機械基礎課題1-金屬材料的力學性能課件

【主要內(nèi)容】：【主要內(nèi)容】

金屬材料的強度、塑性、硬度、韌性1.熟悉金屬材料力學性能各主要指標的名稱、符號

2.具有測定金屬材料力學性能指標（硬度）的能力【重點掌握】【主要內(nèi)容】：【主要內(nèi)容】金屬材料的強度、塑性、硬度、

金屬材料在載荷作用時的性能稱為材料的力學性能。金屬材料的力學性能主要包括強度、塑性、硬度、韌性等。

1.強度常用強度指標主要有屈服強度、抗拉強度和疲勞強度

用標準試樣在拉伸試驗機上進行拉伸試驗拉伸曲線:拉伸試驗中試樣承受的載荷與軸向伸長量之間的關系曲線。包含四個階段金屬材料在載荷作用時的性能稱為材料的力學性能。金屬材鋼筋拉伸試驗機及拉伸試棒拉伸試驗（試件為動畫圖）鋼筋拉伸試驗機及拉伸試棒拉伸試驗（試件為動畫圖）低碳鋼退火的拉伸曲線鋼的標準拉伸試棒低碳鋼退火的拉伸曲線鋼的標準拉伸試棒（1）屈服強度1）上屈服強度（ReH）：當金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時，在試驗期間達到塑性變形發(fā)生而力不增加的應力

ReH=FH/S02）下屈服強度（ReL）:

在屈服期間，不計初始瞬時效應時的最低應力

ReL=FL/S0（2）抗拉強度（Rm）:材料在拉斷前所能承受的最大應力值。Rm=Fm/S0（1）屈服強度ReH=FH/S02）下屈服強度（ReL）:（（3）疲勞強度——材料承受無限次應力循環(huán)而不破壞的最大應力。

鋼材的疲勞強度與抗拉強度之間的關系為σ-1=（0.45～0.55）Rm?？梢姴牧系钠趶姸入S其抗拉強度增高而增大疲勞斷口示意圖（3）疲勞強度——材料承受無限次應力循環(huán)而不破壞的最大應力2.塑性—是指材料在斷裂前產(chǎn)生永久變形而不被破壞的能力。材料的塑性通常采用斷后伸長率A和斷面收縮率Z來表示。（1）斷后伸長率（A）——試樣拉斷后標距的伸長量與原始標距的百分比。A=（Lu–L0）／L0×100％2.塑性—是指材料在斷裂前產(chǎn)生永久變形而不被破壞的能力。1.2塑性（2）斷面收縮率（Z）——試樣拉斷后斷口處(縮頸處)橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。Z=（S0–Su）／S0×100％A和Z越大，則表示材料的塑性越好。對多數(shù)零件A=5%，Z=10%，即可滿足使用要求。

1.2塑性（2）斷面收縮率（Z）——試樣拉3.硬度—材料抵抗局部變形和破壞的能力硬度的測定常用壓入法。把規(guī)定的壓頭壓入材料表面，據(jù)壓頭和壓力不同，常用的硬度指標主要有布氏硬度試驗（HBW）、洛氏硬度試驗（HRA、HRB、HRC）和維氏硬度試驗（HV）等。布氏硬度計3.硬度—材料抵抗局部變形和破壞的能力硬度的測定常用壓入（1）布氏硬度試驗法（HBW）

布氏硬度試驗是在布氏硬度試驗機上測定。

把一定直徑的硬質(zhì)合金球，以規(guī)定的載荷F壓入被測材料表面，保持一定時間后卸除載荷，測出壓痕直徑d，求出壓痕面積A計算出平均應力值，以此為布氏硬度值的計量指標布氏硬度試驗原理圖

（1）布氏硬度試驗法（HBW）布氏硬度試驗是在布氏硬布氏硬度試驗計布優(yōu)缺點：壓頭直徑大，壓痕面積較大，測量精度較高；但對金屬表面的損傷較大，不宜測薄件、成品件，常用來測量原材料、半成品、鑄鐵等應用：測量原材、半成品、鑄鐵、有色金屬及退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼件布氏硬度標注：數(shù)字在前，符號在后，如

220~240HBW優(yōu)缺點：壓頭直徑大，壓痕面積較大，應用：測量原材、半成品、（2）洛氏硬度試驗法

洛氏硬度試驗是在洛氏硬度試驗機上測定。是用頂角為120o的金剛石圓錐壓頭或直徑為1．588mm的淬火鋼球壓頭，試驗時先加初載荷，然后施加主載荷，維持規(guī)定時間后卸除主載荷，根據(jù)材料表面留有壓痕的深度確定硬度值（由硬度計的表盤上直接讀出）。（2）洛氏硬度試驗法洛氏硬度試驗是在洛氏硬度試驗機上洛氏硬度試驗原理圖洛氏硬度試驗計洛氏硬度計洛氏硬度試驗原理圖洛氏硬度試驗計洛氏硬度計洛氏硬度的標注、試驗特點及應用范圍硬度標注時，硬度數(shù)值寫在硬度符號的前面。如50HRC表示用C標尺測定的洛氏硬度值為50可測很軟到很硬金屬材料。由于壓痕小，測得的數(shù)值不夠準確，通常要在試樣不同部位測定三次以上，取其平均值為該材料的硬度值。①操作簡單迅速，效率高②直接測量成品或較薄工件硬度③洛氏硬度可用來測定各種金屬材料的硬度洛氏硬度的標注、試驗特點及應用范圍硬度標注時，硬度數(shù)值寫在硬（3）維氏硬度（HV）

維氏硬度的測量原理基本與布氏硬度相同。維氏硬度測量的精度高，測量范圍廣（最高可達1300HV），應用廣泛，特別適用于工件的硬化層、薄片及小件成品。但由于操作復雜，主要用于科學研究工作。大屏數(shù)顯自動磚塔維氏硬度計（3）維氏硬度（HV）維氏硬度的測量原理基本與布氏硬

各硬度值之間大致有以下關系：布氏硬度值在200~450HBW范圍內(nèi)，10HBW≈HRC；布氏硬度值＜450HBW，HBW≈HV。

金屬材料硬度與強度有近似關系：

低碳鋼Rm≈3.6HBW高碳鋼Rm≈3.4HBW

調(diào)質(zhì)Rm≈3.25HBW灰鑄鐵Rm=1HBW

一般情況下，硬度值可以綜合體現(xiàn)所要求的力學性能。各硬度值之間大致有以下關系：金屬材料硬度與4.韌性：——金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不被破壞的能力。（2）小能量多次沖擊能力

取決于材料強度和塑性的綜合性能指標（1）夏比沖擊試驗4.韌性：——金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不被破壞的能力。力學性能小結(jié)屈服強度Rel（σs）：設計選材依據(jù)抗拉強度Rm(σb)：設計選材依據(jù)

斷后伸長率：A（δ）＞5％，斷面伸縮率：Z（ψ）＞10％，可滿足一般要求

布氏硬度HBW：＜650HBW，結(jié)果精確，測半成品洛氏硬度HR：70～88HRA；20～100HRB；20～

70HRC。測定簡單,不傷工件，測成品或半成品維氏硬度HV：5～1000HV

，精確可靠,測薄件沖擊吸收能量KV（KU）受沖擊零件選材、檢驗依據(jù)

硬度指標強度指標塑性指標韌性指標力學性能小結(jié)屈服強度Rel（σs）：設計選材依據(jù)斷后伸長【習題與思考題】1.名詞解釋：強度、硬度、塑性、韌性。強度：強度是指材料在外力作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力。硬度：是表示材料抵抗局部變形和破壞的能力。塑性：是指材料在斷裂前產(chǎn)生永久變形而不被破壞的能力。韌性：金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力2.選擇下列材料的硬度測試方法：

A.齒輪軸；B.非鐵金屬（有色金屬）；C.鋼板；D.錘子；E.鋁板F.灰鑄鐵件。

A.齒輪軸：洛氏硬度的C標尺或布氏硬度測試。

B.非鐵金屬（有色金屬）：洛氏硬度的B標尺或布氏硬度測試。

C.鋼板：同上。

【習題與思考題】1.名詞解釋：強度、硬度、塑性、韌性。D.錘子：洛氏硬度的C標尺。E.鋁板：洛氏硬度的B標尺或布氏硬度。F.灰鑄鐵件：洛氏硬度的B標尺或布氏硬度。3.在有關零件圖紙上，出現(xiàn)了以下幾種硬度技術(shù)條件的標注方法,問這種標注是否正確？若不正確，請糾正。

A.HBW480～500糾正：480～500HBWB.HRW180～200糾正：180～200HRWC.HRC20～25糾正：20～25HRCD.HBW=200～220kgf糾正：200～220HBWE.HBW=180～200糾正：180～200HBWF.400～420HRW正確。

G.HRC=30～35糾正：30～35HRCH.180～210HBWkgf／mm2

糾正：180～210HBWD.錘子：洛氏硬度的C標尺。3.在有關零件圖紙上，出ENDEND【主要內(nèi)容】：【主要內(nèi)容】

金屬材料的強度、塑性、硬度、韌性1.熟悉金屬材料力學性能各主要指標的名稱、符號

2.具有測定金屬材料力學性能指標（硬度）的能力【重點掌握】【主要內(nèi)容】：【主要內(nèi)容】金屬材料的強度、塑性、硬度、

金屬材料在載荷作用時的性能稱為材料的力學性能。金屬材料的力學性能主要包括強度、塑性、硬度、韌性等。

1.強度常用強度指標主要有屈服強度、抗拉強度和疲勞強度

用標準試樣在拉伸試驗機上進行拉伸試驗拉伸曲線:拉伸試驗中試樣承受的載荷與軸向伸長量之間的關系曲線。包含四個階段金屬材料在載荷作用時的性能稱為材料的力學性能。金屬材鋼筋拉伸試驗機及拉伸試棒拉伸試驗（試件為動畫圖）鋼筋拉伸試驗機及拉伸試棒拉伸試驗（試件為動畫圖）低碳鋼退火的拉伸曲線鋼的標準拉伸試棒低碳鋼退火的拉伸曲線鋼的標準拉伸試棒（1）屈服強度1）上屈服強度（ReH）：當金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時，在試驗期間達到塑性變形發(fā)生而力不增加的應力

ReH=FH/S02）下屈服強度（ReL）:

在屈服期間，不計初始瞬時效應時的最低應力

ReL=FL/S0（2）抗拉強度（Rm）:材料在拉斷前所能承受的最大應力值。Rm=Fm/S0（1）屈服強度ReH=FH/S02）下屈服強度（ReL）:（（3）疲勞強度——材料承受無限次應力循環(huán)而不破壞的最大應力。

鋼材的疲勞強度與抗拉強度之間的關系為σ-1=（0.45～0.55）Rm?？梢姴牧系钠趶姸入S其抗拉強度增高而增大疲勞斷口示意圖（3）疲勞強度——材料承受無限次應力循環(huán)而不破壞的最大應力2.塑性—是指材料在斷裂前產(chǎn)生永久變形而不被破壞的能力。材料的塑性通常采用斷后伸長率A和斷面收縮率Z來表示。（1）斷后伸長率（A）——試樣拉斷后標距的伸長量與原始標距的百分比。A=（Lu–L0）／L0×100％2.塑性—是指材料在斷裂前產(chǎn)生永久變形而不被破壞的能力。1.2塑性（2）斷面收縮率（Z）——試樣拉斷后斷口處(縮頸處)橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。Z=（S0–Su）／S0×100％A和Z越大，則表示材料的塑性越好。對多數(shù)零件A=5%，Z=10%，即可滿足使用要求。

1.2塑性（2）斷面收縮率（Z）——試樣拉3.硬度—材料抵抗局部變形和破壞的能力硬度的測定常用壓入法。把規(guī)定的壓頭壓入材料表面，據(jù)壓頭和壓力不同，常用的硬度指標主要有布氏硬度試驗（HBW）、洛氏硬度試驗（HRA、HRB、HRC）和維氏硬度試驗（HV）等。布氏硬度計3.硬度—材料抵抗局部變形和破壞的能力硬度的測定常用壓入（1）布氏硬度試驗法（HBW）

布氏硬度試驗是在布氏硬度試驗機上測定。

把一定直徑的硬質(zhì)合金球，以規(guī)定的載荷F壓入被測材料表面，保持一定時間后卸除載荷，測出壓痕直徑d，求出壓痕面積A計算出平均應力值，以此為布氏硬度值的計量指標布氏硬度試驗原理圖

（1）布氏硬度試驗法（HBW）布氏硬度試驗是在布氏硬布氏硬度試驗計布優(yōu)缺點：壓頭直徑大，壓痕面積較大，測量精度較高；但對金屬表面的損傷較大，不宜測薄件、成品件，常用來測量原材料、半成品、鑄鐵等應用：測量原材、半成品、鑄鐵、有色金屬及退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼件布氏硬度標注：數(shù)字在前，符號在后，如

220~240HBW優(yōu)缺點：壓頭直徑大，壓痕面積較大，應用：測量原材、半成品、（2）洛氏硬度試驗法

洛氏硬度試驗是在洛氏硬度試驗機上測定。是用頂角為120o的金剛石圓錐壓頭或直徑為1．588mm的淬火鋼球壓頭，試驗時先加初載荷，然后施加主載荷，維持規(guī)定時間后卸除主載荷，根據(jù)材料表面留有壓痕的深度確定硬度值（由硬度計的表盤上直接讀出）。（2）洛氏硬度試驗法洛氏硬度試驗是在洛氏硬度試驗機上洛氏硬度試驗原理圖洛氏硬度試驗計洛氏硬度計洛氏硬度試驗原理圖洛氏硬度試驗計洛氏硬度計洛氏硬度的標注、試驗特點及應用范圍硬度標注時，硬度數(shù)值寫在硬度符號的前面。如50HRC表示用C標尺測定的洛氏硬度值為50可測很軟到很硬金屬材料。由于壓痕小，測得的數(shù)值不夠準確，通常要在試樣不同部位測定三次以上，取其平均值為該材料的硬度值。①操作簡單迅速，效率高②直接測量成品或較薄工件硬度③洛氏硬度可用來測定各種金屬材料的硬度洛氏硬度的標注、試驗特點及應用范圍硬度標注時，硬度數(shù)值寫在硬（3）維氏硬度（HV）

維氏硬度的測量原理基本與布氏硬度相同。維氏硬度測量的精度高，測量范圍廣（最高可達1300HV），應用廣泛，特別適用于工件的硬化層、薄片及小件成品。但由于操作復雜，主要用于科學研究工作。大屏數(shù)顯自動磚塔維氏硬度計（3）維氏硬度（HV）維氏硬度的測量原理基本與布氏硬

各硬度值之間大致有以下關系：布氏硬度值在200~450HBW范圍內(nèi)，10HBW≈HRC；布氏硬度值＜450HBW，HBW≈HV。

金屬材料硬度與強度有近似關系：

低碳鋼Rm≈3.6HBW高碳鋼Rm≈3.4HBW

調(diào)質(zhì)Rm≈3.25HBW灰鑄鐵Rm=1HBW

一般情況下，硬度值可以綜合體現(xiàn)所要求的力學性能。各硬度值之間大致有以下關系：金屬材料硬度與4.韌性：——金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不被破壞的能力。（2）小能量多次沖擊能力

取決于材料強度和塑性的綜合性能指標（1）夏比沖擊試驗4.韌性：——金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不被破壞的能力。力學性能小結(jié)屈服強度Rel（σs）：設計選材依據(jù)抗拉強度Rm(σb)：設計選材依據(jù)

斷后伸長率：A（δ）＞5％，斷面伸縮率：Z（ψ）＞10％，可滿足一般要求

布氏硬度HBW：＜650HBW，結(jié)果精確，測半成品洛氏硬度HR：70～88HRA；20～100HRB；20～

70HRC。測定簡單,不傷工件，測成品或半成品維氏硬度HV：5～1000HV

，精確可靠,測薄件沖擊吸收能量KV（KU）受沖擊零件選材、檢驗依據(jù)

硬度指標強度指標塑性指標韌性指標力學性能小結(jié)屈服強度Rel（σs）：設計選材依據(jù)斷后伸長【習題與思考題】1.名詞解釋：強度、硬度、塑性、韌性。強度：強度是指材料在外力作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力。硬度：是表示材料抵抗局部變形和破壞的能力。塑性：是指材料在斷裂前產(chǎn)生永久變形而不被破壞的能