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第一章材料的性能 使用性能 材料在使用過程中所表現(xiàn)的性能 包括力學(xué)性能 物理性能和化學(xué)性能 工藝性能 材料在加工過程中所表現(xiàn)的性能 包括鑄造 鍛壓 焊接 熱處理和切削性能等 神舟一號(hào)飛船 材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化 稱為變形 外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形 外力去處后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形 五萬噸水壓機(jī) 應(yīng)力 P F0應(yīng)變 l l0 l0 一 彈性和剛度 彈性 指標(biāo)為彈性極限 e 即材料承受最大彈性變形時(shí)的應(yīng)力 剛度 材料受力時(shí)抵抗彈性變形的能力 指標(biāo)為彈性模量E 彈性模量的大小主要取決于材料的本性 除隨溫度升高而逐漸降低外 其他強(qiáng)化材料的手段如熱處理 冷熱加工 合金化等對(duì)彈性模量的影響很小 可以通過增加橫截面積或改變截面形狀來提高零件的剛度 二 強(qiáng)度與塑性 強(qiáng)度 材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力 屈服強(qiáng)度 s 材料發(fā)生微量塑性變形時(shí)的應(yīng)力值 條件屈服強(qiáng)度 0 2 殘余變形量為0 2 時(shí)的應(yīng)力值 抗拉強(qiáng)度 b 材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力值 塑性 材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力 指標(biāo)為 伸長率 斷面收縮率 斷裂后 拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象 說明 用面縮率表示塑性比伸長率更接近真實(shí)變形 直徑d0相同時(shí) l0 只有當(dāng)l0 d0為常數(shù)時(shí) 塑性值才有可比性 當(dāng)l0 10d0時(shí) 伸長率用 表示 當(dāng)l0 5d0時(shí) 伸長率用 5表示 顯然 5 時(shí) 無頸縮 為脆性材料表征 時(shí) 有頸縮 為塑性材料表征 三 沖擊韌性 是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力 指標(biāo)為沖擊韌性值ak 通過沖擊實(shí)驗(yàn)測得 韌脆轉(zhuǎn)變溫度 材料的沖擊韌性隨溫度下降而下降 在某一溫度范圍內(nèi)沖擊韌性值急劇下降的現(xiàn)象稱韌脆轉(zhuǎn)變 發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱韌脆轉(zhuǎn)變溫度 材料的使用溫度應(yīng)高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度 韌 體心立方金屬具有韌脆轉(zhuǎn)變溫度 而大多數(shù)面心立方金屬?zèng)]有 TITANIC 建造中的Titanic號(hào) TITANIC的沉沒與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān) Titanic號(hào)鋼板 左圖 和近代船用鋼板 右圖 的沖擊試驗(yàn)結(jié)果 四 疲勞 材料在低于 s的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象 材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時(shí)的最大應(yīng)力稱為疲勞極限 用 1表示 鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為107 有色金屬合金為108 疲勞斷口 通過改善材料的形狀結(jié)構(gòu) 減少表面缺陷 提高表面光潔度 進(jìn)行表面強(qiáng)化等方法可提高材料疲勞抗力 五 硬度 材料抵抗表面局部塑性變形的能力 布氏硬度HB 布氏硬度計(jì) 壓頭為鋼球時(shí) 布氏硬度用符號(hào)HBS表示 適用于布氏硬度值在450以下的材料 壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí) 用符號(hào)HBW表示 適用于布氏硬度在650以下的材料 符號(hào)HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值 符號(hào)后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑 載荷及載荷保持時(shí)間 如120HBS10 1000 30表 示直徑為10mm的鋼球在1000kgf 9 807kN 載荷作用下保持30s測得的布氏硬度值為120 布氏硬度壓痕 布氏硬度的優(yōu)點(diǎn) 測量誤差小 數(shù)據(jù)穩(wěn)定 缺點(diǎn) 壓痕大 不能用于太薄件 成品件及比壓頭還硬的材料 適于測量退火 正火 調(diào)質(zhì)鋼 鑄鐵及有色金屬的硬度 材料的 b與HB之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系 對(duì)于低碳鋼 b MPa 3 6HB對(duì)于高碳鋼 b MPa 3 4HB對(duì)于鑄鐵 b MPa 1HB或 b MPa 0 6 HB 40 洛氏硬度 洛氏硬度用符號(hào)HR表示 HR k h1 h0 0 002根據(jù)壓頭類型和主載荷不同 分為九個(gè)標(biāo)尺 常用的標(biāo)尺為A B C 符號(hào)HR前面的數(shù)字為硬度值 后面為使用的標(biāo)尺 HRA用于測量高硬度材料 如硬質(zhì)合金 表淬層和滲碳層 HRB用于測量低硬度材料 如有色金屬和退火 正火鋼等 HRC用于測量中等硬度材料 如調(diào)質(zhì)鋼 淬火鋼等 洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn) 操作簡便 壓痕小 適用范圍廣 缺點(diǎn) 測量結(jié)果分散度大 維氏硬度 維氏硬度用符號(hào)HV表示 符號(hào)前的數(shù)字為硬度值 后面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時(shí)間 根據(jù)載荷范圍不同 規(guī)定了三種測定方法 維氏硬度試驗(yàn) 小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn) 顯微維氏硬度試驗(yàn) 維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn) 六 斷裂韌性 油輪斷裂和北極星導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)殼體爆炸與材料中存在缺陷有關(guān) 應(yīng)力強(qiáng)度因子 描述裂紋尖端附近應(yīng)力場強(qiáng)度的指標(biāo) 斷裂韌性 材料抵抗內(nèi)部裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力 C為斷裂應(yīng)力 aC為臨界裂紋半長 單位為