δ = Lk － Lo / Lo ×100%
断面收缩率：指试样断裂后的截面收缩 量ΔF与试样原始截面积Fo的百分比
Ψ = Fo － Fk / Fo ×100%
洛氏硬度（HRC）：用钢球或金刚石锥压入材料
表面，以压入深度的大小来度量材料硬度 布氏硬度（HB）：用钢球压入材料表面，以单位压 痕面积承受的载荷大小来度量材料硬度
工程材料基础
绪论
1．材料是社会进步的先导
材料对人类社会发展起着巨大的推动作用
石器时代
陶器时代
铜器时代 钢铁时代
铁器时代 新材料时代
2．材料与技术进步
能源、信息和材料是现代技术的三大支柱 很多技术都是通过老材料的改进或新材料 的开发而获得突破性进展的
1911年，德国开发出了强度与软钢相近的
硬铝合金后，人类才能进行真正的航空事业 镍基高温合金的出现，使飞机制造业从此 迈进了能够制造特大型飞机的时代
紧固螺栓：s ＜ ss/n弹n ＞1 ＝ se
进一步提高材料强度，提高零件自身抵抗塑性 变形的能力
要求：
① 掌握加工硬化的定义和技术意义
② 掌握静拉伸指标的物理意义及用途
力学 性能 指标 的应 用
为防止构件发生过量弹性变 形，设计时需使用刚度。如 镗床的镗杆等
屈服极限（sS ＝Ps / Fo）：材料抵抗起始塑性 变形的抗力指标
为避免零件发生塑性变形或发生过量塑性变形失 效，产品设计时应以屈服极限为依据
加工硬化：由塑性变形导致的材料强度 升高、塑性降低现象
加工硬化的技术意义：
1.能提高机件的安全性 2.能获得截面均匀一致的产品
3. 是金属材料的一种有效强化方法
塑性：材料在断裂前能够发生塑性变形 的能力
塑性变形：弹塑性变形
低碳钢的断裂过程：包括弹性变形、塑 性变形和最后的断裂三个阶段
弹性极限（ se ）： 衡量材料最大弹性 变形的抗力指标
se＝Pe / Fo 比例极限（sp）： 保证材料的弹性变 形能按正比关系变 化的最大抗力指标
sp＝PP / Fo
低碳钢拉伸时的应力应变曲线
对热处理不能强化的金属，加工硬化是有效 的强化手段
当应力达到sb ，加工硬化导致的强度升高不
能补偿试样截面积减小所引起的承载能力降低 时，试样便会出现缩颈 抗拉强度（ sb＝Pb / Fo ）：材料对最大均 匀塑性变形的抗力指标
断裂强度( sk＝Pk / Fo ）：材料对塑性变 形的极限抗力
强度：材料抵抗变形或断裂的能力 伸长率：指试样断裂后的残留变形ΔL 与试样原始长度Lo的百分比
刚度：零件抵抗弹性变形的能力
材料抵抗过量弹性变形的指标：弹性模量
材料的弹性极限越高，弹性模量越低，弹性就越 好，在变形过程中吸收的弹性能就越多
金属材料的弹性模量是本身固有的性质
2.过量塑性变形失效及抗力指标
产生过量塑性变形的原因： 偶然过载或零件自身抵抗塑性 变形的能力不足
炮筒： s ＜ sp/n n ＞1
失效类型
腐蚀
化学腐蚀、电化学腐蚀
2. 失效分析的任务
产品生产过程：
产品设计
合格产品
材料选择
可靠性和耐久性试验
冷热加工
效原因进行分析和判断，为积极 预防失效找到有效途径
二、失效分析的重要性和作用 1. 失效的危害性
美国1983年统计：零件失效造成的经济损失每 年可达3400亿美元
基本要素：材料的成分、结构、制造工艺 和使用性能
5. 学习目的
① 了解材料成分、结构、制备工艺与性能的关系 ② 熟悉各种工程材料的特性 ③ 能够做到正确选材和用材
工程材料的性能
使用性能
材料的力学性能、 物理和化学性能及 生物功能
工艺性能
材料的切削加工、 铸造、压力加工、 焊接和热处理性能
第一章 机械零件的失效分析
2. 运用金属学和材料强度学等知识，分 析主要失效抗力指标与材料成分和组 织结构的关系
3. 根据不同服役条件下，材料的强度、 塑性及韧性应具有不同配合的规律， 分析失效零件现行的选材和用材技术 条件所存在的问题，提出改进措施
第一节 零件在常温静载下的过量变形
一、工程材料在静拉伸时的应力应变行为 弹性：材料能够发生弹性变形的能力
德国：零件失效造成的损失每年可达700亿马克
2. 技术革命与失效研究 重大技术革命都与失效分析有关
3. 失效分析的积极作用
① 能促进老材料的改进和新材料的开发 ② 能促进产品结构的改进 ③ 能促进生产工艺的改进 ④ 有利于责任事故的仲裁 三、失效分析与防止的基本思路
1. 对不同服役条件下的零件做具体分析， 从中找出主要的失效方式和主要的失效 抗力指标
一、失效的定义和失效分析的任务 1. 失效的定义 机械产品的主要质量标志:
功能、寿命、重量/容量比、经济型、 安全性和外观
失效; 指零件失去了设计所要求的功能
失效的表现：
① 完全丧失功能
② 功能衰退 ③ 失去可靠性与安全性
过量变形
过量弹性变形、过量塑 性变形
断裂
一次加载断裂、循环加 载断裂等
磨损
粘着磨损、磨粒磨损等
3. 工程材料及分类
按照材料的性能特点和用途分类：
结构材料
以力学性能为主要使 用性能
工程材料
功能材料
以物理、化学和生物 功能为主要使用性能
按照材料属性分类，工程材料分为：
金属材料 高分子材料 陶瓷材料 复合材料
4. 材料科学与工程的基本要素
材料科学是一门着重于材料本质的发现、 分析和研究的科学 作用：解释材料内部结构与使用性能的关系 材料工程属于技术范畴 作用：确定合理的生产工艺来控制材料的内 部结构，优化材料的性能
半导体的出现，使人类文明迈上了新的台阶
单晶硅 → 大规模集成电路 → 信息时代
一根细丝能同时传输2000路通话 信号传输速度比铜缆快72000倍 光导纤维被誉为是百年不遇的重大发明
20世纪最后一次技术革命导致了超导技术的出现
利用车中超导磁体与地面线圈之间的电磁 排斥力能制造出时速高达500Km的磁悬浮 列车
硬度: 表征材料软硬 程度的性能指标
纯金属、陶瓷、橡胶 等材料的应力应变行 为与低碳钢不同
条件ss对应的塑性变形量为0.01～0.5%
二、过量变形失效
1.过量弹性变形失效及抗力指标
材料在弹性变形范围内，应力和应变遵守虎克定律
单向拉伸时的弹性模量：
Es P A
EA＝P/ε
EA：零件产生单位弹性变形所需的载荷大小