複習舊課
1、 材料的發展歷史
2、 工程材料的分類
講授新課
第一章金屬材料的力學效能
材料的效能有使用效能和工藝效能兩類
使用效能是保證工件的正常工作應具備的效能，主要包括力學效能、物理效能、化學效能等。
工藝效能是材料在被加工過程中適應各種冷熱加工的效能，包括鑄造效能、鍛壓效能、焊接效能、熱處理效能、切削加工效能等。
力學效能是指金屬在外力作用下所顯示的效能能。
金屬力學效能指標有：強度、剛度、塑性、硬度、韌性和疲勞強度等。
第一節剛度、強度與塑性
一、拉伸試驗及力—伸長曲線
l0——原始標距長度；l1——拉斷後試樣標距長度
d0——原始直徑。 d1——拉斷後試樣斷口直徑
國際上常用的是l0 =5 d0（短試樣），l0=10 d0（長試樣）
[拉伸曲線]：拉伸試驗中記錄的拉伸力f與伸長量δl（某一拉伸力時試樣的長度與原始長度的差δl=lu-l0）的f—δl曲線稱為拉伸曲線圖。
oe段：為純彈性變形階段，卸去載荷時，試樣能恢復原狀
es段：屈服階段
sb段：強化階段，試樣產生均勻的塑性變形，並出現了強化
bk段：區域性塑性變形階段
二、剛度
剛度:金屬材料抵抗彈變的能力
指標：彈性模量 e egpa )
彈性範圍內. 應力與應變的比值 （或線形關係，正比）
e↑ 剛度↑ 一定應力作用下彈性變形↓
三、強度指標σ = f/so
強度：強度是指材料抵抗塑性變形和斷裂的能力。
強度表示：強度一般用拉伸曲線上所對應某點的應力來表示。單位採用n/mm2(或mpa 兆帕）σ = f/ao
σ ——應力（mpa）；f——拉力（n）；so——截面積（mm2）。
常用的強度判據主要有屈服點、條件屈服強度（也稱為規定殘餘伸長應力）和抗拉強度等。
1、 屈服點與條件屈服強度
[屈服強度]σs產生屈服時的應力（屈服點），亦表示材料發生明顯塑性變形時的最低應力值。
[ 規定殘餘伸長應力]：σr0.2產生0.2%殘餘伸長率時的應力。σr0.2= fr0.2/ao
2、抗拉強度
[抗拉強度]：σb 斷裂前最大載荷時的應力（強度極限）
σγ0.2常常難以測出，所以，脆性材料沒有屈服強度指標，只有抗拉強度指標用於零件的設計計算。
強度意義：一般機械零件或工具使用時，不允許發生塑性變形，故屈服點σs是機械設計強度計算的主要依據；抗拉強度代表材料抵抗拉斷的能力，若應力大於抗拉強度，則會發生斷裂而造成事故。
三、塑性指標
材料產生塑性變形而不破壞的能力稱為塑性。常用的塑性指標是斷後伸長率δ和斷面收縮率。一般通過拉伸實驗測定。
1、斷後伸長率
斷後伸長率是指試樣拉斷後標距的伸長量與原標距長度的百分比。用符號δ表示。
δ = （l1-l0 /l0)×100%
2、斷面收縮率
斷面收縮率是指試樣拉斷後縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比，用符號ψ表示：
ψ = （a0-a1）/a0 ×100%
塑性直接影響到零件的成形及使用。
第二節衝擊韌性
定義：指在衝擊載荷作用下，材料抵抗衝擊力的作用而不被破壞的能力，是材料強度和塑性的綜合表現。
衡量指標：衝擊韌度ak (ak＝ ak/fk )
ak值測定方法：一次彎曲衝擊實驗法，
物理意義：試樣在沖斷時單位橫截面積上所消耗的衝擊功ak ，單位為j/cm2。ak值越大，表示材料的衝擊韌性越好。
第三節疲勞強度
交變載荷：載荷大小和方向隨時間發生週期變化的載荷。
疲勞斷裂：零件在交變載荷下經過長時間工作而發生低應力斷裂的現象成為疲勞斷裂。
疲勞斷裂過程：裂紋萌生、疲勞裂紋擴充套件、最後斷裂。
疲勞抗力指標：疲勞極限，又稱疲勞強度，用σ－1表示。材料經過無限次應力迴圈不發生斷裂的最大應力，即疲勞曲線上水平部分對應的應力值。
疲勞斷裂的原因：一般認為是，由於材料表面與內部的缺陷（夾雜、劃痕、尖角等），造成區域性應力集中，形成微裂紋。隨應力迴圈次數的增加，微裂紋逐漸擴充套件，使零件的有效承載面積逐漸減小，以致於最後承受不起所加載荷而突然斷裂。
提高材料疲勞抗力的措施：通過合理選材，改善材料的結構形狀，避免應力集中，減小材料和零件的缺陷；提高零件表面光潔度；對表面進行強化，噴丸處理等，可以提高材料的疲勞抗力。
第四節硬度
硬度是指材料抵抗區域性變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力，他是衡量材料軟硬的指標。
一、布氏硬度
布氏硬度測量原理：採用直徑為d的球形壓頭，以相應的試驗力f壓入材料的表面，經規定保持時間後卸除試驗力，用讀數顯微鏡測量殘餘壓痕平均直徑d，用球冠形壓痕單位表面積上所受的壓力表示硬度值。實際測量可通過測出d值後查表獲得硬度值
hbs——表示用淬火鋼球壓頭測量的布氏硬度值。適用範圍：小於450
hbw——表示用硬質合金壓頭測量的布氏硬度值。適用範圍：450~650
布氏硬度表示方法：符號hbs或hbw之前的數字表示硬度值，符號後面的數字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時間。
布氏硬度特點：優點：測量數值穩定，準確，能較真實地反映材料的平均硬度；
缺點：壓痕較大，操作慢，不適用批量生產的成品件和薄形件
布氏硬度測量範圍：用於原材料與半成品硬度測量，可用於測量鑄鐵；非鐵金屬（有色金屬）、硬度較低的鋼（如退火、正火、調質處理的鋼）
布氏硬度數值通過布氏硬度試驗測定。
布氏硬度值是試驗力除以壓痕球形表面積所得的商。使用淬火鋼球壓頭時用符號hbs，使用硬質合金球壓頭時用符號hbw。
當f、d一定時，布氏硬度值僅與壓痕直徑d的大小有關。
布氏硬度習慣上只寫出硬度值而不必註明單位，其標註方法是，符號hbs或hbw之前為硬度值，符號後面按順序用數值表示試驗條件。
布氏硬度值的測量誤差小，資料穩定，重複性強。
二、洛氏硬度
洛氏硬度測量原理：用金剛石圓錐或淬火鋼球壓頭，在試驗壓力f 的作用下，將壓頭壓入材料表面，保持規定時間後，去除主試驗力，保持初始試驗力，用殘餘壓痕深度增量計算硬度值，實際測量時，可通過試驗機的表盤直接讀出洛氏硬度的數值。
氏硬度測量條件：洛氏硬度可以測量從軟到硬較大範圍的硬度值，根據被測物件硬度值大小不同，可用不同的壓頭和試驗力，如下表。
常用洛氏硬度的試驗條件和應用範圍
洛氏硬度特點：優點：測量迅速、簡便、壓痕小、硬度測量範圍大 ，
缺點：資料準確性、穩定性、重複性不如布氏硬度
測定結果波動較大，穩定性較差，故需測試三點，取其算術平均值，一般不適宜測試組織不均勻的材料。
三、維氏硬度
維氏硬度是將相對面夾角為136°的正四稜錐體金剛石壓頭以選定的試驗力（49.03~980.7n）壓入被測材料或零件表面，經規定保持時間後卸除試驗力，用測量的壓痕對角線長度計算硬度的一種壓痕硬度試驗。
試驗原理如課件中所示。
維氏硬度的表示符號為hv，測量範圍是5~1000hv，標註方法與布氏硬度相同。值寫在符號的前面，試驗條件寫在符號的後面。對於鋼及鑄鐵的試驗力保持時間為10~15s時，可以不標出。
課堂小結
課後作業
金屬材料的力學效能
金屬材料在外力或能的作用下，所表現出來的一系列力學特性，如強度 剛度 塑性 韌性 彈性 硬度等，也包括在高低溫 腐蝕 表面介質吸附 沖刷 磨損 空蝕 氧蝕 粒子照射等力或機械能不同程度結合作用下的效能。力學效能反映了金屬材料在各種形式外力作用下抵抗變形或破壞的某些能力，是選用金屬材料的重要依據。充分...
金屬材料的力學效能
教學主要內容 1 金屬材料的常用效能指標。教學目的和要求 1 掌握材料的主要力學效能指標及含義。教學重點與難點 1 材料的常用效能。學時分配 1學時 定義 材料在使用和加工過程中表現出來的各種不同特性稱為材料的效能。分類 機械工程材料的常用效能 使用效能 力學 物理 化學 和工藝效能 加工 鑄造 焊...
金屬材料力學效能
一 名詞解釋 1，e,彈性模量，表徵材料對彈性變形的抗力，2，s 呈現屈服現象的金屬拉伸時，試樣在外力不增加仍能繼續伸長的應力，表徵材料對微量塑性變形的抗力。3，bb 是灰鑄鐵的重要力學效能指標，是灰鑄鐵試樣彎曲至斷裂前達到的最大彎曲裡 按彈性彎曲應力公式計算的最大彎曲應力 4 延伸率，反應材料均勻...