機(jī)械基礎(chǔ)課題1-金屬材料的力學(xué)性能課件

【主要內(nèi)容】：【主要內(nèi)容】

金屬材料的強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性1.熟悉金屬材料力學(xué)性能各主要指標(biāo)的名稱(chēng)、符號(hào)

2.具有測(cè)定金屬材料力學(xué)性能指標(biāo)（硬度）的能力【重點(diǎn)掌握】【主要內(nèi)容】：【主要內(nèi)容】金屬材料的強(qiáng)度、塑性、硬度、

金屬材料在載荷作用時(shí)的性能稱(chēng)為材料的力學(xué)性能。金屬材料的力學(xué)性能主要包括強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性等。

1.強(qiáng)度常用強(qiáng)度指標(biāo)主要有屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度

用標(biāo)準(zhǔn)試樣在拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)拉伸曲線:拉伸試驗(yàn)中試樣承受的載荷與軸向伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系曲線。包含四個(gè)階段金屬材料在載荷作用時(shí)的性能稱(chēng)為材料的力學(xué)性能。金屬材鋼筋拉伸試驗(yàn)機(jī)及拉伸試棒拉伸試驗(yàn)（試件為動(dòng)畫(huà)圖）鋼筋拉伸試驗(yàn)機(jī)及拉伸試棒拉伸試驗(yàn)（試件為動(dòng)畫(huà)圖）低碳鋼退火的拉伸曲線鋼的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試棒低碳鋼退火的拉伸曲線鋼的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試棒（1）屈服強(qiáng)度1）上屈服強(qiáng)度（ReH）：當(dāng)金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)，在試驗(yàn)期間達(dá)到塑性變形發(fā)生而力不增加的應(yīng)力

ReH=FH/S02）下屈服強(qiáng)度（ReL）:

在屈服期間，不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)的最低應(yīng)力

ReL=FL/S0（2）抗拉強(qiáng)度（Rm）:材料在拉斷前所能承受的最大應(yīng)力值。Rm=Fm/S0（1）屈服強(qiáng)度ReH=FH/S02）下屈服強(qiáng)度（ReL）:（（3）疲勞強(qiáng)度——材料承受無(wú)限次應(yīng)力循環(huán)而不破壞的最大應(yīng)力。

鋼材的疲勞強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系為σ-1=（0.45～0.55）Rm。可見(jiàn)材料的疲勞強(qiáng)度隨其抗拉強(qiáng)度增高而增大疲勞斷口示意圖（3）疲勞強(qiáng)度——材料承受無(wú)限次應(yīng)力循環(huán)而不破壞的最大應(yīng)力2.塑性—是指材料在斷裂前產(chǎn)生永久變形而不被破壞的能力。材料的塑性通常采用斷后伸長(zhǎng)率A和斷面收縮率Z來(lái)表示。（1）斷后伸長(zhǎng)率（A）——試樣拉斷后標(biāo)距的伸長(zhǎng)量與原始標(biāo)距的百分比。A=（Lu–L0）／L0×100％2.塑性—是指材料在斷裂前產(chǎn)生永久變形而不被破壞的能力。1.2塑性（2）斷面收縮率（Z）——試樣拉斷后斷口處(縮頸處)橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。Z=（S0–Su）／S0×100％A和Z越大，則表示材料的塑性越好。對(duì)多數(shù)零件A=5%，Z=10%，即可滿(mǎn)足使用要求。

1.2塑性（2）斷面收縮率（Z）——試樣拉3.硬度—材料抵抗局部變形和破壞的能力硬度的測(cè)定常用壓入法。把規(guī)定的壓頭壓入材料表面，據(jù)壓頭和壓力不同，常用的硬度指標(biāo)主要有布氏硬度試驗(yàn)（HBW）、洛氏硬度試驗(yàn)（HRA、HRB、HRC）和維氏硬度試驗(yàn)（HV）等。布氏硬度計(jì)3.硬度—材料抵抗局部變形和破壞的能力硬度的測(cè)定常用壓入（1）布氏硬度試驗(yàn)法（HBW）

布氏硬度試驗(yàn)是在布氏硬度試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定。

把一定直徑的硬質(zhì)合金球，以規(guī)定的載荷F壓入被測(cè)材料表面，保持一定時(shí)間后卸除載荷，測(cè)出壓痕直徑d，求出壓痕面積A計(jì)算出平均應(yīng)力值，以此為布氏硬度值的計(jì)量指標(biāo)布氏硬度試驗(yàn)原理圖

（1）布氏硬度試驗(yàn)法（HBW）布氏硬度試驗(yàn)是在布氏硬布氏硬度試驗(yàn)計(jì)布優(yōu)缺點(diǎn)：壓頭直徑大，壓痕面積較大，測(cè)量精度較高；但對(duì)金屬表面的損傷較大，不宜測(cè)薄件、成品件，常用來(lái)測(cè)量原材料、半成品、鑄鐵等應(yīng)用：測(cè)量原材、半成品、鑄鐵、有色金屬及退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼件布氏硬度標(biāo)注：數(shù)字在前，符號(hào)在后，如

220~240HBW優(yōu)缺點(diǎn)：壓頭直徑大，壓痕面積較大，應(yīng)用：測(cè)量原材、半成品、（2）洛氏硬度試驗(yàn)法

洛氏硬度試驗(yàn)是在洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定。是用頂角為120o的金剛石圓錐壓頭或直徑為1．588mm的淬火鋼球壓頭，試驗(yàn)時(shí)先加初載荷，然后施加主載荷，維持規(guī)定時(shí)間后卸除主載荷，根據(jù)材料表面留有壓痕的深度確定硬度值（由硬度計(jì)的表盤(pán)上直接讀出）。（2）洛氏硬度試驗(yàn)法洛氏硬度試驗(yàn)是在洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)上洛氏硬度試驗(yàn)原理圖洛氏硬度試驗(yàn)計(jì)洛氏硬度計(jì)洛氏硬度試驗(yàn)原理圖洛氏硬度試驗(yàn)計(jì)洛氏硬度計(jì)洛氏硬度的標(biāo)注、試驗(yàn)特點(diǎn)及應(yīng)用范圍硬度標(biāo)注時(shí)，硬度數(shù)值寫(xiě)在硬度符號(hào)的前面。如50HRC表示用C標(biāo)尺測(cè)定的洛氏硬度值為50可測(cè)很軟到很硬金屬材料。由于壓痕小，測(cè)得的數(shù)值不夠準(zhǔn)確，通常要在試樣不同部位測(cè)定三次以上，取其平均值為該材料的硬度值。①操作簡(jiǎn)單迅速，效率高②直接測(cè)量成品或較薄工件硬度③洛氏硬度可用來(lái)測(cè)定各種金屬材料的硬度洛氏硬度的標(biāo)注、試驗(yàn)特點(diǎn)及應(yīng)用范圍硬度標(biāo)注時(shí)，硬度數(shù)值寫(xiě)在硬（3）維氏硬度（HV）

維氏硬度的測(cè)量原理基本與布氏硬度相同。維氏硬度測(cè)量的精度高，測(cè)量范圍廣（最高可達(dá)1300HV），應(yīng)用廣泛，特別適用于工件的硬化層、薄片及小件成品。但由于操作復(fù)雜，主要用于科學(xué)研究工作。大屏數(shù)顯自動(dòng)磚塔維氏硬度計(jì)（3）維氏硬度（HV）維氏硬度的測(cè)量原理基本與布氏硬

各硬度值之間大致有以下關(guān)系：布氏硬度值在200~450HBW范圍內(nèi)，10HBW≈HRC；布氏硬度值＜450HBW，HBW≈HV。

金屬材料硬度與強(qiáng)度有近似關(guān)系：

低碳鋼Rm≈3.6HBW高碳鋼Rm≈3.4HBW

調(diào)質(zhì)Rm≈3.25HBW灰鑄鐵Rm=1HBW

一般情況下，硬度值可以綜合體現(xiàn)所要求的力學(xué)性能。各硬度值之間大致有以下關(guān)系：金屬材料硬度與4.韌性：——金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不被破壞的能力。（2）小能量多次沖擊能力

取決于材料強(qiáng)度和塑性的綜合性能指標(biāo)（1）夏比沖擊試驗(yàn)4.韌性：——金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不被破壞的能力。力學(xué)性能小結(jié)屈服強(qiáng)度Rel（σs）：設(shè)計(jì)選材依據(jù)抗拉強(qiáng)度Rm(σb)：設(shè)計(jì)選材依據(jù)

斷后伸長(zhǎng)率：A（δ）＞5％，斷面伸縮率：Z（ψ）＞10％，可滿(mǎn)足一般要求

布氏硬度HBW：＜650HBW，結(jié)果精確，測(cè)半成品洛氏硬度HR：70～88HRA；20～100HRB；20～

70HRC。測(cè)定簡(jiǎn)單,不傷工件，測(cè)成品或半成品維氏硬度HV：5～1000HV

，精確可靠,測(cè)薄件沖擊吸收能量KV（KU）受沖擊零件選材、檢驗(yàn)依據(jù)

硬度指標(biāo)強(qiáng)度指標(biāo)塑性指標(biāo)韌性指標(biāo)力學(xué)性能小結(jié)屈服強(qiáng)度Rel（σs）：設(shè)計(jì)選材依據(jù)斷后伸長(zhǎng)【習(xí)題與思考題】1.名詞解釋?zhuān)簭?qiáng)度、硬度、塑性、韌性。強(qiáng)度：強(qiáng)度是指材料在外力作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力。硬度：是表示材料抵抗局部變形和破壞的能力。塑性：是指材料在斷裂前產(chǎn)生永久變形而不被破壞的能力。韌性：金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力2.選擇下列材料的硬度測(cè)試方法：

A.齒輪軸；B.非鐵金屬（有色金屬）；C.鋼板；D.錘子；E.鋁板F.灰鑄鐵件。

A.齒輪軸：洛氏硬度的C標(biāo)尺或布氏硬度測(cè)試。

B.非鐵金屬（有色金屬）：洛氏硬度的B標(biāo)尺或布氏硬度測(cè)試。

C.鋼板：同上。

【習(xí)題與思考題】1.名詞解釋?zhuān)簭?qiáng)度、硬度、塑性、韌性。D.錘子：洛氏硬度的C標(biāo)尺。E.鋁板：洛氏硬度的B標(biāo)尺或布氏硬度。F.灰鑄鐵件：洛氏硬度的B標(biāo)尺或布氏硬度。3.在有關(guān)零件圖紙上，出現(xiàn)了以下幾種硬度技術(shù)條件的標(biāo)注方法,問(wèn)這種標(biāo)注是否正確？若不正確，請(qǐng)糾正。

A.HBW480～500糾正：480～500HBWB.HRW180～200糾正：180～200HRWC.HRC20～25糾正：20～25HRCD.HBW=200～220kgf糾正：200～220HBWE.HBW=180～200糾正