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1、This documentincludes Mechanical ppete omeal material, ailr analysis an digciera (stengt theries)It s he fundamntas f cansof atria。 Pe refero rerencs for xtesi readig.第三节金属材料的性能 材料的性能有使用性能和工艺性能两类。使用性能是保证工件的正常工作应具备的性能，主要包括力学性能、物理性能、化学性能等。工艺性能是材料在被加工过程中适应各种冷热加工的性能，包括铸造性能、锻压性能、焊接性能、热处理性能、切削加工性能等。本节主要讲述
2、力学性能、物理和化学性能、工艺性能一、材料的力学性能 载荷:零件和工具在使用过程中所受的力,按作用方式不同，可分为拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转等,又可分为静载荷和动载荷。静载荷力的大小不变或变化缓慢的载荷.如静拉力、静压力等。 动载荷-力的大小和方向随时间而发生改变。如冲击载荷、交变载荷、循环载荷等。应力：材料在任一时刻所受的力除以横截面积之商.用“”表示。变形:金属在外力的作用下尺寸和形状的变化,“弹性变形”和“塑性变形”弹性变形-去除外力后，物体能完全恢复原状的变形。 塑性变形当外力取消后，物体的变形不能完全恢复，而产生的永久变形。力学性能:是指在力的作用下所显示的与弹性和非弹性反应相关或
3、涉及应力应变关系的性能，通俗地讲是指材料抵抗外力引起的变形和破坏的能力.强度（stregth）：材料在力的作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。分为抗拉、抗压、抗弯、抗剪强度等塑性(pasticity）:塑性是金属在外力作用下能稳定地改变自己的形状和尺寸，而各质点间的联系不被破坏的性能硬度（hrdness)：材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度韧性（ouhess):韧性是指金属在冲断前吸收变形能量的能力，即抵抗冲击破坏的能力 、抗拉强度与塑性测量 拉伸试验：G/T228-1987（新标准，GB/T28202）。采用万能材料试验机,给拉伸试验缓慢施以拉力，测出拉力与变量的关系。可
4、用于测量材料在拉力作用下的强度和塑性. 拉伸试验方法 拉伸试样 拉伸试样的颈缩拉伸试样:按国家标准制作，试样的截面可以为圆形、矩形、多边形、环形等。其中圆形拉伸试样如图所示。原始标距长度；d0原始直径。一般应符合一定的比例关系：国际上常用的是L0/d=5(短试样),原始标距长度不小于15mm;当试样横截面太小时,可采用L/=1(长试样），或采用非比例试样。 L-拉断后试样标距长度；d1-拉断后试样断口直径。 拉伸曲线：拉伸试验中记录的拉伸力与伸长量L（某一拉伸力时试样的长度与原始长度的差L=Lu-)的FL曲线称为拉伸曲线图。 低碳钢拉伸曲线 “o为纯弹性变形阶段，卸去载荷时,试样能恢复原状 “
5、e”点开始塑性变形“s”点出现“屈服”现象，出现明显塑性变形 “sb”为强化阶段，试样产生均匀的塑性变形，并出现了强化 “b”点为最大载荷,试样出现“缩颈”现象“k”点试样被拉断 （1）强度(strng） 强度表示：强度一般用拉伸曲线上所对应某点的应力来表示。单位采用/mm（或MPa兆帕) = F/So式中： 应力（MPa）;F拉力（N)；o截面积（m2)。 强度判据：拉伸试验可用于测量弹性极限、屈服强度、规定残余伸长强度、抗拉强度等弹性极限： 保持纯弹性变形的最大应力。e = FS屈服强度（ yildtregth）：s 产生屈服时的应力(屈服点），亦表示材料发生明显塑性变形时的最低应力值.s
6、= Fs/o 规定残余伸长应力：r。2产生02%残余伸长率时的应力。r0。2= Fr02/So抗拉强度（tensilsenth)：b 断裂前最大载荷时的应力(强度极限）。 =Fb/o 强度意义：一般机械零件或工具使用时，不允许发生塑性变形,故屈服点s是机械设计强度计算的主要依据；抗拉强度代表材料抵抗拉断的能力，若应力大于抗拉强度，则会发生断裂而造成事故.工程上还通过计算屈强比（s /b，屈服点与抗拉强度的比值来判别材料强度的利用率，屈强比高，材料性能使用效率高，一般材料的屈强比以0。75为宜。（2）塑性(plsicity) 塑性判据：可用拉伸试验测定断后伸长率和断面收缩率 断后伸长率（pcif
7、i elongato）：，用断后标距的残余伸长量（L1-）与原始标距长度（0)之比的百分数。 = （1-L0 /0）100% 采用长、短试样测出的断后伸长率分别用5和10表示。（一般5 0;一般大2左右）。断面收缩率（perentagduct naa）：, 用拉断后试样横截面积的最大缩减量(01)与试样原始横截面积（S0)的百分比。 (S01)/00%塑性意义：和的数值越大，表明材料的塑性越好。塑性良好的金属可进行各种塑性加工,同时使用安全性也较好. 5 属脆性材科 10% 属韧性材料 10% 属塑性材料金属强度与塑性新、旧标准对照表 新标准GBT-002 旧标准G/T228987 性能符号性
8、能符号断面收缩率Z断面收缩率断后伸长率A 断后伸长率5 A1。10屈服强度-屈服点 上屈服强度ReH上屈服点sU 下屈服强度Re 下屈服点sL 规定残余伸长强度r规定残余伸长应力r 例如:R.2例如:r02抗拉强度R 抗拉强度 2、硬度测量 硬度测量的应用：硬度测量具有简便、快捷；不破坏试样（非破坏性试验）;硬度能综合反映材料的强度等其他力学性能;硬度与耐磨性具有直接关系，硬度越高，耐磨性越好。所以硬度测量应用极为广泛,常把硬度标注于图纸上,作为零件检验、验收的主要依据. 测量方法：可采用压入法、加弹法、划痕法等测量方法。生产中常用压入法(有布氏硬度法、洛氏硬度法、维氏硬度法等）。 布氏硬度计
9、洛氏硬度计维氏硬度计(1)布氏硬度：HB（Binell-hdess )（HBS、HBW ) 布氏硬度测量原理：采用直径为D的球形压头,以相应的试验力F压入材料的表面,经规定保持时间后卸除试验力,用读数显微镜测量残余压痕平均直径d，用球冠形压痕单位表面积上所受的压力表示硬度值.实际测量可通过测出值后查表获得硬度值。HB(HBW) =/S = 2F/DD - (D2-d2)12HBS表示用淬火钢球压头测量的布氏硬度值。适用范围：小于450; HBW表示用硬质合金压头测量的布氏硬度值。适用范围：40650布氏硬度的测量原理 布氏硬度表示方法：符号BS或HW之前的数字表示硬度值,符号后面的数字按顺序分
10、别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。 如:1HBS0/100/0表示直径为10mm的钢球在100kf（9.07kN)载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为12 布氏硬度特点:优点:测量数值稳定,准确，能较真实地反映材料的平均硬度;缺点:压痕较大，操作慢，不适用批量生产的成品件和薄形件 布氏硬度测量范围:用于原材料与半成品硬度测量,可用于测量铸铁；非铁金属（有色金属)、硬度较低的钢（如退火、正火、调质处理的钢) （2）洛氏硬度：HR（Rockwllhardnes） 洛氏硬度测量原理:用金刚石圆锥或淬火钢球压头，在试验压力F的作用下,将压头压入材料表面，保持规定时间后，去除主试验力,保持初始试验力
11、，用残余压痕深度增量计算硬度值，实际测量时，可通过试验机的表盘直接读出洛氏硬度的数值。HR = K- h0。00K-常数,金刚石压头取值100，球形压头取值130 洛氏硬度测量原理 洛氏硬度测量条件：洛氏硬度可以测量从软到硬较大范围的硬度值，根据被测对象硬度值大小不同，可用不同的压头和试验力，如下表。 常用洛氏硬度的试验条件和应用范围 硬度符号 压头类型 总试验力 FN（kgf) 硬度范围 应用举例HRA 120金刚石圆锥8.4（0) 208 硬质合金、碳化物、浅层表面硬化钢等 HRB 1588mm淬火钢球 07(100） 010退火、正火钢，铝合金、铜合金、铸铁 C 120o金刚石圆锥 17
12、1（150） 0 淬火钢、调质钢、深层表面硬化钢 洛氏硬度特点：优点:测量迅速、简便、压痕小、硬度测量范围大, 缺点：数据准确性、稳定性、重复性不如布氏硬度 洛氏硬度测量范围：可用于成品和薄件，但不宜测量组织粗大不均匀的材料（如上表所示) ()维氏硬度:V（diamod penertr harnes） 维氏硬度测量原理:与布氏硬度相似。采用相对面夹角为o金刚石正四棱锥压头,以规定的试验力压入材料的表面，保持规定时间后卸除试验力，用正四棱锥压痕单位表面积上所受的平均压力表示硬度值。 维氏硬度测量原理 维氏硬度特点：测量范围大,可测量硬度为10100V范围的材料；量压痕小。 维氏硬度应用：可测量较
13、薄的材料和渗碳、渗氮等表面硬化层。 *上述各种硬度测量法，相互间没有理论换算关系，故试验结果不能直接进行比较，应查阅硬度换算表进行比较. 各种硬度的换算经验公式：硬度在200600HB时 :1相当于10HBS ;硬度小于50BS时:B相当于1V 利用布氏硬度压痕直径直接换算出工件的洛氏硬度：根据布氏硬度和洛氏硬度换算表,可归纳出一个计算简单且容易记住的经验公式：HC （47910D)/，其中D为0mm钢球压头在3KN压力下压在工件上的压痕直径测量值.该公式计算出的值与换算值的误差在0.5 -范围内，该公式在现场用起来十分方便，您不妨试一试。3、冲击韧性测量 金属夏比缺口冲击试验：按BT2291
14、994进行，采用横截面尺寸为10mm10mm、长度为55mm,试样的中部开有V或形缺口的冲击试样.试验时冲击试样的开口背向摆锤的冲击方向置于试验机的支架上,将试样一次冲断。 冲击试验机 冲击试验原理 冲击吸收功的测量 冲击吸收功AK ：试样在一次冲击试验力作用下,断裂时所吸收的功称为冲击吸收功，用AK（或AKU)表示，单位为J（焦尔）.AK = h1 - mgh2 = mg（h1h) 冲击吸收功的意义：判断材料抵抗冲击载荷的能力，冲击吸收功小的材料，其脆性大，易被冲断；冲击吸收功对温度敏感，可用于评定材料的冷脆倾向;冲击及收功对组织敏感,可用于进行冶金夹杂物和热加工质量的签定。 4、疲劳极限 疲劳现象：在循环力或
