1、材料的力學(xué)性能第1頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.1材料的性能的分類1.1.1使用性能力學(xué)性能（機(jī)械性能）物理性能強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、疲勞強(qiáng)度等密度、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率等化學(xué)性能抗氧化性、抗腐蝕性等第2頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.1材料的性能的分類1.1.2工藝性能（加工的難易性）切削性能（可切削性）鍛壓性能（塑性）鑄造性能焊接性能（可焊性）第3頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.2基本概念和術(shù)語1.2基本概念和術(shù)語力學(xué)性能材料受載荷作用時表現(xiàn)出的與變形、斷

2、裂相關(guān)的一系列性能。載荷材料（或零件、構(gòu)件）所受的力（N）或應(yīng)力。應(yīng)力材料（或零件、構(gòu)件）的單位橫截面積上所受的力（N/m2)。 應(yīng)力的單位：Pa， 1Pa = 1N/m2 MP， 1MPa =106 Pa = 1N/mm2第4頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.2基本概念和術(shù)語靜載荷大小和方向都不隨時間改變或緩慢變化的載荷。動載荷大小或方向隨時間改變的載荷。 載荷 載荷 沖擊載荷 交變載荷 時間 時間 靜載荷 動載荷第5頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.2基本概念和術(shù)語材料受載荷作用時可能發(fā)生的現(xiàn)象：1.變

3、形彈性變形塑性變形2.斷裂脆性斷裂韌性斷裂第6頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.3拉伸試驗1.3.拉伸試驗 通過拉伸試驗可以測定材料的強(qiáng)度、剛度和塑性。第7頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.3拉伸試驗oe段：彈性變形，伸長量與L與拉力F成正比。S平臺：屈服現(xiàn)象，開始塑性變形。Sb段：均勻塑性變形。bk段：頸縮（局部塑性變形）K點：斷裂 低碳鋼拉伸曲線F拉力 L伸長量第8頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.4強(qiáng)度1.4 強(qiáng)度 強(qiáng)度材料受靜載荷作用時，抵抗塑性變形和斷裂

4、的能力。1. 屈服強(qiáng)度s 材料受靜載荷作用時，抵抗塑性變形的能力。 MPa 第9頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.4強(qiáng)度 如果材料所受的載荷達(dá)到或超過其屈服強(qiáng)度，材料就會發(fā)生塑性變形。 在設(shè)計和使用機(jī)器零件時，必須保證零件的工作載荷低于零件材料的屈服強(qiáng)度（工作s），否則零件就會發(fā)生塑性變形而失效。 練習(xí)（見下頁）第10頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.4強(qiáng)度練習(xí)： 要制造一根受拉力的圓桿，已知圓桿直徑為20 mm，拉力為93 kN ?，F(xiàn)有兩種鋼，其中Q235鋼的s為235 MPa；45鋼的s 為355 MP

5、a。用這兩種鋼來制造此圓桿，是否都能保證不發(fā)生塑性變形？解：圓桿所受應(yīng)力為：若選用Q235鋼制造制造此圓桿，其s，會發(fā)生塑性變形； 選用45鋼制造制造此圓桿，其s，能保證不發(fā)生塑性變形。第11頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.4強(qiáng)度2. 抗拉強(qiáng)度（強(qiáng)度極限）b 材料受靜載荷作用時，抵抗斷裂的能力。 MPa 第12頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.4強(qiáng)度 如果材料所受的載荷達(dá)到其抗拉強(qiáng)度，材料就會發(fā)生斷裂。 在設(shè)計和使用機(jī)器零件時，必須保證零件的工作載荷低于零件材料的抗拉強(qiáng)度（工作b），否則零件就會發(fā)生斷裂而

6、失效。第13頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.5剛度1.5 剛度 剛度材料受靜載荷作用時，抵抗彈性變形的能力。 衡量剛度大小的指標(biāo)是彈性模量E。在拉伸曲線上，E體現(xiàn)為oe 段的斜率。 第14頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.5剛度 常用材料的彈性模量E/MPa 在一定的載荷作用下，彈性模量（E）大的材料發(fā)生的彈性變形比較小。 材料的彈性模量是一個常數(shù)，不會因熱處理、合金化等外部條件而改變。鐵鎳鈦鋁銅鎂2140002100001180107200013240045000第15頁，共37頁，2022年，5月20

7、日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.6塑性1.6 塑性 塑性材料在受載荷作用時，在斷裂之前發(fā)生永久性變形的能力。 第16頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.6塑性衡量材料塑性好壞的指標(biāo)：1.延伸率 延伸率又稱伸長率，是試樣被拉斷后，塑性伸長量與試樣原始標(biāo)距長度的百分比：第17頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.6塑性2. 斷面收縮率 斷面收縮率是試樣被拉斷后，頸縮處的橫截面積收縮量（S0-S1）與原始橫截面積S0之百分比： 第18頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能

8、1.6塑性 材料的、值越大，表明其塑性越好。 材料的塑性在工程上的實用意義：1）塑性是變形加工（鍛壓）的條件。塑性較好的材料才可以進(jìn)行變形加工。2）塑性好的材料，不易脆斷，應(yīng)用時安全性比較好。第19頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.7硬度1.7 硬度 硬度用來衡量材料軟硬程度的性能指標(biāo)。 測試硬度的方法有多種，相應(yīng)的也有多種硬度指標(biāo)。第20頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.7硬度1.布氏硬度 HB1）試驗原理 以壓力F 將直徑為D的球形壓頭壓入材料表面，形成直徑為d的壓痕，以壓痕單位面積上承受的壓力大小來衡

9、量材料的硬度。F第21頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.7硬度 kgf/mm2 式中 F 試驗壓力，kgf ； S 壓痕面積， mm2 ； D 壓頭直徑，mm ； d 壓痕直徑，mm 。 第22頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.7硬度2）標(biāo)注示例 120HBS 10/1000/30 500HBW 5/7503）特點和應(yīng)用范圍（1）試驗結(jié)果較準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)的重復(fù)性較好；（2）操作較繁瑣；（3）試驗壓力較大，壓痕大，可能損壞薄壁零件;（4）適合于測試厚度較大的、較軟的原材料、毛坯。第23頁，共37頁，2022年，5

10、月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.7硬度2. 洛氏硬度 HR1）試驗原理 用一定的壓力將壓頭壓入材料表面，以壓痕深度來衡量材料的硬度。 洛氏硬度計的指示表直接顯示出硬度值。壓痕越淺，硬度值越大，表明材料硬度越高。 試驗原理示意圖洛氏硬度計 第24頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.7硬度2）幾種常用的洛氏硬度標(biāo)尺標(biāo)尺標(biāo)注符號壓頭類型試驗壓力數(shù)值有效范圍適用對象 AHRA 金剛石 圓錐 60 kgf (588.4 N) 20-88HRA 很硬的材料，如鋼的表面硬化層、硬質(zhì)合金等。 BHRB 鋼球 100 kgf （980.7 N) 20-

11、100HRB 較軟的材料，如退火的鋼、銅合金、鋁合金等。 CHRC 金剛石 圓錐 150 kgf (1471 N) 20-70HRC 較硬的材料，如淬火的鋼件第25頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.7硬度3）洛氏硬度的特點（1）測試操作簡便，效率高；（2）適應(yīng)的材料種類較多；（3）壓痕小，對零件損傷小；（4）測試準(zhǔn)確度和數(shù)據(jù)重復(fù)性稍差；（5）HRA、HRB、HRC測試值不能直接對比。例如:不能認(rèn)為60HRB代表的硬度高于40HRC。第26頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.7硬度3.其它硬度 維氏硬度、肖氏硬

12、度，等等。第27頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.7硬度4.硬度試驗的應(yīng)用1）對于有耐磨性要求的零件，其硬度是主要的質(zhì)量指標(biāo)。2）多數(shù)金屬材料的硬度與強(qiáng)度有一定正比關(guān)系。在實際工作中，常常通過測試零件的硬度來換算出強(qiáng)度，既簡便，成本又低。第28頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.7硬度 黑色金屬硬度及強(qiáng)度換算表 鋼的HBS與b的換算關(guān)系： b 0.36 HBS第29頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四第30頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.8

13、沖擊韌性 1.8 沖擊韌性 ak 有些零件在工作時會受沖擊載荷。如沖壓模、鏨子、飛機(jī)起落架等。 材料的強(qiáng)度、塑性等在靜載荷下測定的力學(xué)性能指標(biāo)，不能體現(xiàn)材料的抗沖擊性能。 沖擊韌性 ak材料受沖擊載荷時，抵抗斷裂的能力。 第31頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.8 沖擊韌性 沖擊韌性試樣沖擊試驗示意圖沖擊試驗機(jī)第32頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.8 沖擊韌性第33頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.8 沖擊韌性 沖擊韌性ak在數(shù)值上等于沖斷試樣消耗的能量AK 與試樣缺口處橫截面積S之比： J/cm2 沖擊韌性高的材料，使用安全性好。第34頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.8 沖擊韌性材料脆斷引發(fā)的事故第35頁，共37頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 材料的力學(xué)性能1.9 疲勞強(qiáng)度 1.9 疲勞強(qiáng)度1.9.1 材料的疲勞現(xiàn)象演示自行車。提問 疲勞零件（材料）在交變載荷長時間作用下，產(chǎn)生裂紋并逐漸擴(kuò)展，最終導(dǎo)致突然斷裂的現(xiàn)象。實例 在裂紋萌生和擴(kuò)展的較長一段時間中，是不易被發(fā)現(xiàn)的，而最終