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1、机 械 工 程 材 料,工学院,主讲人：杨拓宇,简 介,一、材料科学的重要地位与作用 二、工程材料的分类 三、本课程的任务和内容,石器时代 青铜器时代 铁器时代,材料是人类进化的里程碑。,一、材料科学的重要地位与作用,二、工程材料的分类 按材料的化学组成分类 （1）金属材料 （2）无机非金属材料 （3）高分子材料 （4）复合材料,三、本课程的任务和内容 （1）金属力学性能 （2）工程材料的基本理论 即材料的结构与性能、金属材料的组织与性能控制(纯金属凝固、金属塑变与再结晶、钢的热处理) （3）常用工程材料 即金属材料(工业用钢、铸铁、有色金属及合金)、高分子材料、无机非金属材料、复合材料。,定
2、义 : 是指金属材料在不同环境（温度、介质）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。 指标 : 弹性 、刚度、强度、塑性 、 硬度、 冲击韧性 、疲劳强度和断裂韧度等。,绪论 金属的力学性能,应力 = P/F0 应变 = (l-l0)/l0,一、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。,二、强度与塑性,强度：材料在外力作用下抵抗塑性变形和破坏的能力。 屈服强度s：材料发生微量塑性变形时的应力值。 抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大应力值。 条件屈服强度0.2：残余变
3、形量为0.2%时的应力值。,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,三、冲击韧性,是指材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。,指标为冲击韧性值ak(通过冲击实验测得)。,试样冲断时所消耗的冲击功A k为:,Ak = m g H m g h (J),冲击韧性值ak 就是试样缺口处单位 截面积上所消耗的冲击功。,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,TITANIC,建造中的Titanic 号
4、,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,四、疲劳极限,材料在低于s的重复交变应力作用下发生断裂的现象。 材料在规定循环次数条件下，进行应力循环后仍不发生断裂，此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108。,五 硬 度,布氏硬度HB 洛氏硬度HR 维氏硬度HV 锉刀法,硬度:是指材料抵抗其它硬物体压入其表面的能力。 常用测量硬度的方法,1、布氏硬度HB 布氏硬度用试验力除以压痕表面积的商来计算。,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
5、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,洛氏硬度,洛氏硬度是以顶角为120的金刚石圆锥体 或直径为1.588的淬火钢球作压头， 以规定的试验力使其压入试样表面。 试验时，先加初试验力，然后加主试验力。 压入试样表面之后卸除主试验力， 在保留初试验力的情况下，根据试样表面压痕深 度，确定被测金属材料的洛氏硬度值。,洛氏硬度,洛氏硬度用符号HR表示，HR=k-(h1-h0)/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。,六、断裂韧性,断裂韧性：材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。,