第1章金屬材料的性能

1、第第 1 1 章章 金屬材料的性能金屬材料的性能 金屬材料的性能金屬材料的性能 分為使用性能和工藝性分為使用性能和工藝性 能。能。 使用性能使用性能 為保證工件正常工作材料應(yīng)具為保證工件正常工作材料應(yīng)具 備的性能。金屬使用性能包括備的性能。金屬使用性能包括力學(xué)性能、物理力學(xué)性能、物理 性能，化學(xué)性能性能，化學(xué)性能。 工藝性能工藝性能 材料在加工過程中所表現(xiàn)出的材料在加工過程中所表現(xiàn)出的 性能。性能。金屬使用性能包括金屬使用性能包括包括包括鑄造、鍛壓、焊鑄造、鍛壓、焊 接、熱處理和切削加工性能接、熱處理和切削加工性能等。等。 1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能 金屬材料的力學(xué)性

2、能是金屬抵抗外加載荷引起金屬材料的力學(xué)性能是金屬抵抗外加載荷引起 的變形和斷裂的能力，又稱機械性能。金屬的常用的變形和斷裂的能力，又稱機械性能。金屬的常用 力學(xué)性能主要有強度、塑性、硬度、韌性和疲勞強力學(xué)性能主要有強度、塑性、硬度、韌性和疲勞強 度等。度等。 一、強度與塑性一、強度與塑性 強強 度度 是指金屬在靜載荷作用下抵抗永久變是指金屬在靜載荷作用下抵抗永久變 形和斷裂的能力。形和斷裂的能力。 塑塑 性性 是指金屬在靜載荷作用下發(fā)生不可逆是指金屬在靜載荷作用下發(fā)生不可逆 變形的能力。變形的能力。 拉伸試樣拉伸試樣 根據(jù)根據(jù)GB6397-86GB6397-86金屬拉伸試樣金屬拉伸試樣 要求，

3、將被測金屬材料制成圖所示的標(biāo)準(zhǔn)試樣。要求，將被測金屬材料制成圖所示的標(biāo)準(zhǔn)試樣。 圖中圖中d do o為試樣直徑，為試樣直徑，lo o為測定塑性用的標(biāo)距長度。為測定塑性用的標(biāo)距長度。 試樣分為長試樣和短試樣，對圓形拉伸試樣，試樣分為長試樣和短試樣，對圓形拉伸試樣，長試長試 樣樣lo o=10 d=10 do o ；短試樣短試樣lo o=5 d=5 do o 。 拉伸試驗拉伸試驗 拉伸試驗是在拉伸試驗是在 拉伸試驗機拉伸試驗機上進行上進行 的。的。 金屬材料的強度和塑性是通過金屬材料的強度和塑性是通過拉伸試驗拉伸試驗測定出測定出 來的。來的。 試驗時，將試樣裝夾在試驗機上，在試樣兩端試驗時，將試樣

4、裝夾在試驗機上，在試樣兩端 緩慢地施加軸向拉伸載荷緩慢地施加軸向拉伸載荷，使試樣承受軸向靜拉力。，使試樣承受軸向靜拉力。 隨著載荷不斷增加，試樣被逐步拉長，隨著載荷不斷增加，試樣被逐步拉長，直到拉斷直到拉斷。 在拉伸過程中，試驗機將自動記錄每一瞬間的載荷在拉伸過程中，試驗機將自動記錄每一瞬間的載荷F F 和伸長量和伸長量l，并繪出拉伸曲線。，并繪出拉伸曲線。 低碳鋼的拉伸曲線低碳鋼的拉伸曲線 拉斷后的試樣拉斷后的試樣 拉伸試驗視頻拉伸試驗視頻 低碳鋼拉伸曲線分析低碳鋼拉伸曲線分析 低碳鋼在拉伸過程中試樣所受拉力與伸長量低碳鋼在拉伸過程中試樣所受拉力與伸長量ll之之 間有如下關(guān)系：間有如下關(guān)系：

5、 opop段：段：為一條斜線，為一條斜線， 試樣伸長量試樣伸長量l與拉力成與拉力成 正比關(guān)系，完全符合虎正比關(guān)系，完全符合虎 克定律。在此拉力和變克定律。在此拉力和變 形范圍內(nèi)，去除拉力，形范圍內(nèi)，去除拉力， 材料能恢復(fù)到原來的尺材料能恢復(fù)到原來的尺 寸和形狀，為寸和形狀，為彈性變形彈性變形 階段；階段； pepe段：段：在該區(qū)間，伸長量與拉力不在該區(qū)間，伸長量與拉力不成正比關(guān)系成正比關(guān)系， 伸長量與拉力之間的關(guān)系不符合比例關(guān)系，但去除伸長量與拉力之間的關(guān)系不符合比例關(guān)系，但去除 拉力后，材料仍能恢復(fù)到原來的尺寸和形狀，因此拉力后，材料仍能恢復(fù)到原來的尺寸和形狀，因此 該階段仍為該階段仍為彈性

6、變形階段彈性變形階段； eses段：段：該段曲線呈該段曲線呈 現(xiàn)水平或鋸齒形，試樣現(xiàn)水平或鋸齒形，試樣 表現(xiàn)為在表現(xiàn)為在拉力不增加拉力不增加的的 情況下，情況下，伸長量卻繼續(xù)伸長量卻繼續(xù) 增加增加；去除載荷后，材；去除載荷后，材 料已不能恢復(fù)原狀，開料已不能恢復(fù)原狀，開 始出現(xiàn)塑性變形，這種始出現(xiàn)塑性變形，這種 現(xiàn)象稱為現(xiàn)象稱為屈服屈服； sb sb段：段：當(dāng)拉力超過屈服點拉力后，試樣隨拉力當(dāng)拉力超過屈服點拉力后，試樣隨拉力 的增加繼續(xù)伸長直到的增加繼續(xù)伸長直到b b點，該階段為均勻變形階段；點，該階段為均勻變形階段； bkbk段：段：在試樣的在試樣的 局部開始產(chǎn)生收縮，局部開始產(chǎn)生收縮， 產(chǎn)

7、生產(chǎn)生“縮頸縮頸”現(xiàn)象，此現(xiàn)象，此 時試樣承受拉力的能時試樣承受拉力的能 力下降直至力下降直至k k點而斷裂。點而斷裂。 1 1強度指標(biāo)強度指標(biāo) 強度是用強度是用應(yīng)力應(yīng)力來表示的，即材料受載荷作用后來表示的，即材料受載荷作用后 內(nèi)部產(chǎn)生一個與載荷相平衡的內(nèi)力，單位面積上的內(nèi)部產(chǎn)生一個與載荷相平衡的內(nèi)力，單位面積上的 內(nèi)力稱為應(yīng)力，用內(nèi)力稱為應(yīng)力，用表示，即：表示，即： =F/S=F/S0 0 常用的強度指標(biāo)有常用的強度指標(biāo)有彈性極限、屈服點和抗拉強彈性極限、屈服點和抗拉強 度度。 （1 1）彈性極限彈性極限 彈性極限是指試樣產(chǎn)生完全彈性極限是指試樣產(chǎn)生完全 彈性變形時所能承受的最大應(yīng)力，用符號

8、彈性變形時所能承受的最大應(yīng)力，用符號e e表示，表示， 單位為單位為MPaMPa。彈性極限的值可下式計算：。彈性極限的值可下式計算： e e=F=Fe e/S/S0 0 （2 2）屈服點屈服點 屈服點是指試樣在拉伸試驗過程屈服點是指試樣在拉伸試驗過程 中，中，力不增加力不增加（或保持恒定）仍然能（或保持恒定）仍然能繼續(xù)伸長繼續(xù)伸長時的時的 最小應(yīng)力最小應(yīng)力。屈服點用符號。屈服點用符號s s表示，單位為表示，單位為MPaMPa。屈。屈 服點的值可用下式計算：服點的值可用下式計算： s s=F=Fs s/S/S0 0 對于沒有明顯的屈服對于沒有明顯的屈服 現(xiàn)象的材料，無法確定出現(xiàn)象的材料，無法確定

9、出 屈服點，按屈服點，按GB/T228GB/T228規(guī)定，規(guī)定， 可用試樣標(biāo)距部分可用試樣標(biāo)距部分殘余伸殘余伸 長量長量為為0.2%0.2%時所對應(yīng)的應(yīng)時所對應(yīng)的應(yīng) 力值力值0.2 0.2（又稱為 （又稱為屈服屈服 強度強度）來表示。）來表示。 （3 3）抗拉強度抗拉強度 抗拉強度是指試樣拉斷前抗拉強度是指試樣拉斷前 所能承受的所能承受的最大應(yīng)力值最大應(yīng)力值，用符號，用符號b b表示，單位表示，單位 為為MPaMPa。b b可用下式計算：可用下式計算： b b=F=Fb b/S/S0 0 屈服點（或屈服強度）、抗拉強度屈服點（或屈服強度）、抗拉強度是金屬是金屬 材料的兩個重要力學(xué)性能指標(biāo)，也是

10、大多數(shù)機材料的兩個重要力學(xué)性能指標(biāo)，也是大多數(shù)機 械零件選材和設(shè)計的依據(jù)。因為零件不能在超械零件選材和設(shè)計的依據(jù)。因為零件不能在超 過其屈服點（或屈服強度）的條件下工作，否過其屈服點（或屈服強度）的條件下工作，否 則會引起零件的塑性變形；更不能在超過其抗則會引起零件的塑性變形；更不能在超過其抗 拉強度的條件下工作，否則會導(dǎo)致零件的斷裂拉強度的條件下工作，否則會導(dǎo)致零件的斷裂 破壞。破壞。 2. 2.塑性塑性 塑性是材料在外力的作用下產(chǎn)生塑性是材料在外力的作用下產(chǎn)生塑性變形而不塑性變形而不 破壞破壞的能力。材料的塑性指標(biāo)可以用試樣拉斷時的的能力。材料的塑性指標(biāo)可以用試樣拉斷時的 最大相對變形量最

11、大相對變形量來表示，常用的塑性指標(biāo)有來表示，常用的塑性指標(biāo)有伸長率伸長率 （斷后伸長率）和斷面收縮率（斷后伸長率）和斷面收縮率。 （1 1）斷后伸長率斷后伸長率斷后伸長率是試樣拉斷后的斷后伸長率是試樣拉斷后的 標(biāo)距增長量與原始標(biāo)距之比標(biāo)距增長量與原始標(biāo)距之比，用符號，用符號表示，可用表示，可用 下式計算：下式計算： =（L L1 1-L-L0 0）/L/L0 0100%100% 材料的伸長率是隨原始標(biāo)距長度的增加而減小材料的伸長率是隨原始標(biāo)距長度的增加而減小 的，同一材料的短試樣要比長試樣所測得的伸長率的，同一材料的短試樣要比長試樣所測得的伸長率 大大20%20% 50%50%左右，因此圓形長

12、、短兩種試樣的伸長左右，因此圓形長、短兩種試樣的伸長 率分別用率分別用10 10和 和5 5表示。表示。 （2 2）斷面收縮率斷面收縮率 斷面收縮率是指試樣拉斷后斷面收縮率是指試樣拉斷后 縮頸處橫截面積的縮頸處橫截面積的縮減量縮減量與與原始橫截面積原始橫截面積之比，用之比，用 符號表示，可用下式計算：符號表示，可用下式計算： =（A0-A）/A0 100%100% 和和值愈大，材料的塑性愈好值愈大，材料的塑性愈好。良好的塑性不。良好的塑性不 僅是金屬材料進行軋制、鍛造、沖壓、焊接的必要僅是金屬材料進行軋制、鍛造、沖壓、焊接的必要 條件，而且在使用時萬一條件，而且在使用時萬一超載超載，由于產(chǎn)生塑

13、性變形，由于產(chǎn)生塑性變形， 能夠能夠避免突然斷裂避免突然斷裂。 二、硬度二、硬度 硬度是指材料硬度是指材料抵抗局部變形抵抗局部變形，特別是，特別是塑性變形、塑性變形、 壓痕或劃痕壓痕或劃痕的能力，它是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)。的能力，它是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)。 硬度試驗和拉伸試驗都是在硬度試驗和拉伸試驗都是在靜態(tài)力靜態(tài)力下測定材料力學(xué)下測定材料力學(xué) 性能的，但硬度試驗由于基本上不損傷試樣，簡便性能的，但硬度試驗由于基本上不損傷試樣，簡便 迅速，不需要單獨制作試樣，而是在工件上直接進迅速，不需要單獨制作試樣，而是在工件上直接進 行測試，因而在生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。行測試，因而在生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。 硬

14、度測定方法有硬度測定方法有壓入法、劃痕法、回彈法壓入法、劃痕法、回彈法等，等， 其中其中壓入法在生產(chǎn)中的應(yīng)用最為普遍壓入法在生產(chǎn)中的應(yīng)用最為普遍。壓入法是在。壓入法是在 規(guī)定試驗力的作用下，將壓頭壓入金屬表面，然后規(guī)定試驗力的作用下，將壓頭壓入金屬表面，然后 根據(jù)壓痕的面積大小或深度測定其硬度值。目前生根據(jù)壓痕的面積大小或深度測定其硬度值。目前生 產(chǎn)中應(yīng)用較多的是產(chǎn)中應(yīng)用較多的是布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度 試驗法。試驗法。 1 1布氏硬度布氏硬度 HBHB30003000布氏硬度計布氏硬度計 1 1指示燈指示燈 2 2壓頭壓頭 3 3工作臺工作臺 4 4立柱立柱

15、5 5絲杠絲杠 6 6手輪手輪 7 7載荷砝碼載荷砝碼 8 8壓緊螺釘壓緊螺釘 9 9定時器定時器 1010加載按鈕加載按鈕 布氏硬度的試驗原理是用一定直徑布氏硬度的試驗原理是用一定直徑D D的的淬火淬火 鋼球或硬質(zhì)合金球鋼球或硬質(zhì)合金球，在規(guī)定的試驗載荷，在規(guī)定的試驗載荷F F的作用的作用 下壓入被測金屬表面（如圖所示），停留一定下壓入被測金屬表面（如圖所示），停留一定 的時間后卸除載荷，在被測金屬表面上留下一的時間后卸除載荷，在被測金屬表面上留下一 直徑為直徑為d d的壓痕，測量壓痕直徑的壓痕，測量壓痕直徑d d，并由此計算，并由此計算 壓痕的球缺面積壓痕的球缺面積A A， 然后再求出然后

16、再求出壓痕的壓痕的 單位面積上所承受單位面積上所承受 的平壓力的平壓力，以此作，以此作 為被測金屬的布氏為被測金屬的布氏 硬度值。硬度值。 布氏硬度值可用下式計算：布氏硬度值可用下式計算： 式中式中 F F載荷，載荷，kgfkgf； D D壓頭的直徑，壓頭的直徑，mmmm； d d被測金屬的壓痕直徑，被測金屬的壓痕直徑，mmmm。 布氏硬度實驗視頻布氏硬度實驗視頻 布氏硬度實驗用布氏硬度實驗用壓頭直徑壓頭直徑有有1010、5 5、2.52.5、2 2 和和1mm1mm五種規(guī)格；五種規(guī)格； 載荷（單位為載荷（單位為kgfkgf）與壓頭直徑平方的比值）與壓頭直徑平方的比值 （F/DF/D2 2）有

17、）有3030、1515、1010、5 5、2.52.5、1.251.25和和1 1共共7 7種，種， 具體可根據(jù)金屬材料的種類和布氏硬度范圍按具體可根據(jù)金屬材料的種類和布氏硬度范圍按 表選定；表選定； 載荷的保持時間載荷的保持時間黑色金屬為黑色金屬為101015s15s，有色，有色 金屬為金屬為30s30s，布氏硬度值小于，布氏硬度值小于3535時為時為60s60s。 F 2 D / 材材 料料布布 氏氏 硬硬 度度 鋼及鑄鐵鋼及鑄鐵 140140 140140 1010 3030 銅及其合金銅及其合金 3535 3535130130 130130 5 5 1010 3030 輕金屬及其合金輕

18、金屬及其合金 3535 35358080 8080 2.52.5（或（或1.251.25） 1010（或（或5 5、1515） 1010（或（或1515） 鉛、錫鉛、錫1.251.25（或（或1 1） 布氏硬度試驗布氏硬度試驗F/DF/D2 2值的選擇值的選擇 布氏硬度的標(biāo)注方法布氏硬度的標(biāo)注方法 布氏硬度用布氏硬度用HBHB表示，表示， 在使用淬火鋼球壓頭時用在使用淬火鋼球壓頭時用HBSHBS表示，適合于布氏硬表示，適合于布氏硬 度值在度值在450450以下以下的材料；使用硬質(zhì)合金壓頭時，用的材料；使用硬質(zhì)合金壓頭時，用 HBWHBW表示，適合于布氏硬度值在表示，適合于布氏硬度值在45045

19、0650650的材料。的材料。 所測得的硬度值應(yīng)在硬度符號的前面，硬度所測得的硬度值應(yīng)在硬度符號的前面，硬度 符號的后面用相應(yīng)的數(shù)字注明壓頭直徑、試驗力符號的后面用相應(yīng)的數(shù)字注明壓頭直徑、試驗力 大小（大?。╧gfkgf）和試驗力保持的時間（一般試驗力保）和試驗力保持的時間（一般試驗力保 持時間為持時間為101015s15s時不標(biāo)）。時不標(biāo)）。 例如：例如：180HBS10/1000/30180HBS10/1000/30表示用直徑為表示用直徑為10mm10mm 的淬火鋼球，在的淬火鋼球，在1000kgf1000kgf載荷作用下保持載荷作用下保持30s30s測得測得 的布氏硬度值為的布氏硬度值為

20、180180；500HBW5/750500HBW5/750表示用直徑為表示用直徑為 5mm5mm的硬質(zhì)合金球，在的硬質(zhì)合金球，在750kgf750kgf載荷作用下保持載荷作用下保持 101015s15s測得的布氏硬度值為測得的布氏硬度值為500500。 布氏硬度的優(yōu)點布氏硬度的優(yōu)點 壓痕面積較大、其硬度值壓痕面積較大、其硬度值 比較穩(wěn)定，故測試數(shù)據(jù)重復(fù)性好，能客觀地反映比較穩(wěn)定，故測試數(shù)據(jù)重復(fù)性好，能客觀地反映 被測金屬的平均硬度，試驗結(jié)果較準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)重被測金屬的平均硬度，試驗結(jié)果較準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)重 復(fù)性強；復(fù)性強； 缺缺 點點 測量費時，壓痕大，不宜測試成品測量費時，壓痕大，不宜測試成品 或薄片

21、零件的硬度。或薄片零件的硬度。 2洛氏硬度洛氏硬度 洛氏硬度試驗法是用一個洛氏硬度試驗法是用一個錐角為錐角為120度度的的金金 剛石圓錐體剛石圓錐體或或直徑為直徑為1.588mm的淬火鋼球的淬火鋼球，在規(guī)，在規(guī) 定載荷作用下壓入被測金屬表面，由壓頭在金屬定載荷作用下壓入被測金屬表面，由壓頭在金屬 表面所形成的表面所形成的壓痕的深度壓痕的深度來確定其硬度值。來確定其硬度值。 試驗時，先加初載試驗時，先加初載 荷（荷（98.07N98.07N），然后加），然后加 主載荷，在初載荷主載荷，在初載荷+ +主主 載荷的壓力下保持一段載荷的壓力下保持一段 時間之后，去除主載荷，時間之后，去除主載荷， 在保

22、留初載荷的情況下，在保留初載荷的情況下， 根據(jù)試樣的根據(jù)試樣的壓痕深度壓痕深度e e 來衡量金屬硬度的大小。來衡量金屬硬度的大小。 洛氏硬度試驗視頻洛氏硬度試驗視頻 洛氏硬度試驗原理圖洛氏硬度試驗原理圖 洛氏硬度的計算：洛氏硬度的計算： 式中式中k k為常數(shù)，用金剛石圓錐作壓頭時，為常數(shù)，用金剛石圓錐作壓頭時，k k0.20.2 ；用鋼球作壓頭時，；用鋼球作壓頭時，k k0.260.26。 洛氏硬度的標(biāo)注洛氏硬度的標(biāo)注 洛氏硬度值為一洛氏硬度值為一無名數(shù)無名數(shù)， 硬度數(shù)值寫在符號硬度數(shù)值寫在符號HRHR的前面，的前面，HRHR后面為使用的標(biāo)后面為使用的標(biāo) 尺，如尺，如60HRC60HRC表示用

23、表示用“C C”標(biāo)尺測定的洛氏硬度值為標(biāo)尺測定的洛氏硬度值為 6060。在試驗時，洛氏硬度值均由硬度計的。在試驗時，洛氏硬度值均由硬度計的刻度盤刻度盤 上直接讀出上直接讀出。 特特 點點 壓痕小，對試樣表面損傷小，常用來壓痕小，對試樣表面損傷小，常用來 直接檢驗成品或半成品的硬度；試驗操作迅速簡直接檢驗成品或半成品的硬度；試驗操作迅速簡 便，可以直接從試驗機上讀出硬度值。當(dāng)采用不便，可以直接從試驗機上讀出硬度值。當(dāng)采用不 同標(biāo)尺時，可測量出從極軟到極硬材料的硬度。同標(biāo)尺時，可測量出從極軟到極硬材料的硬度。 缺缺 點點 壓痕小，對內(nèi)部組織和硬度不均勻的壓痕小，對內(nèi)部組織和硬度不均勻的 材料，所測

24、結(jié)果不夠準(zhǔn)確。因此，在測試洛氏硬材料，所測結(jié)果不夠準(zhǔn)確。因此，在測試洛氏硬 度時在被測金屬的不同位置的三點測出硬度值，度時在被測金屬的不同位置的三點測出硬度值， 再計算其平均值。再計算其平均值。 3 3維氏硬度維氏硬度 維氏硬度的測定原理維氏硬度的測定原理 與布氏硬度相同與布氏硬度相同。不同的。不同的 是維氏硬度采用的是用一是維氏硬度采用的是用一 個相對面夾角為個相對面夾角為136136的的 金剛石正四棱錐作壓頭。金剛石正四棱錐作壓頭。 維氏硬度視頻維氏硬度視頻 維氏硬度值的計算：維氏硬度值的計算： 布氏硬度的標(biāo)注與布氏硬度一樣，習(xí)慣上也只布氏硬度的標(biāo)注與布氏硬度一樣，習(xí)慣上也只 寫出硬度數(shù)值

25、而不標(biāo)出單位。在硬度符號寫出硬度數(shù)值而不標(biāo)出單位。在硬度符號HV之前的之前的 數(shù)字為硬度值，數(shù)字為硬度值，HV后面的數(shù)值依次表示載荷和載荷后面的數(shù)值依次表示載荷和載荷 保持的時間（保持時間為保持的時間（保持時間為1015s時不標(biāo)注）。如：時不標(biāo)注）。如： 640HV30表示在表示在30kgf載荷作用下，保持載荷作用下，保持1015s 測得的維氏硬度值為測得的維氏硬度值為640。 620HV3020表示在表示在 30kgf載荷作用下，保持載荷作用下，保持20s測得的維氏硬度值為測得的維氏硬度值為 620。 維氏硬度的特點維氏硬度的特點 適用范圍廣，從極軟到極適用范圍廣，從極軟到極 硬的材料都可以

26、進行測量，連續(xù)性好，可測量硬的材料都可以進行測量，連續(xù)性好，可測量 較薄或表面硬度值較大的材料的硬度。尤其適較薄或表面硬度值較大的材料的硬度。尤其適 用于零件表面層硬度的測量，如化學(xué)熱處理的用于零件表面層硬度的測量，如化學(xué)熱處理的 滲層硬度測量。滲層硬度測量。 缺缺 點點 維氏硬度測試時對試樣表面質(zhì)量要維氏硬度測試時對試樣表面質(zhì)量要 求較高，測試過程比較麻煩，效率較低，沒有求較高，測試過程比較麻煩，效率較低，沒有 洛氏硬度方便，因此不適用于生產(chǎn)現(xiàn)場的常規(guī)洛氏硬度方便，因此不適用于生產(chǎn)現(xiàn)場的常規(guī) 試驗，且因所施加的試驗載荷小，壓入深度較試驗，且因所施加的試驗載荷小，壓入深度較 淺，所測數(shù)據(jù)精確度

27、不高。淺，所測數(shù)據(jù)精確度不高。 三、沖擊韌性三、沖擊韌性 以很大速度作用于工件上的載荷稱為以很大速度作用于工件上的載荷稱為沖擊沖擊 載荷載荷。 金屬材料在沖擊載荷的作用下，抵抗破壞金屬材料在沖擊載荷的作用下，抵抗破壞 的能力叫做的能力叫做沖擊韌性沖擊韌性。 實際使用的大多數(shù)零件和工具在工作過程實際使用的大多數(shù)零件和工具在工作過程 中往往受到的是沖擊力的作用，如鍛錘的錘桿、中往往受到的是沖擊力的作用，如鍛錘的錘桿、 沖床的沖頭等，這些工件除要求強度、塑性、沖床的沖頭等，這些工件除要求強度、塑性、 硬度外，還必須具有足夠抵抗沖擊載荷能力。硬度外，還必須具有足夠抵抗沖擊載荷能力。 沖擊試驗沖擊試驗

28、沖擊試樣沖擊試樣 有夏比有夏比U U型缺口試樣和夏比型缺口試樣和夏比V V型缺口型缺口 試樣兩種。試樣兩種。 U U型缺口試樣型缺口試樣 V V型缺口試樣型缺口試樣 沖擊試驗原理沖擊試驗原理 沖擊功沖擊功 擺錘在沖斷試樣過程中所消耗的能擺錘在沖斷試樣過程中所消耗的能 量。即為試樣在一次沖擊力作用下折斷時所吸收量。即為試樣在一次沖擊力作用下折斷時所吸收 的功，用符號的功，用符號A AK K表示：表示： A AK K=mg=mg（h h1 1-h-h2 2） 根據(jù)兩種試樣缺口形狀根據(jù)兩種試樣缺口形狀 不同，沖擊功分別用不同，沖擊功分別用A AKu Ku和 和 A AKv Kv表示，單位為焦耳（ 表

29、示，單位為焦耳（J J）。）。 沖擊試驗視頻沖擊試驗視頻 沖擊功愈大，材料的韌性愈好。沖擊功愈大，材料的韌性愈好。 一般把沖擊功低的金屬材料稱為一般把沖擊功低的金屬材料稱為脆性材料脆性材料， 沖擊功高的稱為沖擊功高的稱為韌性材料韌性材料。 沖擊韌度沖擊韌度 試樣缺口處單位橫截面積試樣缺口處單位橫截面積 上的沖上的沖 擊功，用符號擊功，用符號K表示，單位為表示，單位為J/2： 沖擊功沖擊功AK的大小與試驗溫度有關(guān)。有些材料的大小與試驗溫度有關(guān)。有些材料 在室溫（在室溫（20）左右試驗時不顯示脆性，而在較）左右試驗時不顯示脆性，而在較 低溫度下可能發(fā)生脆性斷裂。低溫度下可能發(fā)生脆性斷裂。 從圖可以

30、看出，從圖可以看出， 在某一溫度處，沖在某一溫度處，沖 擊功會急劇下降，擊功會急劇下降， 金屬材料由韌性斷金屬材料由韌性斷 裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔眩艳D(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔眩?這一溫度區(qū)域稱為這一溫度區(qū)域稱為 韌脆轉(zhuǎn)變溫度韌脆轉(zhuǎn)變溫度。材。材 料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度 越低，材料的低溫越低，材料的低溫 抗沖擊性能越好。抗沖擊性能越好。 溫度和碳含量對沖擊性能的影響溫度和碳含量對沖擊性能的影響 四、疲勞四、疲勞 1 1疲勞現(xiàn)象疲勞現(xiàn)象 工程上許多機械零件如軸、齒輪、彈簧等都是工程上許多機械零件如軸、齒輪、彈簧等都是 變動載荷作用下工作的。根據(jù)變動載荷的作用方式變動載荷作用下工作的。根據(jù)變動載荷的作用方

31、式 不同，零件承受的應(yīng)力可分為交變應(yīng)力與重復(fù)應(yīng)力不同，零件承受的應(yīng)力可分為交變應(yīng)力與重復(fù)應(yīng)力 兩種，如圖所示。兩種，如圖所示。 承受交變應(yīng)力或重復(fù)應(yīng)力的零件，在經(jīng)過承受交變應(yīng)力或重復(fù)應(yīng)力的零件，在經(jīng)過一定一定 次數(shù)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的應(yīng)力循環(huán)后，往往在工作應(yīng)力低于其屈服強后，往往在工作應(yīng)力低于其屈服強 度的情況下突然發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為度的情況下突然發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞斷裂疲勞斷裂。 疲勞斷口示意圖疲勞斷口示意圖 2. 2.疲勞強度疲勞強度 實驗證明，金屬材料能承受的交變應(yīng)力實驗證明，金屬材料能承受的交變應(yīng)力與斷與斷 裂前應(yīng)力循環(huán)次數(shù)裂前應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N N 有如圖所示的規(guī)律。由圖所有如圖所示的規(guī)律。由圖所 知，當(dāng)知，當(dāng)?shù)陀谀骋恢禃r，曲線與橫坐標(biāo)平行，表示低于某一值時，曲線與橫坐標(biāo)平行，表示 材料可經(jīng)無限次循環(huán)而不斷裂，這一應(yīng)力稱疲勞強材料可經(jīng)無限次循環(huán)而不斷裂，這一