文档介绍：第一章 材料的性能
神舟一号飞船
1
机械工程材料的常用性能
两方面
材料使用性能
材料工艺性能
力学性能（强度、塑性韧性等）
物理性能（光、热、电、磁等）
化学性能（氧化、腐蚀等）
生物性能（相容性、自恢复性等）
加第一章 材料的性能
神舟一号飞船
1
机械工程材料的常用性能
两方面
材料使用性能
材料工艺性能
力学性能（强度、塑性韧性等）
物理性能（光、热、电、磁等）
化学性能（氧化、腐蚀等）
生物性能（相容性、自恢复性等）
加工性能（切削、锻造等）
铸造性能（适合铸造与否）
焊接性能（容易焊接与否）
热处理性能（可热处理强化）
2
力学行为：
材料在外加载荷或环境因素的作用下所表现的行为。
现象：
弹性变形、塑性变形和断裂。
五万吨水压机
3
4
微孔聚合型断口
解理型断口
晶间断裂
晶内断裂
5
低碳钢的应力-应变曲线
拉伸试样
拉伸试验机
应力 = P/F0
应变 = (l-l0)/l0
6
应变ε
应
力
σ
弹性变形
屈服塑性变形
均匀
塑性变形
不均匀集中塑性变形
断裂
7
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。
e
8
弹性模量：
主要取决于材料的本性，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。
刚度：可以通过增加横截面积或改变截面形状来提高。
9
二、强度与塑性
强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。
屈服强度s：材料发生微量塑性变形时的应力值。
条件屈服强度：%时的应力值。
抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大应力值。
s
10
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
11
说明：
①用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。
③ < 5% 时，无颈缩，为脆性材料表征。
② > 5% 时，有颈缩，为塑性材料表征；
12
13
三、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)。
14
ak = Ak / F
15
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。
体心立方金属具有韧脆转变温度，而大多数面心立方金属没有。
韧
16
-59℃
-12℃
4℃
16℃
24℃
79℃
低强度铁素体钢冲击断口照片
17
TITANIC
建造中的Titanic 号
TITANIC的沉没与船体材料的质量直接有关
18
Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果
Titanic
近代船用钢板
19
四、疲劳
材料在低于s的重复交变应力作用下发生断裂的现象。
材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂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。
疲劳应力示意图
疲劳曲线示意图
20
2）循环次数（N）
断裂
不断裂
21
材料的纯度及组织状态对疲劳抗力有显著影响
组织状态
σb /MPa
σ-1 /MPa
退火（铁素体＋珠光体）
650
314
淬火（马氏体）
2080
775
40Cr钢组织类型对疲劳极限的影响
22
疲劳断口
通过改善材料的形状结构，减少表面缺陷，提高表面光洁度，进行表面强化等方法可提高材料疲劳抗力。
轴的疲劳断口
疲劳辉纹（扫描电镜照片）
23
五、硬度
材料抵抗表面局部塑性变形的能力。
布氏硬度HB
布氏硬度计
布氏硬度计
24
HBS：为钢球压头，适用于布氏硬度值在450以下的材料。
HBW：为硬质合金球压头，适用于布氏硬度在650以下的材料。
表示方法：120HBS
布氏硬度压痕
25
布氏硬度的优点：
测量误差小，数据稳定，b与HB之间有关系：如、低碳钢b≈；
高碳钢b≈；铸铁 b≈1HB。
缺点：
压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。
HB
b(MPa)
钢
黄铜
球墨铸铁
26
布氏硬度的应用：
适于测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。
27
洛氏硬度HR
根据压头类型：A、B、C。
钢球压头与金刚石压头