金屬的力學(xué)性能

§2-2金屬的力學(xué)性能強度塑性硬度沖擊韌性1精選ppt金屬的力學(xué)性能1.定義：金屬材料在承受外力〔靜、沖擊、交變〕作用下，沒有超過許可變形或不被破壞的能力——稱作金屬的力學(xué)性能。2.力學(xué)性能指標(biāo)主要包括：強度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強度。力學(xué)性能指標(biāo)是選擇、使用金屬材料的重要依據(jù)。2精選ppt一、強度1〕定義金屬在靜載荷作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力。2〕分類根據(jù)載荷作用方式不同：a〕抗拉強度——主要的常用強度指標(biāo)；b〕抗壓強度；c〕抗剪強度；d〕抗扭強度；e〕抗彎強度。3精選ppt

強度指標(biāo)一般可以通過金屬拉伸試驗來測定。把標(biāo)準(zhǔn)試樣裝夾在試驗機上，然后對試樣緩慢施加拉力，使之不斷變形直到拉斷為止。在此過程中，試驗機能自動繪制出載荷F和試樣變形量AL的關(guān)系曲線。此曲線叫做拉伸曲線。形狀：根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)〔GB/T228——2002〕有：圓形、矩形、六方形。1.拉伸試樣4精選ppt

2．拉伸曲線圖2-6為低碳鋼的拉伸曲線，圖中縱坐標(biāo)表示載荷單位為N；橫坐標(biāo)表示絕對伸長量△L，單位為mm。6從圖2-6中可以看出下面幾個變形階段：〔1〕Oe———彈性變形階段 〔2〕es———屈服階段 〔3〕sb———強化階段 〔4〕bk———縮頸階段5精選ppt〔1〕屈服強度指在外力作用下開始產(chǎn)生明顯塑性變形的最小應(yīng)力。3.強度指標(biāo)式中：Fe—試樣產(chǎn)生明顯塑性變形時所受的最小載荷，即拉伸曲線中S點所對應(yīng)的外力〔N〕S0—試樣原始橫截面面積〔mm2〕。6精選ppt3.強度指標(biāo)

對于大多數(shù)沒有明顯的屈服現(xiàn)象的金屬材料。定義：條件屈服強度：〔RP0.2〕規(guī)定：產(chǎn)生0.2%剩余伸長時的應(yīng)力作為條件屈服強度。指出：是工程技術(shù)中最重要的機械性能指標(biāo)之一；是設(shè)計零件時作為選用金屬材料的重要依據(jù)。〔1〕屈服強度7精選ppt3〕抗拉強度定義：指在外力作用下由產(chǎn)生大量塑性變形到斷裂前所承受的最大應(yīng)力，故又稱強度極限。公式：式中：Fb—指試樣被拉斷前所承受的最大外力，即拉伸曲線上b點所對應(yīng)的外力〔N〕。

S0—試樣原始橫截面面積〔mm2〕8精選ppt定義：材料受力后在斷裂之前產(chǎn)生塑性變形的能力。(1)斷后伸長率公式：A=〔Lu-L0〕/L0×100%式中：L0—試樣原標(biāo)距的長度〔mm〕Lu—試樣拉斷后的標(biāo)距長度〔mm〕(2)斷面收縮率公式：Z=〔S0-Su〕/S0×100%式中：S0—試樣原始橫截面面積〔mm2〕Su—試樣拉斷后縮頸處的最小橫截面面積〔mm2〕規(guī)律：〔A；Z〕的數(shù)值越大，表示其塑性越好；良好的塑性是金屬材料進(jìn)行塑性加工的必要條件。二、塑性9精選ppt三、硬度1.定義：金屬材料抵抗其它更硬的物體壓入其內(nèi)的能力〔外表抵抗局部塑性變形、壓痕或劃痕的能力〕。它是材料性能的一個綜合物理量。表示金屬材料在一個小的體積范圍內(nèi)抵抗彈性變形、塑性變形或破斷的能力。硬度試驗方法壓入法

劃痕法回跳法布氏硬度（HB）洛氏硬度（HR）維氏硬度（HRC）顯微硬度莫氏硬度肖氏硬度2、硬度試驗方法：10精選ppt1.布氏硬度〔HB〕1〕定義使用一定直徑的鋼球〔D=1.588mm〕，以規(guī)定實驗力壓入試樣外表，并保持規(guī)定時間〔t=10~30s〕后卸除實驗力，然后測量外表壓痕直徑〔d〕，再查相應(yīng)的表〔壓痕~硬度對照表〕得到測定的硬度值。壓痕直徑〔d〕越小，數(shù)值越大，表示硬度越高。811精選ppt2)布氏硬度的符號及表示方法布氏硬度的符號用HBS或HBW表示。①HBS表示壓頭為淬火鋼球，用于測定布氏硬度值在450N/mm2〔MPa〕以下的金屬材料，如軟鋼、灰鑄鐵和有色金屬等。對于較硬的鋼或較薄的板材不適用。在鋼管標(biāo)準(zhǔn)中，布氏硬度用途最廣，往往以壓痕直徑d來表示該材料的硬度，既直觀，又方便。

12精選ppt2)布氏硬度的符號及表示方法布氏硬度的符號用HBS或HBW表示。②HBW表示壓頭為硬質(zhì)合金，用于測定布氏硬度值在650N/mm2〔MPa〕以下的材料。布氏硬度的表示方法：HBS或HBW之前的數(shù)字為硬度值，后面按順序用數(shù)字表示試驗條件：①壓頭的球體直徑；②試驗載荷；③試驗載荷保持的時間(10～15s不標(biāo)注)。例如170HBS10/1000/30表示用直徑10mm的鋼球，在9807N(1000kgf)的試驗載荷作用下，保持30s時測得的布氏硬度值為170。530HBW5/750表示用直徑5mm的硬質(zhì)合金球，在7355N(750kgf)的試驗載荷作用下，保持10～15s時測得的布氏硬度值為530。13精選ppt3〕應(yīng)用范圍主要用于：測定鑄鐵、有色金屬及退火、正火、調(diào)質(zhì)處理后的各種軟鋼或硬度較低的材料。3〕優(yōu)、缺點優(yōu)點：壓痕直徑較大，能比較正確反映材料的平均性能；適合對毛坯及半成品測定。缺點：操作時間比較長，不適宜測定硬度高的材料；壓痕較大不適合對成品及薄壁零件的測定。14精選ppt2.洛氏硬度〔HR〕——生產(chǎn)上應(yīng)用較廣泛1〕定義采用頂角為120°的金剛石圓錐體或直徑為1.588mm的淬火鋼球作為壓頭,直接測量壓痕深度來表示材料的硬度值。試驗時先施加初載荷，使壓頭與試樣外表接觸良好，保證測量準(zhǔn)確，再施加主載荷，保持到規(guī)定的時間后再卸除主載荷，依據(jù)壓痕的深度來確定材料的硬度值。15精選ppt2.洛氏硬度〔HR〕——生產(chǎn)上應(yīng)用較廣泛2〕表示方法例：45HRC表示：測得洛氏硬度值為45；數(shù)值越大，表示硬度越高。16精選ppt3〕常用洛氏硬度標(biāo)尺及適用范圍標(biāo)尺壓頭總載荷/Kg有效值被測試材料HRA金剛石〔圓錐體〕10060～85硬質(zhì)合金、外表淬火鋼HRC金剛石〔圓錐體〕15020～67一般淬火鋼4〕優(yōu)、缺點優(yōu)點：操作簡單、快速，可直接在表盤上讀出硬度值，適宜測定成品及較薄零件及硬度高的材料；缺點：但由于壓痕較小，硬度代表性差些，如果材料中有偏析或組織不均勻的情況，測得的硬度值重復(fù)性較差，一般要求在不同部位測試屢次，并取平均值。17精選ppt四、沖擊韌性對于承受沖擊載荷的材料，如汽車發(fā)動機中的活塞，不僅要求具有高的強度和一定的塑性，還必須具備足夠的沖擊韌度。金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力稱為沖擊韌度。沖擊韌度的測定方法，如下圖。是將被測材料制成標(biāo)準(zhǔn)缺口試樣，在沖擊試驗機上由置于一定高度的重錘自由落下而一次沖斷。沖斷試樣所消耗的能量稱為沖擊功，其數(shù)值為重錘沖斷試樣的勢能差。沖擊韌度值aKV就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊功，這個值越大，那么韌性越好，受沖擊時，越不容易斷裂。18精選ppt四、沖擊韌性19精選ppt五、疲勞強度在汽車上的許多零件中，比方各種軸、齒輪、彈簧、連桿等，要受到大小和方向呈周期性變化的載荷作用。這種交變載荷雖然小于材料的強度極限，甚至小于其彈性極限，但經(jīng)屢次循環(huán)后，在沒有明顯的外觀變形時也會發(fā)生斷裂，這種破壞稱作疲勞破壞或疲勞斷裂。這種破壞都是突然發(fā)生的，具有很大的危險性。1.定義：當(dāng)金屬材料在無數(shù)次重復(fù)或交變載荷作用下而不致引起斷裂的最大應(yīng)力。20精選ppt2、產(chǎn)生疲勞斷裂破壞的原因一般認(rèn)為：是由于材料內(nèi)部有夾雜、外表劃痕及其它能引起應(yīng)力集中的缺陷。據(jù)統(tǒng)計：約有80％的機件失效為疲勞斷裂破壞。3.