工程材料的力学性能

一、工程材料的力学性能材料的力学性能 意义这些性能指标是材 料设计、材料选用、 工艺评定以及材料 检验的重要依据

材料在外加载荷和环境 因素(温度、介质)联 合作用下所表现的抵抗 变形和断裂的能力。某 种意义上说可称为金属 材料的失效抗力

工程材料的力学性能1 拉伸试验 2 硬度试验 3 冲击试验

4 疲劳试验5 蠕变试验

1 拉伸试验

设备

1 拉伸试验

应力-应变曲线

揭示材料在静载荷作用下的力学行为， 即弹性变形、塑性变形、断裂三个基本 过程，还可以确定材料的最基本的力学 性能指标

1 拉伸试验 弹性材料在外力作用下产生变形，若外力去除后变形 完全消失，材料恢复原状，则这种可逆的变形就 叫弹性变形 材料在弹性变形阶段，应力(ζ)与应变(ε)成 正比关系，两者的比值称为弹性模量，记为 E, E =ζ/ε 它表征材料对弹性变形的抗力。 工程上也称E为材料的刚度。 是表征材料产生微量塑性变形的抗力， ζe = Pe / F0 通常很难确定。在国家标准中 把产生0.01%残余伸长所需的应力作为规定 弹性极限，记为ζ0.01。 应变落后于应力的现象称为弹性滞后。

弹性模量

弹性极限

弹性滞后

1 拉伸试验 强度材料在载荷作用下抵抗变形和断裂的能力

屈服强度

出现载荷不增加而试样还继续伸长的现象称 为屈服。屈服时所对应的应力，ζs = Ps / F0 屈服强度表征材料发生明显塑性变形时的抗 力。通常规定产生0.2%残余伸长所对应的应 力，作为条件屈服强度，记为ζ0.2试样能承受的最大载荷除以试样原始截面积 所得的应力 ζb = Pb / F0 是材料在拉伸条 件下能够承受最大载荷时的应力值, 表征了 材料对最大均匀变形的抗力

抗拉强度

1 拉伸试验 塑性断裂前材料发生塑性变形的能力叫塑性

伸长率

δ = [( L0 - L1 )/ L0 ] 100% 通常用L0 = 5d0 和L0 = 10d0 两种比例试 样来测定伸长率，分别记为δ5和δ10

断面收缩率

ψ = [( F0 - Fk )/F0 ] 100%

工程材料的力学性能1 拉伸试验 2 硬度试验 3 冲击试验

4 疲劳试验5 蠕变试验

2 硬度试验 硬度是材料抵抗局部变形的能力。 通常采用静载压入法试验

布氏硬度

在力P的作用下把直径为D的钢球压入被 测材料，布氏硬度值是载荷P除以压痕 (球冠)的面积，用HB表示。

2 硬度试验 硬度是材料抵抗局部变形的能力。 通常采用静载压入法试验

洛氏硬度

因所用压头和载荷不同又分为：HRC、 HRB和HRA三种。洛氏硬度不宜测定硬 而脆的薄层

2 硬度试验 硬度是材料抵抗局部变形的能力。 通常采用静载压入法试验

维氏硬度

压头是136°金刚石四棱锥体，测量出压 痕对角线, 用此值查表得硬度值，用HV表 示。(显微

硬度)

工程材料的力学性能1 拉伸试验 2 硬度试验 3 冲击试验

4 疲劳试验5 蠕变试验

3 冲击试验 冲击试验方法一次摆锤冲击试验机

3 冲击试验 冲击韧性摆锤冲断试样所失去的能量，即对试样断 裂所作的功，称为冲击功，用Ak表示。如 用试样缺口处截面积FN去除，即得冲击韧 性，用ak表示, 单位为J/cm2

工程材料的力学性能1 拉伸试验 2 硬度试验 3 冲击试验

4 疲劳试验5 蠕变试验

4 疲劳试验 疲劳概念但在交变载荷作用下经过较长时间 后发生断裂，这种现象称为疲劳

疲劳抗力的指标

评定材料疲劳抗力的指标是疲劳 极限，即表示材料经受无限多次 循环而不断裂的最大应力，记为 ζr 。在不同的交变应力(ζ)下 测定试样发生断裂的周次(N), 绘制ζ-N曲线

4 疲劳试验 条件疲劳极限工程上规定N=108次时对应的应力

工程材料的力学性能1 拉伸试验 2 硬度试验 3 冲击试验

4 疲劳试验5 蠕变试验

5 蠕变试验

蠕变概念

是指材料在较高的恒定温度下，外加应力低 于屈服极限时，就会随着时间的延长逐渐发 生缓慢的塑性变形直至断裂的现象