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第一章 材料的力学性能

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材料物理性能复习资料整理

材料物理性能复习资料整理

材料在外力作用下发生形状和尺寸的变化，称为形变。

材料承受外力作用、抵抗变形的能力及其破坏规律，称为材料的力学性能或机械性能。

材料在单位面积上所受的附加内力称为应力。

法向应力导致材料伸长或缩短，而剪切应力引起材料的切向畸变。

应变是用来表征材料在受力时内部各质点之间的相对位移。

对于各向同性材料，有三种基本类型的应变：拉伸应变ε，剪切应变γ和压缩应变Δ。

若材料受力前的面积为A0，则σ0=F/A0称为名义应力。

若材料受力后面积为A，则σT=F/A称为真实应力。

对于理想的弹性材料，在应力作用下会发生弹性形变，其应力与应变关系服从胡克（Hook）定律（σ=Eε）。

E是弹性模量，又称为弹性刚度。

弹性模量是材料发生单位应变时的应力，它表征材料抵抗形变能力（即刚度）的大小。

E越大，越不容易变形，表示材料刚度越大。

弹性模量是原子间结合强度的标志之一。

泊松比：在拉伸试验时，材料横向单位面积的减少与纵向单位长度的增加之比值。

粘性形变是指粘性物体在剪切应力作用下发生不可逆的流动形变，该形变随时间增加而增大。

材料在外应力去除后仍保持部分应变的特性称为塑性。

材料发生塑性形变而不发生断裂的能力称为延展性。

在足够大的剪切应力τ作用下或温度T较高时，材料中的晶体部分会沿着最易滑移的系统在晶粒内部发生位错滑移，宏观上表现为材料的塑性形变。

滑移和孪晶：晶体塑性形变两种基本形式。

蠕变是在恒定的应力σ作用下材料的应变ε随时间增加而逐渐增大的现象。

位错蠕变理论：在低温下受到阻碍而难以发生运动的位错，在高温下由于热运动增大了原子的能量，使得位错能克服阻碍发生运动而导致材料的蠕变。

扩散蠕变理论：材料在高温下的蠕变现象与晶体中的扩散现象类似，蠕变过程是在应力作用下空位沿应力作用方向（或晶粒沿相反方向）扩散的一种形式。

晶界蠕变理论：多晶陶瓷材料由于存在大量晶界，当晶界位相差大时，可把晶界看成是非晶体，在温度较高时，晶界粘度迅速下降，应力使得晶界发生粘性流动而导致蠕变。

01第一章材料的性能

01第一章材料的性能

四、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)。
冲击实验
缺口试样在摆锤 摆动过程中弯曲 断裂，由摆锤的 高度差(h-h’)， 可以求出摆锤所 失去的能量，即 样品断裂所吸收 的能量；用上述 能量除以试样缺 口处的原始截面 积，规定为冲击 韧性k。
塑性指标与塑性加工特别是冷加工性能有关
金箔
一克黄金可以打制成约0.5平方米的纯金箔，厚度为0.12m。
说明： ① 用断面收缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。 ② 直径d0 相同时，l0， 。只有当l0/d0 为常数时，塑 性值才有可比性。 当l0=10d0 时，伸长率用 表示；
当l0=5d0 时，伸长率用5 表示，显然5>
五、导电性 与导热性类似，用电阻率或电导率表示 银，铜，铝电阻率小 玻璃和陶瓷电阻率则很大
六、磁性
根据在磁场中的行为材料有以下分类： 抗磁性材料 顺磁性材料 软磁材料 加磁场时易磁化，外磁场去 掉后，磁性基本消失---纯铁，硅钢片。 铁磁性材料
硬磁材料
加磁场时易磁化，去掉外磁场 后，长期保持较高磁性---钕铁硼。
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。
神 舟 一 号 飞 船
包括力学性能、物理性
能和化学性能。
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。
第一节 材料的力学性能
一、弹性和刚度 二、强度与塑性 三、硬度 四、冲击韧性 五、疲劳 六、断裂韧性
一般，材料熔点越高，高温下保持高 强度能力越强。
三、热膨胀性
线膨胀系数----物体在温度升高一度时 某一方向长度的变化 精密机械要求线膨胀系数小 可以利用热膨胀特性制造温控阀 热膨胀使材料在加热和冷却过程中产生 热应力

材料力学性能-第1章

材料力学性能-第1章
1、材料的安全使用
（1）防止失效
失效形式：过量变形、断裂、磨损、腐蚀 （2）减少经济损失 美国：1982年为1190亿（占GDP4%） 研究认为：采用新技术，可减少1/3损失 2、评价材料和相关制备工艺 3、合理使用材料
兰州理工大学材料科学与工程学院 徐建林
二、研究内容和研究方法
1、研究内容：结合材料的实际服役条件，研究 材料在外力作用下力学性能变化的情况。 2、研究方法 （1）简单到复杂——研究典型工况、典型试样 A、光滑试样：基本力学性能的测定，失效机理 与判据的研究；
（五）、材料力学性能表征
1、材料软硬程度的表征。
2、材料脆性的表征。
3、材料抵抗外力能力表征。 4、材料变形能力的表征。 5、含缺陷材料抗断裂能力的表征。 6、材料抵抗多次受力能力的表征。
7、新材料及特种材料性能的表征。
8、特殊条件下材料性能的表征。 兰州理工大学材料科学与工程学院 徐建林
（六）、意义
（1）分类： 静载荷： 如机器重量对基础的作用。 如齿轮传动。
动载荷：
交变载荷（随时间做周期变化）； 冲击载荷（物体的运动在瞬时突
变所引起的载荷）；如锻打。
兰州理工大学材料科学与工程学院 徐建林
（2）零件在静载荷下变形的基本形式
变形：构件在工作时在外力作用下其几何 形状和尺寸将发生改变的现象。 ①.拉伸和压缩：
兰州理工大学材料科学与工程学院 徐建林
材料的基本性能
1 、 使用性能：物理性能（光、电、磁……） 力学性能 （强度、塑性、硬度……）
2、 加工性能 （可制造性）
热加工：铸、锻、焊、热处理……
冷加工：车、铣、磨……
特种加工：电火花、激光、离子…… 兰州理工大学材料科学与工程学院 徐建林

工程材料学-1材料的力学性能

工程材料学-1材料的力学性能

比强度 30～37 23～36 90～111
3. 塑性指标：
塑性变形： 不可恢复的永久变形。塑性是表征材料断
裂前具有塑性变形的能力。
断后伸长率δ（δ5、δ10）：
断后试样标距伸长量与原始标距之比的百分率，
即： LKL010% 0
L0
δ < 2 ~ 5% 属脆性材科
δ≈ 5 ~ 10% 属韧性材料
δ > 10%
材料的静载力学性能指标：
主要有强度、塑性、硬度等。
1.2.1 拉伸试验
1.2.1 拉伸试验
GB/T228-2002
标准拉伸试样
1.2.1 拉伸试验
拉伸曲线
应力-应变曲线
应力σ＝F / S0
应变ε＝Δl / l0
1.2.1 拉伸试验
试样在拉伸时的伸长和断裂过程 a）试样 b）伸长 c）产生缩颈 d）断裂
1.2.1 拉伸试验
2．屈服阶段（曲线cd段）
其实，试样在超过弹性极限的外力作用下，即 在bc段．就已开始产生塑性变形。不过，此时 所产生的塑性变形量甚微，不易觉察罢了。而 当达到屈服阶段时，则塑性变形突然增加。因 此，可以把这种拉力不增加而变形仍能继续增 加的现象，表观上看作是金属从弹性变形阶段 到塑性变形阶段的—个明显标志。
适用范围:
➢ 测量薄板类 ➢ HV≈HBS
维氏硬度的特点
HV值不随载荷变化，即不同载荷下的HV可 相互比较；
测量精度高，测量范围广； 特别适用于测定工件表面硬化层、金属镀 层及薄片金属的硬度。
4. 显微硬度
测试原理：
与维氏硬度完 全相同，只是所用 载荷要小得多。常 用于测定材料中某 个相的硬度。
培训目的
工程材料学-1材料的力学性能

无机材料物理性能》课后习题答案

无机材料物理性能》课后习题答案

《材料物理性能》第一章材料的力学性能1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。

解：由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。

1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。

若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。

解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。

则有当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。

1-11一圆柱形Al 2O 3晶体受轴向拉力F ，若其临界抗剪强度τf 为135 MPa,求沿图中所示之方向的滑移系统产生滑移时需要的最小拉力值，并求滑移面的法向应力。

解： 1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。

解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程： Voigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程： 以上两种模型所描述的是最简单的情况，事实上由于材料力学性能的复杂性，我们会用到用多个弹簧和多个黏壶通过串并联组合而成的复杂模型。

如采用四元件模型来表示线性高聚物的蠕变过程等。

第二章 脆性断裂和强度)(112)(1012.160cos /0015.060cos 1017.3)(1017.360cos 53cos 0015.060cos 0015.053cos 82332min 2MPa Pa N F F f =⨯=︒︒⨯⨯=⨯=︒⨯︒⨯=⇒︒⨯︒=πσπτπτ：此拉力下的法向应力为为：系统的剪切强度可表示由题意得图示方向滑移2-1 求融熔石英的结合强度，设估计的表面能力为1.75J/m 2; Si-O 的平衡原子间距为1.6*10-8cm;弹性模量从60到75Gpaa E th γσ==GPa 64.28~62.2510*6.175.1*10*)75~60(109=- 2-2 融熔石英玻璃的性能参数为：E=73 Gpa ；γ=1.56 J/m 2；理论强度σth=28 Gpa 。

材料的力学性能

材料的力学性能

第一章材料的力学性能1力学性能：材料在各种力的作用下所表现出的特性。

力学性能包括强度，塑形，硬度，抗疲劳性和耐磨性等。

2强度：材料在外力的作用下抵抗变形和断裂的能力。

塑形：材料在外力作用下显现出的塑性变形能力。

衡量强度和塑性的指标有：弹性模量E，屈服强度，抗拉强度，延伸率，断面收缩率，3 硬度：材料抵抗其他硬物压入其表面的能力。

工业上常用的有布氏硬度（HBW），洛氏硬度（HRA,HRB,HRC）,维氏硬度（HV）4冲击韧度：材料在冲击韧度的作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。

根据实验式样的缺口形式，U型缺口和V型缺口的冲击韧度值分别以aku和akv表示。

5疲劳断裂：材料在交变应力的作用下发生的断裂现象。

疲劳极限：当应力低于某数值时，经无数次应力循环也不会发生疲劳断裂。

6断裂韧性：材料抵抗内部裂纹扩展的能力。

第二章金属材料的基础知识（一）工艺性能铸造性能：液态金属的流动性，填充性，收缩率，偏析倾向。

铸造性能：成型性与变形能力。

切削性能：对刀具的磨损，断屑能力及导热性焊接性能：产生焊接缺陷的倾向。

热处理性能：淬透性，耐回火性，二次硬化，回火脆性。

（二）晶体结构1纯金属的晶体结构理想金属（1）晶体：金属成规则排列的固体晶格：表示原子排列规律的空间框架晶胞：晶格中代表原子排列规律的最小几何单元2实际金属（1）多金属结构：由多晶体组成的晶体结构晶粒：组成金属的方位不同，外形不规则的小晶体晶界：晶粒之间的界面（2）晶粒缺陷——晶格不完整的部位1）点缺陷空位：晶格中空结点；间隙原子：挤进晶格间隙的原子置换原子：取代原来原子位置的外来原子2）线缺陷：位错晶格的一部分晶体相对另一部分晶体沿某一晶面发生局部滑移，滑移面上滑移区与未滑移区的交界线3）面缺陷——晶界和亚晶界亚晶界：组成晶粒的尺寸很小，位相差也很小的小晶块。

亚晶界：亚晶粒之间的交界面4）晶界的特点原子排列不规则：阻碍位错运动，熔点低，耐蚀性低，产生内吸附，是相变的优先形核部位。

第一章工程材料的力学性能

表示方式：600HBW1/30/20 350HBW5/750
第二节 材料的硬度 一、布氏硬度HBW 补充说明： （1）硬度超过HB650的材料，不能做布氏硬度试验，这是因为
所采用的压头，会产生过大的弹性变形，甚至永久变形，影 响实验结果的准确性，这时应改用洛氏和维氏硬度试验。 （2）每个试样至少试验3次。试验时应保证两相邻压痕中心的 距离不小于压痕平均直径的4倍，对于较软的金属则不得小于 6倍。压痕中心距试样边缘的距离不得小于压痕直径的2.5倍， 对于软金属则不得小于3倍
可用硬度试验机测定，常用的硬度指标有布氏硬度 HBW、 洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和维氏硬度HV
第二节 材料的硬度 一、布氏硬度HBW （一）试验原理
布氏硬度试验规范
3 8
第二节 材料的硬度 一、布氏硬度HBW （二）应用范围
布氏硬度主要用于组织不均匀的锻钢和铸铁的硬度 测试，锻钢和灰铸铁的布氏硬度与拉伸试验有着较好的对 应关系。布氏硬度试验还可用于有色金属和软钢，采用小 直径球压头可以测量小尺寸和较薄材料。布氏硬度计多用 于原材料和半成品的检测，由于压痕较大，一般不用于成 品检测。
最大力伸长率（Agt)：最大 力时原始标距的伸长与原 始标距之比的百分率。
最大力非比例伸长率（Ag)
二、拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义
断后收缩率（Z）：断裂后试样横截面积的最大缩减量与原始横截面 各之比的百分率。
第二节 材料的硬度
材料抵抗其他硬物压入其表面的能力称为硬度，它 是衡 量材料软硬程序的力学性能指标。
洛氏硬度计
第二节 材料的硬度 二、洛氏硬度HR （一）实验原理
第二节 材料的硬度 二、洛氏硬度HR (二)应用范围（共15个标尺） 示例：60HRBW

材料力学性能

材料⼒学性能第⼀章⼀.静载拉伸实验拉伸试样⼀般为光滑圆柱试样或板状试样。

若采⽤光滑圆柱试样，试样⼯作长度（标长）l0 =5d0 或l0 =10d0，d0 为原始直径。

⼆.⼯程应⼒：载荷除以试件的原始截⾯积。

σ=F/A0⼯程应变：伸长量除以原始标距长度。

ε=ΔL/L0低碳钢的变形过程：弹性变形、不均匀屈服塑性变形(屈服)、均匀塑性变形(明显塑性变形)、不均匀集中塑性变形、断裂。

三.低碳钢拉伸⼒学性能1．弹性阶段（Ob）（1）直线段（Oa）：线弹性阶段，E=σ/ε（弹性模量，⽐例常数）σp—⽐例极限（2）⾮直线段（ab）：⾮线弹性阶段σe—弹性极限2. 屈服阶段（bc）屈服现象：当应⼒超过b点后，应⼒不再增加，但应变继续增加，此现象称为屈服。

σs—屈服强度（下屈服点），屈服强度为重要的强度指标。

3.强化阶段（ce）材料抵抗变形的能⼒⼜继续增加，即随试件继续变形，外⼒也必须增⼤，此现象称为材料强化。

σb—抗拉强度，材料断裂前能承受的最⼤应⼒4．局部变形阶段（颈缩）（ef）试件局部范围横向尺⼨急剧缩⼩，称为颈缩。

四.主要⼒学性能指标弹性极限（σe）：弹性极限即指⾦属材料抵抗这⼀限度的外⼒的能⼒屈服强度（σs）：抵抗微量塑性变形的应⼒五.铸铁拉伸⼒学性能特点：（1）较低应⼒下被拉断（2）⽆屈服，⽆颈缩（3）延伸率低（4）σb—强度极限（5）抗压不抗拉讨论1：σs 、σr0.2、σb都是机械设计和选材的重要论据。

实际使⽤时怎么办？塑性材料：σs 、σr0.2脆性材料：σb屈强⽐：σs /σb讨论2：屈强⽐σs /σb有何意义？屈强⽐s / b值越⼤，材料强度的有效利⽤率越⾼，但零件的安全可靠性降低。

六.弹性变形及其实质定义：当外⼒去除后，能恢复到原来形状和尺⼨的变形。

特点：单调、可逆、变形量很⼩(<0.5~1.0%)2E 21a 2e e e e σεσ==七.弹性模量1、物理意义：材料对弹性变形的抗⼒。

材料力学性能

材料⼒学性能第⼀章：绪论⼀、需要掌握的概念材料⼒学性能的定义、弹性变形、线弹性、滞弹性、弹性后效、弹性模量、泊松⽐、弹性⽐功、体弹性模量⼆、需要重点掌握的内容 1、弹性模量的物理本质以及影响弹性模量的因素； 2、掌握根据原⼦间势能函数推倒简单结构材料弹性模量的⽅法； 3、弹性⽐功的计算，已知材料的应⼒应变曲线能求出材料卸载前和卸载后的弹性⽐功。

材料⼒学性能的定义 是指材料（⾦属和⾮⾦属等）及由其所加⼯成的⼯件在外⼒（拉、压、弯曲、扭转、剪切、切削等）作⽤下⾬加⼯、成型、使役、实效等过程中表现出来的性能（弹塑性、强韧性、疲劳、断裂及寿命等）。

这些性能通常受到的环境（湿度、温度、压⼒、⽓氛等）的影响。

强度和塑性和结构材料永恒的主题！弹性变形 是指材料的形状和尺⼨在外⼒去除后完全恢复原样的⾏为。

线弹性 是指材料的应⼒和应变成正⽐例关系。

就是上图中弹性变形⾥前⾯的⼀段直线部分。

杨⽒模量（拉伸模量、弹性模量） 我们刚刚谈到了线弹性，在单轴拉伸的条件下，其斜率就是杨⽒模量（E）。

它是⽤来衡量材料刚度的材料系数（显然杨⽒模量越⼤，那么刚度越⼤）。

杨⽒模量的物理本质 样式模量在给定环境（如温度）和测试条件下（如应变速率）下，晶体材料的杨⽒模量通常是常数。

杨⽒模量是原⼦价键强度的直接反应。

共价键结合的材料杨⽒模量最⾼，分⼦键最低，⾦属居中。

对同⼀晶体，其杨⽒模量可能随着晶体⽅向的不同⽽不同，俗称各向异性。

模量和熔点成正⽐例关系。

影响杨⽒模量的因素内部因素 --- 原⼦半径 过渡⾦属的弹性模量较⼤，并且当d层电⼦数为6时模量最⼤。

外部因素1. 温度：温度升⾼、原⼦间距增⼤，原⼦间的结合⼒减弱。

因此，通常来说，杨⽒模量随着温度的上升⽽下降。

2. 加载速率：⼯程技术中的加载速率⼀般不会影响⾦属的弹性模量。

3. 冷变形：冷变形通常会稍稍降低⾦属的弹性模量，如钢在冷变形之后，其表观样式模量会下降4% - 6%。

泊松⽐简单来说，泊松⽐就是单轴拉伸或压缩时材料横向应变和轴向应变⽐值的负数。

1材料的力学性能

材料内部的相变(如多晶型转变、有序化转变、铁 磁性转变以及超导态转变等)都会对弹性模量产生 比较明显的影响，其中有些转变的影响在比较宽 的温度范围里发生，而另一些转变则在比较窄的 温度范围里引起模量的突变，这是由于原子在晶 体学上的重构和磁的重构所造成的。
1.2.3 无机材料的弹性模量
表 1-1 一些工程材料的弹性模量、熔点和键型
气孔的影响
EE 0(11.9P0.9P 2)
图1-13 弹性模量E与气孔率的关系
1.2.5 弹性形变的机理
Ks

F

=tan
图 1-15 原子间振动模型
（a）双原子的作用力F(r) 与距离的关系； (b) 相互作用力U(r) 与距离的关系
图1-14 双原子的作用力F(r)及其相互作用力U(r)曲线
1.8 裂纹的起源与扩展 1.9 材料的疲劳 1.10 显微结构对材料脆性断裂的影响 1.11 提高材料强度及改善脆性的途径 1.12 复合材料 1.13 材料的硬度
1 材料的力学性能
在介绍应力-应变曲线的基础上，介绍材料的弹性 变形、塑性变形、高温蠕变及其它力学性能的理 论描述、产生的原因、影响因素。从断裂的现象 和产生、断裂力学的原理出发，通过理论结合强 度、应力场的分析，阐述断裂的判据，应力场强 度因子、平面应变断裂韧性、延性断裂、脆性断 裂、沿晶断裂、静态疲劳的概念，并根据此判据 来分析提高材料强度及改进材料韧性的途径。
第一章性形变力学性能指标 ——弹性模量和泊松比的物理意义
掌握无机非金属材料弹性形变的微观机理
塑性形变
掌握塑性形变的概念及特点
掌握晶格滑移的条件
了解
滞弹性和粘弹性
断裂性能
第一章 材料的力学性能
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维氏硬度试验的特点： 优点： 适用范围广，从极软到极硬
材料都可测量;测量精度高， 可比性强；能测较薄工件。 缺点： 测量操作较麻烦，测量效率 低，对试样表面质量要求高。
应用： 广泛用于科研单位和高校，
以及薄件、表面硬度检验。 不适于大批生产和测量组织 不均匀材料。
讨论1：三种常用硬度试验方法的
比较
硬度范围？
2、然后根据被测材料种类和 厚度，按表1-1选定D、F和t。 例：测量厚度为30mm的低碳 钢试样的布氏硬度。 试验规范为：淬火钢球压头、 D=10mm、F=29420N、t=10s
布氏硬度值的表示：
常用试验规范（ D=10mm、 F=29420N、t=10~15s）条件下 测得的布氏硬度值： 275HBS 525HBW 其他条件下测得的布氏硬 度值： 120HBS10/1000/30 550HBW5/75
？ 什么是动载荷？
大小与方向随时间发生变 明显化的载荷。 如：冲击载荷、交变载荷
？ 材料在动载荷作用下表现
的力学行为是否相同？
冲击载荷对零件的破坏性 比静载荷要大得多。
第三节 冲击吸收功 冲击韧性定义： 冲击韧性的表示：
一般用冲击吸收功来表示。
材料抵抗冲击力作用的能力。
冲击吸收功的定义：
材料在冲击力作用下折断 时所吸收的功。
洛氏硬度值：
计算：用残余压痕深度增量来
计算。
符号：H R
计算公式：
H R=K-（ h/0.002)
式中K=100（金刚石）或130（ 钢球)
问题：残余压痕深度增量的测量是
非常困难的，实际应用时怎
么解决？
实际测量时是从表盘上直
接读出洛氏硬度值的。
洛氏硬度值的试验规范(标尺)：
见表1-2（ P12） HRC 20~67 150kgf 金刚石
布氏硬度试验规范： 压 头： 材料与直径D
试验力： F的大小N (kgf) 试验力保持时间：t (s) 详见表1-1 （P11）
1、首先根据被测材料的硬度 范围选择压头的材料：
对布氏硬度值450的材料：
选用淬火钢球压头
对布氏硬度值450的材料： 选用硬质合金球压头
讨论3：试验前怎样估计材料的
维氏硬度值：
计算：用压痕两对角线的平均
长度来计算。
符号：H V 计算公式：
H V=0 . 1891F/d2
a
维氏硬度值的表示：
与布氏硬度基本相同，在后 面要标注试验条件—试验力和 保持时间（10~15S不标）。 例：580HV30表示用30kgf (294.2N)试验力保持10~15S测 定的维氏硬度值为580。
什么叫循环应力（载荷）？
大小或方向随时间发生周期性变 化应力（载荷），也称交变应力 。
2、疲劳断裂的破坏性 疲劳断裂都是突然发生的，断 裂前没有明显的塑性变形，具有 极大的危险性 。 机械零件的断裂中，80%因疲 劳引起，每年造成巨大损失。
3、疲劳断裂的过程
裂纹源—扩散（截面逐步减 小）—最后突然脆断
强度指标：s 、r0.2、 b 塑性指标： 、 、
思考题：
拉伸试验是否适用于生产现 场对零件进行质量检验？ 不适应，多用于原材料质量 检验和科研、试制过程中。
？ 因为它是破坏性试验。
？ 生产中需要其他力学性能
试验方法。
第二节 硬 度
定义：
衡量材料软硬程度的指标。
物理意义：
与试验方法有关。
常用硬度试验法：
压入法：布氏、洛氏、维氏 刻划法：里氏
回跳法：肖氏 工业上应用广泛的是静载荷 压入法硬度试验。
一、布氏硬度
1、试验方法简介
压头 试样
/2 d/2
布氏硬度试验原理
试验原理概述：
方法：用一定直径的压头（球
体），以相应试验力压 入待测表面，保持规定 时间卸载后，测量材料 表面压痕直径，以此计 算出硬度值。
互动讨论题2
在上述必须考虑的因素中，首先 要考虑的关键因素是什么？ A、材料的性能
B、材料的成本 C、材料对资源与环境的影响
力学性能
材 使用性能： 物理性能 料 化学性能 的 冷加工性能 性 工艺性能： 热加工性能 能
热处理性能
强度、塑性
力 学 性 能
硬度
冲击吸收功 疲劳强度 断裂韧度
第一节 强度与塑性
冲击吸收功的测量：
冲击试验 一、夏比冲击试验
1、试验原理简介
夏比冲击试验是将带有缺口 的标准试样安放在试验机上的 机架上，使试样的缺口位于两 支座中间并背向摆锤的冲击方 向，如下图：
mg
mg
将一定质量m的摆锤提升到h1 高度，此时摆锤具有位能mg h1； 让摆锤自由落下冲断试样后升 到h2高度，此时摆锤具有位能为 mg h2。 显然，摆锤在冲断试样后损 失的能量为：
试验方法，并可用于成品检 验和薄件、表面硬度检验。 不适于测量组织不均匀材料。
三、维氏硬度
1、试验方法简介
与布氏硬度试验原理基本 相同。只是压头改用了金刚石 四棱锥体，试验力小但范围大 （49.03N~980.7N)，测量精度 高，适用范围广。
试验方法概述： 以一定的试验力将压头压入 试样表面，保持规定时间卸载 后，在试样表面留下一个四方 锥形的压痕，测量压痕两对角 线长度，以此计算出硬度值。
材料在外力作用下的表现行为：
变形 断裂
材料在外力作用下的行为过程： 弹性变形—塑性变形—断裂 （永久变形）
一、拉伸试验与力—伸长曲线
1、拉伸试验简介
* 拉伸试样： d0 l0 长试样：l0=10d0; 短试样：l0=5d0
拉伸试验机
液压式万能电子材料试验机
2、力—伸长曲线 F b
k
Fs
Fb
e
s
O
讨论3：韧脆转变温度的工程意义
反映了有些材料在室温时并 不显示脆性，但低温时可能发 生脆断。韧脆转变温度是衡量 材料冷脆倾向的重要指标。
韧脆转变温度越低，材料的 低温抗冲击性越好，不容易发 生低温脆断。
讨论4：韧脆转变温度高好、低好？
讨论4：韧脆转变温度应用举例
车辆、桥梁、 输油管道、船舶 A、气温是变化的； B、机械产品的地域性。
布氏硬度试验的特点： 优点： 测量误差小（因压痕大），
数据稳定，重复性强。 缺点： 压痕面积较大，测量费时。
应用： 常用于测量灰铸铁、结构
钢、非铁金属及非金属材 料的硬度。 不适于测量成品零件或薄 件的硬度。
二、洛氏硬度
1、试验方法简介 0
0
1 3 2 h
1
1 h 3 0 2
.
试验原理概述：
材料在拉伸条件下断裂前能够 随的最大应力。
工程意义：
也是机械设计和选材的重要论 据。
讨论1： s 、r0.2、 b都是机械设计和 塑性材料： s 、r0.2
选材的重要论据。实际使用时怎办？
脆性材料： b 屈强比： s / b
讨论2： 屈强比 s / b有何意义？ 屈强比 s / b值越大，材料 强度的有效利用率越高，但 零件的安全可靠性降低。 所以在实际应用时要根据 具体情况考虑。
l
二、强度指标
强度的定义：材料抵抗塑性 变形和断裂的能力。
强度的大小：用应力表示。 什么叫应力？材料单位截面 积上的内力，用表示，单位 为MPb。
1MPb=1MN/m2 =1N/mm2
常用强度指标：屈服点、规定 残余伸长应力、抗拉强度。 1、屈服点与规定残余伸长应力
屈服点： s = Fs/S 0
布氏硬度值：
计算：用球面压痕单位面积上
所承受的平均压力表示。
符号：HBS（HBW）
计算公式：
2F
HBS=0.102 D(D-D2-d2)
讨论1：布氏硬度的计算很麻烦，
实际应用时怎么解决？
查表，见实验指导书
讨论2：布氏硬度值的物理意义？
布氏硬度值越高，材料 抵抗硬物压入的能力越 强，材料的硬度越高。
方法：用锥顶角为120°的金刚石 圆锥或直径1.588mm的淬 火钢球，以相应试验力压 入待测表面，保持规定时 间卸载后卸除主试验力， 以测量的残余压痕深度增 量来计算出硬度值。
试验过程：
初试验力F1：1-1 压痕深度h0
主试验力F1：2-2 压痕深度h1 卸除主试验力，保留初试验力：
3-3 残件经一次冲击 即断裂的情况是极少的。多数零 件是在小能量冲击条件下经受许 多次(>103)冲击后才断裂。这种 冲击称为小能量多次冲击。
要测量材料在小能量多次冲 击作用下的抗力，可采用小能量 多次冲击试验。
多冲试验方法：
试验时将多冲试样安放在试 验机支座上，用小能量进行多次 冲击，直到试样断裂，得出材料 在一定冲击能量下，开始出现裂 纹和最后断裂的冲击次数，以此 作为多冲抗力。
AKV（AKU）= mg h1- mg h2 （J）
2、冲击吸收功
AKV（AKU）就是试样在一次 冲击试验作用下折断时所吸收 的功，称为冲击吸收功。 实际测量时，冲击试样必须 按国家标准制造，有夏比V型和 U型缺口试样两种。 AKV（AKU）可从冲击试验机 的刻度盘上直接读出。
讨论1：冲击吸收功的工程意义 反映了材料抵抗冲击力而不破坏 的能力。是评定材料力学性能的重 要指标。是机械设计的参考指标。 讨论2：为什么AKV只是设计的参 考指标？
讨论5：冲击抗力与强度、塑性的关系
研究表明：材料的冲击抗力 是取决于强度和塑性的综合性能 指标。
大能量一次冲击时，冲击抗 力主要取决于塑性。 小能量多次冲击时，冲击抗 力主要取决于强度。
第四节 疲劳极限
一、疲劳现象
1、什么叫疲劳现象？
零件在循环应力的作用，即 使工作时承受的应力低于材料的 屈服点或规定残余伸长应力，在 经受一定的应力循环后也会发生 突然断裂，这种现象称为疲劳。