文档介绍：机械工程材料
Materials For Mechanical Engineering
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第2章 材料的性能与力学行为
本章目录
材料的静态力学性能
材料的动态力学性能
材料的物理、化学差小、数据稳定，适合于测量组织粗大且不均匀的金属材料的硬度(如铸铁、轴承合金等) 。但试验较费时，压痕较大，不宜用于测太薄件或成品，也不能用来测太硬的材料。
（1）布氏硬度
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（2）洛氏硬度
测定原理：用一个顶角为120°，在规定载荷F作用下压入被测试材料表面，通过测定压头压入的深度来确定其硬度值。实测时，硬度值的大小由硬度计的指示器上直接读出。
洛氏硬度试验原理示意图
表示方法：洛氏硬度用符号HR表示，最常用的标尺为HRA、 HRB、 HRC；符号HR前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺，如55HRC表示用C标尺测定的材料洛氏硬度值为55。
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常用的三种洛氏硬度试验规范
特点：试验操作简便迅速，测量硬度值范围大，压痕小，可直接测量成品或较薄工件的硬度。但测定结果不够准确。
硬度符号
压头类型
载荷/N(kgf)
硬度值有效范围
使用范围
HRA
120°金刚石
圆锥
(60)
60～85
测量硬质合金、表面淬火层或渗碳层等
HRB
钢球
(100)
25～100
测量有色金属、退火钢、正火钢等
HRC
120°金钢石
圆锥
1471(150)
20～67
用于测量调质钢、淬火钢等
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（3）维氏硬度
将顶部两相对面具有规定角度（136）的正四棱锥体金刚石压头，在载荷P的作用下压入试样表面，保持一定时间后卸除载荷，在试样表面压出一个四方锥形压痕，试验载荷P除以压痕表面积所得的商即为维氏硬度，用符号HV表示。
维氏硬度试验原理示意图
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（3）维氏硬度
维氏硬度计
维氏硬度原理
维氏硬度压痕
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材料的动态力学性能
材料的冲击韧度
韧性：材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。
摆锤式冲击试验原理示意图
一次冲击弯曲试验 ：试样摆放在试验机的支座上，将质量为G的摆锤安放到规定的高度H，然后下落将试样打断，并摆过支点升到某一高度h，试样在冲击试验力一次作用下，折断时所吸收的功为冲击吸收功为AK ，AK数值在试验机的刻度盘上直接读出。
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材料的冲击韧度
冲击韧度：材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。冲击韧度值就是试样缺口处单位横截面积上的冲击吸收功，即将冲击吸收功AK除以试样断口处的横截面积。
冲击韧度用符号aK表示，单位为J/cm2。
韧脆转变温度：在某一温度范围内冲击韧度值发生急剧下降的现象称为韧脆转变（或冷脆），发生韧脆转变的温度范围称为韧脆转变温度。
韧脆转变温度曲线示意图
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材料的多冲抗力
多次冲击弯曲试验是将材料制成专用试样，放在多冲击试验机上，试样受到试验机锤头较小能量（＜1500J）多次冲击，测定在一定冲击能量下材料断裂前的冲击次数（N），经受的冲击次数N代表金属的抗冲击能力。
金属材料受大能量的冲击载荷作用时，其冲击抗力主要取决于冲击韧度的大小，而在小能量多次冲击条件下，其多冲抗力主要取决于材料的强度和塑性。
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材料的疲劳强度
交变载荷：载荷大小和方向随时间发生周期变化的载荷。
疲劳断裂：零件在交变载荷下经过长时间工作而发生断裂的现象成为疲劳断裂。
疲劳断裂过程：裂纹萌生、疲劳裂纹扩展、断裂。
一个疲劳源
两个疲劳源
断口示意图
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疲劳极限σ-1：材料可经受无数次应力循环而不失效的应力值。单位为MPa。通常规定钢铁材料的循环基数N=107；非铁金属的循环基数N=108；腐蚀介质作用下的循环基数N=106。
疲劳曲线示意图
提高疲劳抗力的方法：设计上减小应力集中；强化表面。
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材料的断裂韧度
断裂韧度KIC: 是评定材料抵抗脆性断裂的力学性能指标，指的是材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。单位：MPa·m 1/2 或者 MN · m-3/2。
应用（判断构件是否安全，合理选材）
KI < KIC 构件安全
KI >KIC 构件发生脆性断裂
KI ＝KIC 构件发生低应力脆性断裂的临界条件
应用场合：主要用于高强度钢制造的飞机、导弹和火箭的零件，或者是用中低强度钢制造气