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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,COLLEGE OF MATERIALS SCIENCE & ENGINEERING,MSE,2005,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,COLLEGE OF MATERIALS SCIENCE & ENGINEERING,MSE,2005,机 械 工 程 材 料,教 师：于玉城,电 话：,18946169850,E-mail,：,材料科学与工程学院,第一章 材料的性能,包括两方面,材料使用性能,材料工艺性能,力学性能,（强度、塑性韧性等）,物理性能,（光、热、电、磁等）,化学性能,（氧化、腐蚀等）,生物性能（,相容性、自恢复性等）,切削加工性能,（可切削性）,锻造性能,（适合锻造与否）,铸造性能,（适合铸造与否）,焊接性能,（容易焊接与否）,热处理性能,（可热处理强化）,2,第一节 材料的力学性能,材料受外力作用时所表现的性能称为,力学性能,，又称机械性能。,材料在外力作用下将发生形状和尺寸变化称为,变形,;,外力去除后能够恢复的变形称为,弹性变形,;,不能恢复的变形称为,塑性变形,。,3,一、低碳钢,拉伸变形四阶段,低碳钢的应力,-,应变曲线,弹性变形（,OA,）,屈服变形（,BC,）,均匀变形（,CD,）,集中变形（,DE,）,低碳钢的集中变形（缩颈）,4,1,、弹性,定义： 金属材料受外力作用时产生变形,当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。,指标：弹性极限,e,比例极限,p,5,2,、,刚度,定义：材料受力时抵抗弹性变形的能力。,指标：弹性模量,E,。,特点：非常稳定。,6,二、强度与塑性,1,、强度,材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。,屈服,强度,s,：材料发生塑性变形而力不增加时的应力值。,条件屈服强度,0.2,：残余变形量为,0.2%,时的应力。,抗拉强度,b,：材料断裂前所承受的最大应力值。,7,2,、塑性,材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。,伸长率,：,断面收缩率,拉伸前,断裂后,8,知识提高,当,L,0,=10,d,0,时，伸长率用,表示；,当,L,0,=5,d,0,时，伸长率用,5,表示。,当材料出现缩颈时，由于大量的塑形变形集中在局部，,因此有,5,。,由于伸长率与试样的尺寸有关，因此用收缩率表示塑性更接近真实变形。,9,知识提高,脆性材料与韧性材料, 10%,塑性材料,时，无颈缩，脆性材料,时，有颈缩，塑性材料,无颈缩试样,有颈缩试样,10,三、硬度,指材料对局部塑性变形的抗力，常用压入法测量。,1,、,布氏硬度（,HB,）,（,1,）测试原理：以单位压痕面积载荷大小衡量硬度高低。,加载规范：压头直径、载荷大小、加载时间,11,（,2,）表示方法,压头为钢球时，布氏硬度用符号,HBS,表示，适用于布氏硬度值在,450,以下的材料。,压头为硬质合金球时，用符号,HBW,表示，适用于布氏硬度在,650,以下的材料。,12,表示方法具体举例,150HBS10/3000/10,采用直径,10mm,的淬火钢球压头，载荷,3000kg,，加载时间,10s,的规范下测得的布氏硬度为,150,。,思考：,550HBW10/1000/30,的含义。,150HB,硬质合金压头,13,（,3,）布氏硬度的特点,压痕大，数据稳定、重复性好；,压痕大，有时不能在成品上直接检验；,不同材料要更换加载规范，测量时麻烦。,（,4,）布氏硬度应用,适于测量退火、正火、调质钢，铸铁及有色金属的硬度。,14,2,、洛氏硬度（,HR,）,（,2,）测试规范,根据压头类型和主载荷不同,常用的标尺为,A,、,B,、,C,，分别用,HRA,、,HRB,、,HRC,表示。,洛氏硬度测试示意图,（,1,）测试原理：以压痕深度,(,h,1,-,h,0,),衡量硬度大小。,15,（,3,）应用及特点,HRA,：,金刚石圆锥压头，,50kgf,主载荷,，,用于测量高硬度材料,如硬质合金、表淬层和渗碳层。,HRB,：,淬火钢球，,90kgf,主载荷，,用于测量低硬度材料,如有色金属和退火、正火钢等。,HRC,，,金刚石圆锥压头，,140kgf,主载荷，,用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。,16,洛氏硬度特点,操作快捷，适用范围广，可用于成品检验；,测量结果分散度大，不同标尺不可直接比较。,17,3,、维氏硬度,（,1,）测试原理,压头为对面夹角,136,四棱锥，测试原理同布氏硬度相同。,维氏硬度原理,维氏硬度压痕,18,（,2,）维氏硬度特点,显微维氏硬度计,维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点，可测量由极软到极硬的材料的硬度，又能相互比较。,显微维氏硬度压痕极小，可以测量金属铂、极薄的表层以及金属中各种组成相的硬度。,19,四、冲击韧性,1,、冲击试验,试样尺 寸：,101055mm,；,试样缺 口：,U,型、,V,型或无,20,试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。,2,、冲击韧性：,K,。,21,3,、韧脆转变,材料的冲击韧性随温度下降而下降，在某一温度范围内冲击韧性值急剧下降的现象称韧脆转变。,对应温度范围为韧脆转温度,t,k,22,泰坦尼克号（,1912,年大西洋）,Titanic,近代船用钢板,23,五、疲劳强度,1,、疲劳,材料在低于,s,重复交变应力作用下发生断裂的现象。,2,、疲劳强度,材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为,疲劳极限,。用,-1,表示。,疲劳应力示意图,疲劳曲线示意图,钢铁材料规定次数为,10,7,，有色金属合金为,10,8,24,疲劳断口,通过改善材料形状结构，减少表面缺陷，提高表面光洁度，进行表面强化等方法可提高材料疲劳抗。,轴的疲劳断口,疲劳辉纹（扫描电镜照片）,25,2,、断裂韧性：材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。,3,、,C,为断裂应力，,a,C,为临界裂纹半长，单位为,六、断裂韧性,1,、应力强度因子：描述裂纹尖端附近应力场强度的指标。,26,小结,本节中所讲的材料的力学性能指标及应用,屈服强度和塑性,：,一般零件的抗断裂设计。,刚度,：,刚度设计中，考虑构件在受力时发生的弹性变形量。主要力学性能是材料的弹性模量。如精密机床主轴等零构件,弹性指标,：,弹性极限和弹性模量是设计弹性零件考虑的性能指标。如汽车板簧和各类弹簧等,硬度,：,在耐磨零件中必须考虑的性能指标，如滚珠轴承等,.,断裂韧度,：,高强钢和重要构件的抗断裂设计。如轮船、飞机、火箭等。,27,第二节 材料其它性能,一、物理化学性能,物理性能：密度、熔点、热膨胀性、导热、 导电性、磁性。,化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性,28,二、材料的工艺性能,1,、铸造性,浇注时液体充满型腔并获得优质铸件的能力。,2,、可锻性,金属易于锻压成型的能力,3,、可焊性,材料容易焊接到一起并获得优质焊缝的能力。,4,、切削加工性,材料容易被切削加工并得到精确形状和高表面光洁度的能力。,29,复习题,1,、概念解释,（,1,）韧脆转变温度 （,2,） 冲击韧性,（,3,）刚度 （,4,）疲劳 （,5,）,120HB,2,、说明材料的强度和塑性的具体指标、意义及表示符号。,3,、叙述布氏、洛氏、维氏硬度的特点及应用。,30,
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