根据延伸率大小,工程材料分为两种:
δ>5%的称为塑性材料，如：钢、铝、铜;
δ<52%021的/2/11称为脆性材料，如：铸铁。
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②断面收缩率
F0 F100%
F0
F 试样断裂后缩颈处的最小横截面积（mm2）
F o 试样原始截面积（mm2）
•δ和ψ是用来判断材料在断裂前所能产生的最大塑性变形量大小 •δ和ψ数值越大,表面材料的塑性越好; •良好的塑性对机械零件的加工和使用都具有重要意义。
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思考
•如果把铁丝和钢 丝折弯有何区别?
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1.室温下的机械性能指标
低碳钢的拉伸试验
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试件断裂k点
试件产生颈缩b点 试件在均匀塑性 变形阶段cb段 试件在弹性变形阶段 后oa段,卸载后的形状
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变形过程
• oe段:弹性变形 阶段; • e 点弹性极限；
• E随温度升高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合 金化等对弹性模量的影响很小；
• 可以通过增加横截面积或改变截面形状来提高零件的刚度。
• E与材料金属本性、晶格类型和原子间距有关系，而与材料的显微组织无关
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（2）强度 ——金属材料在外力作用下抵抗产生塑性变
F Pb
b
• ek段：塑性变形 阶段。
s s’
包括：es段：微量塑性变形阶段 P s
ss’段：屈服阶段；
Pe
e
k
s’b段：强化阶段；
bk段：颈缩阶段；
• b点：形成了“缩颈”；
• k点：试样断裂；
o
l
弹性变形——去除外力后试样恢复原状的变形
塑性变形——在外力消失后留下来的这部分不可恢复的变形
塑性断裂——塑性差的材料断裂前无明显塑性变形 韧20性21/断2/11裂——塑性好的材料断裂前有明显的塑性变形 11
(指金属材料在 加工过程中表现 出的性能)
物理性能 化学性能 力学性能
热处理性能 铸造性能 焊接性能 锻造性能 切削加工性能 冲压性能等
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载荷 金属所受的外力称载荷,可载荷分为: 1、静 载 荷：大小不变或变化缓慢的载荷; 2、冲击载荷：在短时间内以较高速度突然增加的载 荷； 3、交变载荷：大小或方向随时间作周期性变化的载 荷。 根据载荷作用形式不同，可分为拉伸、压缩、弯曲、 剪切和扭转等几种形式。
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第一节金属材料的机械性能（力学性能）
-----------是指金属材料在各种载荷作用下所 表现出来的抵抗变形或失效的能力。
1.常温下的机械性能指标有:刚度、强度、塑性、硬度、冲 击韧度和疲劳强度等。
常用的试验:拉伸试验、冲击试验、硬度试验和疲劳试验
研究力学性能意义:是选择和
使用金属材料的重要依据
按性能及用途可分为塑料、橡胶、胶粘 剂、涂料。
四、复合材料
由基体材料增强材料复合而成。基体材 料有金属、陶瓷、塑料等,增强材料有 各种纤维和无机化合物等。
烯丙酰氯-苯乙烯
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玻璃纤维增强高5 分 子复合材料
材料的性能
材料的性能
使用性能
(指金属材料在 使用过程中表现 出的性能)
工艺性能
形和断裂的能力
工程上常用的金属材料的强度指标: •屈服强度（ σs ） •抗拉强度(σb)
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①屈服强度也称屈服极限（ σs ）
指材料抵抗微量塑性变形的能力
很重要,大多数
对有明显屈服现象 的材料特有的指标
零件不允许有塑 性变形
（屈屈服服极强限度） s
Ps S0
(MPa)
材料屈服时的外力（N）
不破坏的能力。
•衡量金属材料塑性的指标有: 延伸率和断面收缩率
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①延伸率
LLo 100%
L0
L 试样拉断后的标距（mm）
L o 试样原始标距（mm）
由于同一材料用不同长度的试样测得的断后伸长率δ数值不
同,因此应注明试样尺寸比例。如:
δ10——试样 L0=10d0 δ5 ——试样 L0=5d0 通常δ10写成δ， δ5=（1.2~1.5）δ10
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二、陶瓷材料（无机非金属材料） 一种或多种金属元素与一种非金属元素的化合物。 包括水泥、玻璃、耐火材料和陶瓷等。 主要原料是硅酸盐矿物,又称硅酸盐材料。
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三、高分子材料
按来源分为天然高分子材料(蛋白、淀粉 、纤维素等)和人工高分子材料(合成塑 料、合成橡胶、合成纤维)。
•表征金属产生微量塑性变形的抗力；
•评定金属材料优劣的重要指标。
屈服强度与抗拉强度的比值σS / σb称为屈强比。 屈强比小,工程构件储备强度越大，可靠性高，说明即使外载荷
或某些意外因素使金属变形，也不至于立即断裂。
一般制造弹性零件的材料具有较高的屈强比，通常≥0.8%
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（3）塑性 ——金属材料在外力作用下产生塑性变形而
应力与应变曲线
应力σ :单位面积上试样承受的载
荷。这里用试样承受的载荷除 以试样的原始横截面积F0表示:
F σ= —— ( M pa )
F0
应变ε：单位长度的伸长量。这里
用试样的伸长量除以试样的原 始标距表示:
ΔL ε = ——
L0应力－应变曲线（ σ-来自ε曲线）形状和拉伸曲线基本相同,单位 不同
第二篇 轮机工程材料
第四章 金属材料的性能
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工程材料的分类
按材料性质和结合键的性质分为
金属键 分子键和共价键
多种结合键
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离子键、共价键
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一、金属材料
黑色金属:铁、锰铬或以它们为主形成的合金
有色金属:除黑色金属以外的所有金属及其合金,铜、 铝及其合金等。
• 用量最大、应用最广泛
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思考
怎样比较不同材料抵 抗外力能力的大小?
F Pb
b
s s’
Ps
Pe
e
o
k
l
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（1）刚度
——是金属材料在外力作用时抵抗
弹性变形的能力。
衡量材料刚度的指标是弹性模量:
E
• E越大,材料刚度越大，即在一定应力作用下产生的弹性变形量越小;
• E的大小反应金属材料弹性变形的难易程度，主要取决于材料的本身的性质
•规定条件屈服强度:
对无明显屈服现 象的材料
: 规定产生0.2%塑性变形时的应力作为条件屈服强 0 .2 度
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•②抗拉强度又称强度极限(σb)
金属材料抵抗断裂的能力
材料从开始受力到断裂为止所能承受的最大应力值
b
Pb S0
(MPa)
试样在断裂时所承受的最大拉力（N）
•机械设计的主要依据;