九章 金属材料的性能

第九章

金属材料的性能

材料的性能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热处理性能焊接性能9.1金属材料的力学性能定义:

是指金属材料在外力的作用下所表现出来的抵抗能力。力学性能强度硬度冲击韧度疲劳强度主要指标：塑性韧性一、拉伸试验拉伸试验机*拉伸试样：长试样：L0=10d0短试样：L0=5d0d0L0力—伸长曲线FesbkLFsFbO屈服弹性变形缩颈断裂塑性变形塑性变形:外力去除后不能消失的变形弹性(elasticity):金属材料受外力作用时产生变形,当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。弹性变形(elasticdeformation):

随载荷撤除而消失的变形。

弹性极限(elasticlimit):

Fe

弹性极限载荷(N)

σe

=

(Mpa)

S0

试样原始横截面积(mm2)拉伸试样的颈缩现象力—伸长曲线FesbkLFsFbO屈服弹性变形缩颈断裂塑性变形强度(strength):

材料在力的作用下抵抗变形和破坏的能力。种类:

抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等。

(2)屈服极限(yieldstrength):屈服点S

Fs

σs

=

(Mpa)

S0试样屈服时的载荷(N)试样原始横截面积(mm2)规定无明显屈服现象的材料屈服应力：

s=0.2=

Fr0.2/S0slF0.20.2%l0o(3)强度极限(tensilestrength):

试样在断裂前所能承受的最大应力。

Fb

试样断裂前的最大载荷(N)

σb=

(Mpa)

S0试样原始横截面积(mm2)塑性(plasticity):是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。(1)断面收缩率(percentagereductioninarea):是指试样拉断处横截面积S1

的收缩量与原始横截面积S0之比。

S0-S1

ψ=×100%S0

(2)断后伸长率(延伸率)specificelongation:

是指试样拉断后的标距伸长量L1与原始标距L0之比。

L1–L0δ=×100%L0

δ<2~5%属脆性材科δ≈5~10%属韧性材料δ>10%属塑性材料长试样：δ10简写为δ

短试样：δ5

同一种材料的δ5>δ10硬度(hardness)1.定义：

是指材料抵抗其它更硬物体压入其表面的能力。2.硬度试验方法：（1）压入法（2）划痕法（3）回跳法

布氏硬度HB

洛氏硬度HR

维氏硬度HV压入法(一)布氏硬度HB(Brinell-hardness)布氏硬度计

试验原理：

用一定直径的压头（球体），以相应试验力压入待测表面，保持规定时间卸载后，测量材料表面压痕直径，以此计算出硬度值。

FFHB=——=————SDh

Dh=———2

Dd——–——22

22布氏硬度值450的材料

选用淬火钢球压头例如：200HBS350HBS布氏硬度值450~650的材料

选用硬质合金球压头例如：550HBW600HBW3.标注：符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kg（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。4.特点：优点：测量误差小（因压痕大），数据稳定，重复性强。缺点：压痕面积较大，测量费时。应用：常用于测量较软材料、灰铸铁、有色金属、退火正火钢材的硬度。不适于测量成品零件或薄件的硬度。(二)洛氏硬度HR(Rockwllhardness)观看洛氏硬度1.压头：120º金刚石圆锥体钢球钢球HRAHRCHRB2.试验原理：

用锥顶角为120°的金刚石圆锥或直径1.588mm的淬火钢球，以相应试验力压入待测表面，保持规定时间卸载后卸除主试验力，以测量的残余压痕深度增量来计算出硬度值。00112332h1h2h3h1-1初载10kgh12-2总载150kgh23-3卸载140kgh3最后测得：残余压痕深度增量hHR=C-h/0.002h=h3-h1HR=h/0.002洛氏硬度值的表示：70~85HRA25~100HRB20~70HRCHRA、HRB、HRC分别测得的硬度，不可直接比较大小例如：50HRC<70HRA〤

50HRB>40HRC〤3.特点：优点：测量操作简单，方便快捷，压痕小；测量范围大，能测较薄工件。缺点：测量精度较低，可比性差，不同标尺的硬度值不能比较。是生产中应用最广泛的硬度试验方法。可用于成品检验和薄件表面硬度检验。不适于测量组织不均匀材料。应用：(三)维氏硬度HV

(diamondpenetratorhardness)维氏硬度计1.压头：锥面夹角为136º的金刚石正四棱锥体2.试验原理：

与布氏硬度试验原理基本相同。只是压头改用了金刚石四棱锥体。冲击韧度(toughness):材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。1.定义：冲击试验机冲击试样和冲击试验示意图2.金属的夏比冲击试验:试样冲断时所消耗的冲击功Ak为:

Ak=mgH–mgh(J)g

冲击韧度ak

就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击吸收功。

AK

ak=