面積A0之比。用下式表示，即：目前四十四頁\總數(shù)七十一頁\編于九點1.1.3硬度硬度的含義布氏硬度洛氏硬度維氏硬度是指材料抵抗其它更硬物體壓入其表面的能力。即表示金屬材料抵抗局部變形的能力。硬度的表示方法常用的表示方法壓入法劃痕法回跳法目前四十五頁\總數(shù)七十一頁\編于九點

用一定直徑的壓頭（球體），以相應(yīng)試驗力壓入待測表面，保持規(guī)定時間卸載后，測量材料表面壓痕直徑，以此計算出硬度值。1.布氏硬度

（1）布氏硬度測量原理布氏硬度計目前四十六頁\總數(shù)七十一頁\編于九點淬火鋼球

HBS（硬度值450的材料）硬質(zhì)合金鋼球HBW

（硬度值450~650的材料）（2）壓頭：

（3）表示方法例如：350HBS、600HBW一般，數(shù)字+布氏硬度符號或后面依次注明壓頭直徑、實驗力以及保存時間。單位為MPa（通常不標明）

目前四十七頁\總數(shù)七十一頁\編于九點布氏硬度的優(yōu)點：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。缺點：壓痕大，不宜測量成品零件或薄件的硬度，以及比壓頭還硬的材料。布氏硬度適用于：常用于測量較軟材料、灰鑄鐵、有色金屬、退火正火鋼材的硬度。調(diào)質(zhì)處理鋼、原材料，毛坯。當HBS<450時有效（HBW450-650)（4）布氏硬度特點目前四十八頁\總數(shù)七十一頁\編于九點用錐頂角為120°的金剛石圓錐或直徑1.588mm的淬火鋼球，以相應(yīng)試驗力壓入待測表面，保持規(guī)定時間卸載后卸除主試驗力，以測量的殘余壓痕深度增量來計算出硬度值。實際測量時，硬度值一般有硬度計的刻度盤上直接讀出。(1)洛氏硬度測量原理2.洛氏硬度洛氏硬度計目前四十九頁\總數(shù)七十一頁\編于九點(2)洛氏硬度的分類及應(yīng)用目前五十頁\總數(shù)七十一頁\編于九點HRA、HRB、HRC分別測得的硬度，不可直接比較大小表示為：硬度值+三種不同的標尺代號。（無單位）例如：20~85HRA20~100HRB20~70HRC（3）洛氏硬度表示方法HR=(k-h)/0.002不寫單位目前五十一頁\總數(shù)七十一頁\編于九點（4）洛氏硬度特點：優(yōu)點：缺點：測量操作簡單，方便快捷，壓痕?。粶y量范圍大，能測較薄工件。測量精度較低，可比性差，不同標尺的硬度值不能比較。是生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的硬度試驗方法?？捎糜诔善窓z驗和薄件表面硬度檢驗。不適于測量組織不均勻材料。（5）洛氏硬度應(yīng)用：目前五十二頁\總數(shù)七十一頁\編于九點布氏硬度與洛氏硬度的比較洛式硬度壓痕很小，測量值有局部性，須測數(shù)點求平均值，適用成品和薄片，歸于無損檢測一類；布式硬度壓痕較大，測量值準，不適用成品和薄片，一般不歸于無損檢測一類。洛式硬度的硬度值是一無名數(shù)，沒有單位。（因此習(xí)慣稱洛式硬度為多少度是不正確的。）布式硬度的硬度值有單位，且和抗拉強度有一定的近似關(guān)系。洛式硬度直接在表盤上顯示、也可以數(shù)字顯示，操作方便，快捷直觀，適用于大量生產(chǎn)中。布式硬度需要用顯微鏡測量壓痕直徑，然后查表或計算，操作較繁瑣。在一定條件下，HB與HRC可以查表互換。其心算公式可大概記為：1HRC≈1/10HB。目前五十三頁\總數(shù)七十一頁\編于九點維氏硬度計維氏硬度試驗原理維氏硬度壓痕3.維氏硬度（HV）目前五十四頁\總數(shù)七十一頁\編于九點小負荷維氏硬度計顯微維氏硬度計維氏硬度（HV）測試計目前五十五頁\總數(shù)七十一頁\編于九點用壓頭為錐面夾角為136o的金剛石四棱錐體。以一定的試驗力將壓頭壓入試樣表面，保持規(guī)定時間卸載后，在試樣表面留下一個四方錐形的壓痕，測量壓痕兩對角線長度，以此計算出硬度值。（2）表示方法維氏硬度用符號HV表示，符號前的數(shù)字為硬度值，后面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時間。例如：580HV/30/20（1）維氏硬度測量原理目前五十六頁\總數(shù)七十一頁\編于九點優(yōu)點：適用范圍廣，從極軟到極硬材料都可測量;測量精度高，可比性強；能測較薄工件。缺點：測量操作較麻煩，測量效率低。（4）應(yīng)用：廣泛用于科研單位和高校，以及薄件表面硬度檢驗。不適于大批生產(chǎn)和測量組織不均勻材料。（3）特點：維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點。目前五十七頁\總數(shù)七十一頁\編于九點1.1.4沖擊韌性

1.沖擊韌性是指金屬材料在沖擊載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力。擺錘式一次沖擊試驗小能量多次沖擊試驗沖擊韌性的測定方法目前五十八頁\總數(shù)七十一頁\編于九點

擺錘式一次沖擊試驗擺錘式?jīng)_擊實驗機目前五十九頁\總數(shù)七十一頁\編于九點試驗原理試樣被沖斷過程中吸收的能量即沖擊吸收功（Ak）等于擺錘沖擊試樣前后的勢能差。(J)目前六十頁\總數(shù)七十一頁\編于九點沖擊韌度ak就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊吸收功。ak=AkAq(J/cm2)

標準沖擊試樣有兩種，一種是Ｕ形缺口試樣，另一種是Ｖ形缺口試樣。它們的沖擊韌度值分別以aKU和aKV。

材料的ak值愈大，韌性就愈好；材料的ak值愈小，材料的脆性愈大。通常把ak值小的材料稱為脆性材料研究表明，材料的ak值隨試驗溫度的降低而降低。目前六十一頁\總數(shù)七十一頁\編于九點2.斷裂韌性

低應(yīng)力脆斷

工程零（構(gòu)）件有時在應(yīng)力低于許用應(yīng)力的情況下也會發(fā)生突然斷裂，稱為低應(yīng)力脆斷。低應(yīng)力脆斷的原因

由于實際應(yīng)用的材料中常常存在一些裂紋和本身缺陷，如夾雜物、氣孔等或加工和使用過程中產(chǎn)生的缺陷，裂紋在應(yīng)力的作用下失穩(wěn)而擴展，最終導(dǎo)致零（構(gòu)）件斷裂。目前六十二頁\總數(shù)七十一頁\編于九點1.1.5疲勞強度①疲勞破壞

零件、工具等即使在低于材料屈服強度的交變載荷作用下，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)后也會發(fā)生突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。表示材料經(jīng)無數(shù)次交變載荷作用而不致引起斷裂的最大應(yīng)力值。目前六十三頁\總數(shù)七十一頁\編于九點②疲勞破壞材料在對稱載荷下的應(yīng)力變化規(guī)律。目前六十四頁\總數(shù)七十一頁\編于九點③疲勞強度材料交變應(yīng)力和斷裂前應(yīng)力循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系。有色金屬的循環(huán)次數(shù)一般取N=108鋼材的循環(huán)次數(shù)一般取N=107鋼材的疲勞強度與抗拉強度之間的關(guān)系:

σ-1

=(0.45～0.55)σb疲勞曲線目前六十五頁\總數(shù)七十一頁\編于九點④產(chǎn)生疲勞破壞