第一章_工程材料力学性能

工程材料与热加工 第一章 金属的力学性能第一节 材料的静态力学性能1.拉伸试样GB6397-86规定 金属拉伸试样 有：圆形、矩形、异型及全截面常用标准圆截面试样。长试样： L0=10d0;短试样： L0=5d0拉伸试样一、拉伸试验拉伸试验录像二、强 度2.拉伸过程动画演示拉伸试样的颈缩现象拉伸试验 机v op段：比例弹性变形阶段；v pe段：非比例弹性变形阶段；v 平台或锯齿（ es段 ）：屈服阶段；v sb段：均匀塑性变形阶段，是强化阶段。v b点 ：形成了 “缩颈 ”。v bk段：非均匀变形阶段，承载下降，到k点断裂。v 断裂总伸长为 Of， 其中塑形变形 Og(试样断后测得的伸长 )，弹性伸长 gf。 lFl bl ul FbbkFss o g feFepFp3.拉伸曲线4.应力与应变曲线 (1)应力 ：单位面积上试样承受的载荷。用试样承受的载荷除以试样的原始横截面积 S 0表示 : F 载荷 ( N ) = ( M pa ) S 0 原始横截面积 ( mm2) (2)应变 ： 单位长度的伸长量。用试样的伸长量除以试样的原始标距表示 : l 伸长量 (mm ) = - l 0 原始长度 ( mm) (3)应力应变曲线 （ - 曲线 ） : 形状和拉伸曲线相同，单位不同bse退火低碳钢低、中回火钢淬火钢及铸铁中碳调质钢不同材料的拉伸曲线5. 屈服强度 ( 塑性变形量为 0.2% ，微量塑性变形 )F0.20.2 = ( M Pa ) S 0 试样原始横截面 ( mm2)试样产生 0.2% 残余塑性变形时的载荷 (N)0.2：试样产生残余塑性变形 0.2% 时的应力试样产生 0.2% 残余塑性变形屈服点 s 、屈服强度 0.2是零件设计的主要依据；也是评定金属强度的重要指标之一。6.抗拉强度： 试样在断裂前所能承受的最大应力。v 它表示材料抵抗断裂的能力。v 是零件设计的重要依据；也是评定金属强度的重要指标之一。F b 试样断裂前的最大载荷(N)b = ( M Pa ) S 0 试样原始横截面积 ( mm2)bse三、塑性v塑性 : 材料在外力作用，抵抗塑性变形和断裂能力。v塑性的表征： 拉伸时的 断后伸长率 和 断面收缩率v1、试样伸长率试样拉断后的标距（ mm）试样原始标距（ mm）v2、断面收缩率试样断裂后缩颈处的最小横截面积（ mm2）试样原始截面积（ mm2）强度是表征材料变形抗力指标，塑性是描述变形能力的指标。注：v长试样（ L0=10d0）伸长率 -10短试样（ L0=5d0） ）伸长率 - 5同一种材料： 5 10塑形材料： 5%，如，低碳钢；脆性材料： 5%；如，铸铁。 、 越大，塑形越好。应用： 板、棒、线材、型材加工工艺，考虑了其塑形特点。第二节 硬度v硬度：表征材料抵抗局部塑形变形的能力；反应 材料的软硬程度指。v应用：机械加工、耐磨性、使用寿命。v测试方法：v压入法：（破坏小）压头 材料表面载荷 压痕深度F/S硬度(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )布氏硬度计 压头设备布氏硬度试验（单击）动画演示布氏硬度计算式及符号表示不写单位： kgf/mm2；当 F的单位取（ N）时，加系数 0.102HBS： 淬火钢球作压头， 适用于 450HBS;HBW： 硬质合金作压头， 适用于 450HBS650HBS;HB表示方法XXX HBS(W) XX / XXX / XX硬度值 压头直径（mm2）试验力（0.102N）试验力保持时间 （ s）500HBW5/750表示用直径 5mm硬质合金球在 7355N试验力作用下保持 1015s测得的布氏硬度值为 500例子：120HBS10/1000/30表示用直径 10mm钢球压头在 9807N试验力作用下保持 30s测得的布氏硬度值为 120v特点及适用范围优点：测量数值稳定，准确；缺点：压痕大，操作费时，不适用批量生产和薄形件；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。适用范围(2)洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness )h1-h0洛氏硬度测试示意图10HRCHBS洛氏硬度计洛氏录像（单击）洛氏硬度测量动画模拟洛氏硬度级别及其应用范围v 洛氏硬度标尺为 HRA、 HRB、HRC三种，压头的类型、试验力下表选择：硬度符号压头类型载荷F/k g 硬度有效范围 使用范围HRA 金刚石圆锥体60 70 85 测量硬质合金、钢表、淬火层或渗碳层HRB 直径为1.588mm钢球100 25 100（相当 60 230HB）测量非铁金属退火、退火等HRC 金刚石圆锥体150 20 67(相当 HB230 700)调质钢、淬火钢等v硬度值 +HR表示方法例： 52HRC70HRA特点及适用范围优点：操作简便，压痕小，用于成品和薄形件；缺点：数据代表性不足，至少测 3点求平均值；洛氏硬度 HRC可以用于硬度很高的材料，在钢件热处理质量检查中应用最多。(3)维氏硬度 HV( diamond penetrator hardness )适用范围 : 测量薄板类 ; HVHBS ;单击开始第三节 冲击韧性v在设计和制造受冲击载荷的零件和工具（如锻锤、冲床、铆钉枪等）时，必须考虑所用材料的冲击吸收功或冲击韧度。v冲击韧度：材料在冲击载荷的作用下，抵抗变形和断裂的能力。用 k表示， 采用一次冲击试验测量。冲击韧性 ( notch toughness )试验 GB229-84 摆锤式冲击韧度试验原理冲击试验录像（单击）冲击试验机 冲击试样和冲击试验示意图动画模拟演示试验在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。v冲击功 Ak 计算： 冲击试样消耗的能量。Ak = mg (H-h) （ J）v冲击韧度