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1、 第一章第一章 金属的力学性能及实验方法金属的力学性能及实验方法金属资料性能：运用性能和工艺性能金属资料性能：运用性能和工艺性能运运用用性性能能：为为保保证证机机械械零零件件或或工工具具正正常常任任务务，资资料料应应具具备备的的性性能能，它它包包括括物物理理性性能能如如导导电电性性、导导热热性性、热热膨膨胀胀性性等、化学性能如抗腐蚀性、抗氧化性等和力学性能。等、化学性能如抗腐蚀性、抗氧化性等和力学性能。工工艺艺性性能能：在在制制造造机机械械零零件件或或工工具具的的过过程程中中，资资料料顺顺应应各各种种冷冷、热热加加工工和和热热处处置置的的性性能能，它它包包括括铸铸造造、锻锻造造、焊焊接接、切削
2、加工等工艺性能以及热处置工艺性等。切削加工等工艺性能以及热处置工艺性等。力力学学性性能能：资资料料在在外外力力作作用用下下所所显显示示的的性性能能，又又称称机机械械性性能，如强度、硬度、塑性、韧性、抗疲劳性等。能，如强度、硬度、塑性、韧性、抗疲劳性等。一、强度一、强度强度：金属抵抗永久变形和断裂的才干强度：金属抵抗永久变形和断裂的才干拉伸实验法：拉伸实验在拉伸实验机上进展拉伸实验法：拉伸实验在拉伸实验机上进展一、强度一、强度强度：金属抵抗永久变形和断裂的才干强度：金属抵抗永久变形和断裂的才干拉伸实验法：拉伸实验在拉伸实验机上进展拉伸实验法：拉伸实验在拉伸实验机上进展拉拉伸伸试试样样：圆圆形形试
3、试样样断断面面为为圆圆形形，根根据据GB639786的的规规定定，拉拉伸伸试试样样分分为为长长比比例例试试样样或或短短比比例例试试样样。对圆形试样：长试样对圆形试样：长试样l=10d。；短试样。；短试样l=5d。 拉拉伸伸曲曲线：在在开开场的的 阶段段，资料料处于于弹性性变形形阶段段；超超越越e点点后后，除除弹性性变形形外外，资料料开开场产生生塑塑性性变形形，曲曲线在在S点点处出出现一一小小段段程程度度 线段段，这种种景景象象称称为“屈屈服服，标志志着着资料料发生生微微量量塑塑性性变形形。当当拉拉伸伸力力到到达达 后后，在在试样的的标距距长度度内内某某处，横横截截面面发生生部部分分收收缩，即即
4、产生生“缩颈景景象象，此此时拉拉伸伸力力开开场减减小小，故故b点点为曲曲线上上集集中中干干涉部，直至断裂涉部，直至断裂k点。点。 拉拉伸伸曲曲线：在在开开场的的 阶段段，资料料处于于弹性性变形形阶段段；超超越越e点点后后，除除弹性性变形形外外，资料料开开场产生生塑塑性性变形形，曲曲线在在S点点处出出现一一小小段段程程度度 线段段，这种种景景象象称称为“屈屈服服，标志志着着资料料发生生微微量量塑塑性性变形形。当当拉拉伸伸力力到到达达 后后，在在试样的的标距距长度度内内某某处，横横截截面面发生生部部分分收收缩，即即产生生“缩颈景景象象，此此时拉拉伸伸力力开开场减减小小，故故b点点为曲曲线上上集集中
5、中干干涉部，直至断裂涉部，直至断裂k点。点。内内力力：试样受受拉拉伸伸力力F作作用用后后，导致致资料料内内部部之之间产生生同同样大大 小的相互作用力小的相互作用力应力：力：单位横截面位横截面积上的内力，。上的内力，。屈服点屈服极限：金属屈服点屈服极限：金属产生屈服景象生屈服景象时的的应力力 。 屈屈服服强度度：工工程程技技术上上普普通通规定定，以以试样产生生的的塑塑性性变形形伸伸长量到达量到达02时的的应力，力，0.2 。抗拉抗拉强度度强度极限：金属拉断前接受的最大拉度极限：金属拉断前接受的最大拉应力，力，二、塑性二、塑性塑塑性性：金金属属资料料断断裂裂前前发生生永永久久变形形的的才才干干断断
6、后后伸伸长率率：试样拉拉断断后后标距距的的伸伸长量量与与原始原始标距的百分比距的百分比由由于于同同一一资料料用用不不同同长度度的的试样测得得的的断断后后伸伸长率率数数值不不同同，因因此此应注注明明试样尺尺寸寸比例。比例。断断面面收收缩率率：试样拉拉断断处横横截截面面积的的减减小小量与原始横截面量与原始横截面积的百分比，的百分比，强度度是是表表征征资料料变形形抗抗力力目目的的，而而塑塑性性是是描画描画变形才干的目的。形才干的目的。第二节第二节 硬度及硬度实验硬度及硬度实验硬硬度度：金金属属资资料料抵抵抗抗部部分分变变形形，特特别别是是塑塑性性变变形形、压痕或划痕的才干压痕或划痕的才干一、布氏硬度
7、实验法一、布氏硬度实验法 布布氏氏硬硬度度实实验验的的原原理理：用用一一定定直直径径Dmm的的钢钢球球或或硬硬质质合合金金球球，以以相相应应的的实实验验力力FN压压入入试试件件外外表表，并并坚坚持持一一定定的的时时间间，然然后后卸卸除除实实验验力力，丈丈量量试试件件外外表表的的压压痕痕直直径径dmm，用用实实验验力力除除以以压压痕痕球球形形外外表表积积Amm2所所得得的的商商作作为为布布氏氏硬硬度度值值，符符号号为为HBS压压头头为为钢钢球球时时或或HBW压头为硬质合金球时。压头为硬质合金球时。HBS适适用用于于丈丈量量低低于于布布氏氏硬硬度度值值450的的资资料料；HBW适用于丈量低于布氏硬
8、度值适用于丈量低于布氏硬度值650的资料。的资料。实实验验时时，根根据据被被测测的的资资料料不不同同，球球直直径径、实验力及实验力坚持时间按表实验力及实验力坚持时间按表-1选择。选择。金属种金属种类布布 氏氏 硬硬 度度 范范 围 HBSHBW试样厚度厚度/mm0.102球的直径球的直径/mm实验力力F/KNk g f)实验力力坚持持时间/s黑色金属黑色金属140-450634223010.05.02.529.42(3000)7.355(750)1.839(187.5)126631010.05.09.807(1000)2.452(250)12非非铁金属金属130634262.510.02.45
9、2(250)60表表120HBS10100030代代表表用用 10mm钢钢球球，在在1000kgf10kN实验力作用下坚持实验力作用下坚持30s，测得的布氏硬度值。，测得的布氏硬度值。布布氏氏硬硬度度实实验验法法普普通通用用于于实实验验各各种种硬硬度度不不高高的的钢钢材材、铸铸铁铁、有色金属等，也用于实验经淬火、回火但硬度不高的钢件。有色金属等，也用于实验经淬火、回火但硬度不高的钢件。由由于于布布氏氏硬硬度度实实验验的的压压痕痕较较大大，实实验验结结果果能能更更好好地地代代表表试试件件的硬度。的硬度。二、洛氏硬度实验二、洛氏硬度实验洛洛氏氏硬硬度度实实验验法法原原理理：根根据据压压痕痕的的塑塑
10、性性变变形形深深度度来来衡衡量量硬硬度度。实实验验时时，先先加加初初始始实实验验力力 98N10kgf，使使压压头头严严密密接接触触试试件件外外表表a，并并压压入入到到b处处，以以此此作作为为衡衡量量压压入入深深度度的的起起点点，再再加加主主实实验验力力使使压压头头压压入入到到c处处，然然后后去去掉掉主主实实验验力力，由由于于被被试试金金属属弹弹性性变变形形的的消消除除，压压头头向向上上上上升升到到d处。洛氏硬度计表盘上读出即可。处。洛氏硬度计表盘上读出即可。二、洛氏硬度实验二、洛氏硬度实验洛洛氏氏硬硬度度实实验验法法原原理理：根根据据压压痕痕的的塑塑性性变变形形深深度度来来衡衡量量硬硬度度。
11、实实验验时时，先先加加初初始始实实验验力力 98N10kgf，使使压压头头严严密密接接触触试试件件外外表表a，并并压压入入到到b处处，以以此此作作为为衡衡量量压压入入深深度度的的起起点点，再再加加主主实实验验力力使使压压头头压压入入到到c处处，然然后后去去掉掉主主实实验验力力，由由于于被被试试金金属属弹弹性性变变形形的的消消除除，压压头头向向上上上上升升到到d处。洛氏硬度计表盘上读出即可。处。洛氏硬度计表盘上读出即可。二、洛氏硬度实验二、洛氏硬度实验洛洛氏氏硬硬度度实实验验法法原原理理：根根据据压压痕痕的的塑塑性性变变形形深深度度来来衡衡量量硬硬度度。实实验验时时，先先加加初初始始实实验验力力
12、 98N10kgf，使使压压头头严严密密接接触触试试件件外外表表a，并并压压入入到到b处处，以以此此作作为为衡衡量量压压入入深深度度的的起起点点，再再加加主主实实验验力力使使压压头头压压入入到到c处处，然然后后去去掉掉主主实实验验力力，由由于于被被试试金金属属弹弹性性变变形形的的消消除除，压压头头向向上上上上升升到到d处。洛氏硬度计表盘上读出即可。处。洛氏硬度计表盘上读出即可。实实验验时时，根根据据被被测测的的资资料料不不同同，压压头头的的类类型型、实实验验力力及及按按表表-2选择，对应的洛氏硬度标尺为选择，对应的洛氏硬度标尺为HRA、HRB、HRC三种三种符号符号压头类型型载荷荷/k g f
13、硬度有效硬度有效范范围运用范运用范围HRA金金刚石石圆锥体体607085适用于丈量硬适用于丈量硬质合金、合金、钢表、表、淬火淬火层或渗碳或渗碳层HRB直径直径为1.588mm钢球球10025100相当相当60230HB适用于丈量非适用于丈量非铁金属退火、火金属退火、火等等HRC金金刚石石圆锥体体1502067(相当相当HB230700)适用于适用于调质钢、淬火、淬火钢等等表表-2 第三节 韧性和冲击实验冲击力：零件遭到忽然作用的外力冲击力：零件遭到忽然作用的外力韧韧性性：金金属属在在冲冲击击力力作作用用下下，断断裂裂前前吸吸收收变变形形能能量量的的才干。韧性愈好，代表金属的抗冲击才干愈强。才干
14、。韧性愈好，代表金属的抗冲击才干愈强。一、摆锤式一次冲击实验一、摆锤式一次冲击实验按按GB22984的的规规定定，将将被被试试金金属属制制成成规规范范的的冲冲击击试试样。样。摆摆锤锤式式一一次次冲冲击击实实验验原原理理：实实验验在在专专门门的的摆摆锤锤式式冲冲击击实实验验机机上上进进展展，把把试试样样放放在在实实验验机机的的支支承承面面上上，试试样样的的缺缺口口背背向向摆摆锤锤冲冲击击方方向向。将将质质量量为为m的的摆摆锤锤安安放放到到规规定定的的高高度度H，然然后后下下落落，将将试试样样打打断断，并并摆摆过过支支点点升升到到某某一一高高度度h，试试样样在在冲冲击击实实验验力力一一次次作作用用
15、下下，折折断断时时所所吸吸收收的的功功为为冲冲击击吸收功为吸收功为Ak摆摆锤锤式式一一次次冲冲击击实实验验原原理理：实实验验在在专专门门的的摆摆锤锤式式冲冲击击实实验验机机上上进进展展，把把试试样样放放在在实实验验机机的的支支承承面面上上，试试样样的的缺缺口口背背向向摆摆锤锤冲冲击击方方向向。将将质质量量为为m的的摆摆锤锤安安放放到到规规定定的的高高度度H，然然后后下下落落，将将试试样样打打断断，并并摆摆过过支支点点升升到到某某一一高高度度h，试试样样在在冲冲击击实实验验力力一一次次作作用用下下，折折断断时时所所吸吸收收的的功功为为冲冲击击吸收功为吸收功为Ak摆摆锤锤式式一一次次冲冲击击实实验
16、验原原理理：实实验验在在专专门门的的摆摆锤锤式式冲冲击击实实验验机机上上进进展展，把把试试样样放放在在实实验验机机的的支支承承面面上上，试试样样的的缺缺口口背背向向摆摆锤锤冲冲击击方方向向。将将质质量量为为m的的摆摆锤锤安安放放到到规规定定的的高高度度H，然然后后下下落落，将将试试样样打打断断，并并摆摆过过支支点点升升到到某某一一高高度度h，试试样样在在冲冲击击实实验验力力一一次次作作用用下下，折折断断时时所所吸吸收收的的功功为为冲冲击击吸收功为吸收功为Ak实践上，冲击吸收功实践上，冲击吸收功AK数值可由实验机读出，而无需计算数值可由实验机读出，而无需计算冲冲击击韧韧度度：将将冲冲击击吸吸收收
17、功功AK值值除除以以试试样样缺缺口口底底部部的的横横载载而而积积 A0cm2得到的值得到的值ak=AK/A0 冲击韧度作为衡量资料刚性的根据冲击韧度作为衡量资料刚性的根据实践上，冲击吸收功实践上，冲击吸收功AK数值可由实验机读出，而无需计算数值可由实验机读出，而无需计算冲冲击击韧韧度度：将将冲冲击击吸吸收收功功AK值值除除以以试试样样缺缺口口底底部部的的横横载载而而积积 A0cm2得到的值得到的值ak=AK/A0 冲击韧度作为衡量资料刚性的根据冲击韧度作为衡量资料刚性的根据二、多次反复冲击实验的概念二、多次反复冲击实验的概念在小能量多次冲击破坏时，应进展多次反复冲击在小能量多次冲击破坏时，应进
18、展多次反复冲击实验测定其多冲抗力实验测定其多冲抗力资料制成专门的多冲缺口试样资料制成专门的多冲缺口试样1放在多冲实验机放在多冲实验机上，使之遭到实验机锤头上，使之遭到实验机锤头2的小能量的小能量15J)多次多次冲击。测定资料在一定冲击能量下，开场出现裂冲击。测定资料在一定冲击能量下，开场出现裂纹或最后破断的冲击次数作为多冲抗力目的纹或最后破断的冲击次数作为多冲抗力目的 第四节 金属疲劳的概念交交变压力：是指大小和方向构随力：是指大小和方向构随时间周期周期变化的化的应力力金金属属的的疲疲劳：在在多多次次交交变应力力作作用用，金金属属会会在在远小小于于抗抗拉拉强度度b，甚甚至至小小于于屈屈服服点点
19、s。的的应力力下下失失效效出出现裂裂纹或或完全断裂。完全断裂。疲疲劳曲曲线：实验证明明，普普通通钢铁资料料所所受受交交变应力力最最大大值max与与其其失失效效前前的的应力力循循环次次数数疲疲劳寿寿命命 N的的曲曲线关关系。系。疲疲劳极极限限-1：资料料可可经受受无无数数次次应力力循循环而而不不失失效效的的应力力值。通通常常规定定经受受107循循环周周次次而而不不失失效效的的最最大大应力力为钢铁的的疲疲劳极限极限 第四节 金属疲劳的概念交交变压力：是指大小和方向构随力：是指大小和方向构随时间周期周期变化的化的应力力金金属属的的疲疲劳：在在多多次次交交变应力力作作用用，金金属属会会在在远小小于于抗
20、抗拉拉强度度b，甚甚至至小小于于屈屈服服点点s。的的应力力下下失失效效出出现裂裂纹或或完全断裂。完全断裂。疲疲劳曲曲线：实验证明明，普普通通钢铁资料料所所受受交交变应力力最最大大值max与与其其失失效效前前的的应力力循循环次次数数疲疲劳寿寿命命 N的的曲曲线关关系。系。疲疲劳极极限限-1：资料料可可经受受无无数数次次应力力循循环而而不不失失效效的的应力力值。通通常常规定定经受受107循循环周周次次而而不不失失效效的的最最大大应力力为钢铁的的疲疲劳极限极限 1107(108)N 疲疲劳劳破破坏坏的的过过程程：普普通通以以为为，在在突突变变应应力力作作用用下下，资资料料的的某某些些部部分分地地域域
21、逐逐渐渐产产生生微微小小的的裂裂纹纹，尤尤其其在在氧氧化化物物、硫硫化化物物等等非非金金属属夹夹杂杂物物和和钢钢件件外外表表的的沟沟槽槽、螺螺纹纹根根部部、加加工工刀刀痕痕等等处处，更更易易诱诱发发裂裂纹纹。随随着着应应力力循循环环次次数数的的添添加加，裂裂纹纹逐逐渐渐扩扩展展，使使钢钢件件剩剩下下的的断断面面大大为为减减小小，以以致致不不能能接接受受载载荷而忽然断裂。荷而忽然断裂。各各向向异异性性:由由于于晶晶体体中中原原子子的的规规那那么么陈陈列列，晶晶格格上上不不同同的的晶晶面面和和晶晶向向的的原原子子密密度度便便不不一一样样，因因此此沿沿着着一一个个晶晶体体的的不不同方向所测得的性能也不一样的景象。同方向所测得的性能也不一样的景象。
