性能。
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零件的工作能力衡量参数
• 强度
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是零件抵抗外载荷作用的能力。强度不足时，零件将 产生不可回复的塑性变形甚至断裂，从而失效。
– 载荷和应力
按载荷及其相应应力随时间变化的情况，可分为下 列两类：
• 静载荷和静应力：不随时间变化或变化缓慢，如 零件的重力及其相应应力。
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在比例极限范围内，即σ<σp，应力σ与应变ε成正比， 令 E= σ/ ε，称E为弹性模量。弹性模量的大小反映了 材料抵抗变形的能力，时衡量材料刚度的性能指标。
• 延展性
– 衡量材料塑性的性能，包括伸长率和断面收缩率。
– 伸长率δ：试件拉断后，标距内的伸长量与标距原长 之比的百分率。
– 断面收缩率ψ ：试件拉断后，断裂处面积的缩小量与 原面积之比的百分率。
低碳钢的应力－应变曲线
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低碳钢在静应力条件下的强度计算参数有下列三种：
• 比例极限σP：
– 弹性应变区的最大应力，所谓弹性应变区，即这段区 域，施加外力N，材料产生从0～εa的相应变形，此时 若去除外力N，则材料的相应应变和应力就沿着a o段 回到o点，材料中无残余变形。
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• 冲击韧度ak
衡量材料承受冲击载荷的能力。 在有缺口的试件上，缺口底部单位截面积所能 承受的冲击功即为冲击韧度。
• 硬度
– 材料表面在一个小体积范围内抵抗弹性变形、 塑性变形或破裂的能力。常见的硬度指标有：
– 布氏硬度（HBS）
– 洛氏硬度（HRC）
– 维氏硬度（HV）
工程材料的分类：
• 按用途分
– 结构材料：对力学性能有要求，如耐磨性、硬度
– 功能材料：对物理性能有要求，如导电性、隔热性等，像电
缆、光缆。
• 按分子结构分
– 金属材料
• 黑色金属：主要成份是铁的材料，如各种炭钢、铸铁等。 • 有色金属：非铁基的材料，如铜、铝及其合金等。
– 无机非金属材料：如玻璃，水泥，陶瓷等。
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• 屈服极限σS：
– 从a点开始，外力N再增加，则σ变化很小，而ε则随 之增大，这个阶段被称为屈服阶段。在该阶段去除 外力N后，材料的相应应变和应力就沿着平行于a o 的直线恢复（如b点沿be段回到e点），但ε不能回0， 材料中有残余变形。该阶段的最低应力σS被称为屈 服极限。
件的固有频率与载荷的频率相同，则产生共振。 一般情况下，共振将使零件丧失工作能力而失效。
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§1.3 常用的工程材料
• 黑色金属
– 钢材的产生
– 碳钢：主要元素是铁，其次是碳。
• 低碳钢：C含量<0.25%，如20＃
• 中碳钢： C含量0.25%～0.60%，如45＃,60#
第一章 工程材料和热处理
§1.1 概述 §1.2 金属材料的力学性能 §1.3 常用的工程材料 §1.4 钢的热处理 §1.5 表面精饰
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《测控装置结构设计》课件1整体概况概况一
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概况二
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02
概况三
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03
§1.1 概述
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•弹性能Ee和韧性能Et
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物体受外力作用产生变形时，外力所做的功在 数值上等于应变能。
– 弹性能Ee：在弹性变形范围内，应变能将以 势能的形式储存在材料内部，外力撤去后该 能量将立即全部释放。这种应变能称为弹性 能。
– 韧性能Et：当应力超过比例极限，即σ>σp ， 材料将产生永久变形，此时应变能的大部分 将消耗在材料的塑性变形上，并以热的形式 散失。材料在断裂前所能吸收的能量称为韧
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• 表面接触强度：两个零件靠接触面进行力传递时， 在接触区将产生局部应力，称之为接触应力。
• 表面磨损强度：零件的表面现状和尺寸在摩擦的 条件下逐渐改变的过程称为磨损，磨损量超过允 许值时零件也会失效。磨损并非全部有害，如跑 合、研磨都是有益的磨损。
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• 刚度
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反映零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。其 大小用产生单位变形所需的外力或外力矩来表示。
– 静刚度：由静载荷与变形关系所确定的刚度。
– 动刚度：由变载荷与变形关系所确定的刚度。
金属材料的静刚度与动刚度数值基本相同，非金属 材料则常常不同。
• 振动稳定性
在变载荷作用下，零件将产生机械振动，如果零
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后续 15
钢材的生产流程
如板材、型 材、管材、
线材等
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铁矿石
– 有机材料：如塑料、橡胶等。
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§1.2 金属材料的力学性能
• 应力极限 • 弹性模量E • 延展性 • 冲击韧度ak • 弹性能Ee和韧性能Et • 硬度
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•应力极限
定义：在静拉伸实验中所表现的应力－应 变特点。是衡量强度的参数。
• 变载荷和变应力：随时间作周期性变化。变应力 可由变载荷产生，也可由静载荷产生。如轴在不 变弯矩作用下等速旋转时，轴的横截面内将产生 周期性变化的弯曲应力。
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– 零件的整体强度
零件整体抵抗载荷作用的能力称为整体强度。
• 静应力下的强度
• 变应力下的强度
– 零件的表面强度
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• 强度极限σB：
– 材料断裂前的最大应力。自点开始，若外力N↑， 则应力σ ↓，应变ε ↑↑，材料最终断裂。
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• 弹性模量E
• 高碳钢： C含量>0.60%
一般，含碳量增高，钢材的强度和硬度增高，塑性降低。 但含碳量超过1%后，钢材硬度继续增强，强度却降低。
– 合金钢：为改善钢材性能，人为加入一些合金元素, 如Mn，Si，P等。
• 低合金钢：合金元素总含量<5%
• 中合金钢：合金元素总含量 5%~10%
• 高合金钢：合金元素总含量>10%