中职金工实训金属材料的力学性能剖析

教【教学组织】提问5分钟讲解75分钟小结5分钟布置作业5分钟【教学内容】

案 二第一章金属材料的力学性能金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。●使用性能是指金属材料为保证机械零件或工具正常工作应具备的性能，即在使用过程中所表现出的特性。使用性能包括力学性能〔或机械性能、物理性能和化学性能等。某种成形加工方法制成成品的难易程度。工艺性能包括铸造性能、锻压性能、焊接性能、热处理性能及切削加工性能等。第一节金属材料的强度与塑性一、力学性能的概念●金属材料的力学性能是指金属材料在力作用下所显示的与弹性和非弹性反响相关或涉及应力—应变关系的性能，又称机械性能，主要包括强度、硬度、塑性、韧性、疲乏强度等。●物体受外力作用后导致物体内部之间相互作用的力称为内力。σ(N/m2Mpa。●应变є是指由外力所引起的物体原始尺寸或外形的相对变化(%)。二、拉伸试验过程分析●拉伸试验是指用静〔缓慢〕拉伸力对试样进展轴向拉伸，通过测量拉伸力和伸长量，测定试样强度、塑性等力学性能的试验。圆柱形拉伸试样分为短圆柱形试样和长圆柱形试样两种。长圆柱形拉伸试样L=10dL=5d0 0 0 0●在进展拉伸试验时，拉伸力F和试样伸长量△L之间的关系曲线，称为力-伸长曲线。a〕拉伸前 b〕拉断后图1-1圆柱形拉伸试样 图1-2退火低碳钢的力—伸长曲线完整的拉伸试验和力一伸长曲线包括弹性变形阶段、屈服阶段、变形强化阶段、颈缩与断裂四个阶段。三、强度●强度是金属材料抵抗永久变形和断裂的力气。金属材料的强度指标主要有屈服强度〔或规定剩余伸长强度、抗拉强度等。屈服强度和规定剩余伸长应力〔或载荷不增加(保持恒定)照旧能连续伸长(变形)时的应力。屈服强度分为上屈服强度〔R〕和下屈服强度〔R。一般状况下，屈服强度指下屈服强度〔R。屈服强度eH eL eL是大多数机械零件选材和设计的依据。R=F/SeL s o时的应力，用符号R表示，如Rr抗拉强度。

表示规定剩余伸长率为0.2%时的应力。r0.2●抗拉强度是指拉伸试样拉断前承受的最大标称拉应力，用符号R表示。mR=F/Sm b oRm最大承载力气。四、塑性●塑性是金属材料在断裂前发生不行逆永久变形的力气。断后伸长率A或A

表示。A或A=(L-L)/L×100%

11.311.3 U 0 0使用短拉伸试样测定的断后伸长率用符号A表示；使用长拉伸试样测定的断后伸长率用符号A表示。断面收缩率

11.3●断面收缩率是指拉伸试样拉断后颈缩处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比号ZZ=(S-S)/S×100%0 U 0塑性好的金属材料简洁进展锻压、轧制等成形加工，所以，大多数机械零件除要求具有较高的强度外，还须有确定的塑性。

1-1标准与旧标准在强度与塑性方面的名词和符号比照GB/T228-2023标准GB/T228-1987旧标准名词符号GB/T228-2023标准GB/T228-1987旧标准名词符号名词符号断面收缩率Z断面收缩率断后伸长率A和A11.3断后伸长率δ5和δ10屈服强度-屈服点σs上屈服强度ReH上屈服点σsU下屈服强度ReL下屈服点σsL规定剩余伸长强度R，如Rr规定剩余伸长应力r0.2σr，如σr0.2抗拉强度R抗拉强度σbm●硬度是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的力气。常标注出各种硬度指标作为技术要求。金属材料的硬度值愈高，其耐磨性亦愈高。硬度测定方法有压入法、划痕法、回弹高度法等，其中压入法的应用最为普遍。在压入法中，常用的硬度测试方法有布氏硬度(HBW)、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC等)和维氏硬度(HV)三种。一、布氏硬度(HBW)●布氏硬度的试验原理是用确定直径的硬质合金球，以匹配的试验力压入试样外表，经规定的保持时间后，卸除试验力，测量试样外表的压痕直径d，然后依据压痕直径d计算其硬度值的方法，用符号HBW表示。布氏硬度试验范围上限为650HBW。150HBW10/1000/30表示用直径D为10mm的硬质合金球，在1000kgf(9.807kN)试验力作用下，试验力保持30s时测得的布氏硬度值是150；500HBW5/750表示用直径D为5mm的硬质合金球，在750kgf(7.355kN)试验力作用下，试验力保持10～15s时测得的布氏硬度值是500。图1-3布氏硬度计和试验原理示意图硬度值比较准确，数据稳定。但由于压痕较大，对金属外表的损伤较大，不宜测定太小或太薄的试样。布氏硬度试验主要用于测定原材料的硬度，如铸铁、非铁金属、经退火处理或正火处理的金属材料及其半成品。二、洛氏硬度〔HR〕●洛氏硬度试验原理是以锥角为120°的金刚石圆锥体或直径为1.5875mm的淬火钢球，压入试样外表，试验时，先加初试验力，然后加主试验力，压入试样外表之后，去除主试验力，在保存初试验力的状况下，依据试样图1-4洛氏硬度计和试验原理示意图洛氏硬度按选用的总试验力及压头类型的不同，常用A、B、C三种标尺。表1-2标尺压头洛氏硬度测试标准初试验力 主试验力适用测试材料有效值HRA120°金刚石圆锥体10kg 50kg硬质合金、外表淬火钢20～88HRB直径1.5875mm淬火钢球10kg 90kg退火钢、非铁金属20～100HRC120°金刚石圆锥体10kg 140kg一般淬火钢件20～7050HRC表示用“C”标尺测定的洛氏硬度值为50洛氏硬度试验的特点是：硬度试验压痕小，对试样外表损伤小，常用来直接检验成品或半成品零件的硬度，但是，由于压痕小，硬度值的准确性不如布氏硬度高，数据重复性差。在测试时要选取不同位置的三点测出硬度三、维氏硬度〔HV〕维氏硬度用符号HV表示，维氏硬度测定原理与布氏硬度相像。640HV30表示用30kgf(294.2N)试验力，试验力保持10～15s时测定的维氏硬度值是640；640HV30/20表示用30kgf(294.2N)试验力，试验力保持20s时测定的维氏硬度值是640。热处理的渗层硬度测量，其测量结果准确牢靠。但测取维氏硬度值时，需要测量对角线长度，然后查表或计算，而且进展维氏硬度测试时，对试样外表的质量要求高，测量效率较低，因此，维氏硬度没有洛氏硬度使用便利。第三节金属材料的韧性●韧性是金属材料在断裂前吸取变形能量的力气。金属材料的韧性大小通常承受吸取能量K〔单位是焦尔〕指标来衡量，而测定金属材料的吸取能量，通常承受夏比摆锤冲击试验方法来测定。一、夏比摆锤冲击试样夏比摆锤冲击试样有V型缺口试样和U型缺口试样两种。断，以便正确测定金属材料承受冲击载荷的力气。同一种金属材料的试样缺口愈深、愈锐利，吸取能量愈小，金属材料表现脆性愈显著。二、夏比摆锤冲击试验方法夏比摆锤冲击试验方法是在摆锤式冲击试验机上进展的。KVKU2mm的摆锤测定的吸取能量；KVKU8mm的摆锤测定的吸取能2 2 8 8量。吸取能量大，表示金属材料抵抗冲击试验力而不破坏的力气愈强。检验金属材料在冶炼、成形加工、热处理工艺等方面的质量。三、温度对吸取能量的影响吸取能量对温度格外敏感，随着试验温度的降低，吸取能量总的变化趋势是随着温度的降低而降低。转变温度。图1-8吸取能量—温度曲线性愈好。在选择金属材料时，应考虑其服役条件的最低温度必需高于金属材料的韧脆转变温度。第四节金属材料的疲乏强度一、疲乏现象●循环应力和循环应变是指应力或应变的大小、方向，都随时间发生周期性变化的一类应力和应变。●机械零件在循环载荷〔或循环应力、循环应变〕作用下，而且工作时所承受的应力值通常低于制作金属材料的屈服强度或规定剩余伸长应力，经过确定工作时间后发生突然断裂，这种现象称为金属材料的疲乏。争论说明：疲乏断裂首先是在零件的应力集中区域产生，先形成微小的裂纹核心〔裂纹源。随后在循环应力作用下，裂纹连续扩展和长大。由于疲乏裂纹不断扩展，使零件的有效工作面渐渐减小，造成零件实际承载区的应力不断增加，当应力超过金属材料的断裂强度时，则发生疲乏断裂，形成最终断裂区。二、疲乏强度环次数值N无穷大时所对应的最大应力值，称为疲乏强度。在工程实践中，一般是求疲乏极限，即对应于指定的循环基数下的中值疲乏强度。N=17N=1σ表示。-1图1-10对称循环应力图1-11疲乏断口示意图(渗碳、渗氮、碳-氮共渗)以及各种外表复合强化工艺等都可转变零件表层的剩余应力状态，从而使零件的疲乏【教学重点与难点】重点：金属材料的强度与塑性、硬度难点：韧性、疲乏现象和疲乏强度【教学方法与教学手段】利用试样、挂图等教具。利用多媒体资料进展短时演示。【小结与布置作业】小结本章主要介绍金属材料的力学性能指标的分类、含义、使用范围等内容。在学习之后，要留意以下几个方面：第一，要准确理解有关名词的定义和范围；其次，要学会利用把握的学问对日常生活中的现象进展分析和思考，试一试能否用学到的理论