潍 坊 学 院 教 案课题1工程材料的力学性能课时2教学目的与要 求1、目的：使学生理解和掌握材料的常用力学性能指标。2、基本要求：理解强度、硬度、塑性、韧性的基本概念；熟悉它们的常用指标的测试和表示方法。教学重点与难 点重点是强度、硬度、塑性、韧性的指标意义和表示方法难点是指标的测试。教学过程主 要 内 容 及 步 骤备 注 主要内容：一、-曲线及相应的力性指标弹性强度e；抗拉强度b；屈服强度s；弹性模量E；延伸率；断面收缩率。二、 疲劳强度三、硬度布氏硬度HB；洛氏硬度HR；维氏硬度 HV。四、韧性1、冲击韧性；2、断裂韧性；教学过程教学组织：1、从对机件的应用要求出发，引出力学性能的概念；2、先介绍同学们熟悉的拉伸曲线，进而介绍常用的力学性能指标；3、在介绍性能指标时，着重讲清概念和应用表示方法。4、讲课的组织顺序未完全按照课本顺序，而是按照强度塑性硬度韧性来组织。5、介绍硬度时，主要按照原理、测定、表示、适用范围几个方面讲。6、介绍韧性时，结合国家标准和科研情况给同学们介绍冲击试样制作。7、采用多媒体讲授。授课效果分析总结注： 教师每次课都要写一份教案，放在该次课讲稿前面。潍坊学院机电工程学院讲稿专用纸一、-曲线及相应的力性指标低碳钢拉伸曲线为F-L曲线或-曲线如图1： F（） 均匀塑变 b阶段 颈缩阶段 k e s 弹性阶段 屈服阶段 L（）图1设备：拉伸试验机。试样：标准试样，强度、塑性指标的测试按照金属材料室温拉伸试验方法GB/T228-2002。标准拉伸试样如图2所示。有圆形截面和方形截面两种，长度有l0=10d0和l0=5d0两种。图2几个力性指标：1、e：材料不产生永久变形的最大应力。 e= N/mm2(Mpa) 规定弹性极限：0.01或0.05微塑变抗力指标。2 、s：具有上下屈服点时以下屈服点为s s= N/mm2(Mpa) 若无明显的屈服现象，工程上规定了名义屈服极限：0.2，即产生0.2%的残余变形时的应力值作为s。潍坊学院机电工程学院讲稿专用纸3、b：强度极限或抗拉强度。表征材料产生最大均匀变形的抗力，或 材料断裂前能承受的最大应力值。 b= N/mm2(Mpa)4、E：弹性模量，又称材料刚度。E = Mpa材料产生单位变形所需的应力，表明弹性变形的难易程度，它只与材料本性有关，与合金化、热处理、冷变形等无关5、塑性：表征材料断裂前发生塑性变形的能力。用、表示。 =100%，同一材料的5、10不同，须标明。 =100%，与试样长度无关，表征更准确。 、 ，材料塑性 。二、疲劳强度许多机件都是在交变载荷作用下工作，如曲轴、齿轮的轮齿、连杆、弹簧等。材料在交变载荷作用下的破坏成称为疲劳破坏，其衡量指标即为疲劳强度。材料的疲劳破坏抵抗能力与应力循环次数和循环特性有关。一般情况下用对称交变循环特性下的破坏抗力表示。材料在对称交变载荷作用下抵抗断裂的能力称为疲劳强度。或者材料在对称交变载荷作用下不发生破坏时所能承受的最大应力。一般用-1表示。工程上为了应用方便，常规定钢铁材料的循环基数为107、有色金属为108，产生疲劳的原因：材料内部微裂纹；表面缺陷；引起的应力集中。提高措施：精炼，减少材料内部夹杂物；减少材料表面尺寸的急剧变化；提高表面质量，采取在材料表面造成一层残余压应力的方法。三、硬度表明材料表面抗其它物体压入的能力。是局部塑变抗力指标。常用的硬度有布氏硬度HB、洛氏硬度HR、维氏硬度 HV。潍坊学院机电工程学院讲稿专用纸（1）布氏硬度HB测定：布氏硬度计。原理：一定载荷F作用于淬火钢球（硬质合金圆球）压入材料表面一定时间，卸载后测出压痕直径，进而计算出压痕面积S，则HB=F/S，单位：kg/mm2，但一般不注出单位。国标规定，HB在450以下用HBS表示；在450以上用HBW表示。标注：正确标注如120HBS、500HBW。错误标注如HBS300、600HBS。测量对象：软材料，不能测量薄试样。（2）洛氏硬度HR该硬度应用最广。原理：用锥顶角为120的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的钢球压头在规定载荷作用下压入试样表面，用压痕深度表示。如图3载荷= 初载荷 + 主载荷 图3初载荷10kg主载荷60kg（HRA）、100kg（HRB）、150kg（HRC）由主载荷的压入深度h=h3-h1作为硬度值。显然，h，HR为习惯方便起见，HR=（k-h）/0.002，金刚石压头，k=0.2mm；钢球压头，k=0.26mm。注意：HRA、HRB、HRC的测量范围；优点是操作简便，压痕小，可用于成品检验；表示：67HRC、60HRC、HRC5-10（）、HRC70-75（）（3）维氏硬度HV原理：和HB相同，只是压头不同。HV=F/S=1.8544F/d2，kg/mm2压头：锥面夹角为136的金刚石四棱锥体压头。表示：640HV、800HV。适用范围：表面硬度（硬化层）。潍坊学院机电工程学院讲稿专用纸优点：载荷小，压痕浅，但测定麻烦。四、韧性（1）冲击韧性k表征抗冲击载荷的能力。k=Ak/S，单位：J/cm2通过冲击试验测定。试样有U、V型缺口试样。冲击韧性的测试按照夏比缺口冲击试验方法GB/T229-1994。新标准直接用冲击功表示。标准夏比U型缺口冲击试样如图4所示。图4k主要与温度有关，如图5，还与试样的尺寸、形状、表面质量及内部组织有关，是组织结构的敏感参量。（2）断裂韧性K1c 图 5由低应力脆断引出。与材料内部存在裂纹和裂纹扩展有关。实际材料中存在缺陷：夹杂物、气孔等 裂纹在应力作用下扩展达到临界尺寸发生失稳扩展断裂裂纹扩展有三种方式，如图6所示。潍坊学院机电工程学院讲稿专用纸 图6K1c在裂纹扩展的临界状态下，裂纹尖端应力场强度因子值。它表明裂纹失稳扩展的抗力大小。K1c只与材料成分、组织结构有关。K1c=YY裂纹形状尺寸系数，无量纲。