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第二章第二章 材料的性能材料的性能一、静态一、静态力学性能力学性能二、动态二、动态力学性能力学性能三、三、断裂韧性断裂韧性 四、高低温性能四、高低温性能五、材料的工艺性能五、材料的工艺性能 1.弹性强度（极限）弹性强度（极限）不产生永久变形的最大应力不产生永久变形的最大应力 Fe 弹性极限载荷弹性极限载荷(N)e=(M pa)S0 试样原始横截面积试样原始横截面积(mm2)e e若若e不完全按比例则定不完全按比例则定0.01为弹性极限为弹性极限一、静态力学性能一、静态力学性能2、强度、强度:材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力。材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力。种类种类:抗拉强度、抗拉强度、抗压强度、抗压强度、抗弯抗弯 强度强度、抗剪强度抗剪强度、抗扭强度等。抗扭强度等。(1)屈服点屈服点与与屈服强度屈服强度:产生明显塑性变形的最低应力值产生明显塑性变形的最低应力值.Fs s=(M Pa)S0试样屈服时的载荷试样屈服时的载荷(N)试样原始横截面积试样原始横截面积(mm2)s 屈服强度屈服强度(塑性变形量为塑性变形量为0.2%，微量塑性变形，微量塑性变形)F0.2 0.2 =(M Pa)S 0 试样原始横截面试样原始横截面(mm2)试样产生试样产生0.2%残余塑性变残余塑性变 形时的载荷形时的载荷(N)0.2：试样产生残余塑性变形：试样产生残余塑性变形0.2%时的应力时的应力试样产生试样产生0.2%残余塑性变形残余塑性变形屈服点屈服点s、屈服强度、屈服强度0.2是零件设计的主要依据；也是是零件设计的主要依据；也是评定金属强度的重要指标之一。评定金属强度的重要指标之一。(2)抗拉强度：抗拉强度：试样在断裂前所能承受的最大应力。试样在断裂前所能承受的最大应力。它表示材料抵抗断裂的能力。它表示材料抵抗断裂的能力。是零件设计的重要依据；也是评定金是零件设计的重要依据；也是评定金属强度的重要指标之一。属强度的重要指标之一。F b 试样断裂前的最大载荷试样断裂前的最大载荷(N)b=(M Pa)S 0 试样原始横截面积试样原始横截面积(mm2)bse3、塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。、塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。指标为：指标为：断面收缩率：断面收缩率：拉拉伸伸试试样样的的颈颈缩缩现现象象 伸长率：伸长率：断裂后断裂后4、硬度、硬度材料抵抗表面局部塑性变形的能力。材料抵抗表面局部塑性变形的能力。布氏硬度布氏硬度HBS（W）布布氏氏硬硬度度计计硬质合金球硬质合金球淬火钢球淬火钢球布氏硬度的优点：布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。测量误差小，数据稳定。缺点：缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。硬的材料。适于测量适于测量退火、正火、调质钢退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。铸铁及有色金属的硬度。材料的材料的 b与与HB之间的经验关系：之间的经验关系：对于低碳钢对于低碳钢:b(MPa)3.6HB 对于高碳钢：对于高碳钢：b(MPa)3.4HB 对于铸铁：对于铸铁：b(MPa)1HB或或 b(MPa)0.6(HB-40)洛氏硬度洛氏硬度h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图洛洛氏氏硬硬度度计计洛氏硬度用符号洛氏硬度用符号HR表示，表示，HR=k-(h1-h0)/0.002根根据据压压头头类类型型和和主主载载荷荷不不同同，分分为为九九个个标标尺尺，常常用用的的标尺为标尺为A、B、C。符号符号HR前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。lHRA用于测量高硬度材料用于测量高硬度材料,如如硬质合金、表淬层和渗碳层硬质合金、表淬层和渗碳层。lHRB用于测量低硬度材料用于测量低硬度材料,如如有色金属和退火有色金属和退火、正火钢等。正火钢等。lHRC用于测量中等硬度材料，用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。如调质钢、淬火钢等。l洛氏硬度的优点：洛氏硬度的优点：操作简便，操作简便，压痕小，适用范围广。压痕小，适用范围广。l缺点：缺点：测量结果分散度大。测量结果分散度大。钢球压头与钢球压头与金刚石压头金刚石压头洛氏硬度压痕洛氏硬度压痕维氏硬度维氏硬度维氏硬度计维氏硬度计维氏硬度试验原理维氏硬度试验原理维氏硬度压痕维氏硬度压痕维氏硬度用符号维氏硬度用符号HV表示，表示，HV=F/A根据载荷范围不同，规定了三种测定方法根据载荷范围不同，规定了三种测定方法维氏硬度试验维氏硬度试验、小负荷维氏硬度试验、显微维氏硬度试验。小负荷维氏硬度试验、显微维氏硬度试验。维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点。维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点。小小负负荷荷维维氏氏硬硬度度计计显微维氏硬度计显微维氏硬度计 AK a k=(J/cm)S0材料在动态载荷的作用下所表现出的各种性能材料在动态载荷的作用下所表现出的各种性能1、冲击韧性、冲击韧性金属抵抗冲击载荷的能力，用于试样缺金属抵抗冲击载荷的能力，用于试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功口处单位截面积上所消耗的冲击功A k。二、动态力学性能二、动态力学性能ak对材料的一些缺陷很敏感的，能灵敏地反映出材料品质、宏观缺陷和显对材料的一些缺陷很敏感的，能灵敏地反映出材料品质、宏观缺陷和显微组织方面的微小变化。微组织方面的微小变化。实际中很少因一次大能量冲击而损坏，大多数是在小能量多次冲击负荷实际中很少因一次大能量冲击而损坏，大多数是在小能量多次冲击负荷下工作的，即下工作的，即疲劳损坏疲劳损坏。2、疲劳强度、疲劳强度表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值。断裂的最大应力值。钢材的循环次数一般取钢材的循环次数一般取 N=107有色金属的循环次数一般取有色金属的循环次数一般取 N=108钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系:-1=(0.450.55)b黏黏着着磨磨损损（咬咬合合磨磨损损）：相相对对运运动动的的两两零零件件表表面面的的凹凹凸凸不不平平，当当压压力力较较大大时时，凸凸起起部部分分发发生生严严重重塑塑变变，使使得得材材料料接接触触点点发发生生黏黏着着（冷冷焊）；焊）；磨磨粒粒磨磨损损：摩摩擦擦副副一一方方的的硬硬度度明明显显大大于于另另一一方方，或或在在接接触触表表面面存存在在硬质粒子时产生的磨损。特征：接触面上有明显的切削痕迹；硬质粒子时产生的磨损。特征：接触面上有明显的切削痕迹；腐腐蚀蚀磨磨损损：由由于于外外界界环环境境引引起起的的金金属属表表面面的的腐腐蚀蚀产产物物剥剥落落，与与金金属属表面之间的机械磨损（磨粒、黏着）相结合而出现的磨损；表面之间的机械磨损（磨粒、黏着）相结合而出现的磨损；接接触触疲疲劳劳：（滚滚动动轴轴承承、齿齿轮轮）经经接接触触压压应应力力的的反反复复长长期期作作用用后后引引起的一种表面疲劳剥落损坏的现象。起的一种表面疲劳剥落损坏的现象。3、耐磨性、耐磨性耐磨性是材料抵抗磨损的性能，用磨损量来表示。耐磨性是材料抵抗磨损的性能，用磨损量来表示。三、断裂韧性三、断裂韧性油轮断裂和北极星导油轮断裂和北极星导弹发动机壳体爆炸与弹发动机壳体爆炸与材料中存在缺陷有关材料中存在缺陷有关 1943年美国年美国T-2油轮发生断裂油轮发生断裂北北极极星星导导弹弹裂纹扩展的基本形式裂纹扩展的基本形式断裂韧性：断裂韧性：材料抵抗内部材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。裂纹失稳扩展的能力。C为断裂应力，为断裂应力，aC为临界为临界裂纹半长，单位为裂纹半长，单位为 l应力强度因子：应力强度因子：描述裂纹尖端附近应力场强度的描述裂纹尖端附近应力场强度的指标。指标。四、高低温性能四、高低温性能1、高温（高于再结晶温度）性能、高温（高于再结晶温度）性能高压锅炉、汽轮机、柴油机、化学炼油设备高压锅炉、汽轮机、柴油机、化学炼油设备蠕变：蠕变：恒温、恒应力下，随着时间的延长，材料发生缓慢塑变的现象恒温、恒应力下，随着时间的延长，材料发生缓慢塑变的现象 碳钢碳钢300 合金钢合金钢400蠕变强度：蠕变强度：材料在恒定温度、时间内发生一定永久变形量所承受的最大应力材料在恒定温度、时间内发生一定永久变形量所承受的最大应力 持久强度：持久强度：试样在恒定温度下，达到规定的持续时间而不断裂的最大应力试样在恒定温度下，达到规定的持续时间而不断裂的最大应力2、低温性能、低温性能韧脆转变温度韧脆转变温度TK：材料有韧性状态转变为脆性状态的温度材料有韧性状态转变为脆性状态的温度四、材料四、材料的工艺性能的工艺性能 铸造性能铸造性能 主要包括流动性和收缩性；主要包括流动性和收缩性；锻造性能锻造性能 外力下，产生塑性变形难易程度；外力下，产生塑性变形难易程度；焊接性能焊接性能 主要指工件在一定的焊接工艺条件下，获得优质的焊主要指工件在一定的焊接工艺条件下，获得优质的焊接接头的难易程度；接接头的难易程度；切削加工性切削加工性 主要指工件材料进行切削加工的难易程度；主要指工件材料进行切削加工的难易程度；热处理工艺性热处理工艺性 主要包括各种热处理工艺。主要包括各种热处理工艺。
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