任务二碳素钢的力学性能

任务二碳素钢的力学性能第一页，共三十七页，2022年，8月28日第二页，共三十七页，2022年，8月28日带着下列问题看书P8－10第三页，共三十七页，2022年，8月28日力学性能不仅是设计零件、选用材料时的重要依据。而且也是按验收标准来鉴定材料的依据以及对产品的工艺进行质量控制的重要参数碳钢的力学性能：第四页，共三十七页，2022年，8月28日常见的力学性能强度塑性硬度冲击韧度疲劳强度一般可以通过拉伸试验来测定第五页，共三十七页，2022年，8月28日拉伸试验在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法。弹性极限、伸长率、弹性模量、比例极限、面积缩减量、拉伸强度、屈服强度等第六页，共三十七页，2022年，8月28日强度是金属材料在静载荷作用下，抵抗永久变形和断裂的能力。主要有屈服强度δs和抗拉强度或强度极限δb两个指标第七页，共三十七页，2022年，8月28日塑性金属材料在静载荷作用下产生永久变形而不被破坏的能力，主要有伸长率和断面收缩率两个指标。第八页，共三十七页，2022年，8月28日绘出的拉伸图是一段曲线第九页，共三十七页，2022年，8月28日拉伸试验（1）弹性阶段OA：这一阶段试样的变形完全是弹性的，全部写出荷载后，试样将恢复其原长。此阶段内可以测定材料的弹性模量E。第十页，共三十七页，2022年，8月28日虚线代表什么虚线所示，这是因为试件开始变形之前机器的机件之间和试件与夹具之间留有空隙，所以当试验刚刚开始时，在拉伸图上首先产生虚线所示的线段，继而逐步夹紧，最后只留下试件的变形。为了消除在拉伸图起点处发生的曲线段。须将图形的直线段延长至横坐标所得相交点O，即为拉伸图之原点。第十一页，共三十七页，2022年，8月28日拉伸试验（2）屈服阶段BC：试样的伸长量急剧地增加，而万能试验机上的荷载读数却在很小范围内波动。如果略去这种荷载读数的微小波动不计，这一阶段在拉伸图上可用水平线段来表示。若试样经过抛光，则在试样表面将看到大约与轴线成45°方向的条纹，称为滑移线。第十二页，共三十七页，2022年，8月28日拉伸试验（3）强化阶段CE,试样经过屈服阶段后，若要使其继续伸长，由于材料在塑性变形过程中不断强化，故试样中抗力不断增长。第十三页，共三十七页，2022年，8月28日拉伸试验（4）颈缩阶段和断裂EF:试样伸长到一定程度后，荷载读数反而逐渐降低。此时可以看到试样某一段内横截面面积显著地收缩，出现“颈缩”的现象，一直到试样被拉断。断口呈杯锥状第十四页，共三十七页，2022年，8月28日拉伸试验：利用原始标距内的残余变形来计算材料断后伸长率A和断面收缩率Z，计算公式为：延伸率：

L0为试件之原始标距mm，Lu为试件拉断后标距mm。第十五页，共三十七页，2022年，8月28日拉伸试验截面收缩率：式中:Su为试件拉断后，颈缩处之最小截面积mm2第十六页，共三十七页，2022年，8月28日总结随着载荷的增加，图形沿倾斜的直线上升，到达A点及B点。过B点后，低碳钢进入屈服阶段（锯齿形的BC段），B点为上屈服点，即屈服阶段中力首次下降前的最大载荷第十七页，共三十七页，2022年，8月28日材料硬度试验方法硬度是材料机械性能的一种整体综合指标。硬度值不仅与材料的弹性极限、弹性模量、屈服极限、脆性、乃至于材料结晶状态、原子间键结合力和原子结构等都有关系,硬度测定的特点是不损坏工件、操作方便、迅速、效率高。第十八页，共三十七页，2022年，8月28日硬度试验方法分类

静压入试验——用以测定材料对永久变形的抗力。布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、显微硬度

划痕试验——测定材料对破裂的抗力。观察一种材料是否能被另一种材料划痕，马氏划痕硬度、莫氏划痕硬度第十九页，共三十七页，2022年，8月28日硬度试验方法分类

犁槽试验——将一钝头元件（通常为金刚石）以一定的载荷和相似条件下划过表面，以划痕宽度作为硬度的度量标准。第二十页，共三十七页，2022年，8月28日硬度试验方法分类

磨损试验——将试样压在一正在转动的圆盘上，以磨耗率作为硬度的度量标准冲蚀试验——在标准条件下将磨料冲射到试验表面上，以在一定时间内损失的材料重量作为硬度的度量标准第二十一页，共三十七页，2022年，8月28日硬度试验方法分类

回跳试验——或称弹性回跳法，测定材料对弹性变形的抗力。使一标准质量和尺寸的物体由试验表面弹回，取回跳高度作为硬度标准。肖氏硬度阻尼试验——也称摇摆试验，测定材料对永久变形的抗力。摇摆法硬度第二十二页，共三十七页，2022年，8月28日静压入硬度试验定义：抵抗永久压痕的能力。原理：在一定的时间间隔里，将硬质压头压入所要测试的金属表面，然后测量压痕的深度或大小。第二十三页，共三十七页，2022年，8月28日静压入硬度试验优点：材料的硬度和其他物理特性之间存在着某种关系，是一种非破坏性试验。分类：宏观硬度通常载荷在1KG以上显微硬度通常载荷小于1KG(1g-500g)纳米硬度通常在更小的载荷范围第二十四页，共三十七页，2022年，8月28日l

测量

将一定直径（10mm、5mm、2.5mm）的钢球在一定载荷下压入金属,保持一定时间后卸载,测量压痕直径,按下列公式计算硬度值HB:

P——

负荷(kgf)S——

压痕的球形表面积(mm2)D——

钢球直径(mm)d——

压痕直径(mm)h——

压痕深度(mm)压痕直径是在两个相互垂直方向上测量的平均值。常用的静压入硬度试验方法

布氏硬度试验(GB231-63)第二十五页，共三十七页，2022年，8月28日

对钢铁材料，

通常负荷采用3000kg，保持时间10~15s;对软金属，

负荷可降至500kg。通常硬度和负荷的关系为：3000kgBHN96-6001500kgBHN48-300500kgBHN16-100

常用的静压入硬度试验方法

布氏硬度试验(GB231-63)第二十六页，共三十七页，2022年，8月28日布氏硬度试样厚度一般不小于压痕深度的10倍,试验后压痕直径的大小应在

0.25D<d<0.6D,否则试验结果无效.

布氏硬度标记例:HB2.5/187.5/10=190表示2.5mm钢球187.5kg载荷保持10s.HB350表示10mm钢球3000kg载荷保持10s.第二十七页，共三十七页，2022年，8月28日

l

影响因素:

压头材料钢球直径钢球表面质量负荷大小负荷保持时间直径测量试样表面光洁度常用的静压入硬度试验方法

布氏硬度试验(GB231-63)第二十八页，共三十七页，2022年，8月28日l

测量

以金刚石圆锥或钢球作压头压入金属表面,先后两次施加载荷:初负荷(通常10kg)及总负荷(初负荷加主负荷)60、100、150kg,由两次负荷压痕深度之差,求得洛氏硬度.

洛氏硬度按所选压头和负荷不同分为15种,以HRA、HRC、HRB最为常用

常用的静压入硬度试验方法

洛氏硬度试验(GB230-63)

第二十九页，共三十七页，2022年，8月28日

常用的静压入硬度试验方法

洛氏硬度试验(GB230-63)

洛氏硬度HRAHRCHRB采用压头金刚石圆锥(120O)金刚石圆锥(120O)1.588mm钢球总负荷60kg150kg100kg常用范围70-8520–6725–100大致相当于维氏硬度390–900240-90060–240应用薄板、硬质合金`表面淬火等淬火钢、调质钢等低中碳钢、退火钢、铜合金、硬铝合金等第三十页，共三十七页，2022年，8月28日l

计算公式

h0----初负荷作用下的压痕深度mm.h1----加上主负荷并卸除,而保留初负荷时的压痕深度mm.

常用的静压入硬度试验方法

洛氏硬度试验(GB230-63)

第三十一页，共三十七页，2022年，8月28日l

影响因素:

金刚石圆锥压头角度金刚石圆锥压头顶端的球面半径钢球压头直径初负荷﹑总负荷﹑负荷施加速度测深装置的影响总负荷保持时间的影响.

常用的静压入硬度试验方法

洛氏硬度试验(GB230-63)

第三十二页，共三十七页，2022年，8月28日l

测量

采用136o

金刚石正方形角锥体压头。硬度值为所施加的负荷除以压痕的表面积

P-----所施加的负荷

（kgf）d-----压痕对角线的平均值

（mm）

l

影响因素:金刚石压头相对两面夹角、负荷大小及施加速度﹑显微镜刻度误差﹑压痕测量误差.

常用的静压入硬度试验方法

维氏硬度试验

第三十三页，共三十七页，2022年，8月28日冲击韧性第三十四页，共三十七页，2022年，8月28日疲劳强度在交变应力作用下，零件的工作