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单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,第一章 材料的性能,使用性能：,材料在使用过程中所表现的性能。,包括,力学性能、物理性能,和,化学能。,工艺性能：,材料在加工过程中所表现的性能。,包括,铸造、锻压、焊接、热处理,和,切削性能等,。,神舟一号飞船,材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为,变形。,外力去处后能够恢复的变形称为,弹性变形,。,外力去处后不能恢复的变形称为,塑性变形,。,五万吨水压机,低碳钢的应力,-,应变曲线,拉伸试样,拉伸试验机,应力,=,P,/,F,0,应变,=(,l,-,l,0,)/,l,0,一、弹性和刚度,弹性：指标为弹性极限,e,，即,材料承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。,指标为弹性模量,E,。,e,弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐降低外，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。可以通过增加横截面积或改变截面形状来提高零件的刚度。,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。,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：,断面收缩率：,断裂后,拉伸试样的颈缩现象,说明：,用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。,直径,d,0,相同时，,l,0,，,。只有当,l,0,/d,0,为常数时，塑性值才有可比性。,当,l,0,=10d,0,时，伸长率用,表示；,当,l,0,=5d,0,时，伸长率用,5,表示。显然,5,时，无颈缩，为脆性材料表征,时，有颈缩，为塑性材料表征,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,a,k,(,通过冲击实验测得,),。,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降的现象称,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。,韧,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。,TITANIC,建造中的,Titanic,号,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,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,10,7,，有色金属合金为,10,8,。,疲劳应力示意图,疲劳曲线示意图,疲劳断口,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。,轴的疲劳断口,疲劳辉纹（扫描电镜照片）,五、硬度,材料抵抗表面局部塑性变形的能力。,布氏硬度,HB,布氏硬度计,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。,符号,HBS,或,HBW,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。,如,120HBS10/1000/30,表,示直径为,10mm,的钢球在,1000kgf,（,9.807kN,）载荷作用下保持,30s,测得的布氏硬度值为,120,。,布氏硬度压痕,布氏硬度的优点：,测量误差小，数据稳定。,缺点：,压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。,适于测量,退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。,材料的,b,与,HB,之间的经验关系：,对于低碳钢,:,b,(MPa),3.6HB,对于高碳钢：,b,(MPa),3.4HB,对于铸铁：,b,(MPa),1HB,或,b,(MPa),0.6(HB-40),HB,b,(MPa),钢,黄铜,球墨铸铁,洛氏硬度,h,1,-,h,0,洛氏硬度测试示意图,洛氏硬度计,洛氏硬度用符号,HR,表示，,HR=,k,-(,h,1,-,h,0,)/0.002,根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为,A,、,B,、,C,。,符号,HR,前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺,。,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。,洛氏硬度的优点：,操作简便，压痕小，适用范围广。,缺点：,测量结果分散度大。,钢球压头与金刚石压头,洛氏硬度压痕,维氏硬度,维氏硬度计,维氏硬度试验原理,维氏硬度压痕,维氏硬度用符号,HV,表示,，,符号前的数字为硬度值，后面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。,根据载荷范围不同，规定了三种测定方法,维氏硬度试验,、,小负荷维氏硬度试验,、,显微维氏硬度试验,。,维氏硬度保留了布氏硬度和,洛氏硬度的优点,。,小负荷维氏硬度计,显微维氏硬度计,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,北极星导弹,裂纹扩展的基本形式,应力强度因子：,描述裂纹尖端附近应力场强度的指标。,断裂韧性：,材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。,C,为断裂应力，,a,C,为临界裂纹半长，单位为,