金属材料的力学性能讲课用

1、第一章 金属材料的力学性能 材料的性能 使用性能使用性能 工艺性能工艺性能 力学性能力学性能 物理性能物理性能 化学性能化学性能 铸造性能铸造性能 锻压性能锻压性能 焊接性能焊接性能 切削加工性能切削加工性能 使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。 工艺性能：材料在加工过程中所表现的性能。工艺性能：材料在加工过程中所表现的性能。 力学性能力学性能 定义：材料在外力（静载荷、冲击载荷材料在外力（静载荷、冲击载荷 、交变载荷）作用下所表现出的特性。、交变载荷）作用下所表现出的特性。 主要力学性能指标：刚度、弹性、强度刚度、弹性、强度 、塑性、硬度、冲击韧性

2、、疲劳强度等。、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等。 载荷按作用性质的分类 载荷类型通常分为：静载荷、冲击载荷和载荷类型通常分为：静载荷、冲击载荷和 交变载荷。交变载荷。 1、静载荷：指大小不变或变化过程缓慢的、静载荷：指大小不变或变化过程缓慢的、 载荷。载荷。 2. 冲击载荷：在短时间内以较高速度作用冲击载荷：在短时间内以较高速度作用 于零件上的载荷。于零件上的载荷。 3. 循环载荷：指大小、方向随时间发生周循环载荷：指大小、方向随时间发生周 期性变化的载荷期性变化的载荷 按作用形式不同分：按作用形式不同分： 变形定义与分类 1、变形：材料在外力的作用下将发生形状和尺、变形：材料在外力的作用下

3、将发生形状和尺 寸变化，称为变形。寸变化，称为变形。 2、分为弹性变形与塑性变形、分为弹性变形与塑性变形 外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。 应力与应变 应变：单位长度上的变形量。用应变：单位长度上的变形量。用 表示。表示。 应力：材料发生变形时内部产生了与外力相应力：材料发生变形时内部产生了与外力相 对抗的力，称为内力。单位面积上的内力对抗的力，称为内力。单位面积上的内力 称为应力，用称为应力，用 表示。单位为表示。单位为MPa. 应力应力 = F/A 应变应变 = (L-

4、Lo)/Lo 拉伸实验拉伸实验 （金属的抗拉强度和塑性、刚度与弹性都（金属的抗拉强度和塑性、刚度与弹性都 是通过拉伸试验测定）是通过拉伸试验测定） 拉伸试验是最广泛的力学性能实验方法之一拉伸试验是最广泛的力学性能实验方法之一, 它是根据它是根据金属材料金属材料 室温拉伸实验方法室温拉伸实验方法 （GB/T228-2002）在金属材料拉伸试验机上）在金属材料拉伸试验机上 进行的。进行的。 1. 拉伸试样拉伸试样 2. 力力伸长曲线伸长曲线（以低碳钢试样为例）（以低碳钢试样为例） 3. 脆性材料的拉伸曲线脆性材料的拉伸曲线 1. 拉伸试样（拉伸试样（GB6397-86） 长试样：长试样：L0=10

5、d0 短试样：短试样：L0=5d0 万能材料试验机 a) WE系列液压式 b) WDW系列电子式 2. 力伸长曲线力伸长曲线 拉伸试验拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线。中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线。 1、oe段：段：直线、弹性变性直线、弹性变性 2、es段：段：曲线、弹性变形曲线、弹性变形+塑性塑性 变形变形 3、s s段：段：水平线（略有波动）明水平线（略有波动）明 显的塑显的塑 性变形屈服现象，作用的性变形屈服现象，作用的 力基本不变，试样连续伸长。力基本不变，试样连续伸长。 4、sb曲线：曲线：弹性变形弹性变形+均匀塑性均匀塑性 变形。变形。 5、b点：点：出现缩颈现象，即试

6、样出现缩颈现象，即试样 局部截面局部截面 明显缩小试样承载能力明显缩小试样承载能力 降低，拉伸力达到最大值，试样降低，拉伸力达到最大值，试样 即将断裂。即将断裂。 (a)试样 (b)伸长 (c)产生缩颈 (d)断裂 拉伸试样的颈缩现象拉伸试样的颈缩现象 L F 0 0 3. 脆性材料的拉伸曲线（与低碳钢试样相对比）脆性材料的拉伸曲线（与低碳钢试样相对比） 脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。 主要力学性能指标：主要力学性能指标： 刚度、弹性、强度、塑性、硬度、冲击韧刚度、弹性、强度、塑性、硬度、冲击韧 性、疲劳强度等。性、疲劳强度等。 1 1刚度与弹性刚度与

7、弹性 材料在受力时发生可恢复变形的性质叫材料在受力时发生可恢复变形的性质叫弹弹 性性，材料抵抗弹性变形的能力称为，材料抵抗弹性变形的能力称为刚度刚度，它表，它表 示材料变形的难易程度。示材料变形的难易程度。 1、弹性模量：、弹性模量： 材料在弹性范围内服从胡克定律：材料在弹性范围内服从胡克定律： EE 即：即：E Etana ,tana ,就是弹性模量越大，弹性变形越不容就是弹性模量越大，弹性变形越不容 易进行，易进行，E E 越大，刚度越大，即特定外形尺寸的零越大，刚度越大，即特定外形尺寸的零 件和构件保持原有形状和尺寸的能力也越大。件和构件保持原有形状和尺寸的能力也越大。 2、弹性极限：、

8、弹性极限： 材料产生完全弹性变形时所能承受的最大材料产生完全弹性变形时所能承受的最大 应力值称为弹性极限。应力值称为弹性极限。 eF Fe e/S/So o So为试样的原始截面面积为试样的原始截面面积 ；Fe试样完全弹试样完全弹 性变形时承受的载荷，性变形时承受的载荷，N。 2 2强强 度度 条件屈服强度: 0.2=F 0.2/S0 （MPa） 材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。 工程上常以工程上常以屈服强度屈服强度和和抗拉强度抗拉强度作为强度指标。作为强度指标。 （1 1） 屈服强度屈服强度（S） 指材料在外力作用下，产生屈服现象时

9、的应力。指材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力。 它表征了材料抵抗微量塑性变形的能力。它表征了材料抵抗微量塑性变形的能力。 S S =Fs/S =Fs/S0 0 （MPaMPa） 屈服强度屈服强度 是塑性材料选材和评定的依据。是塑性材料选材和评定的依据。 b =Fb/S0 （MPa） （2 2）抗拉强度）抗拉强度（b ） 抗拉强度是材料在拉断前承受最大载荷时的应力。抗拉强度是材料在拉断前承受最大载荷时的应力。 它表征了材料在拉伸条件下所能承受的最大应力。它表征了材料在拉伸条件下所能承受的最大应力。 S So o为试样原始截面面积；为试样原始截面面积；F Fb b为试样拉断前承为试样拉断前承

10、受的最大载荷，受的最大载荷，N N。 抗拉强度抗拉强度 是脆性材料选材的依据。是脆性材料选材的依据。 强度的意义强度的意义 强度是指金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力，一 般钢材的屈服强度在2001000MPa 之间。 强度越高，表明材料在工作时越可以承受较高的载 荷。当载荷一定时，选用高强度的材料，可以减小 构件或零件的尺寸，从而减小其自重。 因此，提高材料的强度是材料科学中的重要课题， 称之为材料的强化。 思考强度与刚度的区别？ 强度与刚度的区别： 1）强度是指某种材料抵抗破坏的能力，即材料破 坏时所需要的应力。一般只是针对材料而言的。它 的大小与材料本身的性质及受力形式有关。如某种 材料的

11、抗拉强度、抗剪强度是指这种材料在单位面 积上能承受的最大拉力、剪力，与材料的形状无关。 2）刚度指某种构件或结构抵抗变形的能力，即引 起单位变形时所需要的应力。一般是针对构件或结 构而言的。它的大小不仅与材料本身的性质有关， 而且与构件或结构的截面和形状有关。 强度是抵抗塑性变形的能力,刚度是表示材料发 生弹性变形的难易程度 二、塑性二、塑性 在外力作用下金属材料在断裂前产生不可逆永在外力作用下金属材料在断裂前产生不可逆永 久变形的能力久变形的能力 常用的塑性判据常用的塑性判据： 拉伸时的拉伸时的断后伸长率断后伸长率和和断面收缩率断面收缩率 1、断后伸长率 由于同一材料用不同长度的试样测得的断

12、后伸长率由于同一材料用不同长度的试样测得的断后伸长率数值不数值不 同，因此应注明试样尺寸比例。如同，因此应注明试样尺寸比例。如: 10试样试样 L0=10d0 5 试样试样 L0=5d0 1 0 100% o LL L 试样拉断后的标距（mm） 1 L o L 试样原始标距（mm） 2、断面收缩率 01 0 100% SS L 试样断裂后缩颈处的最小横截面积（mm2） 1 S o S 试样原始截面积（mm2） . 塑性对材料的意义塑性对材料的意义: 1.是金属材料进行压力加工的必要条件是金属材料进行压力加工的必要条件; 2.提高安全性提高安全性:因为零件在工作时万一超因为零件在工作时万一超 载

13、，也会由于塑性变形使材料强化而避载，也会由于塑性变形使材料强化而避 免突然断裂免突然断裂 强度与塑性是一对相互矛盾的性能指标。在 金属材料的工程应用中，要提高强度，就要 牺牲一部分塑性。反之，要改善塑性，就必 须牺牲一部分强度。 正所谓“鱼和熊掌二者不能兼得”。但通过 细化金属材料的显微组织，可以同时提高材 料的强度和塑性。 通常情况下金属的伸长率不超过90% ，而有些金属 及其合金在某些特定的条件下，最大伸长率可高达 1000%2000% ，个别的可达6000% ，这种现象称 为超塑性。由于超塑性状态具有异常高的塑性，极 小的流动应力，极大的活性及扩散能力，在压力加 工、热处理、焊接、铸造、

14、甚至切削加工等很多领 域被中应用。 了解知识 GB/T 228-2002新标准 GB/T 228-1987旧标准 名称符号名称符号 屈服强度屈服点s 上屈服强度ReH上屈服点sU 下屈服强度ReL下屈服点sL 规定残余延伸 强度 Rr规定残余延伸 应力 r 抗拉强度Rm抗拉强度b 断后伸长率A或A11.3断后伸长率5或10 断面收缩率Z断面收缩率 断后伸长率断后伸长率 10% 属塑性材料属塑性材料 长试样：10 简写为简写为 短试样：5 三、硬三、硬 度度 硬度：硬度： 硬度试验方法硬度试验方法:压入法压入法 它是材料性能的一个综合的物理量。它是材料性能的一个综合的物理量。 (表示金属材料在一

15、个小的体积范围内金属表示金属材料在一个小的体积范围内金属 材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕 或划痕的能力）或划痕的能力） 硬度是各种零件和工具必须具备的力学性能硬度是各种零件和工具必须具备的力学性能 指标。指标。 布氏硬度（布氏硬度（HB） 洛氏硬度（洛氏硬度（HR） 维氏硬度（维氏硬度（HV） 硬度反映的是材料抵抗表面局部塑性变形的硬度反映的是材料抵抗表面局部塑性变形的 能力。能力。 以下为压入法测量方法：以下为压入法测量方法： 一、布氏硬度 1、测定原理 布氏硬度计布氏硬度计 原理原理: :用一定直径的球体（淬用一定直径的球体（淬 火钢球或硬质合

16、金球）以相应的火钢球或硬质合金球）以相应的 试验力压入待测材料表面，保持试验力压入待测材料表面，保持 规定时间并达到稳定状态后卸除规定时间并达到稳定状态后卸除 试验力，测量材料表面试验力，测量材料表面压痕直径压痕直径， 以计算硬度的一种压痕硬度试验以计算硬度的一种压痕硬度试验 方法。方法。 布氏硬度试验布氏硬度试验（布氏硬度计） 布氏硬度试验原理图 )/( )( 2102. 0 102. 0)( 2 22 mmN dDDD F S F WHBS 压 2、计算公式 HBS：淬火钢球作压头；适用于450HBS HBW：硬质合金球作压头；适用于650HBW *布氏硬度一般不用计算，而是用专用的放 大

17、镜测出压痕直径 d, 再从专门的表中查出相应 的布氏硬度值。 试验时，根据被测的材料不同，球直径、试验力及试试验时，根据被测的材料不同，球直径、试验力及试 验力保持时间按表验力保持时间按表1-1选择选择 材料材料 种类种类 布氏硬度范布氏硬度范 围围HBSHBS（HBWHBW） 试样厚试样厚 度度/mm/mm 0.1020.102球的直球的直 径径/mm/mm 试验力试验力F/KNF/KN（k k g f)g f) 试验力试验力 保持时保持时 间间/s/s 钢、钢、 铸铁铸铁 140-450140-4506 63 3 4 42 2 22 303010.010.0 5.05.0 2.52.5 2

18、9.42(3000)29.42(3000) 7.355(750)7.355(750) 1.839(187.5)1.839(187.5) 1212 14066 6 63 3 101010.010.0 5.05.0 9.807(1000)9.807(1000) 2.452(250)2.452(250) 1212 非铁非铁 金属金属 1301306 63 3 4 42 2 2662.52.510.010.02.452(250)2.452(250)6060 表表1-1 布氏硬度试验规范布氏硬度试验规范 3、表示方法 XXX HBS(W) XX / XXX / XX 硬度值 压头直径 （mm） 试验力保

19、持 时间（s） 500HBW5/750 *例： 表示用直径5mm硬质合金球在7355N试验力 作用下保持1015s测得的布氏硬度值为500 120HBS10/1000/30表示用直径10mm钢球压头在9807N试验力 作用下保持30s测得的布氏硬度值为120 习惯上布氏硬度值不标出试验规范，如 170HBS。 4、适用范围 常用于测小于450HBS的原材料或零件毛坯的 硬度，不能测淬火钢件的硬度。 优点：测值重复优点：测值重复 性强、测量结果性强、测量结果 准确准确 缺点：压痕大，不缺点：压痕大，不 适合成品检验适合成品检验 二、洛氏硬度 测 定 原 理 原理原理: : 用金刚石圆锥或淬火钢球

20、，在试验力的作用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作 用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用 测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬 度试验。度试验。 2 2、洛氏硬度值、洛氏硬度值 用测量的残余压痕深度表示。实用测量的残余压痕深度表示。实 际测试时，可从表盘上直接读出。际测试时，可从表盘上直接读出。如：如：50HRC50HRC 1 1、洛氏硬度试验、洛氏硬度试验（洛氏硬度计） 硬度硬度 符号符号 压头类压头类 型型 总实总实 验力验力 F/N 硬度值有效范围硬度值有效范围应用范围应用范围 HRA

21、金刚石金刚石 圆锥体圆锥体 58870 08585适用于测量硬质合金、表面淬硬适用于测量硬质合金、表面淬硬 层或渗碳层层或渗碳层 HRB直径为直径为 1.588 mm钢钢 球球 98025100100适用于测量非铁金属适用于测量非铁金属,退火、退火、正正 火钢等火钢等 HRC金刚石金刚石 圆锥体圆锥体 1470206767适用于调质钢、淬火钢等适用于调质钢、淬火钢等 试验时，根据被测的材料不同，压头的类型、试验力及按表试验时，根据被测的材料不同，压头的类型、试验力及按表1-2 选择，对应的洛氏硬度标尺为选择，对应的洛氏硬度标尺为HRA、HRB、HRC三种三种 表表1-2 常用的三种洛氏硬度的试

22、验条件及应用范围常用的三种洛氏硬度的试验条件及应用范围 2、符号 002. 0 hk HR 3、表示方法： 硬度值+HR 52HRC：表示C 标尺测量 的洛氏洛氏硬度值为52。 70HRA 例： 洛氏硬度洛氏硬度HRC可以可以 用于硬度很高的材料用于硬度很高的材料 ，在钢件热处理质量，在钢件热处理质量 检查中应用最多。检查中应用最多。 4、适用范围 优点：测量迅速简便 ，压痕小，可在成品 零件上检测 。 4 4、测量范围、测量范围 用于测量用于测量淬火钢、硬质合金淬火钢、硬质合金等材料等材料. . A,B,C表示标尺，其 中C 标尺用 的最广 泛。 三、维氏硬度 1、测定原理 用一定的试验力F

23、，将顶角为 1360的金刚石四棱锥压入金属 表面，保持一定时间后卸去试 验力，然后测出压痕对角线长 度d1、d2（mm），并求出压痕 对角线的平均值d。 2 2、维氏硬度值、维氏硬度值 用压痕对角线长度表示。用压痕对角线长度表示。如：如：640HV640HV。 4 4、测量范围、测量范围 常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。 3 3、优缺点、优缺点 （1 1）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬） （2 2）可测成品与薄件可测成品与薄件 （3 3）试样表面要求高，费工。试样表面要求高，费工。 四、冲击韧性

24、 刚度、弹性、强度、塑性、硬度等力学性能指标都是材 料在静载荷作用下的表现。 材料在工作时还经常受到动载荷的作用，冲击载荷就 是常见的一种。 在设计和制造受冲击载荷的零件和工具（如锻锤、冲床 、铆钉枪等）时，必须考虑所用材料除具有足够的静载荷 作用下得力学性能指标外，还必须具有足够的抵抗冲击载 荷的能力。 1、冲击载荷与静载荷的主要区别在于加载时间短、加 载速率高、应力集中。由于加载速率提高，金属形变 速率也随之增加。 2、冲击载荷对材料的作用效果或破坏效应大于静载荷 。 3、 材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力，称为冲 击韧性。 示例：玻璃在冲击载荷作用下非常容易破裂，说明其 冲击韧性很低。

25、 冲击载荷的几点特点: 1、冲击载荷与静载荷的主要区别在于加载时间短、加 载速率高、应力集中。由于加载速率提高，金属形变 速率也随之增加。 2、冲击载荷对材料的作用效果或破坏效应大于静载荷 。 3、 材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力，称为冲 击韧性。 示例：玻璃在冲击载荷作用下非常容易破裂，说明其 冲击韧性很低。 冲击载荷的几点特点: 1、冲击载荷与静载荷的主要区别在于加载时间短、加 载速率高、应力集中。由于加载速率提高，金属形变 速率也随之增加。 2、冲击载荷对材料的作用效果或破坏效应大于静载荷 。 3、 材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力，称为冲 击韧性。 示例：玻璃在冲击载荷作用下非常

26、容易破裂，说明其 冲击韧性很低。 冲击载荷的几点特点: 1、冲击载荷与静载荷的主要区别在于加载时间短、加 载速率高、应力集中。由于加载速率提高，金属形变 速率也随之增加。 2、冲击载荷对材料的作用效果或破坏效应大于静载荷 。 3、 材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力，称为冲 击韧性。 示例：玻璃在冲击载荷作用下非常容易破裂，说明其 冲击韧性很低。 1、冲击试验 冲击试样 冲击试验原理 一次摆锤冲击试验 冲击韧性的表示方法 原理 冲击韧性可以通过一次摆锤冲击试验来测定，试验 时将带有U型或V型缺口的冲击试样放在试验机架 的支座上，将摆锤升至高度H1，使其具有势能 mgH1；然后使摆锤由此高度自由

27、下落将试样冲断， 并向另一方向升高至H2，这时摆锤的势能为mgH2。 所以，摆锤用于冲断试样的能量 AK=mg（H1-H2），即为冲击功（焦耳/J）。 摆锤式一次冲击试验 如不能制备标准试佯，可 采用宽度7.5mm或5mm等 小尺寸试祥,试样的其他尺 寸及公差与相应缺口的标 准试样相同，缺口应开在 试样的窄面上。其中 5mm10mm55mm试 样常用于薄板材料的检验。 焊接接头冲击试样的形状 和尺寸与相应的标准试样 相同，但其缺口轴线应当 垂直焊缝表面。 把试样放在试验机的支承面上，试样的缺口背向摆锤冲击方向把试样放在试验机的支承面上，试样的缺口背向摆锤冲击方向 。将质量为。将质量为m的摆锤安

28、放到规定的高度的摆锤安放到规定的高度H，然后下落，将试样，然后下落，将试样 打断，并摆过支点升到某一高度打断，并摆过支点升到某一高度h，试样在冲击试验力一次作，试样在冲击试验力一次作 用下，折断时所吸收的功为冲击吸收功为用下，折断时所吸收的功为冲击吸收功为Ak。 1、试样冲断时所消耗的、试样冲断时所消耗的冲击功冲击功A k为为: A k = m g H m g h (J) 2、冲击韧度冲击韧度a k AK a k = (J/cm) Sk 冲击吸收功和冲击韧度 就是试样缺口处单位截面积上就是试样缺口处单位截面积上 所消耗的冲击功。所消耗的冲击功。 冲击吸收功 Ak 作为材料韧性判据，与温度、试样

29、形状、尺寸、 表面粗糙度、内部组织和缺陷有关。 1.冲击韧度对材料内部缺陷反映很敏感冲击韧度对材料内部缺陷反映很敏感 能够灵敏地显示材料的宏观缺陷和组织微小变化，因 此在生产中可用来检验材料的冶金质量,热加工质量 冲击韧度对材料的 意义: 2.冲击韧度随温度下降越冲击韧度随温度下降越 来越低来越低冷脆现象冷脆现象 在韧脆转变温度以下，材料由 韧性状态转变为脆性状态。材 料的韧脆转变温度越低，说明 低温冲击性能越好 2.材料冲击韧性的表示方法 国标GB/T2291994 冲击功吸收功：表征金属材料冲击韧性高低 的指标是冲击功吸收功，也就是材料在断裂 前所吸收的能量。 根据试样缺口的不同，冲击吸收

30、功用AKV和 AKU表示，单位为焦耳，数值可从试验机的刻 度盘上读出。 2.材料冲击韧性的表示方法 国标GB/T2292007 冲击吸收能量：表征金属材料冲击韧性 高低的指标是冲击吸收能量; Kmg（H1-H2） 2.材料冲击韧性的表示方法 按照国标GB/T2292007，U型缺口试样和V型 缺口试样的冲击能量分别表示为KU和KV，并用 下标数字2或8表示摆锤刀刃半径，如KU2 ，其单 位是焦耳（J）。 冲击吸收能量的大小直接由试验机的刻度盘上直 接读出。 冲击吸收能量的值越大，材料的韧性越大，越可 以承受较大的冲击载荷。 冲击吸收能量K或冲击韧性值K越大，材料的韧 性越大，越可以承受较大的冲

31、击载荷。一般把冲 击吸收能量低的材料称为脆性材料，冲击吸收能 量高的材料称为韧性材料。 【小资料】小资料】GB/T 2292007与GB/T 229 1994相比，在金属冲击韧性的名称和符号等方面 有较大变化，为方便读者学习，将关于金属材料 冲击韧性的新、旧标准名称和符号对照列于下表 中。 新标准GB/T2292007 旧标准GB/T2291994 名称符号名称符号 冲击吸收能量K冲击吸收功AK U型缺口试样在2mm锤刃下的冲击吸收能量KU 2 U型缺口冲击吸收功 (2mm锤刃) AKU U型缺口试样在8mm锤刃下的冲击吸收能量KU 8 V型缺口试样在2mm锤刃下的冲击吸收能量KV 2 V型缺

32、口冲击吸收功 (2mm锤刃) AKV V型缺口试样在2mm锤刃下的冲击吸收能量KV 8 转变温度Tt韧脆转变温度TC 缺口冲击试验最大的优点就是测量迅速简便 用于控制材料的冶金质量和铸造、锻造、焊接及 热处理等热加工工艺的质量。 用来评定材料的冷脆倾向（测定韧脆转变温度）。 设计时要求机件的服役温度高于材料的韧脆转变 温度。 3.冲击试验的应用 3.冲击试验的应用 缺口冲击试验由于其本身反映一次或少数次大能 量冲击破断抗力，因此对某些特殊shu服役条件下 的零件，如弹壳、装甲板、石油射孔枪等，有一 定的参考价值。 通过一次摆锤冲击试验测定的冲击吸收吸收能量K 是一个由强度和塑性共同决定的综合性

33、力学性能 指标，不能直接用于零件和构件的设计计算，但 它是一个重要参考，所以将材料的冲击韧性列为 金属材料的常规力学性能，ReL(Rr0.2)、Rm、A、Z 和K被称为金属材料常规力学性能的五大指标。 低温脆性随温度降低，材料由韧性状态转变为 脆性状态的现象 。 冷脆：材料因温度降低导致冲击韧性的急剧下降并 引起脆性破坏的现象。 对压力容器、桥梁、汽车、船舶的影响较大。 冲击韧性与温度有密切的关系，温度降低，冲击 韧性随之降低。当低于某一温度时材料的韧性急 剧下降，材料将由韧性状态转变为脆性状态。这 一温度称为转变温度（ Tt ）。 转变温度（ Tt ）越低，表明材料的低温韧性越 好，对于在寒

34、冷地区使用的材料要十分重要。 金属材料的成分对韧脆转变温度的影响很 大，一般的碳素钢，其韧脆转变温度 （ Tt ）大约为-20，某些合金钢的韧脆 转变温度（ Tt ）可达-40以下。 TITANIC 建造中的建造中的Titanic 号号 TITANIC的沉没的沉没 与船体材料的质量与船体材料的质量 直接有关直接有关 1912年4月号称永不沉没的泰坦尼克号（Titanic）首航沉没于冰海，成了 20世纪令人难以忘怀的悲惨海难。20世纪80年代后，材料科学家通过对打 捞上来的泰坦尼克号船板进行研究，回答了80年的未解之谜。由于Titanic 号采用了含硫高的钢板，韧性很差，特别是在低温呈脆性。所以

35、，当船在 冰水中撞击冰山时，脆性船板使船体产生很长的裂纹，海水大量涌入使船 迅速沉没。下图中左面的试样取自海底的Titanic号，冲击试样是典型的脆 性断口，右面的是近代船用钢板的冲击试样。 4.4.提高提高冲击韧性的途径冲击韧性的途径 冲击韧性是一个对材料组织结构相当敏感的 量，所以提高材料的冲击韧性的途径有： 1 改变材料的成分，如加入钒、钛、铝、 氮等元素，通过细化晶粒来提高其韧性， 尤其是低温韧性； 2、提高材料的冶金质量，减少偏析、夹渣、 气泡等缺陷； 五、疲劳强度 想想 一一 想想想想 一一 想想人工作久了就会感 到疲劳，难道金属 工作久了也会疲劳 吗？ 金属的疲劳能得到 恢复吗？

36、 金属材料在受到交变应力或重复循环应力时，往往在 工作应力小于屈服强度的情况下突然断裂，这种现象称 为疲劳。 五、疲劳强度 1998年6月3日，德国发生了战后最惨重的一起铁路交通 事故。一列高速列车脱轨，造成100多人遇难。 事故的原因已经查清，是因为一节车厢的车轮“内部疲 劳断裂”引起的。首先是一个车轮的轮箍gu发生断裂， 导致车轮脱轨，进而造成车厢横摆，此时列车正好过桥， 横摆的车厢以其巨大的力量将桥墩撞断，造成桥梁坍塌， 压住了通过的列车车厢，并使已通过桥洞的车头及前5节 车厢断开，而后面的几节车厢则在巨大惯性的推动下接 二连三地撞在坍塌的桥体上，从而导致了这场近50年来 德国最惨重的铁路事故。 1.变动载荷和循环应力变动载荷和循环应力 1.变动载荷 引起疲劳破坏的外力，指载荷大小、甚至方 向均随时间变化的载荷，其在单位面积上的平均 值即为变动应力。 变动应力可分为规则周期变动应力(也称循环应力) 和无规则随机变动应力两种。 金属疲劳产生的原因 a)应力大小变化 b)c）应力大小和方向都变化 d) 应力大小和方向无规则变化 1.平均应力平均应力 2.应力幅应力幅 2 minmax m 2 minmax