长春工业大学：《产品造型设计材料与工艺》课程教学资源（PPT课件讲稿）第2章 工程材料的性能 Characters of Engineering Materials

②長素x火孝 第2章工程材料的性能 Characters of Engineering Materials 母高育十一五”国重加材 产品造型设计 材料与工艺 适用班级:110109班 Design 主讲教师:李明 双色版 二一三年三月

第2章 工程材料的性能 Characters of Engineering Materials 适用班级：110109班 主讲教师：李 明 二〇一三年三月

21工程材料的力学性能 金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。 使用性能是指材料在使用过程中表现出来的性 能,它包括力学性能、物理和化学性能等 工艺性能是指材料对各种加工工艺适应的能力 √液态成形性(铸造性能) √塑性成形性(锻造性能) √连接成形性(焊接性能) √切削加工性能 √热处理工艺性能. Q長王主火孝

2.1 工程材料的力学性能 • 金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。 ➢使用性能是指材料在使用过程中表现出来的性 能，它包括力学性能、物理和化学性能等； ➢工艺性能是指材料对各种加工工艺适应的能力 ✓液态成形性（铸造性能） ✓塑性成形性（锻造性能） ✓连接成形性（焊接性能） ✓切削加工性能 ✓热处理工艺性能…… 2

21工程材料的力学性能 在机械制造领域选用材料时,大多以力学性能为主要依据。 根据载荷作用性质不同,载荷可分为静载荷、冲击载荷、 疲劳载荷等三种。 常用的力学性能指标有:强度、塑性、硬度、韧性和疲劳 强度等。 图2-1部分金属部件和建筑钢结构实例 Q長王主火孝

2.1 工程材料的力学性能 3 • 在机械制造领域选用材料时，大多以力学性能为主要依据。 • 根据载荷作用性质不同，载荷可分为静载荷、冲击载荷、 疲劳载荷等三种。 • 常用的力学性能指标有：强度、塑性、硬度、韧性和疲劳 强度等。 图2-1 部分金属部件和建筑钢结构实例

2.1.1强度 材料在载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力 称为强度。 (1)屈服点或屈服强度(σ)在外力作用下,材料 产生屈服现象的极限应力值即为a O s=FS/S 式中,∝是屈服强度(MPa);F是产生塑性变形时 的力(N);S为试样截面积(mm2)。 屈服强度表示材料由弹性变形阶段过渡到弹-塑性 变形的临界应力,是材料对明显槊性变形的抗力。 Q長王主火孝

2.1.1 强度 4 • 材料在载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力 称为强度。 (1) 屈服点或屈服强度（σs） 在外力作用下，材料 产生屈服现象的极限应力值即为σs。 式中，σs是屈服强度（MPa）；Fs是产生塑性变形时 的力（N）；S为试样截面积（mm2）。 ➢屈服强度表示材料由弹性变形阶段过渡到弹-塑性 变形的临界应力，是材料对明显塑性变形的抗力。 𝜎𝑠 = 𝐹 Τ𝑠 𝑆

2.1.1强度 2)抗拉强度()材料在受力过程中,所能 承受的最大载荷处对应的应力值即为抗拉 强度。 Tb= Fb/S 式中,∽是抗拉强度(Mpa);5是产生断裂 时的力(N);S为试样截面积(mm2)。 所有强度指标均可作为设计与选材的依据,为 了应用的需要,还有一些从强度指标派生出来 的指标 1)比强度 2)屈强比 Q長王主火孝

2.1.1 强度 5 (2) 抗拉强度（σb） 材料在受力过程中，所能 承受的最大载荷Fb处对应的应力值即为抗拉 强度。 式中，σ b是抗拉强度（Mpa）；Fb是产生断裂 时的力（N）；S为试样截面积（mm2）。 • 所有强度指标均可作为设计与选材的依据，为 了应用的需要，还有一些从强度指标派生出来 的指标： 1）比强度 2）屈强比 𝜎𝑏 = 𝐹 Τ𝑏 𝑆

2.1.2塑性 塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不破 坏的能力,即材料断裂前的塑性变形的能力。 (1)伸长率δ试样拉断后,伸长量与原始标距的百分比称为 断后伸长率。 (2)断面收缩率ψ试样拉断后,缩颈处横截面积的最大缩减 量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率。 6=[(l1-l0)/o]×100% 屮=[(S1-S)/S]×100% 式中,是试样的原始标距(mm);h是试样拉断后标距 mm);S是试样原始横截面积(mm2);S是试样断 裂处的横截面积(mm2)。 Q長王主火孝

2.1.2 塑性 (1) 伸长率δ 试样拉断后，伸长量与原始标距的百分比称为 断后伸长率。 (2) 断面收缩率ψ 试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减 量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率。 • 式中，l0是试样的原始标距（mm）；l1是试样拉断后标距 （mm）；S0是试样原始横截面积（mm2）；S1是试样断 裂处的横截面积（mm2）。 6 塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不破 坏的能力，即材料断裂前的塑性变形的能力。 δ = 𝑙1 − 𝑙0 Τ𝑙0 × 100% ψ = 𝑆1 − 𝑆0 Τ𝑆0 × 100%

21.3硬度 硬度是指材料的软硬程度,亦即抵抗硬物E 能力。 常用的硬度测试方法有布氏硬度(HBW, 和维氏硬度(HV等,均属压入法,即用一定的E 入材料表层,然后根据压力的大小、压痕面积豆 硬度值的大小。 布氏硬度试验是用一定直径的钢球或硬质合金球。以相应 的试验力压入试样表面,经规定保持时间后卸除试验力。测量 试样表面的压痕直径,如图2-2际示。 0.204F 式中,HBW为布氏硬度;试验力 HBW ID(D-VD2-d2 (N);D压头直径(mm);d 为卸载后试样表面压痕直径(mm) Q長王主火孝

7 2.1.3 硬度 硬度是指材料的软硬程度，亦即抵抗硬物压入或划伤的 能力。 常用的硬度测试方法有布氏硬度(HBW)，洛氏硬度(HR) 和维氏硬度(HV)等，均属压入法，即用一定的压力将压头压 入材料表层，然后根据压力的大小、压痕面积或深度确定其 硬度值的大小。 布氏硬度试验是用一定直径的钢球或硬质合金球。以相应 的试验力压入试样表面，经规定保持时间后卸除试验力。测量 试样表面的压痕直径，如图2-2所示。 7 HBW = 0.204𝐹 𝜋𝐷 𝐷 − 𝐷2 − 𝑑 2 式中，HBW为布氏硬度；F为试验力 （N）；D为压头直径（mm）；d 为卸载后试样表面压痕直径（mm）

21.3硬度 2.洛氏硬度(HR) 洛氏硬度常用符号HRC表示,是将金刚石锥 体压入试样表面,可以在试验仪器上直接读出。 洛氏硬度的优点是操作迅速简便,压痕较小, 几乎不损伤工件表面,故而应用最广;但因压痕 较小而代表性、重复性较差,数据分散度也较大。 Q長王主火孝

2.1.3 硬度 8 2. 洛氏硬度(HR) 洛氏硬度常用符号HRC表示，是将金刚石锥 体压入试样表面，可以在试验仪器上直接读出。 洛氏硬度的优点是操作迅速简便，压痕较小， 几乎不损伤工件表面，故而应用最广；但因压痕 较小而代表性、重复性较差，数据分散度也较大

「2L4韧性 韧性就是材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。韧性 好的材料在使用过程中不至于产生突然的脆性断裂,从而保证零件 的安全性。 冲击 图2-3冲击试验示意图 1-摆锤2-试样 测定试样在冲击载荷的作用下折断时所吸收的功Ak(),即以冲击吸收 功A除以试样缺口横截面积S(cm2)所得的商(a=Aκ/S。,J/cm)来表征 材料的韧性。 Q長王主火孝

9 2.1.4 韧性 韧性就是材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。韧性 好的材料在使用过程中不至于产生突然的脆性断裂，从而保证零件 的安全性。 9 图2-3 冲击试验示意图 1-摆锤 2-试样 测定试样在冲击载荷的作用下折断时所吸收的功AK(J)，即以冲击吸收 功AK除以试样缺口横截面积S0 (cm2)所得的商(ak＝AK／S0，J/cm2)来表征 材料的韧性

21.5疲劳强度 疲劳强度是指材料在 无数次循环应力作用 下仍不断裂的最大应 力,用以表现材料抵 抗疲劳断裂的能力, NN,N 疲劳强度与其断裂前 图24疲劳曲线 的应力循环次数N的则材料断裂前所能承受的循环 关系曲线称为疲劳曲 次数越多,当应力降低至某 值时,曲线趋于水平,即表示 线,如图2-4所示。 在该应力作用下,材料经无数 次应力循环而不断裂。 Q長王主火孝

2.1.5 疲劳强度 • 疲劳强度是指材料在 无数次循环应力作用 下仍不断裂的最大应 力，用以表现材料抵 抗疲劳断裂的能力。 • 疲劳强度与其断裂前 的应力循环次数N的 关系曲线称为疲劳曲 线，如图2-4所示。 10 图2-4 疲劳曲线 • 由图2-4可以看出，应力越小， 则材料断裂前所能承受的循环 次数越多，当应力降低到某一 值时，曲线趋于水平，即表示 在该应力作用下，材料经无数 次应力循环而不断裂