金属工艺学第二章金属力学性能.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,二,章 金属的力学性能,第一节 强度与塑性,要点：拉伸试验,第二节 硬度,要点：三种硬度试验,第三节 韧性与疲劳强度,要点：冲击试验,金属材料的性能,使用性能：,金属材料在使用过程中所表现的性能。,力学性能,物理性能,化学性能,工艺性能：,金属材料在各种加工过程中所表现的性能。,主要有铸造、锻压、热处理和切削加工等性能。,金属的力学性能,力学性能：,金属材料在外力作用下表现出来的特性。,常用指标：,强度、塑性、硬度、韧度和疲劳强度,金属力学性能指标的高低表示了金属抵,抗各种损伤能力的大小，也是设计金属制件,时选材和进行强度计算的主要依据。,第一节 强度与塑性,一、强度,强度定义：,金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力。,测试方法：,拉伸试验,几个概念,1、变形,材料在外力作用下引起尺寸和形状的变化。,分为：,弹性变形,外力去除后恢复原状的变形。,塑性变形,外力去除后，物体的一部分恢复了原状，还保留一部分变形，这种残留的永久变形叫塑性变形。,2、应力,单位面积上所受的力。材料内部产生抵抗外力的力,3、屈服,材料受力到一定值后，载荷不在增加而塑性变形继续发生的现象。,拉伸试验,退火低碳钢的力伸长量曲线,E,S,B,K,伸长量,l/mm,O,拉伸力F,/N,F,e,F,s,F,b,弹性变形,屈服,塑性变形,缩颈,断裂,1.弹性变形阶段,2.屈服阶段,3.变形强化阶段,4.形成缩颈，局部变形阶段,3.常用的强度指标：,弹性极限：材料产生完全弹性变形时所能承受的最大应力，用符号,e,表示，单位,MP,a,。,F,e,完全弹性变形时的最大拉伸力，N；,S,0,试样原始横截面积，mm。,屈服点：,在拉伸过程中，力不增加材料仍能继续伸长时的应力，用符号,s,表示，单位,MP,a,。表示抵抗微量塑性变形的能力。零件工作时一般不允许产生塑性变形。,s,是设计和选材的主要参数,没有明显屈服现象的材料，用,r0.2,表示条件屈服点。,3.常用的强度指标：,抗拉强度：,材料拉断前所能承受的最大拉应力，用符号,b,表示，单位,MP,a,。表示材料对最大均匀塑性变形的抗力。,b,是设计和选材的主要参数。,F,b,试样被拉断前的最大拉伸力，N。,s,与,b,的比值称为屈强比，屈强比越小，零,件工作时的可靠性越高，因为若超载也不会立即,断裂。但太小则有效利用率降低。,二、塑性,定义：,金属材料在断裂前产生塑性变形的能力。,常用指标：,断后伸长率,断面收缩率,断后伸长率：,试样拉断后标距的伸长量与原始标距的百分比，,长试样用符号,10,或表示。短试样用,5,。,k,断面收缩率：,试样拉断处横截面积的减小量与原始横截面积的百分比，用符号表示。,第二节 硬度,硬度定义：,金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。它是衡量金属软硬程度的指标。,常用的硬度试验：,布氏硬度,洛氏硬度,维氏硬度,布氏硬度,用直径为D钢球在力P的作用下压在试样上一定时间,通过压痕直径d来计算硬度的一种压痕硬度试验法。,硬度,定义：材料抵抗局部塑性变形的能力，或者是抵抗更硬物体压入的能力。,（1）布氏硬度HB：淬火钢球或硬质合金球压头，测压痕平均直径d，查表。,优点：测量误差小；缺点：压痕大，不用于薄件和成品件。,布氏硬度的表述,压头为钢球,HBS,压头为硬质合金球,HBW,符号,HBS,或,HBW,之前的数字表示硬度值,符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。,例子：240HBW5/800/30,表示直径为,5,mm的硬质合金球在,800kgf,试验力下，保持,30s,所测得的布氏硬度值为,240,。,优点：,压痕面积大，能反映出较大范围内材料的平均硬度，测得的结果较准确、稳定。因为布氏硬度与,b,之间存在一定的经验关系，如低碳钢,b,3.53HBS，因此应用广泛。,缺点：,操作不够简便，压痕大，故不宜测试薄件或成品件。,适用于硬度值小于,650HBW,的退火钢等材料。,布氏硬度的应用,洛氏硬度,用120度圆锥金刚石压头压入材料，以压入材料表面的深度来计算材料硬度的一种压痕硬度试验法。符号HR。,K为常数，每0.002mm的压痕深度为一个硬度单位。,HR=K-h/0.002,(2)洛氏硬度 HR（A,B,C）金刚石圆锥体或淬火钢球压头，初载荷主载荷，测深度h0、h1分别为加初载荷和卸除主载荷的深度，然后换算HR=(K-h)/0.002，现在的设备直接度数。,优点：操作简便，压痕小，适用范围广；缺点：测量数据离散。,h,1,-,h,0,洛氏硬度测试示意图,计,4,7,70,70,应用举例,硬质合金，,表面淬火、渗碳钢等,有色金属，退火钢等,淬火钢、调质钢等,洛氏硬度的应用,优点：,操作简便、迅速，测量硬度范围大，压痕小，无损于试件表面，可直接测量成品或较薄工件。,缺点：,因为压痕小对内部组织和硬度不均匀的材料，结果不够准确，因此需要在不同部位测定三点取平均值。,洛氏硬度无单位。,常用洛氏硬度试验规范,-金刚石圆锥体,-金刚石圆锥体,-钢球,有个老外走在中国街上，没注意脚下，结果掉入一个没有井盖的下水道。爬出来后此君怒斥：“你们中国太差了，在我们美国，任何可能有危险的地方都会插一根小红旗警示大家！”城市管理者大哥一句话就让此老外哑口无言：“你丫过海关的时候没看见红旗吗？！”,维氏硬度,维氏硬度试验原理,原理和布氏硬度实验原理相似，压头是两相对面夹角为136的正四面棱锥金刚石，通过压痕面积计算硬度值。,用符号HV表示，单位kgf/mm,2,维氏硬度试验所用载荷小，压痕深度浅，适用于测量零件薄的表面硬化层的硬度。试验载荷可任意选择，故可测硬度范围宽，工作效率较低。,(3)维氏硬度 HV,正四棱锥金刚石压头，测压痕对角线长度d，查表。,优点：可测量极软到极硬的材料，特别适合于测量表面硬化层硬度。,练习题：,一选择下列材料的硬度测试方法：,.调质钢；.手锯条；,.硬质合金车刀；.有色金属；,.灰铸铁件,二下列硬度标注方法是否正确？,);,);,);,)；,）.,一、韧性,韧性定义：,金属在断裂前吸收变形能量的能力，它表示了金属材料抗冲击的能力。,测试方法：,冲击试验,第三节 韧性与疲劳强度,冲击试验,摆锤式冲击试验原理示意图,h,2,h,1,冲击吸收功：,A,k,=mg（h,1,-h,2,）,冲击韧度：,a,k,=A,k,/S,单位是J/cm,2,S试样缺口底部的横截面积，cm,2,冲击吸收功越大，韧性越好。冲击吸收功和温度试样的形状、尺寸等有关，所以一般作为选材的参考。国家标准规定采用A,K,作为韧性指标。,常用洛氏硬度试验规范,-金刚石圆锥体,-金刚石圆锥体,-钢球,二、疲劳强度,定义：零件在循环应力作用下，在一处,或几处发生局部永久性累积损伤，经一定循,环次数后产生裂纹或突然发生断裂的过程，,称为疲劳（疲劳断裂）。,钢铁材料的疲劳曲线,lg,10,7,本章小结,弹性极限、屈服点、抗拉强度、伸长率、断面收缩率；,布氏硬度,洛氏硬度和维氏硬度的测量原理及优缺点；,冲击韧度（a,k,)和疲劳强度(,-1,）,