金屬材料的力學(xué)性能

常用的力學(xué)性能指標(biāo)一、強度與塑性（一）強度：指材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力。大?。河脝挝幻娣e上作用的力的大小來表示，即用應(yīng)力大小表示強度高低。單位：Mpa(MN/m2)

類型：根據(jù)載荷作用方式不同強度分為抗拉、抗壓、抗彎、抗剪、抗扭強度等。一般多以抗拉強度（拉伸強度）σb為基本強度指標(biāo)。11.拉伸強度的測試方法---拉伸實驗根據(jù)GB6397-86規(guī)定，拉伸實驗試樣可制成圓形、板形，分為長試樣。2圖3-1拉伸試樣（a）拉伸前（b）拉斷后3圖1-2低碳鋼的拉伸曲線4圖3-3低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線5將試樣放在拉伸實驗機上緩慢加載拉伸，直至拉斷試樣，得到拉伸圖，由拉伸圖可知對低碳鋼而言，拉伸過程分為以下幾個階段：（1）彈性變形階段（2）屈服變形階段（3）變形強化階段（4）縮頸階段（5）斷裂

不同材料在拉伸中經(jīng)歷的過程有所不同。6圖3-4幾種類型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線（a）硬化程度較高材料的σ-ε曲線（c）強化能力較強材料的σ-ε曲線（b）脆性材料的σ-ε曲線（d）塑性變形能力大的材料之σ-ε曲線72.應(yīng)力--應(yīng)變應(yīng)力：材料受外載作用時，內(nèi)部產(chǎn)生與外力抗衡的力稱為內(nèi)力，單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力（σ）

應(yīng)變：ε=伸長量△l/原長度l0

3.彈性極限σe

、屈服極限σs

、抗拉強度σb彈性極限σe：材料保持彈性變形而不產(chǎn)生塑性變形所受的最大應(yīng)力，是彈性零件的設(shè)計依據(jù)。

σ0.01

--試樣殘余伸長量為0.01%時的應(yīng)力作為規(guī)定的σe。屈服極限σs

：材料產(chǎn)生屈服時的最小應(yīng)力，表征材料抵抗塑性變形的能力。σs=Ps/F08

σs是設(shè)計和選材的主要依據(jù)之一，不容許有明顯塑性變形的零件（如緊固螺栓），以σs為強度設(shè)計指標(biāo)。對拉伸曲線上無明顯屈服現(xiàn)象的材料，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定一試樣塑性變形量為標(biāo)距長度的0.2%時承受的應(yīng)力作為“規(guī)定屈服極限”，用“σ0.2

”表示。

σb

材料能承受的最大應(yīng)力，σb

=Pb/F0它易測量且較為精確，表示材料對最大均勻變形的抗力，或?qū)嗔训目沽Α?4.彈性固態(tài)工程材料均具有彈性行為，即在力的作用下產(chǎn)生變形且變形量與力成線性關(guān)系，外力去除后變形完全消失，物體恢復(fù)到原來形狀，這種變形叫彈性變形。用彈性模量E來表征材料抵抗彈性變形的能力，工程上E稱為剛度，

E=σ/ε（Mpa）

材料的彈性模量E由材料本性決定，反映了材料內(nèi)部原子間的結(jié)合力強弱，與成分和組織變化關(guān)系不明顯。材料的剛度和零件的剛度不是一會事，零件的剛度還與零件的結(jié)構(gòu)（厚度、截面積）有關(guān)。10（二）塑性--–材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不被破壞的能力（或材料在外力作用下斷裂前具有塑性變形的能力）。有兩個指標(biāo)：1.伸長率（δ，又稱延伸率）δ=（l1-l0)/l0

Ⅹ100%

對同一種材料，長試樣和短試樣測出的

δ不同，分別用

δ5

、δ10表示。2.斷面收縮率（φ）

φ=（F0-F1）/F0

Ⅹ100%

φ不受試樣尺寸影響。

11二、硬度硬度是指材料的軟硬程度，即抵抗另一硬物壓入其中的能力，表征材料抵抗表面局部塑性變形及破壞的能力。硬度的測量方法一般用壓入法，即用一定的壓力將壓頭壓入材料表面，根據(jù)壓力大小、壓痕面積或深度來確定硬度大小。常用的硬度測定方法有以下幾種：12

（一）布氏硬度HB

壓頭：直徑分別為10、5、2.5、2、1mm,有淬火鋼球和硬質(zhì)合金球兩類。大小：用單位壓痕面積上所承受的平均壓力大小來表示。數(shù)值小于450，用HBS表示，壓球為普通淬火球；數(shù)值在450~650，用HBW表示，壓球為硬質(zhì)合金球；數(shù)值大于650，不用該方法測定硬度。特點：壓坑大，誤差?。徊灰藱z測成品、小件、薄件；主要用于毛坯、原料硬度檢測；需計算。13圖1-3布氏硬度測試原理14

（二）洛氏硬度HR壓頭：Φ1.588mm的淬火鋼球或頂角為120o的金剛石錐。加載方式：(1)加初載10Kg;(2)

再加主載，有50、90、140Kg大?。河脡汉凵疃缺硎尽?/p>

計算方法：HR=（K-Δh）/0.002K—常數(shù)，Δh—兩次加載壓痕深度差，0.002mm為一個硬度單位，硬度值在硬度計上直接讀出。

15圖1-4洛氏硬度測試原理16種類：見表。特點：壓坑小，可測量成品、薄件，操作方便迅速，但測量誤差大，應(yīng)取多點，取平均值。不同的HR無可比性，只能換成同一的HR方可比較。17表1-1常用洛氏硬度標(biāo)度18（三）維氏硬度原理與布氏硬度相似，但只有一種壓頭---相對兩面間夾角為136o的金剛石正四面錐，載荷較布氏硬度小，硬度大小與載荷大小無關(guān)，適合各種金屬，尤其是表面層，精度高。19圖1-5維氏硬度測試原理20三、沖擊韌性1.概念：材料抵抗沖擊載荷的能力，或材料在沖擊載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力。2.試樣：見圖3.測定方法：一般用一次擺錘沖擊方法見圖。4.表示方法：常用αk（J/cm2）。

αk=Ak/F，Ak–試樣變形和斷裂吸收的能量，F(xiàn)—試樣缺口處截面積。21圖1-6標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣22圖1-8擺錘式?jīng)_擊試驗23

四、疲勞強度表征材料抵抗疲勞斷裂的能力，用材料經(jīng)無限多次應(yīng)力循環(huán)仍不斷裂時的最大應(yīng)力表示。符號：σr，r在-1~+1之間；

r=1，表示靜載荷；

r=-1，表示對稱循環(huán)應(yīng)力；

r=0，表示脈動應(yīng)力。242526五、高溫力學(xué)性能一般情況下，隨溫度的升高材料的強度、彈性模量降低、塑性增加，若高溫時間長，塑性也會顯著降低。1.蠕變強度：指材料在高溫長時間載荷作用下抵抗塑性變形的能力。有兩種表示方法：（1）σδT/t---在規(guī)定時間內(nèi)達(dá)到某一規(guī)定的變形量時的應(yīng)力作為蠕變強度。（2）συT---在一定溫度下，穩(wěn)態(tài)蠕變速率達(dá)到某一定值時的應(yīng)力作為蠕變強度。高溫下不允許有過量塑性變形的零件以蠕變強度為設(shè)計指標(biāo)。27282.持久強度：指材料在高溫長時間載荷作用下抵抗斷裂的能力。大小用