第2讲1 机械工程材料基础

2007-3-12
《第3章 机械工程材料基础》——陈君梅
(2)抗拉强度：试样在断裂前所能承受的最大应力。 抗拉强度：试样在断裂前所能承受的最大应力。 抗拉强度
• 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；也是评定金属强度 是零件设计的重要依据； 的重要指标之一。 的重要指标之一。
• 当压头为钢球时,硬度 符号为HBS；当压头为 硬质合金球时,硬度符 号为HBW
适用范围: 适用范围 ＜450HBS; 450-650HBW;
2007-3-12
《第3章 机械工程材料基础》——陈君梅
(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness ) 布氏硬度 符号HBS或HBW之前的数字表示硬度 符号 或 之前的数字表示硬度 值，符号后面的数字按顺序分别表示球体 直径、载荷及载荷保持时间。 直径、载荷及载荷保持时间。 如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的 表示直径为 的 表示直径为 钢球在 钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保 （ ）载荷作用下保 测得的布氏硬度值为 。 持30s测得的布氏硬度值为 测得的布氏硬度值为120。
正确设计和合理选材打下基础。 （2）为以后正确设计和合理选材打下基础。 ）为以后正确设计和合理选材打下基础
2007-3-12
《第3章 机械工程材料基础》——陈君梅
3.1 金属材料性能
• 教学目的 教学目的: • １．了解材料的主要力学性能指标：屈服强度、 了解材料的主要力学性能指标：屈服强度、 抗拉强度、伸长率、断面收缩率、硬度、 抗拉强度、伸长率、断面收缩率、硬度、冲击韧 疲劳强度、 性、疲劳强度、断裂韧性等力学性能及其测试原 理； • ２．强调各种力学性能指标的生产实际意义； 强调各种力学性能指标的生产实际意义； • ３．了解工程材料的物理性能、化学性能及工艺 了解工程材料的物理性能、 性能。 性能。
布氏硬度HB 布氏硬度 洛氏硬度HR 洛氏硬度 维氏硬度HV 维氏硬度 锉刀法
2007-3-12
《第3章 机械工程材料基础》——陈君梅
(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness ) 布氏硬度
布氏硬度计
2007-3-12
《第3章 机械工程材料基础》——陈君梅
(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness ) 布氏硬度
(综合性能好，用量最大、应用范围最广) 综合性能好，用量最大、应用范围最广) 空航天等) 空航天等)
质轻、 耐腐蚀，常用于化工、机械、 高分子材料 (质轻、 耐腐蚀，常用于化工、机械、航
陶瓷材料 复合材料
高电强、高硬度、耐腐蚀、绝缘， （高电强、高硬度、耐腐蚀、绝缘，用于 电器、化工、航空航天等等） 电器、化工、航空航天等等） （轻、高的比强度、比刚度，结合两种材 高的比强度、比刚度， 料的性能优点，用于航空航天等领域） 料的性能优点，用于航空航天等领域）
2007-3-12
《第3章 机械工程材料基础》——陈君梅
3.弹性极限 弹性极限: 弹性极限
e
σe
Fe σe = S0
弹性极限载荷( 弹性极限载荷 N ) ( M pa ) 试样原始横截面积( 试样原始横截面积 mm2)
2007-3-12
《第3章 机械工程材料基础》——陈君梅
三、强度
强度: 材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力。 强度 材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力。 种类: 抗拉强度、 抗压强度、 种类 抗拉强度、 抗压强度、 抗弯 抗扭强度等。 强 度 、 抗剪强度 、 抗扭强度等。 (1) 屈服点 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 试样屈服时的载荷( 试样屈服时的载荷 N ) ( M Pa ) S0
2007-3-12
《第3章 机械工程材料基础》——陈君梅
• 不同材料的拉伸曲线
退火低碳钢
中碳调质钢
淬火钢及铸铁
2007-3-12
低、中回火钢
《第3章 机械工程材料基础》——陈君梅
σ=
F S0
二、刚度
E=σ / ε
1.弹性 金属材料受外力作用时产生变形,当外力去掉后能恢 弹性:金属材料受外力作用时产生变形 当外力去掉后能恢 弹性 金属材料受外力作用时产生变形 复到原来形状及尺寸的性能。 复到原来形状及尺寸的性能。 弹性变形: 随载荷撤除而消失的变形 弹性变形 2.刚度：将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。 刚度：将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。 刚度 弹性模量：弹性下应力与应变的比值 表示材料抵抗弹性变 弹性模量：弹性下应力与应变的比值,表示材料抵抗弹性变 形的能力。即： 形的能力。 E=σ / ε 材料的E越大，刚度越大； 材料的 越大，刚度越大； 越大 零件的刚度主要决定于E，也与形状、截面等有关。 零件的刚度主要决定于 ，也与形状、截面等有关。
材料工艺性能 材料工艺性能
适合铸造与否） 铸造性能（适合铸造与否） 容易焊接与否） 焊接性能（容易焊接与否） 可热处理强化） 热处理性能（可热处理强化）
2007-3-12
《第3章 机械工程材料基础》——陈君梅
学习《机械工程材料》 三、 学习《机械工程材料》的目的
（1） 获得常用的金属材料、非金属材料的 ） 获得常用的金属材料、 基本知识，了解各种机械工程材料的基本特性 基本知识，了解各种机械工程材料的基本特性 和应用范围； 和应用范围；
拉伸曲线
2007-3-12
《第3章 机械工程材料基础》——陈君梅
应力与应变曲线 • (1)应力 ：单位面积上试样承受的载荷。这里用试样承受的载 应力σ 应力
荷除以试样的原始横截面积S 0表示:
• • • F σ= —— ( M pa ) S0 载荷( 载荷 N ) 原始横截面积( 原始横截面积 mm )
2007-3-12
《第3章 机械工程材料基础》——陈君梅
3.1.3
定义 :
金属的力学性能
金属材料的力学性能是指金属材料在不同 环境（温度、介质） 环境（温度、介质）下，承受各种外加载荷 拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、 （拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力 时所表现出的力学特征。 等）时所表现出的力学特征。
2007-3-12
《第3章 机械工程材料基础》——陈君梅
(2)洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness ) 洛氏硬度
洛氏硬度测试示意图
洛氏硬度计
h1-h0
10HRC≈HBS
2007-3-12
《第3章 机械工程材料基础》——陈君梅
(3)维氏硬度 HV 维氏硬度 ( diamond penetrator hardness )
σe σs σb
F σb = S
b
试样断裂前的最大载荷(N) 试样断裂前的最大载荷 ( M Pa )
0
试样原始横截面积( 试样原始横截面积 mm2)
2007-3-12
《第3章 机械工程材料基础》——陈君梅
• 四、塑性: 塑性
• 是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被 破坏的能力。 破坏的能力。
• (1)断面收缩率 是指试样拉断处横截面积的收缩 断面收缩率: 断面收缩率 与原始横截面积S 量∆ S与原始横截面积 0之比。 与原始横截面积 之比。 S0 - S 1 ψ = ——-—× 100% × S0 •(2)伸长率 是指试样拉断后的标距伸长量∆ L 与原 伸长率:是指试样拉断后的标距伸长量 伸长率 始标距L 之比。 始标距 0之比。 l 1 - l0 δ = ——-—× 100% × l0
一、
机械工程材料的定义和分类
1 、 定义 机械工程材料主要指用于机械 机械 工程、电器工程、建筑工程、化工工程、 工程、电器工程、建筑工程、化工工程、 航空航天工程等领域的材料。 航空航天工程
2007-3-12
《第3章 机械工程材料基础》——陈君梅
2、 分类 （按化学成分分类 分类） 按化学成分分类 金属材料
2007-3-12
《第3章 机械工程材料基础》——陈君梅
五.硬度 硬度
是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力. 是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力 硬度是各种零件和工具必需具备的力学性能指 常作为技术要求标注在零件工作图上. 标,常作为技术要求标注在零件工作图上 常作为技术要求标注在零件工作图上 常用测量硬度的方法: 常用测量硬度的方法:
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
拉伸试验机
2007-3-12
《第3章 机械工程材料基础》——陈君梅
F
e p s
b k
Fb Fe Fs
Fp
o
∆l
u
∆l
∆l
g
b
f
∆l
• op段：比例弹性变形阶段； • pe段：非比例弹性变形阶 段； • 平台或锯齿（s段）：屈服 阶段； • sb段：均匀塑性变形阶段， 是强化阶段。 • b点：形成了“缩颈”。 • bk段：缩颈断裂阶段，承 载下降，到k点断裂。
2
• (2)应变 ：单位长度的伸长量。这里用试样的伸长量除以试样 应变ε 应变 的原始标距表示: σ • ∆l 伸长量(mm )
• • ε = —— l0 原始长度( 原始长度 mm)
• (3)应力－应变曲线（ σ- ε曲线 应力－应变曲线 曲线）: 应力 曲线 • 形状和拉伸曲线相同，单位不同
σe σs σb ε
( M Pa ) 试样原始横截面( 试样原始横截面 mm2)
σ0.2：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0.2%残余塑性变形 残余塑性变形 试样产生
屈服强度σ 是零件设计的主要依据； 屈服点 σs 、屈服强度 0.2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。 也是评定金属强度的重要指标之一。