哈尔滨工业大学机械工程材料课件第三章.ppt

1、1机械工程材料机械工程材料主讲教师：吴宜勇电话：864124622主要内容绪论第一章 材料的内部结构第二章 结晶与显微组织第三章 工程材料的力学性能第四章 工程材料的物理、化学性能第五章 工程材料的强化理论第六章 钢的热处理与马氏体相变强化第七章 钢铁材料第八章 有色金属及其合金3第三章 工程材料的力学性能 材料的力学性能 材料在外加载荷和环境因素（温度、介质）联合作用下所表现的抵抗变形和断裂的能力,也称为材料的机械性能 意义 力学性能指标是材料设计、材料选用、工艺评定以、材料检验及失效分析的重要依据 43.1 拉伸试验 3.2 硬度试验 3.3 冲击试验 3.4 疲劳试验 第三章 工程材料的

2、力学性能 3.5 蠕变试验 53.1 拉伸试验 试验设备 6应力-应变曲线 3.1 拉伸试验 功能：功能：揭示材揭示材料在静载荷作料在静载荷作用下的力学行用下的力学行为，即为，即弹性变弹性变形、塑性变形、形、塑性变形、断裂三个基本断裂三个基本过程过程，还可以，还可以确定材料的最确定材料的最基本的力学性基本的力学性能指标能指标 7弹性3.1 拉伸试验 材料在外力作用下产生变形，若外力去除后变形完全消失，材料恢复原状，则这种可逆的变形就叫弹性变形 弹性模量 弹性极限材料在弹性变形阶段，应力()与应变()成正比关系，两者的比值称为弹性模量，记为E,E=/它表征材料对弹性变形的抗力。工程上也称E为材料

3、的刚度。是表征材料产生微量塑性变形的抗力，e=Pe/F0通常很难确定。在国家标准中把产生0.01%残余伸长所需的应力作为规定弹性极限，记为0.01 弹性滞后 应变落后于应力的现象称为弹性滞后。8弹性3.1 拉伸试验 材料在外力作用下产生变形，若外力去除后变形完全消失，材料恢复原状，则这种可逆的变形就叫弹性变形 9强度3.1 拉伸试验 材料在载荷作用下抵抗变形和断裂的能力 屈服强度 抗拉强度 出现载荷不增加而试样还继续伸长的现象称为屈服。屈服时所对应的应力，s=Ps/F0 屈服强度表征材料发生明显塑性变形时的抗力。通常规定产生0.2%残余伸长所对应的应力，作为条件屈服强度，记为0.2 试样能承受

4、的最大载荷除以试样原始截面积所得的应力 b=Pb/F0 是材料在拉伸条件下能够承受最大载荷时的应力值,表征了材料对最大均匀变形的抗力 10塑性3.1 拉伸试验 断裂前材料发生塑性变形的能力叫塑性断裂前材料发生塑性变形的能力叫塑性伸长率断面收缩率 =(L0-L1)/L0 100%通常用通常用L0=5d0 和和L0=10d0 两两种比例试样来测定伸长率，分别记种比例试样来测定伸长率，分别记为为5和和10 =(F0-Fk)/F0 100%11塑性3.1 拉伸试验 12第三章 工程材料的力学性能 3.1 拉伸试验 3.2 硬度试验 3.3 冲击试验 3.4 疲劳试验 3.5 蠕变试验 13硬度是材料抵

5、抗局部变形的能力。通常采用静载压入法试验布氏硬度 在力P的作用下把直径为D的钢球压入被测材料，布氏硬度值是载荷P除以压痕(球冠)的面积，用HB表示。3.2 硬度试验 14硬度是材料抵抗局部变形的能力。通常采用静载压入法试验洛氏硬度 因所用压头和载荷不同又分为：HRC、HRB和HRA三种。洛氏硬度不宜测定硬而脆的薄层 3.2 硬度试验 15硬度是材料抵抗局部变形的能力。通常采用静载压入法试验 维氏硬度压头是136金刚石四棱锥体，测量出压痕对角线,用此值查表得硬度值，用HV表示。(显微硬度)3.2 硬度试验 16第三章 工程材料的力学性能 3.1 拉伸试验 3.2 硬度试验 3.3 冲击试验 3.

6、4 疲劳试验 3.5 蠕变试验 173.3 冲击试验 冲击试验方法一次摆锤冲击试验机 183.3 冲击试验 冲击韧性 摆锤冲断试样所失去的能量，即对试样断裂所作的功，称为冲击功，用Ak表示。如用试样缺口处截面积FN去除，即得冲击韧性，用ak表示,单位为J/cm219第三章 工程材料的力学性能 3.1 拉伸试验 3.2 硬度试验 3.3 冲击试验 3.4 疲劳试验 3.5 蠕变试验 203.4 疲劳试验 疲劳概念 经过较长时间交变载荷作用下材料发生断裂，这种现象称为疲劳 疲劳抗力的指标 评定材料疲劳抗力的指标是疲劳极限，即表示材料经受无限多次循环而不断裂的最大应力，记为r。在不同的交变应力（）下

7、测定试样发生断裂的周次（N），绘制-N曲线 213.4 疲劳试验 条件疲劳极限 工程上规定疲劳试验应力循环次数为N=108次时对应的应力 22第三章 工程材料的力学性能 3.1 拉伸试验 3.2 硬度试验 3.3 冲击试验 3.4 疲劳试验 3.5 蠕变试验 233.5 蠕变试验 蠕变概念 是指材料在较高的恒定温度下，外加应力低于屈服极限时，随着时间的延长逐渐发生缓慢的塑性变形直至断裂的现象 243.5 蠕变试验 蠕变性能指标蠕变极限 持久强度 表征材料在高温载荷长表征材料在高温载荷长期作用下抵抗断裂的能期作用下抵抗断裂的能力，以试样在给定温度力，以试样在给定温度T()经规定时间经规定时间t(h,小小时时)发生发生断裂的应力断裂的应力作作为持久强度为持久强度以在给定温度以在给定温度T()下和规定的试验时下和规定的试验时间间t(h,小时小时)内，使内，使试样产生试样产生一定蠕变一定蠕变伸长量伸长量的应力作为的应力作为蠕变极限蠕变极限(253.5 蠕变试验 蠕变数据的表达方式：蠕变极限 263.5 蠕变试验 蠕变数据的表达方式:持久强度