第0章材料的性能神舟一號飛船機械工程材料的常用性能

兩方面材料使用性能材料工藝性能力學性能（強度、塑性韌性等）物理性能（光、熱、電、磁等）化學性能（氧化、腐蝕等）生物性能（相容性、自恢復性等）加工性能（切削、鍛造等）鑄造性能（適合鑄造與否）焊接性能（容易焊接與否）熱處理性能（可熱處理強化）力學行為：材料在外加載荷或環境因素的作用下所表現的行為。現象：彈性變形、塑性變形和斷裂。五萬噸水壓機微孔聚合型斷口解理型斷口晶間斷裂晶內斷裂低碳鋼的應力-應變曲線拉伸試樣拉伸試驗機應力

=P/F0應變

=(l-l0)/l0應變ε應力σ彈性變形屈服塑性變形均勻塑性變形不均勻集中塑性變形斷裂一、彈性和剛度彈性：指標為彈性極限e，即材料承受最大彈性變形時的應力。剛度：材料受力時抵抗彈性變形的能力。指標為彈性模量E。

e彈性模量：主要取決于材料的本性，其他強化材料的手段如熱處理、冷熱加工、合金化等對彈性模量的影響很小。剛度：可以通過增加橫截面積或改變截面形狀來提高。

二、強度與塑性強度：材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力。屈服強度s：材料發生微量塑性變形時的應力值。條件屈服強度0.2：殘余變形量為0.2%時的應力值。抗拉強度b：材料斷裂前所承受的最大應力值。s0.2塑性：材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。指標為：伸長率：斷面收縮率：斷裂后拉伸試樣的頸縮現象說明：①用面縮率表示塑性比伸長率更接近真實變形。③

<5%

時，有頸縮，為脆性材料表征。②

>5%

時，無頸縮，為塑性材料表征；三、沖擊韌性是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。指標為沖擊韌性值ak(通過沖擊實驗測得)。ak

=Ak

/F微孔聚合型斷口韌性斷口解理型斷口脆性斷口韌脆轉變溫度材料的沖擊韌性隨溫度下降而下降。在某一溫度范圍內沖擊韌性值急劇下降現象稱韌脆轉變。發生韌脆轉變的溫度范圍稱韌脆轉變溫度。材料的使用溫度應高于韌脆轉變溫度。體心立方金屬具有韌脆轉變溫度，而大多數面心立方金屬沒有。韌-59℃-12℃4℃16℃24℃79℃低強度鐵素體鋼沖擊斷口照片TITANIC建造中的Titanic號TITANIC的沉沒與船體材料的質量直接有關Titanic號鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗結果Titanic近代船用鋼板四、疲勞材料在低于s的重復交變應力作用下發生斷裂的現象。材料在規定次數應力循環后仍不發生斷裂時的最大應力稱為疲勞極限。用-1表示。鋼鐵材料規定次數為107，有色金屬合金為108。疲勞應力示意圖疲勞曲線示意圖2）循環次數（N）斷裂不斷裂材料的純度及組織狀態對疲勞抗力有顯著影響組織狀態σb/MPaσ-1/MPa退火（鐵素體＋珠光體）650314淬火（馬氏體）208077540Cr鋼組織類型對疲勞極限的影響疲勞斷口通過改善材料的形狀結構，減少表面缺陷，提高表面光潔度，進行表面強化等方法可提高材料疲勞抗力。軸的疲勞斷口疲勞輝紋（掃描電鏡照片）五、硬度材料抵抗表面局部塑性變形的能力。1、布氏硬度HB布氏硬度計布氏硬度計

HBS：為鋼球壓頭，適用于布氏硬度值在450以下的材料。HBW：為硬質合金球壓頭，適用于布氏硬度在650以下的材料。表示方法：120HBS布氏硬度壓痕布氏硬度的優點：

測量誤差小，數據穩定，b與HB之間有關系：如、低碳鋼b≈3.6HB；

高碳鋼b≈3.4HB；鑄鐵

b≈1HB。缺點：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。HBb(MPa)鋼黃銅球墨鑄鐵布氏硬度的應用：

適于測量退火、正火、調質鋼,鑄鐵及有色金屬的硬度。2、洛氏硬度HR根據壓頭類型：A、B、C。

鋼球壓頭與金剛石壓頭洛氏硬度壓痕洛氏硬度用符號HR表示：

HR=k-(h1-h0)/0.002h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計表示方法：數字+符號，如45HRC。HRA：用于測量高硬度材料,如硬質合金、表淬層和滲碳層。HRB：用于測量低硬度材料,如有色金屬和退火、正火鋼等。HRC：用于測量中等硬度材料，如調質鋼、淬火鋼等。洛氏硬度的優點：操作簡便，壓痕小，適用范圍廣。缺點：測量結果分散度大。3、維氏硬度維氏硬度計維氏硬度試驗原理維氏硬度壓痕維氏硬度用符號HV表示，符號前的數字為硬度值。用于第二相硬度的測量。小負荷維氏硬度計顯微維氏硬度計硬度的特點與實用性1）設備簡單，操作方便，不破壞工件，且與抗拉強度之間存在一定對應關系。2）是綜合性力學指標：（1）說明強度（σ）與塑性（δ）的匹配關系；（2）使用性能指標，說明零件的耐磨性；（3）可作為評價工藝制定合理程度的重要指標。

例如、當材料的硬度在HB150~220間時，其切削性較好。3）零件圖紙上往往只標注硬度值。4）產品質量檢查。六、斷裂韌性油輪斷裂和北極星導彈發動機殼體爆炸與材料中存在缺陷有關

1943年美國T-2油輪發生斷裂北極星導彈裂紋擴展的基本形式應力強度因子：描述裂紋尖端附近應力場強度的指標。斷裂韌性：材料抵抗內部裂紋失穩擴展的能力。C為斷裂應力，aC為臨界裂紋半長，單位為KI

<KIC

構件安