工程材料及熱加工第一章第1頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月教學重點和難點１．剛度、強度、塑性的測試計算方法、表達式和指標的實際意義；２．不同工程材料的幾種不同的硬度測試方法及相互間的關(guān)系；３．沖擊韌性的測試計算方法和工程使用意義。第2頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月力學性能即在外力作用下，金屬材料所表現(xiàn)出來的性能，亦稱機械性能。是評定材料好壞的主要指標，是設(shè)計和選材的重要依據(jù)。包括彈性、塑性、剛度、強度、硬度、韌性、疲勞強度、蠕變強度等。第3頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月一、剛度、強度、塑性剛度、強度和塑性是材料承受靜載荷的性能，通過靜拉伸試驗測定。第4頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月拉伸應(yīng)力——應(yīng)變曲線第5頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月彈性極限Elasticlimit

彈性模量Elasticmodulus當載荷未達到E點前，試樣只產(chǎn)生彈性變形，故σe為材料所承受的不產(chǎn)生永久變形的最大應(yīng)力，稱為彈性極限（或稱為彈性變形Elasticdeformation）。圖中OP是直線，表示應(yīng)力與應(yīng)變成正比，P點是保持這種關(guān)系的最高點，σP稱為比例極限。σe與σP很接近，實際使用時，兩者常取同一數(shù)值（OP的斜率為試樣材料的彈性模量，即剛度Stiffness）。

第6頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月屈服強度Yieldstrength、

抗拉強度Tensilestrength當應(yīng)力達到σS時，增加很小的載荷就會產(chǎn)生較大的變形。當卸載后，試樣則存在一定的殘余應(yīng)力，即塑性變形，這種不完全回復(fù)現(xiàn)象稱為屈服。σS是試樣開始產(chǎn)生屈服時的應(yīng)力，稱為屈服點應(yīng)力，即材料的屈服強度。隨后繼續(xù)增加載荷，試樣繼續(xù)伸長，至B點時試樣開始產(chǎn)生縮頸，變形速度超過加載速度，曲線開始下彎。在K點試樣斷裂。σb為試樣斷裂前的最大應(yīng)力，稱為抗拉強度。第7頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月第8頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月彈性模量（剛度）的計算

式中：σ（MPa）（單位截面上的拉力）；

ε

（單位長度上的伸長量）。鋼的E值：190～220GPa。第9頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月屈服強度屈服強度是靜拉伸過程中開始產(chǎn)生塑性變形時的應(yīng)力，即為拉伸曲線上S點的載荷大小與試棒原始截面積之比，用σb表示：對于有些零件在工作中不允許發(fā)生塑性變形，所以σS是設(shè)計中材料強度的主要參數(shù)，是材料的重要力學性能指標之一。第10頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月抗拉強度抗拉強度是靜拉伸過程中試樣被拉斷前的最大應(yīng)力，即材料拉伸曲線上B點時的載荷大小與原始截面之比，用σb表示：

表示材料在拉力作用下抵抗斷裂的能力，是設(shè)計和選材的重要力學性能指標之一。第11頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月退火低碳鋼應(yīng)力-應(yīng)變曲線第12頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月中碳調(diào)質(zhì)鋼應(yīng)力-應(yīng)變曲線第13頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月淬火鋼及鑄鐵應(yīng)力-應(yīng)變曲線第14頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月低、中碳回火鋼應(yīng)力-應(yīng)變曲線第15頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月塑性及衡量指標材料在外力作用下，發(fā)生不能恢復(fù)原狀的變形稱為塑性變形，產(chǎn)生塑性變形而不斷裂的性能稱為塑性。金屬的塑性常用伸長率δ和斷面收縮率ψ來表示。伸長率δ表示拉伸試樣被拉斷時的相對塑性變形量斷面收縮率ψ表示拉伸試樣被拉斷時的截面積相對減縮量第16頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月塑性材料與脆性材料δ、ψ愈大，表示材料的塑性愈好。通常以伸長率δ的大小來衡量金屬材料塑性的好壞，δ＞2%～5%的材料為塑性材料，δ＜2%～5%的材料為脆性材料。第17頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月二、疲勞強度金屬材料承受周期性交變載荷時抵抗斷裂的能力稱為疲勞強度。疲勞強度常比σS小得多，工程上規(guī)定：鋼鐵材料循環(huán)107、有色金屬循環(huán)108次不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力，作為該材料的疲勞強度，用σ-1表示。產(chǎn)生疲勞破壞的原因：材料內(nèi)部夾雜物，表面劃痕及能引起應(yīng)力集中的缺陷，而導(dǎo)致微裂紋的產(chǎn)生。避免疲勞破壞的方法：改善其結(jié)構(gòu)形狀、避免應(yīng)力集中、降低零件的表面粗糙度等。

第18頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月三、硬度硬度是金屬材料抵抗硬物壓入的能力，也是材料局部塑性變形的抗力,故硬度與強度存在著一定的關(guān)系。低碳鋼：HBS=0.36σb；高碳鋼：HBS=0.34σb；調(diào)質(zhì)合金鋼：HBS=0.325σb；灰鑄鐵：HBS=0.1σb；黃銅：HBS=0.48σb。

生產(chǎn)上硬度常作為設(shè)計零件的技術(shù)指標之一，常用的有布氏、洛氏和維氏硬度等。第19頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月布氏硬度（HBS）布氏硬度是在布氏硬度計上測定的。第20頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月HBS適用范圍布氏硬度常用于測定鑄鐵、非鐵合金及退火鋼的硬度。HBS只能測定硬度值小于450HBS以下的金屬材料，否則鋼球會變形，測得的結(jié)果不準確；不能測定厚度小于1～2mm的薄板材料，否則鋼球就會壓穿試樣。布氏硬度計也可采用硬質(zhì)合金球作為壓頭，用HBW表示，用于測量硬度較高的材料。第21頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月洛氏硬度HRC洛氏硬度是在洛氏硬度計上測定的。其原理與布氏硬度一樣，如圖1-4所示。第22頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月洛氏硬度三種規(guī)范標度壓

頭預(yù)載荷總載荷應(yīng)用范圍適用的材料HRA120o金剛石圓錐98.07N60×9.807N70~85硬質(zhì)合金、表面淬火鋼HRBΦ1.588mm鋼球98.07N100×9.807N25~100軟鋼、退火鋼、銅合金HRC120o金剛石圓錐98.07N150×9.807N20~67淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼等特點：測試壓痕小，直接讀數(shù)，操作方便；可測低硬度、高硬度材料，應(yīng)用廣泛，用于測試各種鋼鐵原材料、非鐵合金、經(jīng)淬火后工件、表面熱處理工件及硬質(zhì)合金等。第23頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月維氏硬度HV在維氏硬度計上測定。在一定載荷F作用下，將頂角為136°的金剛石四棱錐壓頭壓入材料表面，保持一定時間后卸載，在材料表面得到一個四方形壓痕，測量壓痕兩條對角線的平均長度d（mm）。根據(jù)d計算出壓痕面積A（mm2），以F/A的值來表示材料的硬度。第24頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月四、沖擊韌性

沖擊韌性是金屬材料抵抗沖擊載荷的能力第25頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月五、斷裂韌性斷裂韌性是指帶微裂紋的材料或零件阻止裂紋擴展的能力。當零件承受載荷而在其內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力集中時