金屬材料的力學(xué)性能1

1、第一章第一章 金屬材料的性能金屬材料的性能1.1、強(qiáng)度、強(qiáng)度1) 拉伸試樣拉伸試樣 OE OE段：段：彈性變形彈性變形 階段；階段； 平臺(tái)或鋸齒（平臺(tái)或鋸齒（E ES S段段）：）：屈服屈服階段；階段； SB SB段：段：均勻塑性變形均勻塑性變形階段，是強(qiáng)化階段，是強(qiáng)化 階段。階段。 B B點(diǎn)點(diǎn)：形成了：形成了“縮頸縮頸”。 BK BK段：段：非均勻變形非均勻變形階段，承載下降，階段，承載下降， 到到K K點(diǎn)斷裂。點(diǎn)斷裂。2、強(qiáng)度指標(biāo)、強(qiáng)度指標(biāo) 1.2、塑性、塑性 在外力作用下金屬材料產(chǎn)生塑性變形而在外力作用下金屬材料產(chǎn)生塑性變形而不斷裂的能力不斷裂的能力 常用的塑性判據(jù)常用的塑性判據(jù)： 拉伸

2、時(shí)的拉伸時(shí)的斷后伸長(zhǎng)率斷后伸長(zhǎng)率和和斷面收縮率斷面收縮率1.3、硬、硬 度度硬度：硬度：硬度試驗(yàn)方法硬度試驗(yàn)方法:壓入法壓入法 它是材料性能的一個(gè)綜合的物理量。它是材料性能的一個(gè)綜合的物理量。(表示金屬材料在一個(gè)小的體積范圍內(nèi)金屬材料抵抗表示金屬材料在一個(gè)小的體積范圍內(nèi)金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力）局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力）布氏硬度（布氏硬度（HB）洛氏硬度（洛氏硬度（HR）1）布氏硬度測(cè)定原理布氏硬度計(jì)布氏硬度計(jì) )/()(2102. 0222mmNdDDDFSFHB壓計(jì)算公式HBS：淬火鋼球作壓頭；適用于450HBSHBW：硬質(zhì)合金作壓頭；適用于

3、450650HBW表示方法XXX HBS(W) XX / XXX / XX硬度值壓頭直徑（mm）試驗(yàn)力保持 時(shí)間（s） 試驗(yàn)力（0.102N）500HBW5/750例：表示用直徑表示用直徑5mm硬質(zhì)合金球在硬質(zhì)合金球在7355N試驗(yàn)力試驗(yàn)力作用下保持作用下保持1015s測(cè)得的布氏硬度值為測(cè)得的布氏硬度值為500120HBS10/1000/30表示用直徑表示用直徑10mm鋼球壓頭在鋼球壓頭在9807N試驗(yàn)力試驗(yàn)力作用下保持作用下保持30s測(cè)得的布氏硬度值為測(cè)得的布氏硬度值為120習(xí)慣上布氏硬度值不標(biāo)出試驗(yàn)規(guī)范，如習(xí)慣上布氏硬度值不標(biāo)出試驗(yàn)規(guī)范，如 170HBS。 2）洛氏硬度測(cè)定原理硬度硬度符號(hào)

4、符號(hào)壓頭類壓頭類型型總實(shí)總實(shí)驗(yàn)力驗(yàn)力F/N 硬度值有效范圍硬度值有效范圍應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍HRA金剛石金剛石圓錐體圓錐體58870 08585適用于測(cè)量硬質(zhì)合金、表面淬硬適用于測(cè)量硬質(zhì)合金、表面淬硬層或滲碳層層或滲碳層HRB直徑為直徑為1.588mm鋼球鋼球98025100100適用于測(cè)量非鐵金屬適用于測(cè)量非鐵金屬,退火、退火、正正火鋼等火鋼等HRC金剛石金剛石圓錐體圓錐體1470206767適用于調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等適用于調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)被測(cè)的材料不同，壓頭的類型、試驗(yàn)力及按表試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)被測(cè)的材料不同，壓頭的類型、試驗(yàn)力及按表1-2選擇，對(duì)應(yīng)的洛氏硬度標(biāo)尺為選擇，對(duì)應(yīng)的洛氏硬度標(biāo)尺為

5、HRA、HRB、HRC三種三種表表1-2 常用的三種洛氏硬度的試驗(yàn)條件及應(yīng)用范圍常用的三種洛氏硬度的試驗(yàn)條件及應(yīng)用范圍符號(hào)002. 0hkHR表示方法硬度值+HR例： 52HRC 70HRA適用范圍洛氏硬度洛氏硬度HRC可以用于硬度很高的材料，在鋼件熱處理質(zhì)量可以用于硬度很高的材料，在鋼件熱處理質(zhì)量檢查中應(yīng)用最多。檢查中應(yīng)用最多。1.4、沖擊韌性在設(shè)計(jì)和制造受沖擊載荷的零件和工具（如鍛錘、沖床、鉚在設(shè)計(jì)和制造受沖擊載荷的零件和工具（如鍛錘、沖床、鉚釘槍等）時(shí)，必須考慮所用材料的沖擊吸收功或沖擊韌度。釘槍等）時(shí)，必須考慮所用材料的沖擊吸收功或沖擊韌度。 1）擺錘式一次沖擊試驗(yàn)把試樣放在試驗(yàn)機(jī)的支

6、承面上，試樣的缺口背向擺錘沖擊方向。將質(zhì)量為把試樣放在試驗(yàn)機(jī)的支承面上，試樣的缺口背向擺錘沖擊方向。將質(zhì)量為m的擺錘安放到規(guī)定的高度的擺錘安放到規(guī)定的高度H，然后下落，將試樣打斷，并擺過支點(diǎn)升到然后下落，將試樣打斷，并擺過支點(diǎn)升到某一高度某一高度h，試樣在沖擊試驗(yàn)力一次作用下，折斷時(shí)所吸收的功為沖擊吸收試樣在沖擊試驗(yàn)力一次作用下，折斷時(shí)所吸收的功為沖擊吸收功為功為Ak。1、試樣沖斷時(shí)所消耗的、試樣沖斷時(shí)所消耗的沖擊功沖擊功A k為為: A k = m g H m g h (J)2、沖擊韌度沖擊韌度a k AK a k = (J/cm) Sk2）沖擊吸收功和沖擊韌度就是試樣缺口處單位截面積上就是

7、試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊功。所消耗的沖擊功。沖擊吸收功沖擊吸收功 Ak 作為材料韌性判據(jù)，與溫度、試樣形狀、尺寸、作為材料韌性判據(jù)，與溫度、試樣形狀、尺寸、表面粗糙度、內(nèi)部組織和缺陷有關(guān)。表面粗糙度、內(nèi)部組織和缺陷有關(guān)。1.5、 疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度 許多零件如曲軸、齒輪、連桿、彈簧等在交變載荷作用下工作，發(fā)生斷裂時(shí)的應(yīng)力遠(yuǎn)低于該材料的屈服強(qiáng)度，這種現(xiàn)象叫疲勞破壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，80%機(jī)件失效是由于疲勞破壞。 疲勞強(qiáng)度金屬材料在無數(shù)次交變載荷作用下而不致于引起斷裂的最大應(yīng)力。材料的疲勞強(qiáng)度通常在旋轉(zhuǎn)對(duì)稱彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定疲勞曲線,即交變應(yīng)力與斷裂前的循環(huán)次數(shù)N之間的關(guān)系。有色金屬N108，鋼

8、材N107 不疲勞破壞 疲勞曲線疲勞破壞原因: 材料有雜質(zhì),表面劃痕,能引起應(yīng)力集中（指受力構(gòu)件由于幾何形狀、外形尺寸發(fā)生突變而引起局部范圍內(nèi)應(yīng)力顯著增大的現(xiàn)象）,導(dǎo)致微裂紋,裂紋擴(kuò)展致使零件不能承受所加載荷突然破壞. 二、金屬材料的物理化學(xué)性能二、金屬材料的物理化學(xué)性能物理性能：密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、物理性能：密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、磁性。如，飛機(jī)上使用的零件要求比重輕；電機(jī)、電磁性。如，飛機(jī)上使用的零件要求比重輕；電機(jī)、電器用零件要考慮導(dǎo)電性，器用零件要考慮導(dǎo)電性， 等等。等等。化學(xué)性能：室溫或高溫時(shí)抵抗各種化學(xué)作用的能力，化學(xué)性能：室溫或高溫時(shí)抵抗各種化學(xué)作

9、用的能力，也稱化學(xué)穩(wěn)定性，也稱化學(xué)穩(wěn)定性， 包括耐酸性、耐堿性、抗氧化性等包括耐酸性、耐堿性、抗氧化性等等。如，化工設(shè)備、醫(yī)療器械要求化學(xué)穩(wěn)定性好。等。如，化工設(shè)備、醫(yī)療器械要求化學(xué)穩(wěn)定性好。綜上所述，各種金屬材料存在各不相同的使用性能。因此：綜上所述，各種金屬材料存在各不相同的使用性能。因此：1 1）我們必須首先熟悉各種金屬材料的主要性能。）我們必須首先熟悉各種金屬材料的主要性能。2 2）才能根據(jù)不同的技術(shù)要求，選擇合適的金屬材料。）才能根據(jù)不同的技術(shù)要求，選擇合適的金屬材料。 比如：比如：1 1）醫(yī)療器械）醫(yī)療器械 不銹鋼。不銹鋼。 2 2）飛機(jī)上使用的零件，）飛機(jī)上使用的零件，要求比重要求比重輕，當(dāng)然強(qiáng)度也要高輕，當(dāng)然強(qiáng)度也要高鋁合金甚至復(fù)合材料。鋁合金甚至復(fù)合材料。三、工藝性能三、工藝性能指在制造機(jī)械零件的過程中，材料適應(yīng)各種冷、熱加指在制造機(jī)械零件的過程中，材料適應(yīng)各種冷、熱加工和熱處理的性能。工和熱處理的性能。 包括包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、沖壓性能、切鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、沖壓性能、切 削加工性能和熱處理工藝性能削加工性能和熱處理工藝性能等。等。小結(jié)：金屬材料的力學(xué)性能是在外力作小結(jié)：金屬材料的力學(xué)性能是在外力作用下表現(xiàn)出的力學(xué)