金属材料力学性能及实验.ppt

第一章 金属的力学性能及试验方法,金属材料性能：使用性能和工艺性能 使用性能：为保证机械零件或工具正常工作，材料应具备的性能，它包括物理性能（如导电性、导热性、热膨胀性等）、化学性能（如抗腐蚀性、抗氧化性等）和力学性能。 工艺性能：在制造机械零件或工具的过程中，材料适应各种冷、热加工和热处理的性能，它包括铸造、锻造、焊接、切削加工等工艺性能以及热处理工艺性等。 力学性能：材料在外力作用下所显示的性能，又称机械性能，如强度、硬度、塑性、韧性、抗疲劳性等。,一、强度 强度：金属抵抗永久变形和断裂的能力 拉伸试验法：拉伸试验在拉伸试验机上进行,一、强度 强度：金属抵抗永久变形和断裂的能力 拉伸试验法：拉伸试验在拉伸试验机上进行 拉伸试样：圆形试样（断面为圆形），根据GB639786的规定，拉伸试样分为长比例试样或短比例试样。对圆形试样：长试样l=10d。；短试样l=5d。,拉伸曲线：在开始的 阶段，材料处于弹性变形阶段；超过e点后，除弹性变形外，材料开始产生塑性变形，曲线在S点处出现一小段水平 线段，这种现象称为“屈服”，标志着材料发生微量塑性变形。当拉伸力达到 后，在试样的标距长度内某处，横截面发生局部收缩，即产生“缩颈”现象，此时拉伸力开始减小，故b点为曲线上集中干预部，直至断裂（k点）。,拉伸曲线：在开始的 阶段，材料处于弹性变形阶段；超过e点后，除弹性变形外，材料开始产生塑性变形，曲线在S点处出现一小段水平 线段，这种现象称为“屈服”，标志着材料发生微量塑性变形。当拉伸力达到 后，在试样的标距长度内某处，横截面发生局部收缩，即产生“缩颈”现象，此时拉伸力开始减小，故b点为曲线上集中干预部，直至断裂（k点）。,内力：试样受拉伸力F作用后，导致材料内部之间产生同样大 小的相互作用力 应力：单位横截面积上的内力， 。 屈服点（屈服极限）：金属产生屈服现象时的应力 。 屈服强度：工程技术上一般规定，以试样产生的塑性变形伸长量达到02时的应力，0.2 。 抗拉强度（强度极限）：金属拉断前承受的最大拉应力，,二、塑性 塑性：金属材料断裂前发生永久变形的能力 断后伸长率：试样拉断后标距的伸长量与原始标距的百分比 由于同一材料用不同长度的试样测得的断后伸长率数值不同，因此应注明试样尺寸比例。 断面收缩率：试样拉断处横截面积的减小量与原始横截面积的百分比， 强度是表征材料变形抗力指标，而塑性是描述变形能力的指标。,第二节 硬度及硬度试验,硬度：金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力 一、布氏硬度试验法 布氏硬度试验的原理：用一定直径D（mm）的钢球或硬质合金球，以相应的试验力F（N）压入试件表面，并保持一定的时间，然后卸除试验力，测量试件表面的压痕直径d（mm），用试验力除以压痕球形表面积A（mm2）所得的商作为布氏硬度值，符号为HBS（压头为钢球时）或HBW（压头为硬质合金球时）。,HBS适用于测量低于布氏硬度值450的材料；HBW适用于测量低于布氏硬度值650的材料。 试验时，根据被测的材料不同，球直径、试验力及试验力保持时间按表-1选择。,表,120HBS10100030代表用 10mm钢球，在1000kgf（10kN）试验力作用下保持30s，测得的布氏硬度值。 布氏硬度试验法一般用于试验各种硬度不高的钢材、铸铁、有色金属等，也用于试验经淬火、回火但硬度不高的钢件。 由于布氏硬度试验的压痕较大，试验结果能更好地代表试件的硬度。,二、洛氏硬度实验,洛氏硬度试验法原理：根据压痕的塑性变形深度来衡量硬度。试验时，先加初始试验力 98N（10kgf），使压头紧密接触试件表面a，并压入到b处，以此作为衡量压入深度的起点，再加主试验力使压头压入到c处，然后去掉主试验力，由于被试金属弹性变形的消除，压头向上回升到d处。洛氏硬度计表盘上读出即可。,二、洛氏硬度实验,洛氏硬度试验法原理：根据压痕的塑性变形深度来衡量硬度。试验时，先加初始试验力 98N（10kgf），使压头紧密接触试件表面a，并压入到b处，以此作为衡量压入深度的起点，再加主试验力使压头压入到c处，然后去掉主试验力，由于被试金属弹性变形的消除，压头向上回升到d处。洛氏硬度计表盘上读出即可。,二、洛氏硬度实验,洛氏硬度试验法原理：根据压痕的塑性变形深度来衡量硬度。试验时，先加初始试验力 98N（10kgf），使压头紧密接触试件表面a，并压入到b处，以此作为衡量压入深度的起点，再加主试验力使压头压入到c处，然后去掉主试验力，由于被试金属弹性变形的消除，压头向上回升到d处。洛氏硬度计表盘上读出即可。,试验时，根据被测的材料不同，压头的类型、试验力及按表-2选择，对应的洛氏硬度标尺为HRA、HRB、HRC三种,表-2,第三节 韧性和冲击试验,冲击力：零件受到突然作用的外力 韧性：金属在冲击力作用下，断裂前吸收变形能量的能力。韧性愈好，代表金属的抗冲击能力愈强。 一、摆锤式一次冲击试验 按GB22984的规定，将被试金属制成标准的冲击试样。,摆锤式一次冲击试验原理：试验在专门的摆锤式冲击试验机上进行，把试样放在试验机的支承面上，试样的缺口背向摆锤冲击方向。将质量为m的摆锤安放到规定的高度H，然后下落，将试样打断，并摆过支点升到某一高度h，试样在冲击试验力一次作用下，折断时所吸收的功为冲击吸收功为Ak,摆锤式一次冲击试验原理：试验在专门的摆锤式冲击试验机上进行，把试样放在试验机的支承面上，试样的缺口背向摆锤冲击方向。将质量为m的摆锤安放到规定的高度H，然后下落，将试样打断，并摆过支点升到某一高度h，试样在冲击试验力一次作用下，折断时所吸收的功为冲击吸收功为Ak,摆锤式一次冲击试验原理：试验在专门的摆锤式冲击试验机上进行，把试样放在试验机的支承面上，试样的缺口背向摆锤冲击方向。将质量为m的摆锤安放到规定的高度H，然后下落，将试样打断，并摆过支点升到某一高度h，试样在冲击试验力一次作用下，折断时所吸收的功为冲击吸收功为Ak,实际上，冲击吸收功AK数值可由试验机读出，而无需计算 冲击韧度：将冲击吸收功AK值除以试样缺口底部的横载而积 A0（cm2）得到的值 ak=AK/A0 冲击韧度作为衡量材料刚性的依据,实际上，冲击吸收功AK数值可由试验机读出，而无需计算 冲击韧度：将冲击吸收功AK值除以试样缺口底部的横载而积 A0（cm2）得到的值 ak=AK/A0 冲击韧度作为衡量材料刚性的依据,二、多次重复冲击试验的概念,在小能量多次冲击破坏时，应进行多次重复冲击 试验测定其多冲抗力 材料制成专门的多冲缺口试样1放在多冲试验机 上，使之受到试验机锤头2的小能量（15J)多次 冲击。测定材料在一定冲击能量下，开始出现裂 纹或最后破断的冲击次数作为多冲抗力指标,第四节 金属疲劳的概念,交变压力：是指大小和方向构随时间周期变化的应力 金属的疲劳：在多次交变应力作用，金属会在远小于抗拉强度b，甚至小于屈服点s。的应力下失效（出现裂纹或完全断裂）。 疲劳曲线：实验证明，一般钢铁材料所受交变应力最大值max与其失效前的应力循环次数（疲劳寿命） N的曲线关系。 疲劳极限-1：材料可经受无数次应力循环而不失效的应力值。 通常规定经受107循环周次而不失效的最大应力为钢铁的疲劳极限,第四节 金属疲劳的概念,交变压力：是指大小和方向构随时间周期变化的应力 金属的疲劳：在多次交变应力作用，金属会在远小于抗拉强度b，甚至小于屈服点s。的应力下失效（出现裂纹或完全断裂）。 疲劳曲线：实验证明，一般钢铁材料所受交变应力最大值max与其失效前的应力循环次数（疲劳寿命） N的曲线关系。 疲劳极限-1：材料可经受无数次应力循环而不失效的应力值。 通常规定经受107循环周次而不失效的最大应力为钢铁的疲劳极限,1,107(108),N,疲劳破坏的过程：一般认为，在突变应力作用下，材料的某些局部