金屬材料的力學(xué)性能

金屬材料的力學(xué)性能任何機(jī)械零件或工具，在使用過程中，往往要受到各種形式外力的作用。如起重機(jī)上的鋼索，受到懸吊物拉力的作用；柴油機(jī)上的連桿，在傳遞動(dòng)力時(shí)，不僅受到拉力的作用，而且還受到?jīng)_擊力的作用；軸類零件要受到彎矩、扭力的作用等等。這就要求金屬材料必須具有一種承受機(jī)械荷而不超過許可變形或不破壞的能力。這種能力就是材料的力學(xué)性能。金屬表現(xiàn)來(lái)的諸如彈性、強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性等特征就是用來(lái)衡量金屬材料材料在外力作用下表現(xiàn)出力學(xué)性能的指標(biāo)。1.1.1強(qiáng)度強(qiáng)度是指金屬材料在靜載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力。強(qiáng)度指標(biāo)一般用單位面積所承受的載荷即力表示，符號(hào)為a單位為MPa。工程中常用的強(qiáng)度指標(biāo)有屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。屈服強(qiáng)度是指金屬材料在外力作用下，產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力，或開始出現(xiàn)塑性變形時(shí)的最低應(yīng)力值，用“S表示?？估瓘?qiáng)度是指金屬材料在拉力的作用下，被拉斷前所能承受的最大應(yīng)力值，用ob表示。對(duì)于大多數(shù)機(jī)械零件，工作時(shí)不允許產(chǎn)生塑性變形，所以屈服強(qiáng)度是零件強(qiáng)度設(shè)計(jì)的依據(jù);對(duì)于因斷裂而失效的零件，而用抗拉強(qiáng)度作為其強(qiáng)度設(shè)計(jì)的依據(jù)。1.1.2塑性塑性是指金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不斷裂的能力。工程中常用的塑性指標(biāo)有伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。伸長(zhǎng)率指試樣拉斷后的伸長(zhǎng)量與原來(lái)長(zhǎng)度之比的百分率，用符號(hào)少表示。斷面收縮率指試樣拉斷后，斷面縮小的面積與原來(lái)截面積之比，用表示。伸長(zhǎng)率和斷面收縮率越大，其塑性越好；反之，塑性越差。良好的塑性是金屬材料進(jìn)行壓力加工的必要條件，也是保證機(jī)械零件工作安全，不發(fā)生突然脆斷的必要條件。1.1.3硬度硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物體壓入的能力。硬度的測(cè)試方法很多，生產(chǎn)中常用的硬度測(cè)試方法有布氏硬度測(cè)試法和洛氏硬度試驗(yàn)方法兩種。（一）布氏硬度試驗(yàn)法布氏硬度試驗(yàn)法是用一直徑為D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球作為壓頭，在載荷P的作用下壓入被測(cè)試金屬表面，保持一定時(shí)間后卸載，測(cè)量金屬表面形成的壓痕直徑刁，以壓痕的單位面積所承受的平均壓力作為被測(cè)金屬的布氏硬度值。布氏硬度指標(biāo)有HBS和HBW，前者所用壓頭為淬火鋼球，適用于布氏硬度值低于450的金屬材料，如退火鋼、正火鋼、調(diào)質(zhì)鋼及鑄鐵、有色金屬等；后者壓頭為硬質(zhì)合金，適用于布氏硬度值為450?650的金屬材料，如淬火鋼等。布氏硬度測(cè)試法，因壓痕較大，故不宜測(cè)試成品件或薄片金屬的硬度。（二）洛氏硬度試驗(yàn)法洛氏硬度試驗(yàn)法是用一錐頂角為120°的金剛石圓錐體或直徑為g.558mm（1/16英寸）的淬火鋼球?yàn)閴侯^，以一不定的載荷壓入被測(cè)試金屬材料表面，根據(jù)壓痕深度可直接在洛氏硬度計(jì)的指示盤上讀出硬度值。常用的洛氏硬度指標(biāo)有HRA、HRB和HRC三種。采用120。金剛石圓錐體為壓頭，施加壓為600N時(shí)，用HRA表示。其測(cè)量范圍為60?85，適于測(cè)量合金、表面硬化鋼及較薄零件。采用41.588mm淬火鋼球?yàn)閴侯^，施加壓力為1000N時(shí)，用HRC表示，其測(cè)量硬度值范圍為25?100，適于測(cè)量有色金屬、退火和正火鋼及鍛鐵等。采用120。金剛石圓錐體為壓頭，施加壓力為1500N時(shí)，用HRC表示，其測(cè)量硬度值范圍為20?67，適于測(cè)量淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼等。洛氏硬度測(cè)試，操作迅速、簡(jiǎn)便，且壓痕小不損傷工件表面，故適于成品檢驗(yàn)。硬度是材料的重要力學(xué)性能指標(biāo)。一般材料的硬度越高，其耐磨性越好。材料的強(qiáng)度越高，塑性變形抗力越大，硬度值也越高。1.1.4沖擊韌性金屬材料抵抗沖擊載荷的能力稱為沖擊韌性，用ak表示，單位為J/cm2。沖擊韌性常用一次擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)測(cè)定，即把被測(cè)材料做成標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣，用擺錘一次沖斷，測(cè)出沖斷試樣所消耗的沖擊AK，然后用試樣缺口處單位截面積F上所消耗的沖擊功ak表示沖擊韌性。ak值越大，則材料的韌性就越好。ak值低的材料叫做脆性材料，ak值高的材料叫