力學(xué)性能檢驗

力學(xué)性能檢驗第1頁/共74頁2、硬度試驗特點首先，硬度試驗設(shè)備簡單，操作迅速方便，硬度是金屬力學(xué)性能中最易測量的一種性能；其次，硬度和其它力學(xué)性能一樣，也決定于金屬材料的成分、組織與結(jié)構(gòu)。它與其它力學(xué)性能之間存在一定的關(guān)系，因此可通過測定金屬的硬度間接地獲得其它力學(xué)性能的數(shù)值；第2頁/共74頁最后，硬度試驗壓痕小，一般不損壞零件，可以直接在成品或半成品上測定，且不受被測物體大小、脆韌的限制。這是其它力學(xué)性能試驗方法所不可及的優(yōu)點。2、硬度試驗特點第3頁/共74頁3、試驗標(biāo)準(zhǔn)已頒布的硬度試驗標(biāo)準(zhǔn)有：GB231～84金屬布氏硬度試驗方法、GB230—84金屬洛氏硬度試驗方法、GB4341—84金屬肖氏硬度試驗方法、GB4340—84金屬維氏硬度試驗方法、GB4342—84金屬顯微維氏硬度試驗方法等4、測試方法

硬度的測試方法很多，一般多采用壓入法來測定硬度。常見的有布氏硬度法、洛氏硬度法、維氏硬度法、顯微維氏硬度法等，此外還有肖氏硬度試驗法(回跳法)第4頁/共74頁

一、布氏硬度1、試驗原理

：布氏硬度試驗是用一定的靜力負(fù)荷F，將直徑為D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球壓入被測材料的表面，保持一定的時間后卸除負(fù)荷，測量試樣表面的壓痕直徑d，如圖5—1所示。圖5～1布氏硬度試驗原理第5頁/共74頁布氏硬度有兩種表示方法：

一種是用壓痕直徑d表示，單位為mm；另一種是計算單位面積上承受的壓力，即計算試樣上的鋼球或硬質(zhì)合金球壓痕的球冠面積S上承受的平均壓力

式中

：HBS——布氏硬度值(壓頭為淬火鋼球時)；

HBW——布氏硬度值(壓頭為硬質(zhì)合金球時)；

F——負(fù)荷(N)；

S——壓痕面積，mmz；

D——鋼球(或硬質(zhì)合金球)直徑，mm；

h——壓痕深度，mm。第6頁/共74頁

在實際試驗中，壓痕深度值h的測量比較困難，而測量壓痕直徑d比較方便，因此將(5-1)式中的h值換算成d。由圖5-1中直角三角形Oab的關(guān)系可求出所以HBS(或HBW)值的計算公式變?yōu)?/p>

式中F、D已知，只有d是變量，因而

用目測顯微鏡測出壓痕直徑d,即可計算出硬度值HBS(或HBW)。實際測量時，可根據(jù)測出的d值從表中直接查出HBS(或HBW)值。第7頁/共74頁

注意:

布氏硬度單位為kgf／mm2，但習(xí)慣上只寫明硬度的數(shù)值而不標(biāo)出單位。

一般硬度符號HBS(或HBW)前面的數(shù)值為硬度值，符號后面的數(shù)值依次表示球體直徑、負(fù)荷大小及負(fù)荷保持時間(保持時間為10～15s時不標(biāo)注)。例如:120HBS10／1000／30表示用直徑為10mm的鋼球，在1000kgf(9807N)負(fù)荷作用下保持30s，測得的布氏硬度值為120。

500HBW5／750表示用直徑為5mm的硬度合金球，在750kgf(7355N)負(fù)荷作用下保持10～15s，測得的布氏硬度值為500。

第8頁/共74頁壓頭選擇：布氏硬度低于450的金屬材料試驗時其壓頭可選用淬火鋼球，布氏硬度值在450～650之間的金屬材料試驗時其壓頭可選用硬質(zhì)合金球。根據(jù)被測金屬材料的種類和試樣厚度，選用不同大小的壓頭直徑D、施加負(fù)荷F和負(fù)荷保持時間。壓頭直徑有10、5、2.5、2和1mm五種；負(fù)荷的保持時間為，黑色金屬10～15s，有色金屬30s，布氏硬度值低于35時為60s。第9頁/共74頁布氏硬度試驗特點：優(yōu)點：測定的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定。缺點：1、壓痕較大，不宜測成品或薄片金屬的硬度。2、操作較緩慢，對大量逐件檢驗的產(chǎn)品不適用。2、試驗設(shè)備布氏硬度試驗在布氏硬度試驗機(jī)上進(jìn)行。常見的布氏硬度試驗機(jī)有油壓式和機(jī)械式兩大類。機(jī)械式布氏硬度機(jī)如圖5—2所示。第10頁/共74頁圖5—2HB一3000型布氏硬度試驗機(jī)外形圖5—3洛氏硬度試驗原理示意圖-l一指示燈；2一壓頭；3一工作臺；4一立柱；5一絲杠；

6一Y-．~；7一試驗力砝碼；8一壓緊螺釘；

9一時間定位器；10一試驗力按鈕第11頁/共74頁3、實驗步驟(1)

首先選定壓頭，裝入主軸襯套中，然后選定負(fù)荷，加上相應(yīng)的砝碼，確定加載時間(把圓盤上的時間定位器的紅色指示點轉(zhuǎn)到持續(xù)時間相符的位置上)；(2)接通電源，使指示燈燃亮；(3)將試樣置于工作臺上，順時針轉(zhuǎn)動手輪，使壓頭壓向試樣表面，直至手輪對下面螺母不作相對運動為止；(4)

按動試驗力按鈕，啟動電動機(jī)即施加試驗力，當(dāng)紅色指示燈閃亮?xí)r，迅速擰緊緊壓螺釘，使圓盤轉(zhuǎn)動，達(dá)到所要求的持續(xù)時間后，轉(zhuǎn)動即自行停止；(5)

逆時針轉(zhuǎn)動手輪，降下工作臺，取下試樣，用目測顯微鏡測出壓痕直徑d，根據(jù)此值從表中即可查出HB值。第12頁/共74頁

二、洛氏硬度

1、洛氏硬度洛氏硬度試驗法是目前工廠生產(chǎn)檢驗中應(yīng)用最廣泛的硬度試驗方法。2、實驗原理用一個頂角為120。的金剛石圓錐體或直徑為1.588mm(1/16英寸)的淬火鋼球為壓頭，

在規(guī)定的載荷作用下壓入被測金屬表面，然后根據(jù)壓痕深度來確定試件的硬度值。下圖表示金剛石圓錐壓頭的洛氏硬度試驗原理。第13頁/共74頁實驗步驟

試驗時，先加初載荷98.07N(10kgf)，使壓頭緊密接觸試件表面，此時壓人深度為h1，然后加主載荷，繼續(xù)壓入金屬中，待總載荷(初載荷+主載荷)全部加上并穩(wěn)定后，將主載荷去除，由于被測試件金屬彈性變形的恢復(fù)，壓頭壓入深度是h3，壓頭在主載荷作用下壓入金屬中的塑性變形深度就是h(h=h3-h1)，并以此來衡量被測金屬的硬度。

顯然，h越大，金屬的硬度越低；反之，硬度越高?？紤]到數(shù)值越大硬度越高的習(xí)慣，故采用一個常數(shù)K減去h來表示硬度高低，并用0.002mm的壓痕深度為一個硬度單位，由此獲得的硬度值稱為洛氏硬度，用HR表示。即式中K為常數(shù)，用金剛石圓錐壓頭時，K=0.2mm；用淬火鋼球壓頭時，K=0.26mm。由此獲得的洛氏硬度值HR只表示硬度高低而沒有單位，試驗時，可由硬度計的指示器上直接讀出。

第14頁/共74頁根據(jù)金屬材料軟硬程度不一，可選用不同的壓頭和載荷配合使用，測得的硬度值分別用不同的符號來表示。三種常用的洛氏硬度符號、試驗條件和應(yīng)用列于下表。標(biāo)尺符號所用壓頭總載②／kgf測量范圍①(HR)應(yīng)用范圍

HRAHRBHRC金剛石圓錐

鋼球金剛石圓錐

60

100

150

20～8820～100

20～70碳化物、硬質(zhì)合金、淬火工具鋼、淺層表面硬化鋼軟鋼、銅合金、鋁合金、可鍛鑄鐵淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼、深層表面硬化鋼①HRA,HRC所用刻度盤滿刻度為100，HRB為130。②1kgf=9.806N。第15頁/共74頁常用洛氏硬度試驗機(jī)如圖5—4所示。其主要部件包括：機(jī)體和工作臺、加載機(jī)構(gòu)、千分表

1一支點；2--指示器；3一壓頭；4一試樣；5--試樣臺；6一螺桿；7一手輪；8--彈簧；9一按鈕；1()一杠桿；11一縱桿；12--重錘；13一齒桿；14--油壓緩沖器；15一插銷；16--轉(zhuǎn)盤；17--小齒輪；18一扇齒輪圖5—4

H一100型洛氏硬度試驗機(jī)結(jié)構(gòu)圖第16頁/共74頁

實驗步驟1、試驗時，將符合要求的試樣置于試樣臺上，順時針旋轉(zhuǎn)手輪，使試樣與壓頭緩慢接觸，直至表盤小指針指到“0”為止，此時已加預(yù)載荷98N(10kgf)。2、然后將表盤大指針調(diào)整至零點(HRA、HRC零點為0，HRB零點為30)。按下按鈕，平穩(wěn)地加上主載荷。表盤中大指針反向旋轉(zhuǎn)若干格后停止，持續(xù)幾秒(視材料軟硬程度而定)，3、之后再順時針旋轉(zhuǎn)搖柄，直到自鎖時，即卸去主載荷。此時大指針退回若干格，最后由表盤上可直接讀出洛氏硬度值(HRA、HRC讀外圈黑刻度，HRB讀內(nèi)圈黑刻度)。第17頁/共74頁特點優(yōu)點：操作迅速簡便，由于壓痕小，故可在工件表面或較薄的金屬上進(jìn)行試驗。同時，采用不同壓頭和載荷，可以測出從極軟到極硬材料的硬度。缺點：因壓痕較小，對組織比較粗大且不均勻的材料，測得的硬度不夠準(zhǔn)確。第18頁/共74頁三、維氏硬度

維氏硬度的測試原理基本上和布氏硬度試驗相同。。第19頁/共74頁1、試驗原理

它是用一個相對面間夾角為136。的金剛石正四棱錐體壓頭，在規(guī)定載荷F的作用下壓入被測金屬表面，保持一定時間后卸除載荷。然后再測量壓痕的兩對角線長度的平均值d，進(jìn)而計算出壓痕的表面積S，最后求出壓痕表面積上平均壓力(F／S)，以此作為被測金屬的硬度值，稱為維氏硬度，用符號HV表示。即式中F的單位為kgf，d的單位為mm。第20頁/共74頁若F的單位采用N時(1kgf=9.80665N)，則(5—5)式改寫如下：從式(5—5)可看出，維氏硬度的單位是kgf／mm2，但習(xí)慣上只寫出硬度數(shù)值而不標(biāo)出單位。與布氏硬度值一樣，在硬度符號HV之前的數(shù)字為硬度值，HV后的數(shù)值依次表示載荷和載荷保持時間(保持時間為10～15s時不標(biāo)注)。例如1、640HV30表示在30kgf(294．2N)載荷下，保持10～15s測得的維氏硬度值為640。2、640HV30／20表示在30kgf(294．2N)載荷作用下，保持20s測得的維氏硬度值為640。第21頁/共74頁

維氏硬度試驗常用的載荷有5(49.03)、10(98.07)、20(196.1)、30(294.2)、50(490.3)和100(980.7)kgf(N)等幾種。試驗時，載荷F應(yīng)根據(jù)試樣的硬度與厚度來選擇。一般在試樣厚度允許的情況下盡可能選用較大載荷，以獲得較大壓痕，提高測量精度。

由式(5—5)和式(5—6)可知，當(dāng)所加載荷F已選定，則硬度值HV只與壓痕兩對角線的平均長度d有關(guān)，d愈大，則HV值愈??；反之，HV值愈大。實際測試時，硬度值并不需要計算，只要用裝在機(jī)體上的測量顯微鏡測出壓痕兩對角線的平均長度d，就可根據(jù)d的大小在GB4340～84附表中查得硬度值。第22頁/共74頁維氏硬度試驗法特點

優(yōu)點：1、所加載荷小，壓入深度淺，故適用于測試零件表面淬硬層及化學(xué)熱處理的滲層(如滲碳層、滲氮層)的硬度；2、維氏硬度是一個連續(xù)一致的標(biāo)尺，試驗時載荷可任意選擇，而不影響其硬度值的大小，因此可測定從極軟到極硬的各種金屬材料的硬度。缺點：其硬度值的測定較麻煩，工作效率不如測洛氏硬度高。第23頁/共74頁四、顯微硬度

布氏、洛氏及維氏硬度試驗法的缺點用布氏、洛氏及維氏硬度試驗法測定材料的硬度時，由于其載荷大，壓痕面積大，只能得到金屬材料組織的平均硬度值。也就是說，當(dāng)金屬材料是由幾個相的機(jī)械混合物組成時，測得的硬度值只是這個混合物的平均硬度。但是在金屬材料的試驗工作中，往往需要測定某一組織組成物的硬度，例如測定某個相、某個晶粒、夾雜物或其它組成體的硬度；或者對于研究擴(kuò)散層組織、偏析相、硬化層深度以及極薄層試樣等，這時就可以應(yīng)用顯微硬度試驗法。

第24頁/共74頁顯微硬度試驗法其原理與維氏硬度試驗法一樣，也是以載荷與壓痕表面積之比來確定，不同的是，顯微硬度試驗法所采用的載荷很小，一般在1～120gf(1gf=0．0098N)。若載荷F以gf為單位，壓痕對角線平均長度d以pm為單位計算，則顯微硬度值也可用HV表示，其計算公式為

若載荷F單位為N，d為μm，則上式可寫成

實際試驗時，硬度值并不需要用上述公式計算，只要用測量顯微鏡測出壓痕兩對角線的平均長度d，就可根據(jù)d的大小查表求得。第25頁/共74頁五、肖氏硬度

1、肖氏硬度試驗是動力硬度試驗中最簡單的一種試驗方法。2、試驗方法試驗時，使一定重量的標(biāo)準(zhǔn)沖頭(底端鑲有金剛石圓柱體)或鋼球從一定高度H自由下落于試樣表面，然后由于試樣的彈性變形，又使其回跳到h高度，因此可用H與h的比值來計算肖氏硬度值HS式中HS——肖氏硬度；

K——肖氏硬度系數(shù)。

第26頁/共74頁肖氏硬度的大小與沖頭回跳的高度成正比。因此，它取決于材料的彈性性質(zhì)，即取決于材料彈性變形能的大小。肖氏硬度又稱彈性回跳硬度。肖氏硬度的標(biāo)定是以完全淬硬的高碳鋼為樣品，以其回跳的平均高度為標(biāo)準(zhǔn)，令此高度為100。為了能夠測定更高硬度的材料，肖氏硬度的標(biāo)定還可向上延伸到120或140。試驗時沖頭回跳高度所標(biāo)示刻度即為肖氏硬度值

第27頁/共74頁第二節(jié)拉伸試驗1、拉伸試驗是力學(xué)性能試驗中最基本的試驗，是檢驗金屬材料質(zhì)量和研制、開發(fā)材料新品種工作中最重要的試驗項目之一。在金屬材料的技術(shù)條件中，絕大部分都以拉伸性能作為主要評定指標(biāo)。同時，拉伸試驗的數(shù)據(jù)又是機(jī)械制造和工程中選材的主要依據(jù)。2、鋼的力學(xué)性能，主要是指鋼的強(qiáng)度和塑性。鋼的強(qiáng)度，就是鋼抵抗變形和斷裂的能力，即單位面積上所能承受的負(fù)荷，通常用符號盯表示，單位為帕，其符號為Pa。鋼的塑性，就是鋼在斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力，一般用斷后伸長率和斷面收縮率這兩個指標(biāo)來表示，其符號分別為艿和函，二者均以百分比表示。3、鋼的拉伸試驗可以測得強(qiáng)度和塑性。鋼的強(qiáng)度指標(biāo)有規(guī)定非比例伸長應(yīng)力、規(guī)定總伸長應(yīng)力、規(guī)定殘余伸長應(yīng)力、屈服點、抗拉強(qiáng)度等；鋼的塑性指標(biāo)有斷后伸長率、屈服點伸長率、最大力下的伸長率、斷面收縮率等。4、鋼材的拉伸試驗試樣和試驗方法，可分別按GB6397—86《金屬拉伸試驗試樣》和GB228—87《金屬拉伸試驗方法》中的規(guī)定進(jìn)行。第28頁/共74頁一、拉伸試樣的制備

1．取樣部位根據(jù)檢驗項目的要求，按GB2975—82《鋼材力學(xué)及工藝性能試驗取樣規(guī)定》進(jìn)行取樣，具體規(guī)定見表5—3。第29頁/共74頁表5—3鋼材機(jī)械性能試驗取樣位置外形規(guī)格取樣位置備注圓鋼、方鋼、六角鋼≤6()mm>60mm取自鋼材中心部位取自鋼材半徑1／2處圖5—6槽鋼、工字鋼沿軋制方向從產(chǎn)品腰高的1／4處截取圖5—7角鋼、乙字鋼、T形鋼、球扁鋼從產(chǎn)品腿長或腰高1／3處截取圖5—8扁鋼沿軋制方向取樣，其中心線距扁鋼邊緣為板寬的1／3圖5—9鋼板在鋼板端部垂直軋制方向取樣，對于縱向軋板，其中心線距鋼板邊緣為板寬1／4；對于橫向軋板，可在寬度的任一部位截取圖5—1()第30頁/共74頁圖5—6圓鋼、方鋼、六角鋼及樣坯取樣位置圖5—7槽鋼、工字鋼及樣坯取樣位置第31頁/共74頁圖5—8角鋼、乙字鋼、T形鋼和球扁鋼樣坯取樣位置圖5—9扁鋼樣坯取樣位置圖5—10縱軋鋼板樣坯取樣位置第32頁/共74頁

2．拉伸試樣拉伸試樣分棒材試樣、板材試樣、管材試樣、鑄件試樣、鍛件試樣、線材試樣等幾種，而每一種拉伸試樣又分為比例試樣和定標(biāo)距試樣兩種形式。下面介紹棒材試樣和板材試樣。(1)棒材試樣棒材(包括方材和六方形材)，按標(biāo)準(zhǔn)要求加工成圓形比例試樣(圖5—11)，試樣各部分加工尺寸見表5—4，各部位的尺寸偏差應(yīng)符合表5—5的規(guī)定。圖5—11圓形比例試樣的兩種不同形態(tài)第33頁/共74頁表5—4圓形比例試樣各部分尺寸一般尺寸短試樣長試樣

d0/mm

r(最小)/mm試樣號

L0

Lc試樣號

L0

Lc單雙肩螺紋

252015108653

55443332

12.5107.5543.53.52

R1R2R3R4R5R6R7R8

5d0L0+d0

R01R02R03R04R05R06R07R08

10d0L0+d0第34頁/共74頁試樣需經(jīng)熱處理時，須先將毛坯試樣進(jìn)行熱處理，然后再加工成拉伸試樣。不需熱處理的試樣，可直接加工成拉伸試樣。圓形試樣直徑乩試樣標(biāo)距部分直徑do的允許偏差試樣標(biāo)距部分最大與最小直徑J。的允許差值

<55～<10≥1()

±0.05±()．1±()．2

()()l()．()2()()5表5—5圓形試樣的尺寸偏差第35頁/共74頁

(2)板材試樣對厚板、薄板材，一般截取矩形試樣。矩形試樣可分為帶頭和不帶頭的兩種，其形狀及側(cè)面加工粗糙度如圖5—12所示。帶頭矩形試樣尺寸如表5—6所示。矩形試樣加工偏差一般應(yīng)符合表5—7的規(guī)定。對于厚度小于0．5～0．1mm的薄板(帶)，一般采用定標(biāo)距試樣P8或P9。仲裁試驗時，如有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)無規(guī)定試樣尺寸，應(yīng)采用P4(P04)或P5(P05)試樣的寬度b0。第36頁/共74頁一般尺寸短試樣長試樣a0

b0r試樣號

L0LC試樣號

L0LC

0.1～<1.01.0～4.0>4.0～12

101520

P1P2P15.65√S0

P01P02P0311.3√So

0.5～<454.5～25

2030

25～40

P4P5取最接近5的整數(shù)倍

L0+b0/2

P04P05取最接近l()的整數(shù)倍

L0+b0/2

0.1～<64.5～25

12.525

P6P7

P06P07

0.1～0.5

12.5

25～40

P850

75

75

20

P980

120

125表5～6帶頭矩形試樣各部分尺寸注：S0表示試樣標(biāo)距處原始橫截面面積。第37頁/共74頁圖5—12帶頭與不帶頭的矩形試樣形態(tài)

(n)帶頭；(6)不帶頭表5—7矩形試樣加工尺寸偏差矩形試樣寬度60試樣標(biāo)距部分內(nèi)寬度6。的允許偏差試樣標(biāo)距部分內(nèi)最大與最小寬度6。的允許差值

1()12515

±0.2

0.1

20253()

±O．5

0.2第38頁/共74頁二、鋼材強(qiáng)度指標(biāo)鋼的強(qiáng)度是通過拉伸試驗測定的。拉伸試驗一般是在萬能試驗機(jī)上進(jìn)行的。拉伸試驗時，試樣在負(fù)荷平穩(wěn)增加下發(fā)生變形直至斷裂。此時利用萬能試驗機(jī)上的自動繪圖裝置，可以繪出試樣在拉伸過程中伸長與負(fù)荷之間的關(guān)系曲線，習(xí)慣上稱此曲線為試樣的拉伸圖，即F—AL曲線。圖5—13為低碳鋼試樣的拉伸圖。

1．規(guī)定非比例伸長應(yīng)力金屬試樣在外力作用下發(fā)生的形狀變化，稱為變形。而恢復(fù)變形的能力則稱為彈性。當(dāng)外力去除之后，試樣的變形即隨之消失，而無殘余變形，這種變形稱為彈性變形。第39頁/共74頁由拉伸圖可知，彈性變形呈一直線段，這說明試樣的伸長與外力的增加成正比關(guān)系(遵循胡克定律)。按照定義，比例極限應(yīng)是應(yīng)力一應(yīng)變能保持正比關(guān)系的最大應(yīng)力值，亦即在拉伸曲線上開始偏離直線時那一點所求得的應(yīng)力。但在技術(shù)上很難準(zhǔn)確測定這一點的位置(受所用測量儀器，特別是引伸計的精度的影響)，因此，標(biāo)準(zhǔn)中將原GB228—76中的“規(guī)定比例極限”這一定義取消。通常，工程上希望了解的是材料在多大應(yīng)力作用下產(chǎn)生多大的應(yīng)變，而不是拉伸曲線斜率偏離的大小。所以，在新標(biāo)準(zhǔn)GB228—87中規(guī)定為“規(guī)定非比例伸長應(yīng)力”。圖5—13低碳鋼拉伸圖第40頁/共74頁規(guī)定非比例伸長應(yīng)力，就是試樣標(biāo)距的非比例伸長達(dá)到規(guī)定原標(biāo)距百分比時的應(yīng)力，表示此應(yīng)力的符號應(yīng)加腳注說明，如σp0.01、σp0.05等分別表示規(guī)定非比例伸長率為0．01％和0．05％的廊力，即式中σp--規(guī)定非比例伸長應(yīng)力；·Fp---規(guī)定非比例伸長力；

So--試樣平行長度部分的原始橫截面面積。第41頁/共74頁

2．規(guī)定總伸長應(yīng)力

規(guī)定總伸長應(yīng)力就是試樣標(biāo)距部分的總伸長(彈性伸長加塑性伸長)達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時的應(yīng)力，表示此應(yīng)力的符號應(yīng)加腳注說明，例如σt0.5表示規(guī)定總伸長率為0．5％時的應(yīng)力，即式中σt．--規(guī)定總伸長應(yīng)力；

Ft--規(guī)定總伸長力；

S?！嚇悠叫虚L度部分的原始橫截面面積。

第42頁/共74頁3．規(guī)定殘余伸長應(yīng)力規(guī)定殘余伸長應(yīng)力，就是試樣卸去伸長力后，其標(biāo)距部分的殘余伸長達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時的應(yīng)力，表示此應(yīng)力的符號應(yīng)加腳注說明。例如σr0.2,。0.2表示規(guī)定殘余伸長率為0.2％時的應(yīng)力，即式中σr--規(guī)定殘余伸長應(yīng)力；

Fr——規(guī)定殘余伸長力；

So--試樣平行長度部分的原始橫截面面積。上述三個定義適用于高碳鋼和一些調(diào)質(zhì)合金鋼，這些鋼種在拉伸過程中無明顯屈服現(xiàn)象。第43頁/共74頁

4．屈服點有屈服現(xiàn)象的金屬材料，當(dāng)試樣在試驗過程中拉伸力不增加(保持恒定)時仍能繼續(xù)伸長時的應(yīng)力稱為屈服點。出現(xiàn)屈服現(xiàn)象時，萬能試驗機(jī)上負(fù)荷的讀數(shù)波動范圍一般很小。如力發(fā)生下降，應(yīng)區(qū)分上、下屈服點。上屈服點——試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最大應(yīng)力。下屈服點——當(dāng)不計初始瞬時效應(yīng)時，屈服階段中的最小應(yīng)力，即式中σs---屈服點；

σsu--上屈服點；

σsl--下屈服點；

Fs--屈服力；

Fsu——上屈服力；

Fsl——下屈服力；

So--試樣平行長度部分的原始橫截面面積。試樣經(jīng)過屈服階段再除去負(fù)荷，部分變形不能恢復(fù)，這部分不能恢復(fù)的殘余變形稱塑性變形。第44頁/共74頁

5．抗拉強(qiáng)度．金屬試樣屈服后，若要使其繼續(xù)發(fā)生變形，則需增加外力以克服其中不斷增長的抗力，這是因為材料在塑性變形過程中不斷發(fā)生強(qiáng)化。在強(qiáng)化階段中，試樣的變形主要是塑性變形，其變形量要比彈性變形階段內(nèi)的變形大得多，試樣的變形仍是均勻的，但可以看到整個試樣的橫向尺寸有顯著縮小。當(dāng)外力繼續(xù)增加到某一最大值(圖5—13曲線6點對應(yīng)的力)時，試樣的局部面積縮小，產(chǎn)生了所謂“縮頸”現(xiàn)象，故載荷也逐漸降低，直到試樣被拉斷?？估瓘?qiáng)度是指試樣在拉斷過程中最大力所對應(yīng)的應(yīng)力，即式中σb---抗拉強(qiáng)度；

Fb--試樣承受的最大力；

So--試樣平行長度部分的原始橫截面面積?？估瓘?qiáng)度在工程技術(shù)上是很重要的，因為它表示材料在拉伸條件下所能承受的最大外力，所以，它是零件和工件設(shè)計時的主要依據(jù)，同時也是評定金屬材料的重要指標(biāo)之一。第45頁/共74頁三、鋼材塑性指標(biāo)

塑性是指材料產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。在拉伸試驗時，金屬材料的塑性，可用伸長率和斷面收縮率表示。

1．伸長率伸長率是試樣在一定應(yīng)力下的標(biāo)距增長量與原標(biāo)距長度之比。舊標(biāo)準(zhǔn)GB228—76僅規(guī)定了一個伸長率指標(biāo)，即試樣拉斷后標(biāo)距增長量與原標(biāo)距長度之比。新標(biāo)準(zhǔn)GB228—87除將上述伸長率稱為斷后伸長率之外，還增加了屈服點伸長率、最大力下的伸長率等多種不同的伸長率。第46頁/共74頁

屈服點伸長率(δs)就是試樣從屈服開始至屈服階段結(jié)束(加工硬化開始)之間標(biāo)距的增長量與原始標(biāo)距長度的百分比。最大力下的伸長率就是試樣拉到最大力時標(biāo)距的增長量與原始標(biāo)距長度的百分比。應(yīng)區(qū)分最大力下的總伸長率δgt和最大力下的非比例伸長率δg斷后伸長率就是試樣拉斷后，標(biāo)距的增長量與原始標(biāo)距長度的百分比，即式中d——斷后伸長率；

Ll——試樣拉斷后的標(biāo)距長度；

L0——試樣原始標(biāo)距長度。第47頁/共74頁

2．?dāng)嗝媸湛s率斷面收縮率就是試樣拉斷后，縮頸處橫截面面積的最大縮減量與原始橫截面面積的百分比，即式中ψ——斷面收縮率；

So--試樣平行長度部分原始橫截面面積；

S1——試樣拉斷后縮頸處的最小橫截面面積。通常，δ、ψ的數(shù)值越大，材料的塑性越好。反之，材料的塑性越差，脆性越大。根據(jù)金屬材料的伸長率δ和斷面收縮率ψ的大小，很容易確定各種材料的塑性好壞。影響因素鋼的強(qiáng)度、塑性與其含碳量有著密切關(guān)系。隨著鋼的含碳量的增加，其強(qiáng)度增高而塑性減小。鋼的強(qiáng)度和塑性還與溫度有關(guān)。一般來說，溫度越高，強(qiáng)度越低，塑性越好。所以，鋼材的軋制和鍛造時都將其加熱到高溫使其組織轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄粤己玫膴W氏體，以便于塑性成形。第48頁/共74頁四、強(qiáng)度和塑性的測定

1．規(guī)定非比例伸長應(yīng)力的測定用自動記錄方法繪制力一伸長曲線圖時，力軸每毫米所代表的應(yīng)力，一般應(yīng)不大于10MPa，曲線的高度應(yīng)使Fp處于力軸量程的二分之一以上。伸長放大倍數(shù)的選擇應(yīng)使圖5—14中的OC段的長度不小于5mm。作圖步驟：在曲線圖上，自彈性直線段與伸長軸交點0起，截取一相應(yīng)于規(guī)定非比例伸長的OC段(OC=n*Le*εp。)，過C點作彈性直線段的平行線CA交曲線于A點，A點對應(yīng)的Fp為所測規(guī)定非比例伸長力(見圖5—14)，規(guī)定非比例伸長應(yīng)力按下式計算：式中Fp--規(guī)定非比例伸長力(試驗記錄或報告中應(yīng)附以所測應(yīng)力的角注)，N；So--試樣平行長度部分的原始橫截面面積，m。。第49頁/共74頁

2．規(guī)定總伸長應(yīng)力的測定采用圖解法測定規(guī)定總伸長應(yīng)力。用自動記錄方法繪制力一伸長曲線圖時，力軸每毫米長所代表的應(yīng)力，一般應(yīng)不大于IOMPa。伸長放大倍數(shù)一般至少應(yīng)為50倍。圖5—14圖5—15n一伸長或位移放大倍數(shù)；L。一引伸計標(biāo)距；εt．一規(guī)定總伸長率n一伸長或位移放大倍數(shù)；Le一引伸計標(biāo)距εe，一規(guī)定非比例伸長率第50頁/共74頁在曲線圖上，自曲線的真實原點D起，截取相應(yīng)于規(guī)定總伸長的OE段(OE=n*Le*εt)，過E點作力軸的平行線EA交曲線于A點，A點對應(yīng)的力F。為規(guī)定總伸長力(圖5---15)。規(guī)定總伸長應(yīng)力可按下式計算：式中Ft——規(guī)定總伸長力(試驗記錄或報告中應(yīng)附以所測力的角注)，N；

So--試樣平行長度部分的原始橫截面面積，m。。第51頁/共74頁

3．規(guī)定殘余伸長應(yīng)力的測定‘

實驗方法可用卸力法測定規(guī)定殘余伸長應(yīng)力。拉伸試驗時，試樣置放妥當(dāng)后，對試樣施加約相當(dāng)于預(yù)期規(guī)定殘余伸長應(yīng)力1096的力F∞裝上引伸計。繼續(xù)施力至2Fo后再卸至F∞記下引伸計讀數(shù)作為條件零點。從F。起第一次施力至試樣在引伸計標(biāo)距內(nèi)產(chǎn)生的總伸長為n*Le*εr+(1~2)分格(1分格=0．01mm，n為伸長或位移放大倍數(shù)，L。為引伸計標(biāo)距，εr，為規(guī)定殘余伸長率)。式中第一項為規(guī)定殘余伸長，第二項為彈性伸長。在引伸計上讀出首次卸至F。的殘余伸長。以后每次施力應(yīng)使試樣產(chǎn)生的總伸長為前一次總伸長加上規(guī)定殘余伸長與該次殘余伸長(卸至F。)之差，再加上(1～2)分格的彈性伸長增量。試驗直至實測的殘余伸長等于或稍大于規(guī)定殘余伸長值為止。如果掌握被試驗金屬材料所測規(guī)定殘余伸長應(yīng)力所對應(yīng)的總伸長的大致范圍，則可使第一次施力的總伸長接近預(yù)計值，以便迅速求得F0

用內(nèi)插法算出相應(yīng)于規(guī)定殘余伸長的Fr，的精確值。規(guī)定殘余伸長應(yīng)力可按下式計算：式中Fr——規(guī)定殘余伸長力(試驗記錄或報告中應(yīng)附以所測應(yīng)力的腳注)，N；

So--試樣平行長度部分的原始橫截面面積，m。。第52頁/共74頁

4．屈服點、上屈服點、下屈服點的測定有明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料，應(yīng)測定其屈服點、上屈服點或下屈服點，但有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議無規(guī)定時，一般只測定屈服點或下屈服點。無明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料應(yīng)測定其規(guī)定非比例伸長應(yīng)力σp0.2．z或規(guī)定殘余伸長應(yīng)力σr0.2第53頁/共74頁

(1)圖解法。試驗時，用自動記錄裝置繪制力～伸長曲線圖或力一夾頭位移曲線圖，力軸每lmm所代表的應(yīng)力，一般應(yīng)不大于IOMPa，伸長(夾頭位移)放大倍數(shù)應(yīng)根據(jù)材質(zhì)進(jìn)行適當(dāng)選擇，曲線應(yīng)至少繪制到屈服階段結(jié)束點。在曲線上確定屈服平臺恒定的力Fs。(圖5—16(d))或屈服階段中力首次下降前的最大力Fsu。(圖5—16(c))或不計初始瞬時效應(yīng)時的最小力Fsl(圖5—16(a)、(b))。屈服點、上屈服點或下屈服點可分別按以下各式計算：式中Fs——屈服力，N；

Fsu-上屈服力，N；

Fsl-下屈服力，N；

So--試樣平行長度部分的原始橫截面面積，m2。第54頁/共74頁圖5一16用圖解法從曲線上確定力的方法第55頁/共74頁

(2)指針法。生產(chǎn)檢驗允許使用指針法測定屈服點、上屈服點和下屈服點。試驗時，測定測力度盤的指針首次停止轉(zhuǎn)動的恒定力，或指針首次回轉(zhuǎn)前的最大力或不計初始瞬時效應(yīng)時的最小力，然后分別代人公式求出對應(yīng)的應(yīng)力為屈服點和上、下屈服點。

5．抗拉強(qiáng)度的測定測定屈服點后，對試樣繼續(xù)加荷至拉斷試樣為止。從測力度盤上讀取最大力Fb?？估瓘?qiáng)度可按下式計算：式中Fb--最大力，N；

S0--試樣平行長度部分的原始橫截面面積，m。。第56頁/共74頁

6．伸長率的測定

(1)屈服點伸長率的測定。用自動記錄裝置繪制力一伸長曲線圖時，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)牧S比例，而伸長放大倍數(shù)則應(yīng)根據(jù)屈服階段結(jié)束(加工硬化開始)前的伸長量進(jìn)行選擇。所使用的引伸計標(biāo)距應(yīng)盡可能等于試樣原始標(biāo)距。在曲線上過屈服階段結(jié)束點G作彈性直線段的平行線GF交伸長軸于F點，延長彈性直線段交伸長軸于O點，然后測量圖上OF的長度(圖5—17)。屈服點伸長率可按下式計算：

圖5—17圖5-18第57頁/共74頁(2)最大力下的總伸長率和最大力下的非比例伸長率的測定。用自動記錄裝置繪制力一伸長曲線，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)牧S比例，應(yīng)根據(jù)達(dá)到最大力時的總伸長量選擇適當(dāng)?shù)纳扉L放大倍數(shù)。所使用的引伸計標(biāo)距應(yīng)盡可能等于試樣原始標(biāo)距。在曲線上過最大力點K，分別作力軸和彈性直線段的平行線KI和KJ，交伸長軸于，點和，點。延長彈性直線段交伸長軸于0點，然后測量圖中OI和OJ的長度(圖5一18)。最大力下的總伸長率和最大力下的非比例伸長率可分別按下式計算：式中n——伸長或位移放大倍數(shù)；

L?！煊嫎?biāo)距，mm。第58頁/共74頁

(3)斷后伸長率的測定。將拉斷后的試樣斷裂處緊密對接，盡量使其軸線位于一直線上，以測量斷后長度斷后標(biāo)距Ll的測量：

1)直測法。拉斷處到最鄰近標(biāo)距端點的距離大于1/3Lo時，可直接測量標(biāo)距兩端點間的距離。

2)移位法。若拉斷處到最鄰近標(biāo)距端點的距離小于或等于1/3L0時，則按下述方法測定L1。在長段上從拉斷處0取基本等于短段格數(shù)，得B點，接著取等于長段所余格數(shù)(偶數(shù)，圖5—19(口))的一半，得C點；或者取所余格數(shù)(奇數(shù)，圖5—19(6))分別減1與加1的一半，得C和Cl點。移位后的L1分別為：AB+2BC和AB+BC+BCl。圖5～19移位法測定斷后伸長率示意圖第59頁/共74頁圖5～19移位法測定斷后伸長率示意圖第60頁/共74頁測量斷后標(biāo)距的量具其最小刻度值應(yīng)不大于0．1mm。斷后伸長率按下式計算：式中Lo--試樣原始標(biāo)距長度，mm；

Ll——試樣拉斷后標(biāo)距長度，mm。短、長比例試樣的斷后伸長率分別以符號δ5δ10(δ)表示。定標(biāo)距試樣的斷后伸長率應(yīng)附以該標(biāo)距數(shù)值的腳注，例如Lo=100mm或200mm，則分別以符號δ100mm或δ200mm表示。第61頁/共74頁

7．?dāng)嗝媸湛s率的測定

試樣斷裂處的截面積的測定方法是：對圓形試樣在縮頸處兩個相互垂直方向上測量其直徑，用二者的算術(shù)平均值計算。矩形試樣用縮頸處的最大寬度乘以最小厚度求得。求出試樣斷裂處的截面積后，將其代入下式計算：式中So--試樣原始截面積，mm2；

S1——試樣斷裂(縮頸)處的截面積，mm2。第62頁/共74頁第三節(jié)沖擊試驗1、沖擊韌性金屬材料在沖擊負(fù)荷作用下，抵抗破壞的能力稱為沖擊韌性。2、金屬材料的沖擊韌性的好壞可通過沖擊試驗來測定。目前最普遍應(yīng)用的一種沖擊試驗是一次擺錘彎曲沖擊試驗。第63頁/共74頁第三節(jié)沖擊試驗3、由一次擺錘彎曲沖擊試驗獲得的一次沖擊韌性值aK對材料的一些缺陷很敏感，它能反映出材料的宏觀缺陷和顯微組織方面的微小變化，因而是檢驗材料或工件中的白點、夾雜物、層狀、夾渣、氣泡、壓力加工產(chǎn)品各向異性、淬火過熱、過燒、變形時效及回火脆性等的有效方法之一。

另外，aK

對材料的脆性轉(zhuǎn)化也很敏感，可利用低溫沖擊試驗測定鋼的冷脆性。因此沖擊試驗得到了廣泛應(yīng)用。第64頁/共74頁一、沖擊試樣的制備沖擊試驗標(biāo)準(zhǔn)試樣有夏比u型缺口試樣和夏比V型缺口試樣兩種，習(xí)慣上前者稱為梅氏試樣，后者稱為夏氏試樣。兩種試樣的尺寸及加工要求如圖5—20和圖5—21所示。

兩種試樣的缺口深度一樣，而缺口底部半徑不同，u型為1mm，V型為0．25mm，因此，V型缺口應(yīng)力相對集中，當(dāng)試樣受到?jīng)_擊時，就顯得更敏感。圖5—20夏比U型缺口試樣第65頁/共74頁圖5—21

夏比V型缺口試樣第66頁/共74頁二、室溫沖擊試驗擺錘沖擊試驗，就是將標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣置于沖擊試驗機(jī)支座上，然后釋放具有一定位能的重錘，把試樣一次沖斷.圖5—22試樣置放示意圖圖5—23沖擊試驗機(jī)l一試樣；2--試樣支撐面；3一重錘l一重錘；2一試樣；3一支撐面；4一指針；5一刻度盤式中第67頁/共74頁擊斷試樣所作的功AKv或AKu，即為沖擊吸功。沖擊吸收功可直接從沖擊試驗機(jī)表盤上讀出。它表示具有規(guī)定形狀和尺寸的金屬試樣，在一次沖擊力作用下折斷時所吸收的