金屬材料檢測第四單元---力學(xué)性能試驗(yàn)課件

1、洛氏硬度試驗(yàn)具有以下優(yōu)點(diǎn):（1）因洛氏硬度有許多不同的標(biāo)尺，壓頭有硬質(zhì)、軟質(zhì)多種，可以測出從極軟到極硬金屬材料的硬度，不存在壓頭變形問題。（2）壓痕小，對一般工件不造成損傷。（3）操作簡單迅速，立即得出數(shù)據(jù)，生產(chǎn)效率高，適用于大量生產(chǎn)中的產(chǎn)品檢驗(yàn)。缺點(diǎn)是采用不同的硬度級測得的硬度無法統(tǒng)一進(jìn)行比較，不像布氏硬度從小到大可以統(tǒng)一比較，此外，因壓痕小，對于具有粗大組織的金屬材料（如灰鑄鐵和粗晶材料等)，缺乏代表性，因此不宜采用此法進(jìn)行試驗(yàn)。三、洛氏硬度試驗(yàn)法四、維氏硬度試驗(yàn)1、維氏硬度試驗(yàn)2、維氏硬度試驗(yàn)的注意事項(xiàng)和局限性1)載荷的選擇 當(dāng)壓痕太小不能獲得準(zhǔn)確的讀數(shù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)加大載荷;如果壓痕太大，應(yīng)

2、當(dāng)減小載荷。新金屬材料做試臉時(shí)，經(jīng)常需要對壓頭進(jìn)行一些試驗(yàn)，以確定最佳載荷。2)壓痕的間距 布氏和洛氏試驗(yàn)時(shí)的壓痕間距的原則，也適用于維氏硬度試驗(yàn)。其基本原則為兩壓痕間距應(yīng)大于兩壓痕產(chǎn)生任何應(yīng)力變形范圍的兩倍，亦即保證硬度試驗(yàn)不受兩壓痕變形重至的影響。3)硬度值與載荷值的關(guān)系 由于維氏硬度試驗(yàn)壓痕的幾何形狀相似，似乎硬度值與壓頭載荷值無關(guān)。但是隨著顯微硬度的廣泛使用發(fā)現(xiàn)，硬度值隨載荷值而變化。 模塊二 靜拉伸試驗(yàn)一、靜拉伸試驗(yàn)的特點(diǎn)與意義 靜拉伸試驗(yàn)是一種最簡單的力學(xué)性能試驗(yàn)，在測試的范圍（標(biāo)距）內(nèi)，受力均勻，應(yīng)力應(yīng)變及其性能指標(biāo)測試穩(wěn)定、可靠，理論計(jì)算方便。通過靜拉伸試驗(yàn)，可以測定金屬材料彈

3、性變形、塑性變形和斷裂過程中最基本的力學(xué)性能指標(biāo)（如正彈性模量，屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度、伸長率及斷面收縮率等）。靜拉伸試驗(yàn)中獲得的力學(xué)性能指標(biāo)是金屬材料固有的基本屬性和工程設(shè)計(jì)中的重要依據(jù)。 二、試樣 灰鑄鐵和球墨鑄鐵拉伸試樣 a）灰鑄鐵拉伸試樣 b）球墨鑄鐵拉伸試樣三、拉伸試驗(yàn)機(jī) 拉伸試驗(yàn)機(jī)一般由機(jī)身、加載機(jī)構(gòu)、測力機(jī)構(gòu)、載荷伸長記錄裝置和夾持機(jī)構(gòu)五部分組成。其中加載機(jī)構(gòu)和測力機(jī)構(gòu)是試驗(yàn)機(jī)的關(guān)鍵部位，這兩部分的靈敏度及精度的高低能正確反映試驗(yàn)機(jī)質(zhì)量的優(yōu)劣。 四、應(yīng)力應(yīng)變曲線及其力學(xué)性能指標(biāo) 典型的靜拉伸試樣采用標(biāo)長為L0，截面積為A0的光滑圓柱試棒進(jìn)行軸向拉伸試驗(yàn)，低碳鋼負(fù)荷F與變形L曲線如圖1

4、所示，由圖1可得應(yīng)力和應(yīng)變曲線（如圖2所示）。五、抗拉強(qiáng)度（Rm） 抗拉強(qiáng)度（又稱強(qiáng)度極限）Rm是在試驗(yàn)過程試樣所承受的最大載荷Fm與試樣原始截面積S0的比值，即。它代表最大均勻變形的抗力。對于無縮頸的脆性材料，它還表示材料的斷裂抗力。由于它表征著一定截面的材料所能承受的最大載荷，故它有著重大的實(shí)用價(jià)值。六、幾種常用鋼材的靜拉伸數(shù)據(jù)七、影響拉伸試驗(yàn)性能數(shù)據(jù)的主要因素1、試樣取樣位置與方向的影響2、試樣形狀與尺寸的影響3、應(yīng)變速率、表面粗糙度和金屬材料脆性的影響模塊三 壓縮、彎曲及扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)一、壓縮試驗(yàn) 壓縮試驗(yàn)是拉伸試驗(yàn)的反向加載。因此拉伸試驗(yàn)時(shí)所定義的各種性能指標(biāo)和相應(yīng)的計(jì)算公式對壓縮試驗(yàn)都保

5、持相同的形式。所不同的是壓縮試樣的變形不是伸長而是縮短。截面積不是縮小而是橫向增大。 壓縮試驗(yàn)時(shí)，試樣端部的摩擦阻力對試驗(yàn)結(jié)果影響很大。因此。試臉端面應(yīng)通過精整加工、涂油或涂石墨粉予以潤滑，或者采用特殊設(shè)計(jì)的壓頭。使端面的摩擦阻力減至最小程度。 另外，在進(jìn)行脆性金屬材料的壓縮試驗(yàn)時(shí)，在壓縮破壞時(shí)易發(fā)生碎片飛出，為了防止危險(xiǎn)，應(yīng)加防護(hù)罩裝置。 二、彎曲試驗(yàn) 彎曲試驗(yàn)不受試樣偏斜的影響，可以穩(wěn)定地測定脆性和低塑金屬材料的抗彎強(qiáng)度，同時(shí)用撓度表示塑性，能明顯地顯示脆性或低塑性金屬材料的塑性。所似這種試驗(yàn)很適用評定脆性或低塑性金屬材料，如鑄鐵、工具鋼、滲碳鋼，硬質(zhì)合金及陶瓷等。另外，許多機(jī)件是在彎曲載

6、荷下工作，需要對這些機(jī)件的金屬材料進(jìn)行彎曲試驗(yàn)評定。彎曲試驗(yàn)具有試樣形狀簡單（一般有圓形、方形和矩形三種）、操作不便、不受試樣偏斜影響等優(yōu)點(diǎn)。 由于彎曲試驗(yàn)對表面缺陷比較敏感，所以常用它來比較和鑒定滲碳等表面化學(xué)熱處理、高頻淬火等表面處理的零件的金屬材料質(zhì)量和表層強(qiáng)度等性能的差異。 對于普通碳素鋼及低合金鋼板、管、線、型材等彎曲試驗(yàn)，可參考有關(guān)國標(biāo)和冶標(biāo)。 三、靜扭轉(zhuǎn)試驗(yàn) 金屬室溫靜扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)方法在國標(biāo)GB10128-2007中有詳細(xì)規(guī)定。靜扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)具有以下特點(diǎn)：（1）扭轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)力狀態(tài)較軟，在拉伸試驗(yàn)中表現(xiàn)為脆性的金屬材料（如淬火低溫回火的工具鋼和某些結(jié)構(gòu)鋼）有可能處于韌性狀態(tài)，便于進(jìn)行各種力學(xué)性

7、能指標(biāo)的測定和比較。（2）用圓柱形試樣進(jìn)行扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)，試樣始終保持均勻圓柱形，其截面和工作長度基本上保持原有大小不變，這樣便有可能很好地測定高塑性金屬材料直至斷裂前的形變能力和變形抗力。圖4-29表示退火低碳鋼的扭轉(zhuǎn)力矩（扭矩）M和扭角關(guān)系曲線。 （3）對于低塑性金屬材料，扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)對反映其缺陷，特別 是表面缺陷很敏感。如滲碳悴火低溫回火后檢驗(yàn)表面滲碳質(zhì)量，淬火低溫回火工具鋼檢驗(yàn)其表面微裂紋等。（4）扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)截面上的應(yīng)力分布不均勻，在表面處最大，愈往心部愈小。對于顯示金屬體積性缺陷。特別是心部缺陷不敏感。四、剪切試驗(yàn) 1)雙剪切試驗(yàn) 2)單剪切試驗(yàn) 3)沖壓剪切試驗(yàn) 模塊四 沖擊試驗(yàn)一、沖擊試

8、驗(yàn)的意義 沖擊試驗(yàn)是把要試驗(yàn)的金屬材料制成規(guī)定形狀和尺寸的試樣，在沖擊試驗(yàn)機(jī)上一次沖斷，用沖斷試樣所消耗的功或試樣斷口形貌特點(diǎn)，經(jīng)過整理得到規(guī)定定義的沖擊性能指標(biāo)。例如沖擊韌度、沖擊吸收功以及纖維斷口所占斷口面積的百分比等。沖擊試驗(yàn)所得性能指標(biāo)沒有明確物理意義，所得性能數(shù)值也不能用于對所測性能做定量評價(jià)或設(shè)計(jì)計(jì)算。但沖擊試驗(yàn)簡單方便，是最容易獲得的材料動(dòng)態(tài)性能的試驗(yàn)方法，迄今巳積累了大量的沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)和評價(jià)這些數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)。沖擊試驗(yàn)對金屬材料使用中至關(guān)重要的脆性傾向問題和金屬材料冶金質(zhì)量、內(nèi)部缺陷情況極為敏感，是檢查金屬材料脆性傾向和冶金質(zhì)量的非常方便的辦法。因此，這種試驗(yàn)方法在產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)、產(chǎn)

9、品設(shè)計(jì)和科研工作中仍然得到廣泛應(yīng)用。近年來，斷裂力學(xué)和斷裂金屬學(xué)的飛速發(fā)展表明，沖擊試驗(yàn)得到的沖擊值與斷裂韌度有比較密切的關(guān)系，可用簡單的沖擊試驗(yàn)值來估計(jì)斷裂韌度，或直接用沖擊試驗(yàn)的方法來側(cè)量金屬材料動(dòng)態(tài)斷裂韌度和止裂韌度。還發(fā)展了帶有沖擊示波裝置和電子計(jì)算機(jī)的沖擊試驗(yàn)機(jī)，用以顯示和記錄沖擊變形過程中彈性變形、塑性變形、裂紋萌生和裂紋擴(kuò)展諸階段的能量分配，對于測定金屬材料斷裂性能和研究斷裂過程具有重要意義。 二、沖擊試驗(yàn)與沖擊試驗(yàn)機(jī) 試樣尺寸是10mrn 10mm 55rnm方形試樣，中間單面加工出V形或U形缺口 三、沖擊試驗(yàn)的應(yīng)用 1到現(xiàn)在為止，沖擊試驗(yàn)是工程上獲得金屬材料動(dòng)態(tài)強(qiáng)度和變形能力

10、最方便、最簡單的方法，所以習(xí)慣上用沖擊值來表示金屬材料抵抗沖擊載荷能力的大小。沖擊抗力有明顯的體積效應(yīng)和波傳導(dǎo)特點(diǎn)，與載荷和變形速度有很大關(guān)系。 2經(jīng)驗(yàn)表明，沖擊試驗(yàn)在檢驗(yàn)金屬材料品質(zhì)、內(nèi)部缺陷、工藝質(zhì)量等方面非常敏感。 模塊五 疲勞實(shí)驗(yàn)一、疲勞失效特點(diǎn) 疲勞源、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)（一般呈細(xì)致的瓷狀，有時(shí)可看到平行裂紋前沿的海灘狀線條）和靜斷區(qū)（裂紋發(fā)展到一定深度后，剩下的面積在一次或很少幾次循環(huán)中斷開，形成粗糙的靜斷區(qū)，呈纖維或結(jié)晶狀） 在交變載荷作用下機(jī)器零件的斷裂稱為疲勞。統(tǒng)計(jì)表明機(jī)器零件約80%毀于疲勞。疲勞損壞具有如下特點(diǎn)：（1）導(dǎo)致疲勞破壞的應(yīng)力水平低，疲勞極限低于抗拉強(qiáng)度，甚至低于屈服強(qiáng)度，并且須經(jīng)過多次應(yīng)力循環(huán)，一般須經(jīng)歷數(shù)千次以至數(shù)百萬次后才失效。 （2）疲勞斷裂后，不顯示宏觀塑性變形 。 （3）疲勞破壞對缺陷具有很大的敏感性，疲勞裂紋一般起源與零件高度應(yīng)力集中的部分或表面缺陷處，如表面裂紋、軟點(diǎn)、夾雜、突變的轉(zhuǎn)角處及刀痕等。 二、疲勞性能指標(biāo) 關(guān)于疲勞的基本規(guī)律及基本性能指標(biāo)敘述如下：1、疲勞極限與過載持久線疲勞曲線表明，應(yīng)力水平高時(shí)，疲勞壽命N短；低時(shí)N長。 2、 曲線 由于疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分