大学课件金属材料的力学性能p38

1、机械制造基础http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology第二节第二节 硬度硬度本章主要内容http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology第一节第一节 强度与塑性强度与塑性一、强度：一、强度： 所谓强度，是指金属材料在静载荷作所谓强度，是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。用下抵抗变形和断裂的能力。http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece a

2、nd technology图1.1圆形拉伸试样b)a)http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology力一伸长曲线力一伸长曲线 http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology强度指标强度指标应力应力屈服强度屈服强度弹性极限弹性极限抗拉强度抗拉强度http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology 强度指标是用应力值来表示的。强度指标是

3、用应力值来表示的。 单位截面积上的内力，称为应力，用符号单位截面积上的内力，称为应力，用符号表示表示。 应力：应力：http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology 金属材料能保持弹性变形的最大应力，金属材料能保持弹性变形的最大应力， 用用e e表示。表示。 弹性极限弹性极限http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology 使材料产生屈服现象的最小应力，用使材料产生屈服现象的最小应力，用s s表示表示 抗拉强度抗拉强度

4、试样断裂前能够承受的最大应力，称为抗拉强试样断裂前能够承受的最大应力，称为抗拉强度，用度，用b b表示。表示。 屈服强度屈服强度http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology 金属材料的载荷作用下，断裂前材料发生金属材料的载荷作用下，断裂前材料发生不可逆久变形的能力称为塑性。不可逆久变形的能力称为塑性。二、塑性二、塑性http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology 试样拉伸断裂时的绝对伸长量与原始长度值的百分率，用符

5、号表示 2.2.断面收缩率断面收缩率 试样拉断后，试样断口处横截面积的缩减量与原始横截面积之比值的百分度，用符号表示。 1. 1.伸长率伸长率http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology第二节第二节 硬度硬度一、布氏硬度二、洛氏硬度三、维氏硬度http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology 可用硬度试验机测定，常用的硬度指标有可用硬度试验机测定，常用的硬度指标有布氏硬度布氏硬度hbw、洛氏硬度（、洛氏硬度（hra、

6、hrb、hrc等）和维氏硬度等）和维氏硬度hv。 硬度是指金属材料抵抗局部变形，特别是硬度是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力塑性变形、压痕或划痕的能力 。http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology 2.2.标注标注 . .应用应用 1. 1.原理原理一、布氏硬度一、布氏硬度http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology1. 1.原理原理图1.3 布氏硬度原理图http:/ 金属材料的力学性

7、能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology 当压头为淬火钢球时，用当压头为淬火钢球时，用hbs表示，适合于表示，适合于布氏硬度值在布氏硬度值在450以下的材料；以下的材料； 当压头为硬质合金球时，用当压头为硬质合金球时，用hbw表示，适合表示，适合于布氏硬度值为于布氏硬度值为450-650的材料。的材料。3.3.应用应用2.2.标注标注 布氏硬度试验常用来测定原材料、半成品和布氏硬度试验常用来测定原材料、半成品和性能不均匀材料（如铸铁）的硬度。性能不均匀材料（如铸铁）的硬度。http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能nin

8、gxia institute of scinece and technology 2.2.常用洛氏硬度标尺及适常用洛氏硬度标尺及适用范围用范围 3.3.试验优缺点试验优缺点 1. 1.原理原理二、洛氏硬度二、洛氏硬度http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology图2.4 洛氏硬度试验原理 1. 1.原理原理http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology2.2.常用洛氏硬度标尺及适用范围常用洛氏硬度标尺及适用范围 硬度

9、符号硬度符号 所用压所用压头头 总试验总试验力力f/n适用范适用范围围hr应用范围应用范围 hra 金刚石金刚石圆锥圆锥 588.42088碳化物、硬质合碳化物、硬质合金、淬火工具钢、金、淬火工具钢、浅层表面硬化钢浅层表面硬化钢hrb1.588mm钢钢球球 980.720100 软钢、铜合金、软钢、铜合金、铝合金、可锻铸铝合金、可锻铸铁铁hrc金刚石金刚石圆锥圆锥1471 20-70淬火钢、调质钢、淬火钢、调质钢、深层表面硬化钢深层表面硬化钢http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology3.试验优缺点试验

10、优缺点 操作简单迅速，效率高，直接从指操作简单迅速，效率高，直接从指 示器上示器上读出硬度值；压痕小，故可直接测量成品或较读出硬度值；压痕小，故可直接测量成品或较薄工件的硬度；薄工件的硬度； 对于对于hra和和hrc采用金刚石压头，可采用金刚石压头，可 测量测量高硬度薄层和深层的材料。高硬度薄层和深层的材料。 u优点：优点：http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology 由于压痕小，测得的数值不够准确，通由于压痕小，测得的数值不够准确，通常要在试样不同部位测定四次以上，取其常要在试样不同部位测定四次以上，

11、取其平均值为该材料的硬度值。平均值为该材料的硬度值。 缺点缺点http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology 2.2.常用试验力及其常用试验力及其适用范围适用范围 3. 3.试验优缺点试验优缺点1. 1.原理原理三、维氏硬度三、维氏硬度http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology 维氏硬度值用四棱锥压痕单位面积上所维氏硬度值用四棱锥压痕单位面积上所承受的平均压力表示，符号承受的平均压力表示，符号hvhv。1. 1.

12、原理原理http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology图图1-5 1-5 维氏硬度试验原理示意图维氏硬度试验原理示意图http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology2.2.常用试验力及其适用范围常用试验力及其适用范围 维氏硬度试验适用范围宽，尤其适用测定金维氏硬度试验适用范围宽，尤其适用测定金属镀层、薄片金属及化学热处理的表面属镀层、薄片金属及化学热处理的表面 层（渗层（渗碳层、渗氮层等）硬度，其结果精确可靠。碳层、

13、渗氮层等）硬度，其结果精确可靠。 维氏硬度试验所用试验力视其试样大小、薄维氏硬度试验所用试验力视其试样大小、薄厚及其他条件，可在厚及其他条件，可在49.03980.7n的范围内选的范围内选择试验力。择试验力。 http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology3.3.试验优缺点试验优缺点 优点：优点： 与布氏、洛氏硬度试验比较，维氏硬度试验不与布氏、洛氏硬度试验比较，维氏硬度试验不存在试验力与压头直径有一定比例关系的约束；也存在试验力与压头直径有一定比例关系的约束；也不存在压头变形问题，压痕轮廓清晰，采用对角

14、线不存在压头变形问题，压痕轮廓清晰，采用对角线长度计量，精确可靠，硬度值误差较小。长度计量，精确可靠，硬度值误差较小。http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology 其硬度值需要先测量对角线长度，然后其硬度值需要先测量对角线长度，然后经计算或查表确定，故效率不如洛氏硬度经计算或查表确定，故效率不如洛氏硬度试验高。试验高。 缺点：缺点：http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology一、概念一、概念二、冲击试验二、冲击试

15、验三、冲击韧度指标三、冲击韧度指标http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology加载速度很快而作用时间很短的突发性载荷。加载速度很快而作用时间很短的突发性载荷。2.2.冲击韧度冲击韧度1. 1.冲击载荷冲击载荷金属抵抗冲击载荷而不破坏的能力。金属抵抗冲击载荷而不破坏的能力。一、概念一、概念http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology1. 1.原理原理 试样缺口有试样缺口有u u和和v v两种两种2.2.试样试样二、

16、冲击试验二、冲击试验目前常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定金属材目前常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定金属材料的韧度料的韧度, ,其试验原理如图其试验原理如图2.62.6所示。所示。 http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology图1-6 摆锤式冲击试验示意图http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology a）试样安放位置 b）冲击示意图 图1-7 冲击试验原理a）b）http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能nin

17、gxia institute of scinece and technology三、冲击韧度指标三、冲击韧度指标 冲击韧度值分别以冲击韧度值分别以ku和和kv表示。表示。 kv值越大，值越大，材料的冲击韧度越好材料的冲击韧度越好; kv值越小，材料的冲击韧值越小，材料的冲击韧度越差。度越差。http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology第四节第四节 疲劳强度疲劳强度一、概念：一、概念：1、交变载荷2、金属的疲劳3、疲劳强度二、疲劳曲线与疲劳极限二、疲劳曲线与疲劳极限http:/ 金属材料的力学性能金属材料

18、的力学性能ningxia institute of scinece and technology 在交变载荷作用下经过长时间工作发生的在交变载荷作用下经过长时间工作发生的破坏现象。破坏现象。2.2.金属的疲劳金属的疲劳 大小和方向随时间作用期性变化的载荷。大小和方向随时间作用期性变化的载荷。1. 1.交变载荷交变载荷http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ningxia institute of scinece and technology 材料在无数次交变载荷作用下而不破坏的材料在无数次交变载荷作用下而不破坏的最大应力。在对称弯曲循环载荷作用下的疲劳最大应力。在对称弯曲循环载荷作用下的疲劳强度用强度用-1 -1表示。表示。3.3.疲劳强度疲劳强度http:/ 金属材料的力学性能金属材料的力学性能ning