第一章金屬材料的性能

1、第一章第一章 金屬材料的性能金屬材料的性能1.11.1金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能1.21.2金屬材料的其他性能金屬材料的其他性能第一章第一章 金屬材料的性能金屬材料的性能 金屬材料的性能包含使用性能和工藝性能。 使用性能是指金屬材料在使用條件下所表現(xiàn)出來(lái)的性能，它包括物理、化學(xué)和機(jī)械（力學(xué)）性能等； 工藝性能是指金屬材料在制造過(guò)程中適應(yīng)加工的性能，如鑄造、鍛造、焊接以及切削加工性能等 。 金屬材料的力學(xué)性能是指金屬在不同環(huán)境因金屬材料的力學(xué)性能是指金屬在不同環(huán)境因素素( (溫度、介質(zhì)溫度、介質(zhì)) )下，承受外加載荷作用時(shí)所表現(xiàn)下，承受外加載荷作用時(shí)所表現(xiàn)的行為的行為, ,通常表現(xiàn)為金

2、屬的變形和斷裂通常表現(xiàn)為金屬的變形和斷裂。因此，金。因此，金屬材料的力學(xué)性能可以理解為金屬抵抗外加載荷屬材料的力學(xué)性能可以理解為金屬抵抗外加載荷引起的變形和斷裂的能力。引起的變形和斷裂的能力。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能 金屬常用的力學(xué)性能主要有強(qiáng)度、塑性、硬金屬常用的力學(xué)性能主要有強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性和疲勞強(qiáng)度等。度、韌性和疲勞強(qiáng)度等。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性 強(qiáng)度強(qiáng)度是指是指金屬在靜載荷作用下抵抗永久變形金屬在靜載荷作用下抵抗永久變形和斷裂的能力和斷裂的能力。 塑性塑性是指是指金屬在靜載荷作用下發(fā)生不可逆變金

3、屬在靜載荷作用下發(fā)生不可逆變形的能力形的能力。 金屬材料的強(qiáng)度指標(biāo)與塑性指標(biāo)可以通過(guò)拉金屬材料的強(qiáng)度指標(biāo)與塑性指標(biāo)可以通過(guò)拉伸試驗(yàn)測(cè)得。伸試驗(yàn)測(cè)得。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性 拉伸試驗(yàn)是在拉伸試?yán)煸囼?yàn)是在拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的。驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的。 試驗(yàn)之前，測(cè)定試驗(yàn)之前，測(cè)定d d0 0( (試試樣原始直徑樣原始直徑) )，L L0 0( (試樣原試樣原始標(biāo)距長(zhǎng)度始標(biāo)距長(zhǎng)度) )。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性 備注：考慮到不同情備注：考慮到不同情況況 L L0 0/ /d d0 010 10 長(zhǎng)

4、試件長(zhǎng)試件 L L0 0/ /d d0 05 5 短試件短試件1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性 試驗(yàn)時(shí)，將試樣裝夾在試驗(yàn)機(jī)上，且在試樣試驗(yàn)時(shí)，將試樣裝夾在試驗(yàn)機(jī)上，且在試樣兩端緩慢地施加軸向拉伸載荷，使試樣承受軸向兩端緩慢地施加軸向拉伸載荷，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(zhǎng)，靜拉力。隨著載荷不斷增加，試樣被逐步拉長(zhǎng)，直到拉斷。直到拉斷。 記錄每一瞬間的載荷記錄每一瞬間的載荷F F與伸長(zhǎng)量與伸長(zhǎng)量L L變化曲線(xiàn)，變化曲線(xiàn)，即為拉伸曲線(xiàn)。下圖即為拉伸曲線(xiàn)。下圖1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能1.1 1.1 金

5、屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能 圖中這些字母圖中這些字母e e、s s、ss、b,b,分別代表什么？分別代表什么？一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能分段：分段：1) 0 - Fe1) 0 - Fe 彈性變形，可恢復(fù)；彈性變形，可恢復(fù)；2) Fe - Fs2) Fe - Fs 彈性變形伴隨微量塑彈性變形伴隨微量塑性變形性變形一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能分段：分段：3) Fs - Fs3) Fs - Fs 屈服階段，屈服階段，F(xiàn) F不變；不變；4) Fs - Fb4)

6、Fs - Fb 冷變形強(qiáng)化階段，材冷變形強(qiáng)化階段，材料變形抗力逐漸增大；料變形抗力逐漸增大；一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能分段：分段：5) F=Fb 5) F=Fb 開(kāi)始產(chǎn)生縮頸；開(kāi)始產(chǎn)生縮頸；一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能分段：分段：6) Fb - Fk6) Fb - Fk 縮頸處可承受負(fù)載減縮頸處可承受負(fù)載減小，直至試樣被拉斷。小，直至試樣被拉斷。 Fb Fb為極限載荷。為極限載荷。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性 1 1、強(qiáng)度指標(biāo)、強(qiáng)度指標(biāo)

7、金屬材料的強(qiáng)度是用金屬材料的強(qiáng)度是用應(yīng)力應(yīng)力來(lái)表示的，即材料來(lái)表示的，即材料受載荷作用后內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)與載荷相平衡的內(nèi)力，受載荷作用后內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)與載荷相平衡的內(nèi)力，單位面積上的內(nèi)力稱(chēng)為應(yīng)力，用單位面積上的內(nèi)力稱(chēng)為應(yīng)力，用表示。表示。 常用的強(qiáng)度指標(biāo)有常用的強(qiáng)度指標(biāo)有彈性極限彈性極限、屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)和和抗拉抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性 1 1、強(qiáng)度指標(biāo)、強(qiáng)度指標(biāo) (1)(1)彈性極限彈性極限 指指試樣產(chǎn)生完全彈性變形時(shí)所能承受的最大試樣產(chǎn)生完全彈性變形時(shí)所能承受的最大應(yīng)力應(yīng)力，用符號(hào)，用符號(hào)e e表示，單位為表示，單位為MPaMPa

8、。e=Fe/Se=Fe/S0 0其中，其中，S S0 0為試樣原始橫截面積，為試樣原始橫截面積，mmmm2 21.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性 1 1、強(qiáng)度指標(biāo)、強(qiáng)度指標(biāo) (2)(2)屈服點(diǎn)屈服點(diǎn) 指指試樣在拉伸試驗(yàn)過(guò)程中，試樣在拉伸試驗(yàn)過(guò)程中，力不增加力不增加( (保持恒保持恒定定) )仍然能繼續(xù)伸長(zhǎng)仍然能繼續(xù)伸長(zhǎng)( (變形變形) )時(shí)的應(yīng)力時(shí)的應(yīng)力。其是工程技。其是工程技術(shù)上極為重要的力學(xué)性能指標(biāo)之一，也是大多數(shù)術(shù)上極為重要的力學(xué)性能指標(biāo)之一，也是大多數(shù)機(jī)械零件選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)。用符號(hào)機(jī)械零

9、件選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)。用符號(hào)ss表示。表示。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性 1 1、強(qiáng)度指標(biāo)、強(qiáng)度指標(biāo) (2)(2)屈服點(diǎn)屈服點(diǎn) s=Fs/Ss=Fs/S0 0 一些金屬材料，如高碳鋼、鑄鐵等，在進(jìn)行一些金屬材料，如高碳鋼、鑄鐵等，在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)沒(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象，也不會(huì)產(chǎn)生縮拉伸試驗(yàn)時(shí)沒(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象，也不會(huì)產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象，這就無(wú)法確定頸現(xiàn)象，這就無(wú)法確定ss。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性 1 1、強(qiáng)度指標(biāo)、強(qiáng)度指標(biāo) (2)(2)屈服點(diǎn)屈服點(diǎn) 因此，因此，GB1063-1989GB1063-

10、1989規(guī)定，試樣去除拉伸載荷規(guī)定，試樣去除拉伸載荷后，其標(biāo)距部分的殘余伸長(zhǎng)量達(dá)到原始標(biāo)距長(zhǎng)度后，其標(biāo)距部分的殘余伸長(zhǎng)量達(dá)到原始標(biāo)距長(zhǎng)度0.2%0.2%時(shí)的應(yīng)力，為該材料的屈服強(qiáng)度，用符號(hào)時(shí)的應(yīng)力，為該材料的屈服強(qiáng)度，用符號(hào)0.20.2表示。表示。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性 1 1、強(qiáng)度指標(biāo)、強(qiáng)度指標(biāo) ( (3 3) )抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 指指試樣拉斷前所能承受的最大拉應(yīng)力試樣拉斷前所能承受的最大拉應(yīng)力，用符，用符號(hào)號(hào)bb，表示，單位為，表示，單位為MPaMPa。b=Fb/Sb=Fb/S0

11、01.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性 1 1、強(qiáng)度指標(biāo)、強(qiáng)度指標(biāo) ( (3 3) )抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 b b是金屬由均勻塑性變形向局部集中塑性變是金屬由均勻塑性變形向局部集中塑性變形過(guò)渡的臨界值，也是金屬在靜拉伸條件下的最形過(guò)渡的臨界值，也是金屬在靜拉伸條件下的最大承載能力。大承載能力。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性 1 1、強(qiáng)度指標(biāo)、強(qiáng)度指標(biāo) ( (3 3) )抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 對(duì)于塑性金屬來(lái)說(shuō)，拉伸試樣在承受最大拉對(duì)于塑性金屬來(lái)說(shuō)，拉伸試樣在承受最大拉應(yīng)力應(yīng)力bb之前，變形是均勻一致的，但超過(guò)之

12、前，變形是均勻一致的，但超過(guò)bb后，后，金屬開(kāi)始出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，即產(chǎn)生集中變形。金屬開(kāi)始出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，即產(chǎn)生集中變形。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性 2 2、塑性指標(biāo)、塑性指標(biāo) 塑性指標(biāo)可以用試樣拉斷時(shí)的最大相對(duì)變形塑性指標(biāo)可以用試樣拉斷時(shí)的最大相對(duì)變形量來(lái)表示。量來(lái)表示。 常用的有常用的有斷后伸長(zhǎng)率斷后伸長(zhǎng)率和和斷面收縮率斷面收縮率，它們是，它們是工程上廣泛使用的表征材料塑性好壞的主要力學(xué)工程上廣泛使用的表征材料塑性好壞的主要力學(xué)性能指標(biāo)。性能指標(biāo)。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的

13、力學(xué)性能一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性 2 2、塑性指標(biāo)、塑性指標(biāo) ( (1 1) )斷后伸長(zhǎng)率斷后伸長(zhǎng)率 試樣拉斷后的標(biāo)距增長(zhǎng)量與原始標(biāo)距之比試樣拉斷后的標(biāo)距增長(zhǎng)量與原始標(biāo)距之比，用符號(hào)用符號(hào)表示。表示。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性 2 2、塑性指標(biāo)、塑性指標(biāo) ( (1 1) )斷后伸長(zhǎng)率斷后伸長(zhǎng)率 =(L =(L1 1-L-L0 0)/L)/L0 0 * *100%100%式中，式中， L L1 1 拉斷后試樣的標(biāo)距長(zhǎng)度，拉斷后試樣的標(biāo)距長(zhǎng)度，mm mm L L0 0 試樣原始標(biāo)距，試樣原始標(biāo)距，mmmm1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金

14、屬材料的力學(xué)性能一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性 2 2、塑性指標(biāo)、塑性指標(biāo) ( (1 1) )斷后伸長(zhǎng)率斷后伸長(zhǎng)率 伸長(zhǎng)率隨標(biāo)距的增加而減小，同一材料的短伸長(zhǎng)率隨標(biāo)距的增加而減小，同一材料的短試樣要比長(zhǎng)試樣所測(cè)得的伸長(zhǎng)率大試樣要比長(zhǎng)試樣所測(cè)得的伸長(zhǎng)率大20%20%左右，局部左右，局部集中變形特別明顯的材料甚至可大到集中變形特別明顯的材料甚至可大到50%50%。因此長(zhǎng)、。因此長(zhǎng)、短兩種試樣求得的斷后伸長(zhǎng)率應(yīng)分別以短兩種試樣求得的斷后伸長(zhǎng)率應(yīng)分別以1010和和5 5。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性 2 2、塑性指標(biāo)、塑性指標(biāo) ( (2 2) )斷面收

15、縮率斷面收縮率 試樣拉斷后縮頸處橫截面積的縮減量與原始試樣拉斷后縮頸處橫截面積的縮減量與原始橫截面積之比橫截面積之比，用符號(hào)，用符號(hào)表示。表示。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性 2 2、塑性指標(biāo)、塑性指標(biāo) ( (2 2) )斷面收縮率斷面收縮率=(S=(S0 0-S-S1 1)/S)/S0 0 * *100%100%式中，式中，S S0 0 試樣原始橫截面積，試樣原始橫截面積，mmmm2 2 ; ; S S1 1 試樣斷口處的橫截面積，試樣斷口處的橫截面積，mmmm2 2 。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)

16、度與塑性 2 2、塑性指標(biāo)、塑性指標(biāo) 塑性指標(biāo)通常不直接用于工程設(shè)計(jì)計(jì)算，但塑性指標(biāo)通常不直接用于工程設(shè)計(jì)計(jì)算，但材料的塑性對(duì)零件的加工和使用都具有重要的實(shí)材料的塑性對(duì)零件的加工和使用都具有重要的實(shí)際意義。際意義。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強(qiáng)度與塑性一、強(qiáng)度與塑性 2 2、塑性指標(biāo)、塑性指標(biāo) 塑性好的材料不僅能順利地進(jìn)行鍛壓、軋制塑性好的材料不僅能順利地進(jìn)行鍛壓、軋制等成形加工，而且在使用時(shí)萬(wàn)一超載，由于能發(fā)等成形加工，而且在使用時(shí)萬(wàn)一超載，由于能發(fā)生一定的塑性變形而不至于突然斷裂，提高了工生一定的塑性變形而不至于突然斷裂，提高了工作的安全性。作的安全性。所以大多

17、數(shù)機(jī)械零件除要求具有較所以大多數(shù)機(jī)械零件除要求具有較高的強(qiáng)度外，還必須具有一定的塑性高的強(qiáng)度外，還必須具有一定的塑性。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 硬度是衡量金屬軟硬程度的一種性能指標(biāo)，硬度是衡量金屬軟硬程度的一種性能指標(biāo)，是材料抵抗局部變形是材料抵抗局部變形( (塑性變形、壓痕、劃痕塑性變形、壓痕、劃痕) )的的能力。能力。 在一定程度上反映了材料的綜合力學(xué)性能，在一定程度上反映了材料的綜合力學(xué)性能，在生產(chǎn)中應(yīng)用很廣，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖樣的技術(shù)條件在生產(chǎn)中應(yīng)用很廣，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖樣的技術(shù)條件中的一項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)。中的一項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)。1.1 1.1 金屬材料的

18、力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 硬度的硬度的測(cè)定測(cè)定方法很多，目前生產(chǎn)中應(yīng)用較多方法很多，目前生產(chǎn)中應(yīng)用較多的是的是壓入法壓入法、劃痕法劃痕法和和回彈高度法回彈高度法，其中壓入法，其中壓入法最為普遍。最為普遍。 壓入法常用的測(cè)試方法有壓入法常用的測(cè)試方法有布氏硬度布氏硬度、洛氏硬洛氏硬度度和和維氏硬度維氏硬度等試驗(yàn)方法。等試驗(yàn)方法。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 1 1、布氏硬度、布氏硬度 (1) (1)測(cè)定方法測(cè)定方法淬火鋼球、淬火鋼球、硬質(zhì)合金球硬質(zhì)合金球直徑直徑D D負(fù)荷負(fù)荷F F時(shí)間時(shí)間T T試件表面試件表面壓痕壓痕d d，S S1.1

19、 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 1 1、布氏硬度、布氏硬度 (1) (1)測(cè)定方法測(cè)定方法 壓痕單位面積承受的平均壓力壓痕單位面積承受的平均壓力即即布氏硬度值布氏硬度值。布氏硬度布氏硬度HBSHBS淬火鋼球淬火鋼球HBWHBW硬度值硬度值450450硬質(zhì)合金球硬質(zhì)合金球450450硬度值硬度值6506501.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 1 1、布氏硬度、布氏硬度 (1) (1)測(cè)定方法測(cè)定方法 式中：式中：F - F - 試驗(yàn)力，試驗(yàn)力，N N ；D - D - 球體直徑，球體直徑，mmmm； d - d - 壓痕直徑，壓痕

20、直徑，mmmm F F單位為單位為kgfkgf時(shí)，去除時(shí)，去除0.1020.102。)(2102. 0)(22dDDDFHBWHBS小知識(shí)小知識(shí) kgfkgf： 千克力，力學(xué)單位，工程中常用。物理意義千克力，力學(xué)單位，工程中常用。物理意義是是1kgf1kgf是在地表是在地表1 1平方厘米的面積上承受質(zhì)量為平方厘米的面積上承受質(zhì)量為1Kg1Kg的物體受到的重力的大小。的物體受到的重力的大小。 1 kgf = 1kg 1 kgf = 1kg9.80665N/kg =9.80665 N 9.80665N/kg =9.80665 N 小知識(shí)小知識(shí) 按按GB 231-1984GB 231-1984規(guī)定，

21、壓頭直徑有規(guī)定，壓頭直徑有10mm,5mm, 10mm,5mm, 2.5mm,2mm2.5mm,2mm和和1mm1mm五種，載荷與壓頭直徑平方的比五種，載荷與壓頭直徑平方的比值值(F/D(F/D2 2) )有有30mm,15mm,10mm,5mm,2.5mm,1.25mm30mm,15mm,10mm,5mm,2.5mm,1.25mm和和1mm1mm共共7 7種，可根據(jù)金屬材料的種類(lèi)和布氏硬度范種，可根據(jù)金屬材料的種類(lèi)和布氏硬度范圍，按相應(yīng)表格選定圍，按相應(yīng)表格選定F/DF/D2 2的值的值; ;載荷的保持時(shí)間黑載荷的保持時(shí)間黑色金屬為色金屬為10-15s10-15s，有色金屬為，有色金屬為30

22、s30s。 1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 1 1、布氏硬度、布氏硬度 (2) (2)標(biāo)注方法標(biāo)注方法 硬度值一般不標(biāo)出單位，只寫(xiě)明數(shù)值硬度值一般不標(biāo)出單位，只寫(xiě)明數(shù)值。 標(biāo)注方法：標(biāo)注方法： / / / 硬度值硬度值 HBWHBW或或HBS HBS 鋼球直徑鋼球直徑 試驗(yàn)力試驗(yàn)力 保持時(shí)間保持時(shí)間1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 1 1、布氏硬度、布氏硬度 (2) (2)標(biāo)注方法標(biāo)注方法 默認(rèn)試驗(yàn)條件為默認(rèn)試驗(yàn)條件為鋼球直徑鋼球直徑D D為為10mm10mm、試驗(yàn)力為試驗(yàn)力為3000kgf3000kgf、保持時(shí)間為保持

23、時(shí)間為1010-15-15s s。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 1 1、布氏硬度、布氏硬度 (2) (2)標(biāo)注方法標(biāo)注方法 例：例：500HBW5/750500HBW5/750 直徑直徑5mm5mm硬質(zhì)合金球，試驗(yàn)硬質(zhì)合金球，試驗(yàn)750kgf(7.355KN)750kgf(7.355KN)，保持時(shí)間保持時(shí)間10-15s10-15s，測(cè)得布氏硬度值，測(cè)得布氏硬度值500 500 。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 1 1、布氏硬度、布氏硬度 (2) (2)標(biāo)注方法標(biāo)注方法 例：例：150HBS10/1000/30150H

24、BS10/1000/30 直徑直徑10mm10mm淬火鋼球，淬火鋼球，1000kgf1000kgf載荷載荷，保持保持30s30s，測(cè)得的布氏硬度值為測(cè)得的布氏硬度值為150150。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 1 1、布氏硬度、布氏硬度 布氏硬度的特點(diǎn)是試驗(yàn)時(shí)金屬表面壓痕大，布氏硬度的特點(diǎn)是試驗(yàn)時(shí)金屬表面壓痕大，能客觀地反映被測(cè)金屬的平均硬度，試驗(yàn)結(jié)果較能客觀地反映被測(cè)金屬的平均硬度，試驗(yàn)結(jié)果較準(zhǔn)確。但由于其壓痕準(zhǔn)確。但由于其壓痕、損傷、損傷大，不宜測(cè)量成品大，不宜測(cè)量成品件、件、薄壁件、表面要求高或硬度高的材料薄壁件、表面要求高或硬度高的材料。1.1

25、1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 2 2、洛氏硬度、洛氏硬度 (1) (1)測(cè)定方法測(cè)定方法120120金剛石圓錐體、金剛石圓錐體、直徑直徑1.588mm1.588mm淬火鋼球淬火鋼球初初F0(98N)F0(98N)初初F0+F0+主主F1F1試件壓痕深試件壓痕深度度h h1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 2 2、洛氏硬度、洛氏硬度 (1) (1)測(cè)定方法測(cè)定方法1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 2 2、洛氏硬度、洛氏硬度 (1) (1)測(cè)定方法測(cè)定方法 洛氏硬度值，用符號(hào)洛氏硬度值，用符號(hào)HR

26、HR表示。表示。 金剛石壓頭，金剛石壓頭，K=0.2K=0.2；淬火鋼球頭，；淬火鋼球頭，K=0.26K=0.26。002. 0hKHR1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 2 2、洛氏硬度、洛氏硬度 (2) (2)標(biāo)注方法標(biāo)注方法 1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 2 2、洛氏硬度、洛氏硬度 (2) (2)標(biāo)注方法標(biāo)注方法 例：例：50 HRC50 HRC 用用“C”C”標(biāo)尺測(cè)定的洛氏硬度值為標(biāo)尺測(cè)定的洛氏硬度值為5050。 1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 2 2、洛氏硬度、洛氏硬度 生

27、產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的一種硬度試驗(yàn)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的一種硬度試驗(yàn)。壓痕小，壓痕小，對(duì)試樣表面損傷小，可直接檢驗(yàn)成品或半成品的對(duì)試樣表面損傷小，可直接檢驗(yàn)成品或半成品的硬度硬度; ;試驗(yàn)操作迅速簡(jiǎn)便，可以直接從試驗(yàn)機(jī)上讀試驗(yàn)操作迅速簡(jiǎn)便，可以直接從試驗(yàn)機(jī)上讀出硬度值；當(dāng)采用不同標(biāo)尺時(shí)，可測(cè)量出從極軟出硬度值；當(dāng)采用不同標(biāo)尺時(shí)，可測(cè)量出從極軟到極硬材料的硬度。到極硬材料的硬度。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 2 2、洛氏硬度、洛氏硬度 缺點(diǎn)是由于壓痕小，對(duì)內(nèi)部組織和硬度不均缺點(diǎn)是由于壓痕小，對(duì)內(nèi)部組織和硬度不均勻的材料，所測(cè)結(jié)果不夠準(zhǔn)確。因此，在測(cè)試洛勻的材料，所測(cè)結(jié)果

28、不夠準(zhǔn)確。因此，在測(cè)試洛氏硬度時(shí)在被測(cè)金屬的不同位置的三點(diǎn)測(cè)出硬度氏硬度時(shí)在被測(cè)金屬的不同位置的三點(diǎn)測(cè)出硬度值，再計(jì)算其平均值。值，再計(jì)算其平均值。 洛氏硬度各標(biāo)尺之間沒(méi)有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系洛氏硬度各標(biāo)尺之間沒(méi)有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 3 3、維氏硬度、維氏硬度 布氏硬度試驗(yàn)不能測(cè)定硬度較高的金屬材料布氏硬度試驗(yàn)不能測(cè)定硬度較高的金屬材料; ;洛氏硬度試驗(yàn)雖可用來(lái)測(cè)定由極軟到極硬金屬材洛氏硬度試驗(yàn)雖可用來(lái)測(cè)定由極軟到極硬金屬材料的硬度，但不同標(biāo)尺的硬度間沒(méi)有簡(jiǎn)單的換算料的硬度，但不同標(biāo)尺的硬度間沒(méi)有簡(jiǎn)單的換算關(guān)系，使用上很不方便。關(guān)系，

29、使用上很不方便。二、硬度二、硬度 3 3、維氏硬度、維氏硬度 為了能在同一種硬度標(biāo)尺上，測(cè)定從極軟到為了能在同一種硬度標(biāo)尺上，測(cè)定從極軟到極硬金屬材料的硬度值，因而特制定了維氏硬度極硬金屬材料的硬度值，因而特制定了維氏硬度試驗(yàn)法。試驗(yàn)法。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能相對(duì)面夾角相對(duì)面夾角136136正四正四方棱錐形方棱錐形 負(fù)荷負(fù)荷F F( (單位單位kgf)kgf)時(shí)間時(shí)間T T壓痕投影對(duì)壓痕投影對(duì)角線(xiàn)平均長(zhǎng)角線(xiàn)平均長(zhǎng)度度d d二、硬度二、硬度 3 3、維氏硬度、維氏硬度 (1) (1)測(cè)定方法測(cè)定方法1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度

30、 3 3、維氏硬度、維氏硬度 (1) (1)測(cè)定方法測(cè)定方法 維氏硬度值，用符號(hào)維氏硬度值，用符號(hào)H HV V表示。表示。228544. 168sin2dFdFSFHV。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 3 3、維氏硬度、維氏硬度 (2) (2)標(biāo)注方法標(biāo)注方法 與布氏硬度一樣與布氏硬度一樣，習(xí)慣上也只寫(xiě)出硬度數(shù)值，習(xí)慣上也只寫(xiě)出硬度數(shù)值而不標(biāo)出單位。在硬度符號(hào)而不標(biāo)出單位。在硬度符號(hào)HVHV之前的數(shù)字為硬度之前的數(shù)字為硬度值，值，HVHV后面的數(shù)值依次表示載荷和載荷保持的時(shí)后面的數(shù)值依次表示載荷和載荷保持的時(shí)間間( (保持時(shí)間為保持時(shí)間為1010- -15

31、s15s時(shí)不標(biāo)注時(shí)不標(biāo)注) )。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 3 3、維氏硬度、維氏硬度 (2) (2)標(biāo)注方法標(biāo)注方法 例：例：640 HV30640 HV30 表示在表示在30 kgf30 kgf載荷作用下，保持載荷作用下，保持1010- -15s15s測(cè)得測(cè)得的維氏硬度值為的維氏硬度值為640640。 1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 3 3、維氏硬度、維氏硬度 (2) (2)標(biāo)注方法標(biāo)注方法 例：例：620 HV30/20620 HV30/20 表示在表示在30kgf30kgf載荷作用下，保持載荷作用下，保持2

32、0s20s測(cè)得的維測(cè)得的維氏硬度值為氏硬度值為620620。 1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 3 3、維氏硬度、維氏硬度 維氏硬度適用范圍寬，維氏硬度適用范圍寬，從極軟到極硬的材料從極軟到極硬的材料都可以測(cè)量都可以測(cè)量, ,且結(jié)果精確可靠。但測(cè)取時(shí)需測(cè)量對(duì)且結(jié)果精確可靠。但測(cè)取時(shí)需測(cè)量對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度并查表或計(jì)算，而且對(duì)試樣表面的質(zhì)量角線(xiàn)長(zhǎng)度并查表或計(jì)算，而且對(duì)試樣表面的質(zhì)量要求高，所以，要求高，所以，測(cè)量效率較低，沒(méi)有洛氏硬度方測(cè)量效率較低，沒(méi)有洛氏硬度方便便，不適用于成批生產(chǎn)的常規(guī)試驗(yàn)。，不適用于成批生產(chǎn)的常規(guī)試驗(yàn)。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料

33、的力學(xué)性能三、韌性三、韌性 主要以沖擊韌性為主。高速度作用于工件上主要以沖擊韌性為主。高速度作用于工件上的載荷稱(chēng)為沖擊載荷。許多機(jī)械零件和工具在工的載荷稱(chēng)為沖擊載荷。許多機(jī)械零件和工具在工作時(shí)承受沖擊載荷的作用，該材料在沖擊載荷的作時(shí)承受沖擊載荷的作用，該材料在沖擊載荷的作用下，抵抗破壞的能力叫做沖擊韌性。作用下，抵抗破壞的能力叫做沖擊韌性。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能三、韌性三、韌性 如沖床的沖頭、鍛錘的錘桿、風(fēng)動(dòng)工具等，如沖床的沖頭、鍛錘的錘桿、風(fēng)動(dòng)工具等，其不僅要滿(mǎn)足在靜力作用下的強(qiáng)度、塑性、硬度其不僅要滿(mǎn)足在靜力作用下的強(qiáng)度、塑性、硬度等性能要求，還須具有足夠抵

34、抗沖擊載荷的能力。等性能要求，還須具有足夠抵抗沖擊載荷的能力。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能三、韌性三、韌性 1 1、測(cè)定方法、測(cè)定方法 材料的沖擊韌材料的沖擊韌性用沖擊韌性試驗(yàn)性用沖擊韌性試驗(yàn)測(cè)量沖擊功來(lái)完成。測(cè)量沖擊功來(lái)完成。 見(jiàn)右圖。見(jiàn)右圖。三、韌性三、韌性 1 1、測(cè)定方法、測(cè)定方法 1) 1) 試樣開(kāi)試樣開(kāi)V V或或U U型缺口；型缺口； 2) 2) 試樣沖擊試樣沖擊韌性為缺口處單位韌性為缺口處單位面積沖擊功。面積沖擊功。三、韌性三、韌性 1 1、測(cè)定方法、測(cè)定方法 3) 3) 沖擊功不沖擊功不需計(jì)算，可直接在需計(jì)算，可直接在試驗(yàn)機(jī)刻度盤(pán)上讀試驗(yàn)機(jī)刻度盤(pán)上讀出。

35、出。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能三、韌性三、韌性 1 1、測(cè)定方法、測(cè)定方法 式中：式中：A Ak k 沖擊功沖擊功 G G 擺錘質(zhì)量擺錘質(zhì)量 不同缺口用不同缺口用A Akvkv 和和 A AkUkU 表示。表示。 )(21hhGgAk1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能三、韌性三、韌性 1 1、測(cè)定方法、測(cè)定方法 式中：式中：k k 沖擊韌度沖擊韌度 ，J/cmJ/cm2 2 S S 缺口處橫截面積缺口處橫截面積 ，cmcm2 2 SAkk1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能三、韌性三、韌性 2 2、測(cè)量結(jié)果、測(cè)量結(jié)果 沖擊功沖擊功A

36、AK K愈大，材料的韌性愈好愈大，材料的韌性愈好。一般把沖。一般把沖擊功低的金屬材料稱(chēng)為擊功低的金屬材料稱(chēng)為脆性材料脆性材料。脆性材料在斷脆性材料在斷裂前無(wú)明顯的塑性變形，斷口較平整、呈晶狀或裂前無(wú)明顯的塑性變形，斷口較平整、呈晶狀或瓷狀，有金屬光澤瓷狀，有金屬光澤; ;韌性材料在斷裂前有明顯的塑韌性材料在斷裂前有明顯的塑性變形，斷口呈纖維狀，無(wú)光澤性變形，斷口呈纖維狀，無(wú)光澤。 1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能三、韌性三、韌性 2 2、測(cè)量結(jié)果、測(cè)量結(jié)果 外在表現(xiàn)：外在表現(xiàn)： 脆性材料脆性材料延伸率延伸率5% 5% ； 塑性材料延伸率塑性材料延伸率5% 5% 。 1.1

37、1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能三、韌性三、韌性 3 3、影響因素、影響因素 1) 1) 試驗(yàn)溫度試驗(yàn)溫度 有些材料在室溫左右不顯示脆性，而較低溫有些材料在室溫左右不顯示脆性，而較低溫度下可能發(fā)生脆性斷裂，沖擊功急劇降低，這一度下可能發(fā)生脆性斷裂，沖擊功急劇降低，這一溫度區(qū)域稱(chēng)為溫度區(qū)域稱(chēng)為韌脆轉(zhuǎn)變溫度韌脆轉(zhuǎn)變溫度。韌脆轉(zhuǎn)變溫度越低，韌脆轉(zhuǎn)變溫度越低，材料的低溫抗沖擊性能越好材料的低溫抗沖擊性能越好。 1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能三、韌性三、韌性 3 3、影響因素、影響因素 2) 2) 其他因素其他因素 沖擊功還與試樣形狀、尺寸、表面粗糙度、沖擊功還與試樣形

38、狀、尺寸、表面粗糙度、內(nèi)部組織和缺陷有關(guān)。內(nèi)部組織和缺陷有關(guān)。 1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能三、韌性三、韌性 4 4、備注說(shuō)明、備注說(shuō)明 沖擊試驗(yàn)時(shí)，沖擊功中只有一部分消耗在斷沖擊試驗(yàn)時(shí)，沖擊功中只有一部分消耗在斷開(kāi)試樣的缺口截面上，而其余部分則消耗在沖斷開(kāi)試樣的缺口截面上，而其余部分則消耗在沖斷試樣前缺口附近體積內(nèi)的塑性變形上。因此，試樣前缺口附近體積內(nèi)的塑性變形上。因此，沖沖擊韌度不能真正代表材料的韌性擊韌度不能真正代表材料的韌性。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)已國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)已規(guī)定采用沖擊功規(guī)定采用沖擊功AKAK作為韌性判據(jù)指標(biāo)作為韌性判據(jù)指標(biāo)。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料

39、的力學(xué)性能四、疲勞四、疲勞 1 1、疲勞現(xiàn)象、疲勞現(xiàn)象 許多機(jī)械零件許多機(jī)械零件( (軸、齒輪、彈簧等軸、齒輪、彈簧等) )都是在變都是在變動(dòng)載荷作用下工作的。零件承受的應(yīng)力可分為動(dòng)載荷作用下工作的。零件承受的應(yīng)力可分為交交變應(yīng)力變應(yīng)力與與重復(fù)應(yīng)力重復(fù)應(yīng)力兩種。兩種。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能四、疲勞四、疲勞 1 1、疲勞現(xiàn)象、疲勞現(xiàn)象 a) a) 交變應(yīng)力交變應(yīng)力 b) b) 重復(fù)應(yīng)力重復(fù)應(yīng)力 怎么區(qū)分？怎么區(qū)分？1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能四、疲勞四、疲勞 1 1、疲勞現(xiàn)象、疲勞現(xiàn)象 承受交變應(yīng)力或重復(fù)應(yīng)力的零件，在工作過(guò)承受交變應(yīng)力或重復(fù)

40、應(yīng)力的零件，在工作過(guò)程中，往往在程中，往往在工作應(yīng)力低于其屈服強(qiáng)度的情況下工作應(yīng)力低于其屈服強(qiáng)度的情況下發(fā)生斷裂發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱(chēng)為，這種現(xiàn)象稱(chēng)為疲勞斷裂疲勞斷裂。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能四、疲勞四、疲勞 1 1、疲勞現(xiàn)象、疲勞現(xiàn)象 疲勞斷裂與在靜載荷作用下的斷裂不同疲勞斷裂與在靜載荷作用下的斷裂不同。不。不管是脆性材料還是韌性材料，管是脆性材料還是韌性材料，疲勞斷裂都是突然疲勞斷裂都是突然發(fā)生的，事先均無(wú)明顯的塑性變形的預(yù)兆，很難發(fā)生的，事先均無(wú)明顯的塑性變形的預(yù)兆，很難事先覺(jué)察事先覺(jué)察，屬低應(yīng)力脆斷，具有很大的危險(xiǎn)性。，屬低應(yīng)力脆斷，具有很大的危險(xiǎn)性。 80%

41、80%以上損壞的機(jī)械零件都是因疲勞造成的。以上損壞的機(jī)械零件都是因疲勞造成的。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能四、疲勞四、疲勞 2 2、疲勞原因、疲勞原因 斷裂一般在零件應(yīng)力集中部位或本身強(qiáng)度較斷裂一般在零件應(yīng)力集中部位或本身強(qiáng)度較低的部位，如原有微裂紋、軟點(diǎn)、夾雜或刀痕等低的部位，如原有微裂紋、軟點(diǎn)、夾雜或刀痕等處處( (形成裂紋的核心形成裂紋的核心) )。在應(yīng)力反復(fù)作用下產(chǎn)生疲。在應(yīng)力反復(fù)作用下產(chǎn)生疲勞裂紋，并隨著應(yīng)力循環(huán)周次的增加不斷擴(kuò)展，勞裂紋，并隨著應(yīng)力循環(huán)周次的增加不斷擴(kuò)展，有效承載面減小，最終不能承受載荷而突然斷裂。有效承載面減小，最終不能承受載荷而突然斷裂。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能四、疲勞四、疲勞 3 3、疲勞強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度 大量試驗(yàn)證明，大量試驗(yàn)證明，金屬材料所受的最大交變應(yīng)金屬材料所受的最大交變應(yīng)力力maxmax愈大，則斷裂前所經(jīng)受的循環(huán)周次愈大，則斷裂前所經(jīng)受的循環(huán)周次N N愈少愈少，如如圖圖1-111-11所示。這種交變應(yīng)力所示。這種交變應(yīng)力maxmax與循環(huán)周次與循環(huán)周次N N的的關(guān)系曲線(xiàn)稱(chēng)為關(guān)系曲線(xiàn)稱(chēng)為疲勞曲線(xiàn)疲勞曲線(xiàn)。1.1 1.1 金屬材