金属的力学性能

《金属的力学性能》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属的力学性能（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、编号：NGQD-0707-09版本号：A/0页 码:编制/时间：审核/时间：批准/时间：学科金属材料及 热处理第一章金属的性能第一节金属的力学性能教学类型授新课授课时数 6授课班级教学目的 和要求1、了解力学性能的测定方法。2、掌握金属的力学性能及衡量指标。教学重点 和难点1、重点：力学性能的概念及有关计算。2、难点：强度的计算及硬度的比较。教具准备挂图复习提问强度、硬度之间有何关系？作业布置P16 习题 8、12教学方法主要教学内容和过程附记第一章金属的性能广 使用性能：金属材料在使用条件下所表现 出来的性能。（物理性能、化学性能、力学 1性能）决定了它的使用范围、使用寿命 金属性能 j 工

2、艺性能：金属在制造加工过程中反映出 来的性能。（适应各种加工方法的性1能）决定了它对各类加工方法的适应能力（铸造、锻造、焊接、切削加工、热处理等）编制/时间:教学方法主要教学内容和过程附记1-1金属的力学性能力：物体间的相互作用，是一个物体对另一个物体的作 用。力学性能：金属在外力作用下所表现出来的性能。（包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度）载荷：金属材料在加工及使用过程中所受的外力r静载荷J冲击载荷载荷作用性质交变载荷载荷作用形式：拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转变形：金属材料受到载荷作用而产生的几何形状和尺寸 的变化。（当然，载荷作用可使运动状态发生变化。）弹性变形：随载荷的去除而消失

3、的变形。塑性变形：不能随载荷的去除而消失的变形。（永久变 形、残余变形）内力：金属受外力作用时，为保持其不变形，在材料内 部作用着与外力相对抗的力（与外力相对应。（随外力施加 而产生，随外力去除而消失）成力：单位面枳上的内力。o=F/S一、强度：金属在静载荷作用卜，抵抗塑性变形或断裂的能力。 载荷作用形式：抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度、抗压强度、 抗扭强度教学方法主要教学内容和过程附记3,强度指标：（1）弹性极限：最大弹性变形的抗力指标。CTe= Fe（弹性零件）So工作应力小于弹性极限冈峻：零件受载荷时，抵抗弹性变形的能力，用弹性模 量E衡量。（E :表示产生单位弹性变形时所需应力的大小）E

4、越大，刚度大，弹性变形小。（2 ） 屈服点 :（有明显屈服现象材料）CTS= Fs反映了金属材料抵抗微量塑性变形能力（工作应力小于S ）（3 ） 屈服S度 （或称规定残余伸长应力）无明显屈服0.2=匹So0.2的的含义：塑性伸长量为Lo的0.2%.举例：F0.2如何找？ 0.2如何算？s与。0.2都代表金属材料开始明显塑性变形抗力。s与0.2是零件设计的主要依据，也是评定金属材 料性能的重要指标。（4 ）抗拉强度：材料拉断前所能承受的最大应力。%= Fbs0b :零件设计和选材的重要依据，工作应力应小于。 b，否则会断裂。（5）屈强比：s/%屈强比越小，结构零件的可靠性越高，万一超载，也能 由

5、于塑性变形使金属的强度提高而不致立刻破断。但太低， 材料强度的有效利用率太低。希望：屈强比高一些屈强比：碳钢：0.6合金0.85 低合金0.650.75二塑性金属断裂前产生塑性变形（永久变形）的能力。（断前，塑性变形量大的材料，塑性好）具有塑性的好处:（5点） 在材料具有一定的塑性时，当偶尔遭受到过载荷时能 发生塑性变形，它与形变强化相配合，避免工件突然 断裂，从而保证了机件的安全。 由于零件不可避免地存在截面过渡、油孔、沟槽、尖 角等，加载后出现应力集中，具有一定塑性，可以通 过应力集中处的局部塑性变形来削减应力，使之重新 分配，从而保证零件不致早期断裂。 材料具有一定塑性，有利于某些成形工

6、艺（如冷冲压、 冷弯、校直等修复工艺和装配的顺利完成。 塑性指标是金属材料生产的质量标志，它反映出材料 的冶金质量的好坏（纯净度、加工质量与热处理水平） 易于通过塑性变形加工成复杂形状零件。1、伸长率（利用拉伸曲线）& 乙 1 LO X100%LO85 = (1.21.5) Ao2、断面收缩率中=（S0-S1） /SO X100%8、中值越大，塑性越好。举例：计算教材P7例1。如图所示为三种不同材料的拉伸曲线，（试样的尺寸相 司），试比较三种材料的抗拉强度、屈服点（屈服强度）、塑 性的大小。教学方法主要教学内容和过程附记解：尺寸木相同，只要比较载荷大小及绝对伸长量即可。b2 b1 b30.2（

7、1） s3 0.2（2）喝 52 81三、硬度材料抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力，是衡量金 属材料软硬程度的一种性能指标。（教材P7 ）机械制造中，为使工具、零件能正常工作，并保持一定 的寿命，都对硬度值提出一定的要求。金属硬度虽没有确切的物理意义，但试验操作简单，无 破坏性，故应用广泛。另外硬度与抗拉强度、疲劳强度存在 定的对应关系。规律：硬度高，强度、耐磨性高。试验方法： 压入法：表征金属抵抗变形的能力（布氏硬度、洛氏 硬度、维氏硬度、显微硬度、努氏硬度） 回跳式（肖氏硬度） 刻划法：表征 抵抗破裂能力（莫氏硬度）1、布氏硬度（1）测试原理:使用一定直径的球体（钢球或硬质合全球）,以规

8、定的实验力压入试样表面，经规定保持时 间后卸除试验力；然后测量表面压痕直径来计算硬度。布氏硬度=试验载荷除以压痕球形表面积所得的商。HBS（HBW）= F =0.102式中,d越小,兀 d（d e 2 - d 2）布氏硬度值越高。通常，布氏硬度值不标出单位。实际应用中，布氏硬度不用计算，而是用专用的刻度放 大镜量出压痕直径（d）,查表，得硬度值。例：d = 2.60HB = 555（P141 页）试验条件：布氏硬度试验时，由于金属材料有硬有软，工件有厚有 薄，有大有小，如果采用一种标准的载荷和压头直径D， 就会出现对硬的材料合适，而对极软的材料会发生钢球陷入 被测材料内的现象；对厚的材料合适，

9、对薄的材料会发生压 透现象。 最小厚度值。 根据不同的材料和工件厚度选择不同的载荷、压头直 径和载荷保持时间。 压痕直径大小，应在0.24D d 0.6D范围内，否 则无效。 F/D2的比值应为常数（表1-1）(2)布氏硬度的表示方法170 HB(HBW) 10 / 1000 / 30时间30S布氏硬度值9807N(F(3)应用范:硬度不是很高的材料。(4)优缺点:优点：硬度值代表性全面。数据稳定。 测量精度较高 与其它力学性能有一定的关系，HB3b( Ob 单位为 kgf/mm2)缺点：操作时间较长，对不同材料需要不同压头和试 验力，压痕测量费时。 进行高硬度试验时，由于球体 本身的变形使测

10、量结果不准确。 因压痕大，不宜测成 品及薄件。2、洛氏硬度(1)测试原理：采用金刚石圆锥体或淬火钢球压头，压入 金属表面后，经规定保持时间后卸除试验力，以测量 的压痕深度来计算洛氏硬度值。教学方法主要教学内容和过程附记对照图 讲解试验过程：1）测量时，先加初试验力F0，压入深度为h1,（目的 是消除因零件表面不光滑而造成的误差。）2）然后，再加主试验力F1，在总试验力（F1+F0）的 作用下，压入深度为h2.3）卸除主试验力，由于金属弹性变形的恢复，使压头回 升到h3的位置，则主试验力所弓1起的塑性变形的压痕深度e=h-h1HR= K e0.002（K : 0.2mm 金刚石圆锥体压头 K :

11、 0.26mm钢球压 头）洛氏硬度计：结构简介洛氏硬度没有单位，试验时硬度值直接从硬度计的表盘 上读出。（2）常用洛氏硬度标尺及其适用范围为了用一台硬度计测定从软到极硬的村料的硬度，可采 用不同的压头和载荷组成不同的洛氏硬度标尺，每一种标尺 用一个字母在洛氏硬度符号HR后面加以说明（15种洛氏 标尺）。常用的洛氏硬度标尺是A、B、C三种。各种不同标尺的洛氏硬度值不能直接比较，但可用实验 测定的换算表相互转换。教学方法主要教学内容和过程附记洛氏硬度表示方法：45 HRC（C标尺洛氏硬度）硬度值 C标尺洛氏硬度（3）优缺点优点压头、载荷多种，可以测出从极软到极硬的各种 不同的材料硬度，不存在压头变

12、形问题。 压痕小，对于一般工件不会造成损伤。 操作简单、迅速，可直接得出硬度值，生产效率高， 适用于成批生产中的产品检验。缺点：不同的硬度标尺测得的硬度值无法统一进行比 较。 因压痕小，对于具有粗大组织结构的材料或组织 不均匀的材料，缺之代表性。（米用不同部位测试多次，取 平均值。）HR& 1HB103,维氏硬度布氏硬度试验时，为了避免因钢球永久变形而影响硬度 值的准确性，只可测量硬度小于450HBS或650HBW的金 属材料。洛氏硬度试验虽可测各种材料的硬度，但需米用不同的 压头和载荷，标尺不同，硬度值之间彼此没有联系，没有可 比性。为了使从软到硬的各种金属材料有一个连续一致的硬 度标准，制

13、定了维氏硬度试验法。(1) 测试原理：与布氏硬度基本相同。将相对面夹角为1360的正四棱锥体金刚石压头以选定 的试验力压入试样表面，经规定保持时间后卸除试验力， 用测量压痕对角线的长度来计算硬度。HV=0.1891 上 d 2实际工作中，HV不用计算，查表查出。维氏硬度试验力可根据试件的大小、厚薄及条件进行选 择。(2) 表示方法：与布氏硬度相同30640 HV30kgf试验力硬度值维氏硬度(3)优缺点优点：不存在布氏硬度试验时载荷P和压头直径D 所规定条件的结束、压头变形问题。 不存在洛氏硬度试验硬度值无法统一的问题。 载荷可以任意选取，材质也不论软硬。 测量数据稳定可靠，精度高。 因施加的

14、试验力小，压入深度较浅，故可测较薄 的材料，也可测渗碳、渗氮层硬度。 维氏硬度具有连续性(101000HV)，故可测定很软到很硬的材料硬度，且准确性高。缺点：测量压痕对角线的长度较繁。 须测长度查表（或计算）得硬度值，测量效率不高。 压痕小，对试件表面质量要求较高。（Ra0.2Mm ）前面所讲的强度、塑性、硬度等是在静载荷作用下材 料所表现出的抵抗能力。实践中，有许多机械零件在工作 中要受到冲击载荷的作用，如汽车的起动、刹车、速度的 突然改变等，都会使零件受到冲击。还有一些机械零件本 身就是利用冲击能量来进行工作的，如锻锤、冲床等。在 这样的工作条件下，如仍只考虑金属材料静载荷的力学性 能，将不能满足使用要求，这时必须考虑在冲击载荷作用 下金属材料的抵抗能力。、冲击韧性金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击 韧性。1、冲击试样：为了比较不同材料的冲击韧度值，必须采用一定尺寸和 形状的试样。（标准试样）尺寸：10mmx10mm x55mm缺口：U型，V型（国外）缺口作用