高分子機(jī)械性能

1、高分子材料機(jī)械性能高分子材料機(jī)械性能 的測(cè)試的測(cè)試 低碳鋼的應(yīng)力低碳鋼的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 拉伸試樣拉伸試樣 拉伸試驗(yàn)機(jī)拉伸試驗(yàn)機(jī) 應(yīng)力應(yīng)力 = P/F0 應(yīng)變應(yīng)變 = (l-l0)/l0 一、彈性和剛度一、彈性和剛度 彈性：彈性：指標(biāo)為彈性極限指標(biāo)為彈性極限 e e， 即即材料承受最大彈性變形時(shí)材料承受最大彈性變形時(shí) 的應(yīng)力。的應(yīng)力。 剛度：剛度：材料受力時(shí)抵抗彈性材料受力時(shí)抵抗彈性 變形的能力。指標(biāo)為彈性模變形的能力。指標(biāo)為彈性模 量量E E。 ）（MPatgE e 彈性模量的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升彈性模量的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升 高而逐漸降低外，其他強(qiáng)

2、化材料的手段如熱處理、冷高而逐漸降低外，其他強(qiáng)化材料的手段如熱處理、冷 熱加工、合金化等對(duì)彈性模量的影響很小?？梢酝ㄟ^(guò)熱加工、合金化等對(duì)彈性模量的影響很小?？梢酝ㄟ^(guò) 增加橫截面積或改變截面形狀來(lái)提高零件的剛度。增加橫截面積或改變截面形狀來(lái)提高零件的剛度。 二、強(qiáng)度與塑性二、強(qiáng)度與塑性 強(qiáng)度：強(qiáng)度：材料在外力作用下抵抗塑性變形材料在外力作用下抵抗塑性變形 和斷裂的能力。和斷裂的能力。 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度 s：材料開(kāi)始產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)材料開(kāi)始產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí) 所對(duì)應(yīng)的外加應(yīng)力，用所對(duì)應(yīng)的外加應(yīng)力，用s 表示。表示。 -屈服是指材料在外應(yīng)力不再增加的情屈服是指材料在外應(yīng)力不再增加的情 況下，塑性變形繼續(xù)顯

3、著增加的現(xiàn)象。況下，塑性變形繼續(xù)顯著增加的現(xiàn)象。 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 b b：材料斷裂前所承受的：材料斷裂前所承受的 最大應(yīng)力值。最大應(yīng)力值。 -屈強(qiáng)比屈強(qiáng)比s s / /b b 的意的意 義：義：a a、 工程安全系數(shù)工程安全系數(shù); b; b、材料的利用率。、材料的利用率。 s 0.2 塑性：塑性：材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。 指標(biāo)為：指標(biāo)為： 伸長(zhǎng)率：伸長(zhǎng)率： %100 0 01 l ll %100 0 10 F FF 斷面收縮率：斷面收縮率： 斷裂后 拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象 說(shuō)明：說(shuō)明： 用面縮率表示塑性比伸長(zhǎng)率更接近真用面

4、縮率表示塑性比伸長(zhǎng)率更接近真 實(shí)變形。實(shí)變形。 直徑直徑d0 相同時(shí)，相同時(shí)，l0 ， 。只有當(dāng)。只有當(dāng)l0/d0 為常數(shù)時(shí)，塑性值才有可比性。為常數(shù)時(shí)，塑性值才有可比性。 當(dāng)當(dāng)l0=10d0 時(shí)，伸長(zhǎng)率用時(shí)，伸長(zhǎng)率用 10表示；表示； 當(dāng)當(dāng)l0=5d0 時(shí)，伸長(zhǎng)率用時(shí)，伸長(zhǎng)率用 5 表示。顯然表示。顯然 5 10 時(shí)，無(wú)頸縮，為脆性材料表征時(shí)，無(wú)頸縮，為脆性材料表征 時(shí)，有頸縮，為塑性材料表征時(shí)，有頸縮，為塑性材料表征 三、沖擊韌性三、沖擊韌性 是指材料抵抗沖擊載荷作用是指材料抵抗沖擊載荷作用 而不破壞的能力。用而不破壞的能力。用ak (J/cm2)表示。表示。 四、疲勞強(qiáng)度四、疲勞強(qiáng)度 材

5、料在低于材料在低于 s的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生突然斷裂的現(xiàn)象的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生突然斷裂的現(xiàn)象 稱為疲勞斷裂。稱為疲勞斷裂。 特點(diǎn)：交變應(yīng)力通常低于材料的屈服強(qiáng)度，斷裂時(shí)無(wú)明顯特點(diǎn)：交變應(yīng)力通常低于材料的屈服強(qiáng)度，斷裂時(shí)無(wú)明顯 的塑性變形，而是突然發(fā)生，在工程上具有極大的危險(xiǎn)性。的塑性變形，而是突然發(fā)生，在工程上具有極大的危險(xiǎn)性。 材料在無(wú)數(shù)次應(yīng)力循環(huán)的作用下而不斷裂時(shí)的最大交變應(yīng)材料在無(wú)數(shù)次應(yīng)力循環(huán)的作用下而不斷裂時(shí)的最大交變應(yīng) 力稱為疲勞強(qiáng)度，用力稱為疲勞強(qiáng)度，用-1表示。表示。 材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時(shí)的最大應(yīng)力稱材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時(shí)的最大應(yīng)力稱 為有

6、限疲勞極限。鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為為有限疲勞極限。鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為107，有色金屬合，有色金屬合 金為金為108。 疲勞應(yīng)力示意圖疲勞應(yīng)力示意圖 疲勞曲線示意圖疲勞曲線示意圖 疲勞斷口疲勞斷口 通過(guò)通過(guò)改善材料的形狀結(jié)構(gòu)，減少表面缺陷，提高表面改善材料的形狀結(jié)構(gòu)，減少表面缺陷，提高表面 光潔度，進(jìn)行表面強(qiáng)化光潔度，進(jìn)行表面強(qiáng)化等方法可提高材料疲勞抗力。等方法可提高材料疲勞抗力。 軸的疲勞斷口軸的疲勞斷口疲勞輝紋（掃描電鏡照片疲勞輝紋（掃描電鏡照片） 五、硬度五、硬度 硬度：金屬表面抵抗局部壓入變形或刻劃破壞的能力硬度：金屬表面抵抗局部壓入變形或刻劃破壞的能力。 1.1.布氏硬度布氏硬度：用載荷為

7、：用載荷為P P的力，將直徑為的力，將直徑為D D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金的淬火鋼球或硬質(zhì)合金 球壓入金屬表面并保持一段時(shí)間，然后去除載荷，測(cè)量金屬表球壓入金屬表面并保持一段時(shí)間，然后去除載荷，測(cè)量金屬表 面圓形凹陷壓痕的直徑面圓形凹陷壓痕的直徑d,d,計(jì)算出壓痕表面積計(jì)算出壓痕表面積A A，每單位面積承，每單位面積承 受的力受的力P/AP/A被稱為布氏硬度值，用符號(hào)被稱為布氏硬度值，用符號(hào)HBSHBS（當(dāng)用淬火鋼球時(shí)，（當(dāng)用淬火鋼球時(shí)， 適用于布氏硬度值在適用于布氏硬度值在450450以下的材料）或以下的材料）或HBW HBW （當(dāng)用硬質(zhì)合金（當(dāng)用硬質(zhì)合金 球時(shí)，適用于布氏硬度在球時(shí)，適用于布氏

8、硬度在650650以下的材料）來(lái)表示。以下的材料）來(lái)表示。 即：即：HB = P/A= P/DhHB = P/A= P/Dh。 布氏硬度計(jì)布氏硬度計(jì) 壓頭為鋼球時(shí)壓頭為鋼球時(shí)，布氏硬度用符號(hào)，布氏硬度用符號(hào)HBS表示，適用于布氏硬度值在表示，適用于布氏硬度值在450以以 下的材料。下的材料。 壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)，用符號(hào)壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)，用符號(hào)HBW表示，適用于布氏硬度在表示，適用于布氏硬度在650以下的以下的 材料。材料。 符號(hào)符號(hào)HBSHBS或或HBWHBW之前的數(shù)字表示硬度值之前的數(shù)字表示硬度值（布氏硬度有單位，但不標(biāo)）（布氏硬度有單位，但不標(biāo)）, , 符號(hào)后面的數(shù)字按順序分別表示球體直

9、徑、載荷及載荷保持時(shí)間。如符號(hào)后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時(shí)間。如 120HBS10/1000/30 120HBS10/1000/30 表示直徑為表示直徑為10mm10mm的鋼球在的鋼球在1000kgf1000kgf（9.807kN9.807kN）載荷）載荷 作用下保持作用下保持30s30s測(cè)得的布氏硬度值為測(cè)得的布氏硬度值為120120，如果保載時(shí)間為，如果保載時(shí)間為1015s1015s（如黑（如黑 色金屬）則不標(biāo)出。色金屬）則不標(biāo)出。 布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。 缺點(diǎn)：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。缺

10、點(diǎn)：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。 適于測(cè)量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼，鑄鐵及有色金屬的硬度。適于測(cè)量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼，鑄鐵及有色金屬的硬度。 2.洛氏硬度洛氏硬度：將標(biāo)準(zhǔn)壓頭用規(guī)定壓力壓入金屬表面并：將標(biāo)準(zhǔn)壓頭用規(guī)定壓力壓入金屬表面并 保持一段時(shí)間，然后去除載荷，測(cè)量壓痕深度，從保持一段時(shí)間，然后去除載荷，測(cè)量壓痕深度，從 而確定金屬的硬度值。金屬越硬，壓痕深度越淺，而確定金屬的硬度值。金屬越硬，壓痕深度越淺， 反之亦然。反之亦然。 為適應(yīng)人們習(xí)慣上數(shù)字越大硬度越高的概念，人為規(guī)為適應(yīng)人們習(xí)慣上數(shù)字越大硬度越高的概念，人為規(guī) 定一常數(shù)定一常數(shù)K K減去壓痕深度減去壓痕深度h h

11、的值作為洛氏硬度值的指的值作為洛氏硬度值的指 標(biāo)，并規(guī)定每標(biāo)，并規(guī)定每0.002mm0.002mm作為一個(gè)洛氏硬度單位，用作為一個(gè)洛氏硬度單位，用 HRHR表示表示（洛氏硬度無(wú)單位）（洛氏硬度無(wú)單位）: : HR=(K-h)/0.002 HR=(K-h)/0.002 * * *洛氏硬度試驗(yàn)的壓頭有兩種：洛氏硬度試驗(yàn)的壓頭有兩種： 硬質(zhì)壓頭硬質(zhì)壓頭-頂角為頂角為120120度的金剛石圓錐體，適用于度的金剛石圓錐體，適用于 淬火鋼等硬度值較高的材料。淬火鋼等硬度值較高的材料。 軟值壓頭軟值壓頭-直徑為直徑為1.588mm1.588mm的淬火鋼球，適用于退的淬火鋼球，適用于退 火鋼、有色金屬等硬度值較低的材料?；痄?、有色金屬等硬度值較低的材料。 h1-h0 洛氏硬度測(cè)試示意圖洛氏硬度測(cè)試示意圖 洛氏硬度計(jì)洛氏硬度計(jì) 符號(hào)符號(hào)HR前面的數(shù)字為硬度值，前面的數(shù)字為硬度值， 后面為使用的標(biāo)尺。后面為使用的標(biāo)尺。 根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為 九個(gè)標(biāo)尺，常用的標(biāo)尺為九個(gè)標(biāo)尺，常用的標(biāo)尺為A、B、 C。 HRA用于測(cè)量高硬度材料用于測(cè)量高硬度材料, 如硬如硬 質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。 HRB用于測(cè)量低硬度材料用于測(cè)量低硬度材料,