第1章金属材料的力学性能

1、金属金属加工加工性能、材料性能、材料铸造、锻压、切削铸造、锻压、切削焊接、热处理焊接、热处理铸造铸造焊接焊接切削切削金金属属材材料料的的性性能能使用性能使用性能工艺性能工艺性能金属材料为保证机械金属材料为保证机械零件或工具零件或工具正常工作正常工作应具备的性能应具备的性能金属材料在制造零件金属材料在制造零件或工具的过程中，或工具的过程中，适适应各种冷、热加工应各种冷、热加工的的性能性能力学性能力学性能物理性能物理性能化学性能化学性能铸造性能铸造性能焊接性能焊接性能锻压性能锻压性能切削性能切削性能热处理性能热处理性能第一节第一节 金属材料的强度和塑性金属材料的强度和塑性 力学性能是指金属材料在力

2、的作用下所力学性能是指金属材料在力的作用下所显示的与显示的与弹性弹性和和非弹性非弹性反应相关或涉及反应相关或涉及应应力力应变应变关系的性能。关系的性能。强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度拉伸试验拉伸试验 拉伸试验是指静拉伸力对试样进行拉伸试验是指静拉伸力对试样进行轴向拉伸轴向拉伸，通，通过测量拉伸力和伸长量来测定试样过测量拉伸力和伸长量来测定试样强度、塑性强度、塑性等力学等力学性能的试验性能的试验拉伸试验机拉伸试验机拉伸试拉伸试样样拉伸试验试样经过的四拉伸试验试样经过的四个阶段及力个阶段及力伸长曲线伸长曲线弹性变形阶段弹性变形阶段屈服阶段屈服阶段变形强化阶段变形强

3、化阶段颈缩和断裂阶段颈缩和断裂阶段金属材料的强度金属材料的强度 强度是指金属材料强度是指金属材料抵抗永久抵抗永久变形变形和和断裂断裂的能力。的能力。屈服强度屈服强度Re抗拉强度抗拉强度Rm是指在拉伸试验过程中，是指在拉伸试验过程中，不增加的情况下，不增加的情况下，拉伸试样仍然能继续伸长拉伸试样仍然能继续伸长时的应力。时的应力。发生于发生于屈屈服阶段服阶段上屈服强度上屈服强度 ReH下屈服强度下屈服强度 ReL专指屈服强度专指屈服强度是指拉伸试样是指拉伸试样拉断前拉断前所承受的最大拉应力。所承受的最大拉应力。发生于发生于颈缩颈缩和断裂阶段和断裂阶段表征金属材料在表征金属材料在静拉伸条件静拉伸条件

4、下的下的最大承载能力最大承载能力金属材料的强度金属材料的强度金属材料的塑性金属材料的塑性 塑性是指金属材料在断裂前塑性是指金属材料在断裂前发生发生不可逆永久变形不可逆永久变形的能力。的能力。断后伸长率断后伸长率 A断面收缩率断面收缩率 Z是指在拉伸试样拉断后的是指在拉伸试样拉断后的标距伸长标距伸长与原始标距与原始标距的百分比的百分比是指拉伸试样是指拉伸试样拉断前拉断前所承受的所承受的最大拉应力。最大拉应力。金属材料的金属材料的塑性塑性A=(Lu-Lo)/LoA=(Lu-Lo)/Lo 100%100%Z Z=(So-Su)/So=(So-Su)/So 100%100% 对零件的加工和使用有对零件

5、的加工和使用有重大意义重大意义，塑性好塑性好的材料的材料易加工易加工 硬度是金属材料硬度是金属材料抵抗局部变抵抗局部变形形，特别是，特别是塑性变形、压痕或划塑性变形、压痕或划痕痕的能力。的能力。第二节第二节 金属材料金属材料的硬度的硬度金属材料的硬度金属材料的硬度 硬度是衡量金属材料硬度是衡量金属材料软硬软硬程程度的一种性能指标。度的一种性能指标。 硬度与零件的耐磨性有直接硬度与零件的耐磨性有直接关系，金属材料的关系，金属材料的硬度值越高硬度值越高，其其耐磨性越高耐磨性越高。金属材料的硬度金属材料的硬度硬度的测定方法：硬度的测定方法： 压入法压入法、划痕法、回弹高度法、划痕法、回弹高度法硬度的

6、表达方法：硬度的表达方法： 布氏布氏硬度硬度（HBW） 洛氏洛氏硬度硬度（HR） 维氏维氏硬度硬度（HV）金属材料的硬度金属材料的硬度布氏布氏硬度硬度（HBW）金属材料的硬度金属材料的硬度布氏布氏硬度硬度（HBW） 布氏硬度（布氏硬度（HBW）是用一定直径的）是用一定直径的硬质合硬质合金球金球，以一定的试验力，以一定的试验力压入试件表面压入试件表面，保持规定，保持规定时间后，卸除试验力，测量试样表面的时间后，卸除试验力，测量试样表面的压痕直径压痕直径d，据，据d计算计算其硬度值其硬度值的方法。的方法。布氏硬度（布氏硬度（HBW）的表达）的表达 硬度数值硬度数值+HBW如如 150HBW布氏硬度

7、（布氏硬度（HBW）的试验范围上限）的试验范围上限 为为650金属材料的硬度金属材料的硬度洛氏硬度洛氏硬度（HR）金属材料的硬度金属材料的硬度洛洛氏氏硬度硬度（HR） 洛氏硬度洛氏硬度（HR）是用）是用锥角为锥角为120度的金刚石度的金刚石圆锥体圆锥体或或直径为直径为1.5875mm的硬质合金球的硬质合金球压入试压入试样表面，先加初试验力，再加主试验力，去除主样表面，先加初试验力，再加主试验力，去除主试验力，测量试样表面的压痕深度，据试验力，测量试样表面的压痕深度，据深度深度计算计算其硬度值其硬度值的方法。的方法。金属材料的硬度金属材料的硬度洛洛氏氏硬度硬度（HR） 洛氏硬度的测试有三个标尺洛

8、氏硬度的测试有三个标尺A、B、C标尺标尺压头压头适用测试材料适用测试材料有效值有效值HRA120金刚石金刚石圆锥体圆锥体硬质合金、表面淬火钢硬质合金、表面淬火钢2088HRBD=1.5875的的硬质合金球硬质合金球退火钢、非铁金属退火钢、非铁金属20100HRC120金刚石金刚石圆锥体圆锥体一般淬火钢件一般淬火钢件2070金属材料的硬度金属材料的硬度洛洛氏氏硬度硬度（HR）洛氏硬度洛氏硬度（HR）的表达的表达 硬度硬度数值数值+HRA（HRB、HRC）如如 50HRC金属材料的硬度金属材料的硬度维氏维氏硬度硬度（HV） 维氏硬度维氏硬度（HV）是是用用相对面夹角为相对面夹角为136度度的的正四

9、棱锥金刚石作为压头，正四棱锥金刚石作为压头，以一定的试验力以一定的试验力压入压入试件表面试件表面，保持规定时间后，卸除试验力，测量，保持规定时间后，卸除试验力，测量试样表面的试样表面的压压痕痕对角线长度对角线长度，据，据长度长度计算计算其硬度其硬度值值的方法。的方法。维氏硬度（维氏硬度（ HV ）的表达的表达 硬度数值硬度数值+HV如如 640HV维氏硬度维氏硬度（HV）的试验范围上限的试验范围上限 为为51000 韧性韧性是金属材料在是金属材料在断裂前吸断裂前吸收变形能量收变形能量的能力。的能力。第三节第三节 金属材料金属材料的韧性的韧性自行车的钢架自行车的钢架教室中的电视机架教室中的电视机

10、架自行车的踏板自行车的踏板经常被打的乒乓球经常被打的乒乓球第三节第三节 金属材料金属材料的韧性的韧性静止载荷静止载荷冲击载荷冲击载荷韧性韧性 金属材料的韧性大小通常采金属材料的韧性大小通常采用用吸收能量吸收能量K来衡量。来衡量。 材料材料的的“韧韧”实际上是与实际上是与“脆脆”相对的。相对的。 吸收能量吸收能量K的大小通常是用的大小通常是用夏比摆锤冲夏比摆锤冲击试验方法击试验方法来测定来测定摆锤冲击试样摆锤冲击试样 冲击试样有冲击试样有V形形缺口和缺口和U形缺口两种形缺口两种 开缺口是为了开缺口是为了在缺口附近造成在缺口附近造成应力应力集中集中，使塑性变形局，使塑性变形局限在缺口附近，限在缺口

11、附近，保证保证缺口处发生断裂缺口处发生断裂。 冲击试样越深，越尖锐，吸收能量越少，表现冲击试样越深，越尖锐，吸收能量越少，表现的韧性越差，脆性越显著的韧性越差，脆性越显著温度对吸收能量的影响温度对吸收能量的影响泰坦尼克号的沉没泰坦尼克号的沉没温度对吸收能量的影响温度对吸收能量的影响2008中国南方的冻雨中国南方的冻雨温度对吸收能量的影响温度对吸收能量的影响 当温度当温度降至某一数值降至某一数值时，吸收能量时，吸收能量急剧下急剧下降降，金属材料会由，金属材料会由韧性断裂韧性断裂变为变为脆脆性断裂性断裂，这，这种现象称为冷脆转变。种现象称为冷脆转变。 金属材料在不同温度的冲击试验中，金属材料在不同

12、温度的冲击试验中，吸收能吸收能量急剧变化量急剧变化或断口或断口韧性急剧转变韧性急剧转变的温度区域，称的温度区域，称为韧脆转变温度。为韧脆转变温度。 金属材料的韧脆转变温度越低，金属材料的金属材料的韧脆转变温度越低，金属材料的低温抗冲击性越好。如非合金钢的韧脆转变温度低温抗冲击性越好。如非合金钢的韧脆转变温度为为20第四节第四节 金属材料金属材料的疲劳强度的疲劳强度静载荷静载荷冲击载荷冲击载荷循环载荷循环载荷 循环应力和应变是指应力和应变的循环应力和应变是指应力和应变的大小、方向大小、方向都随着都随着时间发生周期性的变化时间发生周期性的变化的应力和应变的应力和应变。 零件在零件在低于低于制作该零件的金属材料的制作该零件的金属材料的屈服强度屈服强度或规定残余伸长应力的或规定残余伸长应力的循环应力循环应力的作用下，经过一的作用下，经过一定工作时间后会突然发生断裂，这种现象为定工作时间后会突然发生断裂，这种现象为金属材金属材料的疲劳料的疲劳。 细铁丝在没有钳子的情况下，你有办法弄断吗？细铁丝在没有钳子的情况下，你有办法弄断吗？疲劳现象疲劳现象 疲劳断裂疲劳断裂与与静载荷的断裂静载荷的断裂是不同的。是不同的。疲劳断裂不产生明显的塑性变形，断裂是突疲劳断裂不产生明显的塑性变形，断裂是突然发生的，具有很大的危险性。然发生的，具有很大的危险性。疲劳疲劳强度强度 金属材料在金属材料在循