第一章金屬材料的性能

1、第一章第一章 金屬材料的性能金屬材料的性能1.11.1金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能1.21.2金屬材料的其他性能金屬材料的其他性能第一章第一章 金屬材料的性能金屬材料的性能 金屬材料的性能包含使用性能和工藝性能。 使用性能是指金屬材料在使用條件下所表現(xiàn)出來的性能，它包括物理、化學(xué)和機械（力學(xué)）性能等； 工藝性能是指金屬材料在制造過程中適應(yīng)加工的性能，如鑄造、鍛造、焊接以及切削加工性能等 。 金屬材料的力學(xué)性能是指金屬在不同環(huán)境因金屬材料的力學(xué)性能是指金屬在不同環(huán)境因素素( (溫度、介質(zhì)溫度、介質(zhì)) )下，承受外加載荷作用時所表現(xiàn)下，承受外加載荷作用時所表現(xiàn)的行為的行為, ,通常表現(xiàn)為金

2、屬的變形和斷裂通常表現(xiàn)為金屬的變形和斷裂。因此，金。因此，金屬材料的力學(xué)性能可以理解為金屬抵抗外加載荷屬材料的力學(xué)性能可以理解為金屬抵抗外加載荷引起的變形和斷裂的能力。引起的變形和斷裂的能力。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能 金屬常用的力學(xué)性能主要有強度、塑性、硬金屬常用的力學(xué)性能主要有強度、塑性、硬度、韌性和疲勞強度等。度、韌性和疲勞強度等。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強度與塑性一、強度與塑性 強度強度是指是指金屬在靜載荷作用下抵抗永久變形金屬在靜載荷作用下抵抗永久變形和斷裂的能力和斷裂的能力。 塑性塑性是指是指金屬在靜載荷作用下發(fā)生不可逆變金

3、屬在靜載荷作用下發(fā)生不可逆變形的能力形的能力。 金屬材料的強度指標與塑性指標可以通過拉金屬材料的強度指標與塑性指標可以通過拉伸試驗測得。伸試驗測得。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強度與塑性一、強度與塑性 拉伸試驗是在拉伸試拉伸試驗是在拉伸試驗機上進行的。驗機上進行的。 試驗之前，測定試驗之前，測定d d0 0( (試試樣原始直徑樣原始直徑) )，L L0 0( (試樣原試樣原始標距長度始標距長度) )。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強度與塑性一、強度與塑性 備注：考慮到不同情備注：考慮到不同情況況 L L0 0/ /d d0 010 10 長

4、試件長試件 L L0 0/ /d d0 05 5 短試件短試件1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強度與塑性一、強度與塑性 試驗時，將試樣裝夾在試驗機上，且在試樣試驗時，將試樣裝夾在試驗機上，且在試樣兩端緩慢地施加軸向拉伸載荷，使試樣承受軸向兩端緩慢地施加軸向拉伸載荷，使試樣承受軸向靜拉力。隨著載荷不斷增加，試樣被逐步拉長，靜拉力。隨著載荷不斷增加，試樣被逐步拉長，直到拉斷。直到拉斷。 記錄每一瞬間的載荷記錄每一瞬間的載荷F F與伸長量與伸長量L L變化曲線，變化曲線，即為拉伸曲線。下圖即為拉伸曲線。下圖1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能1.1 1.1 金

5、屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能 圖中這些字母圖中這些字母e e、s s、ss、b,b,分別代表什么？分別代表什么？一、強度與塑性一、強度與塑性一、強度與塑性一、強度與塑性1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能分段：分段：1) 0 - Fe1) 0 - Fe 彈性變形，可恢復(fù)；彈性變形，可恢復(fù)；2) Fe - Fs2) Fe - Fs 彈性變形伴隨微量塑彈性變形伴隨微量塑性變形性變形一、強度與塑性一、強度與塑性1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能分段：分段：3) Fs - Fs3) Fs - Fs 屈服階段，屈服階段，F(xiàn) F不變；不變；4) Fs - Fb4)

6、Fs - Fb 冷變形強化階段，材冷變形強化階段，材料變形抗力逐漸增大；料變形抗力逐漸增大；一、強度與塑性一、強度與塑性1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能分段：分段：5) F=Fb 5) F=Fb 開始產(chǎn)生縮頸；開始產(chǎn)生縮頸；一、強度與塑性一、強度與塑性1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能分段：分段：6) Fb - Fk6) Fb - Fk 縮頸處可承受負載減縮頸處可承受負載減小，直至試樣被拉斷。小，直至試樣被拉斷。 Fb Fb為極限載荷。為極限載荷。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強度與塑性一、強度與塑性 1 1、強度指標、強度指標

7、金屬材料的強度是用金屬材料的強度是用應(yīng)力應(yīng)力來表示的，即材料來表示的，即材料受載荷作用后內(nèi)部產(chǎn)生一個與載荷相平衡的內(nèi)力，受載荷作用后內(nèi)部產(chǎn)生一個與載荷相平衡的內(nèi)力，單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力，用單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力，用表示。表示。 常用的強度指標有常用的強度指標有彈性極限彈性極限、屈服點屈服點和和抗拉抗拉強度強度。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強度與塑性一、強度與塑性 1 1、強度指標、強度指標 (1)(1)彈性極限彈性極限 指指試樣產(chǎn)生完全彈性變形時所能承受的最大試樣產(chǎn)生完全彈性變形時所能承受的最大應(yīng)力應(yīng)力，用符號，用符號e e表示，單位為表示，單位為MPaMPa

8、。e=Fe/Se=Fe/S0 0其中，其中，S S0 0為試樣原始橫截面積，為試樣原始橫截面積，mmmm2 21.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強度與塑性一、強度與塑性 1 1、強度指標、強度指標 (2)(2)屈服點屈服點 指指試樣在拉伸試驗過程中，試樣在拉伸試驗過程中，力不增加力不增加( (保持恒保持恒定定) )仍然能繼續(xù)伸長仍然能繼續(xù)伸長( (變形變形) )時的應(yīng)力時的應(yīng)力。其是工程技。其是工程技術(shù)上極為重要的力學(xué)性能指標之一，也是大多數(shù)術(shù)上極為重要的力學(xué)性能指標之一，也是大多數(shù)機械零件選材和設(shè)計的依據(jù)。用符號機械零

9、件選材和設(shè)計的依據(jù)。用符號ss表示。表示。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強度與塑性一、強度與塑性 1 1、強度指標、強度指標 (2)(2)屈服點屈服點 s=Fs/Ss=Fs/S0 0 一些金屬材料，如高碳鋼、鑄鐵等，在進行一些金屬材料，如高碳鋼、鑄鐵等，在進行拉伸試驗時沒有明顯的屈服現(xiàn)象，也不會產(chǎn)生縮拉伸試驗時沒有明顯的屈服現(xiàn)象，也不會產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象，這就無法確定頸現(xiàn)象，這就無法確定ss。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強度與塑性一、強度與塑性 1 1、強度指標、強度指標 (2)(2)屈服點屈服點 因此，因此，GB1063-1989GB1063-

10、1989規(guī)定，試樣去除拉伸載荷規(guī)定，試樣去除拉伸載荷后，其標距部分的殘余伸長量達到原始標距長度后，其標距部分的殘余伸長量達到原始標距長度0.2%0.2%時的應(yīng)力，為該材料的屈服強度，用符號時的應(yīng)力，為該材料的屈服強度，用符號0.20.2表示。表示。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強度與塑性一、強度與塑性 1 1、強度指標、強度指標 ( (3 3) )抗拉強度抗拉強度 指指試樣拉斷前所能承受的最大拉應(yīng)力試樣拉斷前所能承受的最大拉應(yīng)力，用符，用符號號bb，表示，單位為，表示，單位為MPaMPa。b=Fb/Sb=Fb/S0

11、01.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強度與塑性一、強度與塑性 1 1、強度指標、強度指標 ( (3 3) )抗拉強度抗拉強度 b b是金屬由均勻塑性變形向局部集中塑性變是金屬由均勻塑性變形向局部集中塑性變形過渡的臨界值，也是金屬在靜拉伸條件下的最形過渡的臨界值，也是金屬在靜拉伸條件下的最大承載能力。大承載能力。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強度與塑性一、強度與塑性 1 1、強度指標、強度指標 ( (3 3) )抗拉強度抗拉強度 對于塑性金屬來說，拉伸試樣在承受最大拉對于塑性金屬來說，拉伸試樣在承受最大拉應(yīng)力應(yīng)力bb之前，變形是均勻一致的，但超過之

12、前，變形是均勻一致的，但超過bb后，后，金屬開始出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，即產(chǎn)生集中變形。金屬開始出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，即產(chǎn)生集中變形。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強度與塑性一、強度與塑性 2 2、塑性指標、塑性指標 塑性指標可以用試樣拉斷時的最大相對變形塑性指標可以用試樣拉斷時的最大相對變形量來表示。量來表示。 常用的有常用的有斷后伸長率斷后伸長率和和斷面收縮率斷面收縮率，它們是，它們是工程上廣泛使用的表征材料塑性好壞的主要力學(xué)工程上廣泛使用的表征材料塑性好壞的主要力學(xué)性能指標。性能指標。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的

13、力學(xué)性能一、強度與塑性一、強度與塑性 2 2、塑性指標、塑性指標 ( (1 1) )斷后伸長率斷后伸長率 試樣拉斷后的標距增長量與原始標距之比試樣拉斷后的標距增長量與原始標距之比，用符號用符號表示。表示。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強度與塑性一、強度與塑性 2 2、塑性指標、塑性指標 ( (1 1) )斷后伸長率斷后伸長率 =(L =(L1 1-L-L0 0)/L)/L0 0 * *100%100%式中，式中， L L1 1 拉斷后試樣的標距長度，拉斷后試樣的標距長度，mm mm L L0 0 試樣原始標距，試樣原始標距，mmmm1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金

14、屬材料的力學(xué)性能一、強度與塑性一、強度與塑性 2 2、塑性指標、塑性指標 ( (1 1) )斷后伸長率斷后伸長率 伸長率隨標距的增加而減小，同一材料的短伸長率隨標距的增加而減小，同一材料的短試樣要比長試樣所測得的伸長率大試樣要比長試樣所測得的伸長率大20%20%左右，局部左右，局部集中變形特別明顯的材料甚至可大到集中變形特別明顯的材料甚至可大到50%50%。因此長、。因此長、短兩種試樣求得的斷后伸長率應(yīng)分別以短兩種試樣求得的斷后伸長率應(yīng)分別以1010和和5 5。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強度與塑性一、強度與塑性 2 2、塑性指標、塑性指標 ( (2 2) )斷面收

15、縮率斷面收縮率 試樣拉斷后縮頸處橫截面積的縮減量與原始試樣拉斷后縮頸處橫截面積的縮減量與原始橫截面積之比橫截面積之比，用符號，用符號表示。表示。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強度與塑性一、強度與塑性 2 2、塑性指標、塑性指標 ( (2 2) )斷面收縮率斷面收縮率=(S=(S0 0-S-S1 1)/S)/S0 0 * *100%100%式中，式中，S S0 0 試樣原始橫截面積，試樣原始橫截面積，mmmm2 2 ; ; S S1 1 試樣斷口處的橫截面積，試樣斷口處的橫截面積，mmmm2 2 。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強度與塑性一、強

16、度與塑性 2 2、塑性指標、塑性指標 塑性指標通常不直接用于工程設(shè)計計算，但塑性指標通常不直接用于工程設(shè)計計算，但材料的塑性對零件的加工和使用都具有重要的實材料的塑性對零件的加工和使用都具有重要的實際意義。際意義。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能一、強度與塑性一、強度與塑性 2 2、塑性指標、塑性指標 塑性好的材料不僅能順利地進行鍛壓、軋制塑性好的材料不僅能順利地進行鍛壓、軋制等成形加工，而且在使用時萬一超載，由于能發(fā)等成形加工，而且在使用時萬一超載，由于能發(fā)生一定的塑性變形而不至于突然斷裂，提高了工生一定的塑性變形而不至于突然斷裂，提高了工作的安全性。作的安全性。所以大多

17、數(shù)機械零件除要求具有較所以大多數(shù)機械零件除要求具有較高的強度外，還必須具有一定的塑性高的強度外，還必須具有一定的塑性。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 硬度是衡量金屬軟硬程度的一種性能指標，硬度是衡量金屬軟硬程度的一種性能指標，是材料抵抗局部變形是材料抵抗局部變形( (塑性變形、壓痕、劃痕塑性變形、壓痕、劃痕) )的的能力。能力。 在一定程度上反映了材料的綜合力學(xué)性能，在一定程度上反映了材料的綜合力學(xué)性能，在生產(chǎn)中應(yīng)用很廣，是產(chǎn)品設(shè)計圖樣的技術(shù)條件在生產(chǎn)中應(yīng)用很廣，是產(chǎn)品設(shè)計圖樣的技術(shù)條件中的一項主要技術(shù)指標。中的一項主要技術(shù)指標。1.1 1.1 金屬材料的

18、力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 硬度的硬度的測定測定方法很多，目前生產(chǎn)中應(yīng)用較多方法很多，目前生產(chǎn)中應(yīng)用較多的是的是壓入法壓入法、劃痕法劃痕法和和回彈高度法回彈高度法，其中壓入法，其中壓入法最為普遍。最為普遍。 壓入法常用的測試方法有壓入法常用的測試方法有布氏硬度布氏硬度、洛氏硬洛氏硬度度和和維氏硬度維氏硬度等試驗方法。等試驗方法。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 1 1、布氏硬度、布氏硬度 (1) (1)測定方法測定方法淬火鋼球、淬火鋼球、硬質(zhì)合金球硬質(zhì)合金球直徑直徑D D負荷負荷F F時間時間T T試件表面試件表面壓痕壓痕d d，S S1.1

19、 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 1 1、布氏硬度、布氏硬度 (1) (1)測定方法測定方法 壓痕單位面積承受的平均壓力壓痕單位面積承受的平均壓力即即布氏硬度值布氏硬度值。布氏硬度布氏硬度HBSHBS淬火鋼球淬火鋼球HBWHBW硬度值硬度值450450硬質(zhì)合金球硬質(zhì)合金球450450硬度值硬度值6506501.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 1 1、布氏硬度、布氏硬度 (1) (1)測定方法測定方法 式中：式中：F - F - 試驗力，試驗力，N N ；D - D - 球體直徑，球體直徑，mmmm； d - d - 壓痕直徑，壓痕

20、直徑，mmmm F F單位為單位為kgfkgf時，去除時，去除0.1020.102。)(2102. 0)(22dDDDFHBWHBS小知識小知識 kgfkgf： 千克力，力學(xué)單位，工程中常用。物理意義千克力，力學(xué)單位，工程中常用。物理意義是是1kgf1kgf是在地表是在地表1 1平方厘米的面積上承受質(zhì)量為平方厘米的面積上承受質(zhì)量為1Kg1Kg的物體受到的重力的大小。的物體受到的重力的大小。 1 kgf = 1kg 1 kgf = 1kg9.80665N/kg =9.80665 N 9.80665N/kg =9.80665 N 小知識小知識 按按GB 231-1984GB 231-1984規(guī)定，

21、壓頭直徑有規(guī)定，壓頭直徑有10mm,5mm, 10mm,5mm, 2.5mm,2mm2.5mm,2mm和和1mm1mm五種，載荷與壓頭直徑平方的比五種，載荷與壓頭直徑平方的比值值(F/D(F/D2 2) )有有30mm,15mm,10mm,5mm,2.5mm,1.25mm30mm,15mm,10mm,5mm,2.5mm,1.25mm和和1mm1mm共共7 7種，可根據(jù)金屬材料的種類和布氏硬度范種，可根據(jù)金屬材料的種類和布氏硬度范圍，按相應(yīng)表格選定圍，按相應(yīng)表格選定F/DF/D2 2的值的值; ;載荷的保持時間黑載荷的保持時間黑色金屬為色金屬為10-15s10-15s，有色金屬為，有色金屬為30

22、s30s。 1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 1 1、布氏硬度、布氏硬度 (2) (2)標注方法標注方法 硬度值一般不標出單位，只寫明數(shù)值硬度值一般不標出單位，只寫明數(shù)值。 標注方法：標注方法： / / / 硬度值硬度值 HBWHBW或或HBS HBS 鋼球直徑鋼球直徑 試驗力試驗力 保持時間保持時間1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 1 1、布氏硬度、布氏硬度 (2) (2)標注方法標注方法 默認試驗條件為默認試驗條件為鋼球直徑鋼球直徑D D為為10mm10mm、試驗力為試驗力為3000kgf3000kgf、保持時間為保持

23、時間為1010-15-15s s。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 1 1、布氏硬度、布氏硬度 (2) (2)標注方法標注方法 例：例：500HBW5/750500HBW5/750 直徑直徑5mm5mm硬質(zhì)合金球，試驗硬質(zhì)合金球，試驗750kgf(7.355KN)750kgf(7.355KN)，保持時間保持時間10-15s10-15s，測得布氏硬度值，測得布氏硬度值500 500 。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 1 1、布氏硬度、布氏硬度 (2) (2)標注方法標注方法 例：例：150HBS10/1000/30150H

24、BS10/1000/30 直徑直徑10mm10mm淬火鋼球，淬火鋼球，1000kgf1000kgf載荷載荷，保持保持30s30s，測得的布氏硬度值為測得的布氏硬度值為150150。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 1 1、布氏硬度、布氏硬度 布氏硬度的特點是試驗時金屬表面壓痕大，布氏硬度的特點是試驗時金屬表面壓痕大，能客觀地反映被測金屬的平均硬度，試驗結(jié)果較能客觀地反映被測金屬的平均硬度，試驗結(jié)果較準確。但由于其壓痕準確。但由于其壓痕、損傷、損傷大，不宜測量成品大，不宜測量成品件、件、薄壁件、表面要求高或硬度高的材料薄壁件、表面要求高或硬度高的材料。1.1

25、1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 2 2、洛氏硬度、洛氏硬度 (1) (1)測定方法測定方法120120金剛石圓錐體、金剛石圓錐體、直徑直徑1.588mm1.588mm淬火鋼球淬火鋼球初初F0(98N)F0(98N)初初F0+F0+主主F1F1試件壓痕深試件壓痕深度度h h1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 2 2、洛氏硬度、洛氏硬度 (1) (1)測定方法測定方法1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 2 2、洛氏硬度、洛氏硬度 (1) (1)測定方法測定方法 洛氏硬度值，用符號洛氏硬度值，用符號HR

26、HR表示。表示。 金剛石壓頭，金剛石壓頭，K=0.2K=0.2；淬火鋼球頭，；淬火鋼球頭，K=0.26K=0.26。002. 0hKHR1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 2 2、洛氏硬度、洛氏硬度 (2) (2)標注方法標注方法 1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 2 2、洛氏硬度、洛氏硬度 (2) (2)標注方法標注方法 例：例：50 HRC50 HRC 用用“C”C”標尺測定的洛氏硬度值為標尺測定的洛氏硬度值為5050。 1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 2 2、洛氏硬度、洛氏硬度 生

27、產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的一種硬度試驗生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的一種硬度試驗。壓痕小，壓痕小，對試樣表面損傷小，可直接檢驗成品或半成品的對試樣表面損傷小，可直接檢驗成品或半成品的硬度硬度; ;試驗操作迅速簡便，可以直接從試驗機上讀試驗操作迅速簡便，可以直接從試驗機上讀出硬度值；當(dāng)采用不同標尺時，可測量出從極軟出硬度值；當(dāng)采用不同標尺時，可測量出從極軟到極硬材料的硬度。到極硬材料的硬度。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 2 2、洛氏硬度、洛氏硬度 缺點是由于壓痕小，對內(nèi)部組織和硬度不均缺點是由于壓痕小，對內(nèi)部組織和硬度不均勻的材料，所測結(jié)果不夠準確。因此，在測試洛勻的材料，所測結(jié)果

28、不夠準確。因此，在測試洛氏硬度時在被測金屬的不同位置的三點測出硬度氏硬度時在被測金屬的不同位置的三點測出硬度值，再計算其平均值。值，再計算其平均值。 洛氏硬度各標尺之間沒有直接的對應(yīng)關(guān)系洛氏硬度各標尺之間沒有直接的對應(yīng)關(guān)系。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 3 3、維氏硬度、維氏硬度 布氏硬度試驗不能測定硬度較高的金屬材料布氏硬度試驗不能測定硬度較高的金屬材料; ;洛氏硬度試驗雖可用來測定由極軟到極硬金屬材洛氏硬度試驗雖可用來測定由極軟到極硬金屬材料的硬度，但不同標尺的硬度間沒有簡單的換算料的硬度，但不同標尺的硬度間沒有簡單的換算關(guān)系，使用上很不方便。關(guān)系，

29、使用上很不方便。二、硬度二、硬度 3 3、維氏硬度、維氏硬度 為了能在同一種硬度標尺上，測定從極軟到為了能在同一種硬度標尺上，測定從極軟到極硬金屬材料的硬度值，因而特制定了維氏硬度極硬金屬材料的硬度值，因而特制定了維氏硬度試驗法。試驗法。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能相對面夾角相對面夾角136136正四正四方棱錐形方棱錐形 負荷負荷F F( (單位單位kgf)kgf)時間時間T T壓痕投影對壓痕投影對角線平均長角線平均長度度d d二、硬度二、硬度 3 3、維氏硬度、維氏硬度 (1) (1)測定方法測定方法1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度

30、 3 3、維氏硬度、維氏硬度 (1) (1)測定方法測定方法 維氏硬度值，用符號維氏硬度值，用符號H HV V表示。表示。228544. 168sin2dFdFSFHV。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 3 3、維氏硬度、維氏硬度 (2) (2)標注方法標注方法 與布氏硬度一樣與布氏硬度一樣，習(xí)慣上也只寫出硬度數(shù)值，習(xí)慣上也只寫出硬度數(shù)值而不標出單位。在硬度符號而不標出單位。在硬度符號HVHV之前的數(shù)字為硬度之前的數(shù)字為硬度值，值，HVHV后面的數(shù)值依次表示載荷和載荷保持的時后面的數(shù)值依次表示載荷和載荷保持的時間間( (保持時間為保持時間為1010- -15

31、s15s時不標注時不標注) )。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 3 3、維氏硬度、維氏硬度 (2) (2)標注方法標注方法 例：例：640 HV30640 HV30 表示在表示在30 kgf30 kgf載荷作用下，保持載荷作用下，保持1010- -15s15s測得測得的維氏硬度值為的維氏硬度值為640640。 1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 3 3、維氏硬度、維氏硬度 (2) (2)標注方法標注方法 例：例：620 HV30/20620 HV30/20 表示在表示在30kgf30kgf載荷作用下，保持載荷作用下，保持2

32、0s20s測得的維測得的維氏硬度值為氏硬度值為620620。 1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能二、硬度二、硬度 3 3、維氏硬度、維氏硬度 維氏硬度適用范圍寬，維氏硬度適用范圍寬，從極軟到極硬的材料從極軟到極硬的材料都可以測量都可以測量, ,且結(jié)果精確可靠。但測取時需測量對且結(jié)果精確可靠。但測取時需測量對角線長度并查表或計算，而且對試樣表面的質(zhì)量角線長度并查表或計算，而且對試樣表面的質(zhì)量要求高，所以，要求高，所以，測量效率較低，沒有洛氏硬度方測量效率較低，沒有洛氏硬度方便便，不適用于成批生產(chǎn)的常規(guī)試驗。，不適用于成批生產(chǎn)的常規(guī)試驗。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料

33、的力學(xué)性能三、韌性三、韌性 主要以沖擊韌性為主。高速度作用于工件上主要以沖擊韌性為主。高速度作用于工件上的載荷稱為沖擊載荷。許多機械零件和工具在工的載荷稱為沖擊載荷。許多機械零件和工具在工作時承受沖擊載荷的作用，該材料在沖擊載荷的作時承受沖擊載荷的作用，該材料在沖擊載荷的作用下，抵抗破壞的能力叫做沖擊韌性。作用下，抵抗破壞的能力叫做沖擊韌性。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能三、韌性三、韌性 如沖床的沖頭、鍛錘的錘桿、風(fēng)動工具等，如沖床的沖頭、鍛錘的錘桿、風(fēng)動工具等，其不僅要滿足在靜力作用下的強度、塑性、硬度其不僅要滿足在靜力作用下的強度、塑性、硬度等性能要求，還須具有足夠抵

34、抗沖擊載荷的能力。等性能要求，還須具有足夠抵抗沖擊載荷的能力。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能三、韌性三、韌性 1 1、測定方法、測定方法 材料的沖擊韌材料的沖擊韌性用沖擊韌性試驗性用沖擊韌性試驗測量沖擊功來完成。測量沖擊功來完成。 見右圖。見右圖。三、韌性三、韌性 1 1、測定方法、測定方法 1) 1) 試樣開試樣開V V或或U U型缺口；型缺口； 2) 2) 試樣沖擊試樣沖擊韌性為缺口處單位韌性為缺口處單位面積沖擊功。面積沖擊功。三、韌性三、韌性 1 1、測定方法、測定方法 3) 3) 沖擊功不沖擊功不需計算，可直接在需計算，可直接在試驗機刻度盤上讀試驗機刻度盤上讀出。

35、出。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能三、韌性三、韌性 1 1、測定方法、測定方法 式中：式中：A Ak k 沖擊功沖擊功 G G 擺錘質(zhì)量擺錘質(zhì)量 不同缺口用不同缺口用A Akvkv 和和 A AkUkU 表示。表示。 )(21hhGgAk1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能三、韌性三、韌性 1 1、測定方法、測定方法 式中：式中：k k 沖擊韌度沖擊韌度 ，J/cmJ/cm2 2 S S 缺口處橫截面積缺口處橫截面積 ，cmcm2 2 SAkk1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能三、韌性三、韌性 2 2、測量結(jié)果、測量結(jié)果 沖擊功沖擊功A

36、AK K愈大，材料的韌性愈好愈大，材料的韌性愈好。一般把沖。一般把沖擊功低的金屬材料稱為擊功低的金屬材料稱為脆性材料脆性材料。脆性材料在斷脆性材料在斷裂前無明顯的塑性變形，斷口較平整、呈晶狀或裂前無明顯的塑性變形，斷口較平整、呈晶狀或瓷狀，有金屬光澤瓷狀，有金屬光澤; ;韌性材料在斷裂前有明顯的塑韌性材料在斷裂前有明顯的塑性變形，斷口呈纖維狀，無光澤性變形，斷口呈纖維狀，無光澤。 1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能三、韌性三、韌性 2 2、測量結(jié)果、測量結(jié)果 外在表現(xiàn)：外在表現(xiàn)： 脆性材料脆性材料延伸率延伸率5% 5% ； 塑性材料延伸率塑性材料延伸率5% 5% 。 1.1

37、1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能三、韌性三、韌性 3 3、影響因素、影響因素 1) 1) 試驗溫度試驗溫度 有些材料在室溫左右不顯示脆性，而較低溫有些材料在室溫左右不顯示脆性，而較低溫度下可能發(fā)生脆性斷裂，沖擊功急劇降低，這一度下可能發(fā)生脆性斷裂，沖擊功急劇降低，這一溫度區(qū)域稱為溫度區(qū)域稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度韌脆轉(zhuǎn)變溫度。韌脆轉(zhuǎn)變溫度越低，韌脆轉(zhuǎn)變溫度越低，材料的低溫抗沖擊性能越好材料的低溫抗沖擊性能越好。 1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能三、韌性三、韌性 3 3、影響因素、影響因素 2) 2) 其他因素其他因素 沖擊功還與試樣形狀、尺寸、表面粗糙度、沖擊功還與試樣形

38、狀、尺寸、表面粗糙度、內(nèi)部組織和缺陷有關(guān)。內(nèi)部組織和缺陷有關(guān)。 1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能三、韌性三、韌性 4 4、備注說明、備注說明 沖擊試驗時，沖擊功中只有一部分消耗在斷沖擊試驗時，沖擊功中只有一部分消耗在斷開試樣的缺口截面上，而其余部分則消耗在沖斷開試樣的缺口截面上，而其余部分則消耗在沖斷試樣前缺口附近體積內(nèi)的塑性變形上。因此，試樣前缺口附近體積內(nèi)的塑性變形上。因此，沖沖擊韌度不能真正代表材料的韌性擊韌度不能真正代表材料的韌性。國家標準現(xiàn)已國家標準現(xiàn)已規(guī)定采用沖擊功規(guī)定采用沖擊功AKAK作為韌性判據(jù)指標作為韌性判據(jù)指標。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料

39、的力學(xué)性能四、疲勞四、疲勞 1 1、疲勞現(xiàn)象、疲勞現(xiàn)象 許多機械零件許多機械零件( (軸、齒輪、彈簧等軸、齒輪、彈簧等) )都是在變都是在變動載荷作用下工作的。零件承受的應(yīng)力可分為動載荷作用下工作的。零件承受的應(yīng)力可分為交交變應(yīng)力變應(yīng)力與與重復(fù)應(yīng)力重復(fù)應(yīng)力兩種。兩種。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能四、疲勞四、疲勞 1 1、疲勞現(xiàn)象、疲勞現(xiàn)象 a) a) 交變應(yīng)力交變應(yīng)力 b) b) 重復(fù)應(yīng)力重復(fù)應(yīng)力 怎么區(qū)分？怎么區(qū)分？1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能四、疲勞四、疲勞 1 1、疲勞現(xiàn)象、疲勞現(xiàn)象 承受交變應(yīng)力或重復(fù)應(yīng)力的零件，在工作過承受交變應(yīng)力或重復(fù)

40、應(yīng)力的零件，在工作過程中，往往在程中，往往在工作應(yīng)力低于其屈服強度的情況下工作應(yīng)力低于其屈服強度的情況下發(fā)生斷裂發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為，這種現(xiàn)象稱為疲勞斷裂疲勞斷裂。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能四、疲勞四、疲勞 1 1、疲勞現(xiàn)象、疲勞現(xiàn)象 疲勞斷裂與在靜載荷作用下的斷裂不同疲勞斷裂與在靜載荷作用下的斷裂不同。不。不管是脆性材料還是韌性材料，管是脆性材料還是韌性材料，疲勞斷裂都是突然疲勞斷裂都是突然發(fā)生的，事先均無明顯的塑性變形的預(yù)兆，很難發(fā)生的，事先均無明顯的塑性變形的預(yù)兆，很難事先覺察事先覺察，屬低應(yīng)力脆斷，具有很大的危險性。，屬低應(yīng)力脆斷，具有很大的危險性。 80%

41、80%以上損壞的機械零件都是因疲勞造成的。以上損壞的機械零件都是因疲勞造成的。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能四、疲勞四、疲勞 2 2、疲勞原因、疲勞原因 斷裂一般在零件應(yīng)力集中部位或本身強度較斷裂一般在零件應(yīng)力集中部位或本身強度較低的部位，如原有微裂紋、軟點、夾雜或刀痕等低的部位，如原有微裂紋、軟點、夾雜或刀痕等處處( (形成裂紋的核心形成裂紋的核心) )。在應(yīng)力反復(fù)作用下產(chǎn)生疲。在應(yīng)力反復(fù)作用下產(chǎn)生疲勞裂紋，并隨著應(yīng)力循環(huán)周次的增加不斷擴展，勞裂紋，并隨著應(yīng)力循環(huán)周次的增加不斷擴展，有效承載面減小，最終不能承受載荷而突然斷裂。有效承載面減小，最終不能承受載荷而突然斷裂。1.1 1.1 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能四、疲勞四、疲勞 3 3、疲勞強度、疲勞強度 大量試驗證明，大量試驗證明，金屬材料所受的最大交變應(yīng)金屬材料所受的最大交變應(yīng)力力maxmax愈大，則斷裂前所經(jīng)受的循環(huán)周次愈大，則斷裂前所經(jīng)受的循環(huán)周次N N愈少愈少，如如圖圖1-111-11所示。這種交變應(yīng)力所示。這種交變應(yīng)力maxmax與循環(huán)周次與循環(huán)周次N N的的關(guān)系曲線稱為關(guān)系曲線稱為疲勞曲線疲勞曲線。1.1 1.1 金屬材