材料机械性能

缺点：
HB
压痕大，不能用于太薄件、
成品件及比压头还硬的材料。
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布氏硬度的应用： 适于测量退火、正火、
调质钢,铸铁及有色金属的硬 度。
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•洛氏硬度HR
根据压头类型：A、B、C。
钢球压头与金刚 石压头
洛氏硬度压痕
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洛氏硬度用符号HR表示：
HR=k-(h1-h0)/0.002
•刚度：可以通过增加横截面积或改 变截面形状来提高。
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二、强度与塑性
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：材料发生微 量塑性变形时的应力值。
条件屈服强度0.2：残余变 形量为0.2%时的应力值。
抗拉强度b：材料断裂前 所承受的最大应力值。
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2）是综合性力学指标： （1）说明强度（σ）与塑性（δ）的匹
配关系；
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（2）使用性能指标，说明零件的耐磨性； （3）可作为评价工艺制定合理程度的重
要指标。 例如、当材料的硬度在HB150~220间 时，其切削性较好。 3）零件图纸上往往只标注硬度值。 4）产品质量检查。
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应 力 σ
弹 性 变 形
均匀 塑性变形
不均匀集中 塑性变形
断裂
应变ε
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一、弹性和刚度
弹性：指标为弹性
极限e，即材料承
e
受最大弹性变形时
的应力。
刚度：材料受力时
抵抗弹性变形的能 力。指标为弹性模
E tg （MPa）
量E。
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•弹性模量：
主要取决于材料的本性，其他 强化材料的手段如热处理、冷热加 工、合金化等对弹性模量的影响很 小。
作用下所表现的行为。 现象：
弹性变形、塑性变形和断裂。
第2页/共39页 五万吨水压机
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解理型断口
微孔聚合型断口
晶间断裂
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晶内断裂
低碳钢的应力-应变曲线
应力 = P/F0 应变 = (l-l0)/l0
拉 伸 试 验 机
拉伸试样
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屈服 塑性 变形
范围广。 缺点：测量结果分散度大。
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维氏硬度
维氏硬度试验原理
维氏硬度压痕
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维氏硬度计
维氏硬度用符号HV表示，符号前的 数字为硬度值。
用于第二相硬度的测量。
小
负
荷
显微维氏硬度计
维
氏
硬
度
计
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硬度的特点与实用性
1）设备简单，操作方便，不破坏工件， 且与抗拉强度之间存在一定对应关系。
洛氏硬度测试示意图 洛 氏 硬 度 计
h1-h0
表示方法：数字 + 符号，如45HRC。
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HRA：用于测量高硬度材料, 如硬 质合金、表淬层和渗碳层。
HRB：用于测量低硬度材料, 如有 色金属和退火、正火钢等。
HRC：用于测量中等硬度材料，如 调质钢、淬火钢等。
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洛氏硬度的优点： 操作简便，压痕小，适用
退火（铁素体＋珠光体）
650
314
淬火（马氏体）
2080
775
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疲劳断口
轴的疲劳断口
疲劳辉纹（扫描电镜照片）
•通过改善材料的形状结构，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力。
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五、硬度
材料抵抗表面局部塑 性变形的能力。
布氏硬度HB
HB 0.102
机械工程材料的常用性能
材料使用性能
两 方 面
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）
加工性能（切削、锻造等） 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）
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力学行为： 材料在外加载荷或环境因素的
TITANIC
建造中的Titanic 号
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TITANIC的沉没与 船体材料的质量直 接有关
Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图） 的冲击试验结果
Titanic
近代船用钢板
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四、疲劳
材料在低于s的重复交变应力作 用下发生断裂的现象。
材料在规定次数应力循环后仍不
性材料表征；
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三、冲击韧性
是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏 的能力。
指标为冲击韧性
值ak(通过冲击
实验测得)。
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ak
Ak F
Ak mg(h h) ak = Ak / F
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•韧脆转变温度
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
韧
降现象称韧脆转变。
发生韧脆转变的温 度范围称韧脆转变 温度。
材料的使用温度应 高于韧脆转变温度。
体心立方金属具有 韧脆转变温度，而 大多数面心立方金 属没有。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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-59℃ -12℃ 4℃ 16℃ 24℃ 79℃
低强度铁素体钢冲击断口照片
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s
0.2
•塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性 变形的能力。指标为：
伸长率： l1 l0 100%
l0
断面收缩率：
F0 F1 F0
100%
拉 伸
试
样
的
颈
缩
现
象
断裂后
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说明：
①用面缩率表示塑性比伸长率 更接近真实变形。
③ < 5% 时，无颈缩，为脆
性材料表征。
② > 5% 时，有颈缩，为塑
2P
D(D D2 d 2 )
布 氏 硬 度 计
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HBS：为钢球压头，适用于布氏硬 度值在450以下的材料。
HBW：为硬质合金球压头，适用于 布氏硬度在650以下的材料。
表示方法：120HBS
布 氏
硬
度
压
痕
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布氏硬度的优点：
测量误差小，数据稳定，b与H钢B
之间有关系：如、低碳钢b≈3.6HB； 高碳钢b≈3.4HB；铸铁 黄铜b≈1球墨H铸B铁。
六、断裂韧性
油轮断裂和北极星导 弹发动机壳体爆炸与 材料中存在缺陷有关
1943年美国T-2油轮发生断裂
裂纹扩展的基本形式
发生断裂时的最大应力称为疲劳极限。
用-1表示。
钢铁材料规定次数为107，有色金
属合金为疲劳1应0力8。示意图
疲劳曲线示意图
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断裂 不断裂
2）循环次数（N）
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材料的纯度及组 织状态对疲劳抗 力有显著影响
40Cr钢组织类型对疲劳极限的影响
组织状态
σb /MPa σ-1 /MPa