第2章section 1工程材料的性能

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1、第二章 工程材料的性能及应用基础p 工程材料的力学性能工程材料的力学性能p 材料的晶体结构与结晶过程p 工程材料的分类、编号及用途学习要求与本章难点学习要求与本章难点要求：要求：o掌握材料的常见力学性能指标与表示方法，学会材料的选择。o了解材料的基本晶体结构、合金的组织结构。o了解不同类工程材料的特点与差异。o学会二元相图的建立、分析与使用。难点：难点：n 二元相图的建立、分析与使用。第一节第一节 工程材料的力学性能工程材料的力学性能 本节重点：本节重点：金属材料的力学性能金属材料的力学性能主要内容：主要内容：金属材料的力学性能金属材料的力学性能, ,包括材料的强包括材料的强 度度 、硬度、塑

2、性、冲击韧性、疲劳、硬度、塑性、冲击韧性、疲劳 强度等。强度等。本节难点：本节难点：各性能指标的物理意义和测定方法各性能指标的物理意义和测定方法力学性能力学性能工程材料性能使用性能工艺性能强度、硬度、刚度塑性、韧性、弹性物理性能（密度、熔点、热膨胀性、导电性、导热性、磁性等）热处理性能化学性能（抗氧化性、耐腐蚀性、化学稳定性等）塑性加工性能焊接性能切削加工性铸造性能一、强度一、强度（strength）o材料抵抗由外力载荷所引起的变形或断裂的能力称为强度。常用的强度性能指标主要是抗拉强度和屈服强度强度的测定强度的测定测定方法：测定方法：拉伸试验拉伸试验OE弹性变形阶段；ES屈服阶段；SB强化阶段

3、；BK缩颈阶段低碳钢拉伸曲线低碳钢拉伸曲线 将材料制成标准试样。在材料试验机上对试件轴向施加静拉力F；在坐标上绘制拉力F（或应力）和变形L（或应变）的关系曲线，得到拉伸曲线图（或应力应变图）。 1）金属材料的抗拉强度）金属材料的抗拉强度bo当载荷达到Fb时，试样的局部截面缩小，产生所谓的“缩颈”现象。由于试样局部截面逐渐缩小，故载荷也逐渐减小，当达到拉伸曲线上k点时，试样发生断裂 。o材料在断裂前所承受的最大应力值称为抗拉强度或强度极限，用b表示，单位MPa。图中B点所对应的应力值即为b。SB强化阶段；BK缩颈阶段屈服强度屈服强度so当载荷达到Fs时，曲线出现横向震荡或水平线段，这表示拉力不再

4、增加，但变形仍在进行，此时若卸载，试样的变形不能全部消失，产生微量的塑性变形。 S点称屈服点。o屈服点的应力称为屈服强度，记为s，单位MPa。ES屈服阶段 对铸铁、高碳钢等脆性材对铸铁、高碳钢等脆性材料料，拉伸曲线无明显屈服现，拉伸曲线无明显屈服现象，国家标准规定用试样标象，国家标准规定用试样标距长度产生距长度产生0.2%塑性变形塑性变形（或残余应变）时的应力值（或残余应变）时的应力值作为该材料的屈服强度，以作为该材料的屈服强度，以0.2表示。表示。 s 、 0.2 、b ：选材主要依据。铸铁拉伸曲线铸铁拉伸曲线o根据高分子所表现的力学性质和分根据高分子所表现的力学性质和分子热运动特征，可以将

5、其划分为子热运动特征，可以将其划分为玻玻璃态、高弹态和粘流态璃态、高弹态和粘流态，通常称这，通常称这些状态为聚集态些状态为聚集态。o聚集态的转变主要与温度有关聚集态的转变主要与温度有关。oT Tz z( (脆韧转变温度）脆韧转变温度） T Tg g（玻璃化转变（玻璃化转变温度）温度） Tg)(T=Tg)bybdyabcedE聚合物拉伸时典型的应力聚合物拉伸时典型的应力- -应变图应变图y ：屈服应力：屈服应力b ：抗拉强度：抗拉强度Tg 玻璃态临界温度Tf 粘流态临界温度TgTTf ：高弹态：玻璃态gTT ：粘流态fTT oa段：普弹形变ab段：高弹形变，（b：屈服点）bc段：缩颈形变cd段：

6、应变软化de段：应力硬化二、二、 弹性和刚度弹性和刚度弹性和弹性变形？弹性和弹性变形？材料受外力作用时产生变材料受外力作用时产生变形。当外力去掉后变形随形。当外力去掉后变形随之消失，材料恢复其原来之消失，材料恢复其原来形状的性能称为形状的性能称为弹性弹性。随外力消除而消失的变形，随外力消除而消失的变形，称为称为弹性变形弹性变形 。OE弹性变形阶段刚度？刚度？o材料抵抗弹性变形的能力，称为材料抵抗弹性变形的能力，称为刚度刚度。o材料在弹性范围内，应力与应变成正比，其比值材料在弹性范围内，应力与应变成正比，其比值E=/称为称为弹性模量弹性模量。 （碳钢E 200GPa,铜E108GPa,聚四氟乙烯

7、E1.4GPa）o弹性模量弹性模量E的大小，标志着材料抵抗弹性变形的能力，的大小，标志着材料抵抗弹性变形的能力，即材料即材料刚度刚度的大小。的大小。oE值的大小主要取决于材料的本性，一些处理方法（如值的大小主要取决于材料的本性，一些处理方法（如热处理、冷热加工、合金化等）对它影响很小。热处理、冷热加工、合金化等）对它影响很小。o需要注意的是，材料的刚度不等于机件的刚度，需要注意的是，材料的刚度不等于机件的刚度，机件的刚度除与材料的刚度有关外，还与机件的机件的刚度除与材料的刚度有关外，还与机件的结构有关。结构有关。o提高零件刚度的方法有：提高零件刚度的方法有：增加横截面面积改变截面形状选用弹性模

8、量较大的材料三、三、 塑性塑性o材料在外力作用下，产生永久残余变形而不断裂的能力，称为塑性。o工程上常用延伸率和断面收缩率作为材料的塑性指标 。1) 延伸率延伸率o试样在拉断后的相对伸长量称为延伸率，用符试样在拉断后的相对伸长量称为延伸率，用符号号表示，即表示，即o式中：式中：L L0 0试样原始标距长度；试样原始标距长度； L L1 1试样拉断后的标距长度。试样拉断后的标距长度。%100001LLL2) 断面收缩率断面收缩率o试样被拉断后横截面积的相对收缩量称为断面试样被拉断后横截面积的相对收缩量称为断面收缩率，用符号收缩率，用符号表示，即表示，即o式中：式中： A A0 0试样原始的横截面

9、积；试样原始的横截面积； A A1 1试样拉断处的横截面积试样拉断处的横截面积 %100010AAAo材料的和值越大，塑性越好。o用表示塑性更接近材料的真实应变。 四、四、 硬度硬度o硬度是固体材料抵抗局部塑性变形、压入或压痕的硬度是固体材料抵抗局部塑性变形、压入或压痕的能力。能力。o一般情况下，材料的强度越高，硬度也越高。一般情况下，材料的强度越高，硬度也越高。)(2102.022dDDDPHB布氏硬度计布氏硬度计球冠面积，不好算，可直接查表（由d直接查HB值）式中：P试验力(N) D压头的直径(mm) 钢球直径为钢球直径为10mm10mm，作，作用载荷用载荷1000kgf1000kgf，保