《金属加工与实训》第1章 第1节 材料的力学性能

金属加工与实训金属加工与实训 第第1 1章章 第第1 1节节 材料的力学性能材料的力学性能 1金属加工与实训第第1章金属材料及热处理基础2第11节金属材料的 力学性能 11 学习目的通过本次课的学习 了解金属材料的主要力学性能 22 主要内容 11 强度 22 塑性 33 硬度 44 冲击韧性 55 疲劳强度31 1强度1 2塑性1 3硬度1 4冲击韧性1 5疲劳强度 第11节金属材料的力学性能4使用性能工艺性能力学性能物理性能化 学性能铸造性能锻压性能焊接性能热处理性能切削加工性能金属材 料的性能第11节金属材料的力学性能力学性能是指金属在外力的作 用下 抵抗变形和破坏的能力 本节主要介绍各种力学性能指标的物理意义 技术意义及对材料力 学性能的影响 金属材料的力学性能主要有强度 塑性 硬度 韧性和疲劳强度强 度和塑性硬度冲击韧度疲劳强度静载时材料的力学性能动载时材料 的力学性能5第11节金属材料的力学性能61 1强度 一 拉伸实验拉伸试样GB T228 xx 金属材料室温拉伸试验方法 规定有圆形 矩形 多边形 环形等试样 常用标准圆截面试样 长试样L0 10d0短试样L0 5d0圆形标准拉伸试样7将标准圆形拉伸试 样装夹在拉伸试验机上 缓慢地加载 静载荷 随着载荷的增加 试样逐渐伸长 直至拉断 在试验过程中 试验机自动记录每一瞬间载荷和伸长量 并绘出它 们之间的关系曲线 称为拉伸曲线 1 1强度拉伸试验机拉伸试样的颈缩现象1 1强度89拉伸曲线op段比 例弹性变形阶段pe段非比例弹性变形阶段s段屈服阶段 呈平台或锯 齿状sb段均匀塑性变形阶段 是强化阶段b点形成了 缩颈 bk段非 均匀变形阶段 承载下降 到k点断裂 L Fo pe sb k 低碳钢的拉伸曲线1 1强度强度金属抵抗永久变形和断 裂的能力 弹性极限是材料产生完全弹性变形时所能承受的最大应力值 用 e 表示 单位为MPa 屈服强度是材料开始产生明显塑性变形时的最低应力值 常以下屈服强度R eL s 作为屈服强度的值 单位为MPa 对于高碳钢 铸铁等材料 以试样拉伸时产生0 2 残余延伸率所对 应的应力为规定残余延伸强度 记为R r0 2 0 2 即所谓的 条件屈服强度 抗拉强度是试样拉断前所能承受的最大应力值 用R m b 表示 单位为MPa 10 二 强度指标1 1强度111 2塑性刚度是指材料受力时抵抗弹性变形 的能力 弹性模量是指材料在弹性范围内的应力与应变的比值 用E表示 单 位为MPa 塑性是指材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力 断后伸长率是指试样拉断后标距长度的残余伸长 断后标距L u与原始标距L0之差 与原始标距长度L0的百分比 用符号A 表示 断面收缩率是指断裂后试样横截面积的最大缩减量 原始横截面积S o与断后最小横截面积S u之差 与原始横截面积S o之比的百分率 用符号Z 表示 121 3硬度硬度是指材料抵抗局部变形 特别是塑性变形 压痕或划 痕的能力 它是衡量材料软硬程度的指标 特点硬度是通过硬度试验测得的 硬度试验方法简单 迅速 不需要专门的试样 不损坏工件 因此 在生产和科研中得到广泛应用 分类测定硬度的方法很多 压入法测定的硬度值表征材料表面抵抗 硬物侵入的能力 常用的有布氏硬度 洛氏硬度和维氏硬度试验方 法 131 布氏硬度测定原理用直径为D的淬火钢球或硬质合金球做压头 在试验力F的作用下压入被测金属表面 保持规定的时间后卸除试 验力 则在金属表面留下一压坑 压痕 用读数显微镜测量其压 痕直径d 求出压痕表面积 用试验力F除以压痕表面积所得的商作 为被测金属的布氏硬度值 用符号HB表示 布氏硬度试验原理示意图1 3硬度1 3硬度1418表示方法当压头为淬 火钢球时 布氏硬度用符号HBS表示 适合于测定布氏硬度值在450以 下的材料 如320HBS 压头为硬质合金压头时 用HBW表示 适用于 布氏硬度大于450且小于650的材料 如540HBW 应用范围适于测定退火钢 正火钢 调质钢 铸铁及有色金属的硬 度 也用于试验经淬火 回火但硬度不高的钢件 特点测量误差小 数据稳定 适合于测量组织粗大且不均匀的金属 材料的硬度 如铸铁 轴承合金等 但试验较费时 压痕较大 不宜用于测太薄件或成品 也不能用来 测太硬的材料 1 3硬度 162 洛氏硬度测定原理用一个顶角为120 的金刚石圆锥体或直径 为1 588mm的淬火钢球为压头 在规定载荷F作用下压入被测试材料 表面 通过测定压头压入的深度来确定其硬度值 实测时 硬度值的大小由硬度计的指示器上直接读出 洛氏硬度试验原理示意图表示方法洛氏硬度用符号HR表示 最常用 的标尺为HRA HRB HRC 符号HR前面的数字为硬度值 后面为使用 的标尺 如55HRC表示用C标尺测定的材料洛氏硬度值为55 1 3硬度17常用的三种洛氏硬度试验规范 同一台硬度计 不同的压 头和总试验力会组成不同的洛氏硬度标尺 常用的洛氏硬度标尺有A B C三种 其中 C标尺的应用范围最广 特点试验操作简便迅速 测量硬度值范围大 压痕小 可直接测量 成品或较薄工件的硬度 但测定结果不够准确 三种洛氏硬度标尺的试验条件和适用范围1 3硬度 183 维氏硬度将顶部两相对面具有规定角度 136 的正四棱 锥体金刚石压头 在载荷P的作用下压入试样表面 保持一定时间后 卸除载荷 在试样表面压出一个四方锥形压痕 试验载荷P除以压痕 表面积所得的商即为维氏硬度 用符号HV表示 维氏硬度试验原理示意图1 3硬度应用范围维氏硬度试验主要用于材 料研究和科学试验方面 小负荷维氏硬度试验主要用于测试小型精 密零件的硬度 表面硬化层硬度和有效硬化层深度 镀层的表面硬 度 薄片材料和细线材的硬度 刀刃附近的硬度等 显微维氏硬氏试验主要用于金属学和金相学研究 用于测定金属组 织中各组成相的硬度 研究难熔化合物脆性等 显微维氏硬度试验 还用于极小或极薄零件的测试 零件厚度可薄至3 m 1 3硬度19201 3材料的冲击韧性韧性材料在塑性变形和断裂过程中 吸收能量的能力 摆锤式冲击试验原理示意图验一次冲击弯曲试验试样摆放在试验机 的支座上 将质量为G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A K A K数值在试验机的刻度盘上直接读出 211 3材料的冲击韧度冲击韧度材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能 力 冲击韧度值就是试样缺口处单位横截面积上的冲击吸收功 即将冲 击吸收功A K除以试样断口处的横截面积 冲击韧度用符号a K表示 单位为J cm2 韧脆转变温度在某一温度范围内冲击韧度值发生急剧下降的现象称 为韧脆转变 或冷脆 发生韧脆转变的温度范围称为韧脆转变温 度 韧脆转变温度曲线示意图221 4材料的疲劳强度交变载荷载荷大小和 方向随时间发生周期变化的载荷 疲劳断裂零件在交变载荷下经过长时间工作而发生断裂的现象成为 疲劳断裂 疲劳断裂过程裂纹萌生 疲劳裂纹扩展 断裂