loading《机械工程材料》
机械工业出版社
第3版
目录
第一章 机械零件的失效分析 第二章 碳钢
第三章 钢的热处理 第四章 合金钢 第五章 铸铁
第六章 有色金属及其合金 第七章 高分子材料 第八章 陶瓷材料 第九章 复合材料 第十章 功能材料
第十一章 材料改性新技术
第十二章 零件的选材及工艺路线
第十三章 工程材料在典型机械和生物医学上的应用
第一章 机械零件的失效分析 第一节 零件在常温静载下的过量变形
失效：零件若失去设计要求的效能
变形：材料在外力作用下产生的形状或尺寸的变化 弹性变形：能够恢复的变形 塑性变形：不能恢复的变形
一、工程材料在静拉伸时的应力-应变行为 1.低碳钢的应力-应变行为
变形过程：弹性变形、屈服塑性变形、均匀塑性变形、不均匀集中塑性变形 2.其他类型材料的应力-应变行为 纯金属 脆性材料 高弹性材料
二、静载性能指标 1.刚度和强度指标 （1）刚度
指零（构）件在受力时抵抗弹性变形的能力 单向拉伸（或压缩）时：
E=σ/ε=
F/A? ，即EA=F/ε
纯剪切时：
G=τ/γ=
F?/A? ，即GA=Fτ/γ
弹性模量E（或切变模量G）是表征材料刚度的性能指标 （2）强度
指材料抵抗变形或断裂的能力
指标有：比例极限σp，弹性极限σe，屈服强度σs，抗拉强度σb，断裂强度σk
2.弹性和塑性指标 （1）弹性
指材料弹性变形大小
弹性能u：应力-应变曲线下面弹性变形阶段部分所包围的面积
1?e21u=σeεe=
2E2（2）塑性
指材料断裂前发生塑性变形的能力 断后伸长率： ??L?L0?100% L0A?A0?100% A0断面收缩率： ???、?越大，材料塑性越好
3.硬度指标
表征材料软硬程度的一种性能
布氏硬度HBW（硬质合金球为压头）
洛氏硬度HRC（锥角为120°的金刚石圆锥体为压头） 维氏硬度HV（锥角为136°的金刚石四棱锥体为压头）
三、过量变形失效
零件的最大弹性变形量△l或θ（扭转角）必须小于许可的弹性变形量。即
△l≤[△l]或θ≤[θ]
材料的弹性模量E(或切变模量G)越高，零件的弹性变形量越小，刚度越好 通常材料的熔点越高，弹性模量也越高 弹性模量对温度很敏感，随温度升高而降低
第二节 零件在静载荷冲击载荷下的断裂
一、 韧断和脆断的基本概念
韧性断裂:断裂前发生明显宏观塑性变形
脆性断裂：断裂前不发生塑性变形
断裂过程均包含裂纹形成和扩展两个阶段
二、 冲击韧性及衡量指标AK 、aK
冲击韧性：材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力 冲击吸收功AK，单位J
冲击韧度aK=AK/FK ，单位J·cm-2 。 FK为断口处截面积
材料的冲击吸收功随试验温度降低而降低（低温脆性现象）
三、 断裂韧性及衡量指标 KIC
断裂韧度KIC ，材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。单位MPa·m1/2或MN·m-3/2 裂纹尖端应力场强度因子KI、零件裂纹半长度a、零件工作应力σ之间的关系：
KI=Yσa1/2
Y=1~2，为零件中裂纹的几何因子。 当KI≥KIC时，零件发生低应力脆性断裂 当KI＜KIC时，零件安全可靠
KI =KIC，是零件发生低应力脆性断裂的临界条件 最大承载能力 σc=零件允许存在的裂纹最大尺寸2ac
ac =( KIC/Yσ)2
四、 影响脆断的因素
因素有：加载方式、材料本质、温度、加载速度、应力集中及零件尺寸 1.加载方式和材料本质
零件在外力作用下，内部个点应力状态可用三个主应力表示。σ1>σ2>σ3
τmax=(σ1-σ3)/2 σmax=σ1-v(σ2+σ3)
v为泊松比
软性系数 α=τmax/σmax α越大，应力状态越软，脆断倾向越小。 2.温度和加载速度 3.应力集中 4.零件尺寸
零件截面积尺寸越大，越易发生脆断。
第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂
一、疲劳的基本概念
疲劳断裂：零件在交变载荷下经过较长时间的工作而发生断裂的现象。 二、疲劳断口的特征
三阶段：裂纹形成、扩展和最后断裂
断口形貌：疲劳源区、疲劳裂纹扩咱区、最后断裂区 三、疲劳抗力指标及其影响因素
KIC 1/2Ya