高分子机械性能

1、高分子材料机械性能高分子材料机械性能 的测试的测试 低碳钢的应力低碳钢的应力- -应变曲线应变曲线 拉伸试样拉伸试样 拉伸试验机拉伸试验机 应力应力 = P/F0 应变应变 = (l-l0)/l0 一、弹性和刚度一、弹性和刚度 弹性：弹性：指标为弹性极限指标为弹性极限 e e， 即即材料承受最大弹性变形时材料承受最大弹性变形时 的应力。的应力。 刚度：刚度：材料受力时抵抗弹性材料受力时抵抗弹性 变形的能力。指标为弹性模变形的能力。指标为弹性模 量量E E。 ）（MPatgE e 弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升 高而逐渐降低外，其他强

2、化材料的手段如热处理、冷高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷 热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。可以通过热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。可以通过 增加横截面积或改变截面形状来提高零件的刚度。增加横截面积或改变截面形状来提高零件的刚度。 二、强度与塑性二、强度与塑性 强度：强度：材料在外力作用下抵抗塑性变形材料在外力作用下抵抗塑性变形 和断裂的能力。和断裂的能力。 屈服强度屈服强度 s：材料开始产生屈服现象时材料开始产生屈服现象时 所对应的外加应力，用所对应的外加应力，用s 表示。表示。 -屈服是指材料在外应力不再增加的情屈服是指材料在外应力不再增加的情 况下，塑性变形继续显

3、著增加的现象。况下，塑性变形继续显著增加的现象。 抗拉强度抗拉强度 b b：材料断裂前所承受的：材料断裂前所承受的 最大应力值。最大应力值。 -屈强比屈强比s s / /b b 的意的意 义：义：a a、 工程安全系数工程安全系数; b; b、材料的利用率。、材料的利用率。 s 0.2 塑性：塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。 指标为：指标为： 伸长率：伸长率： %100 0 01 l ll %100 0 10 F FF 断面收缩率：断面收缩率： 断裂后 拉伸试样的颈缩现象拉伸试样的颈缩现象 说明：说明： 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真用面

4、缩率表示塑性比伸长率更接近真 实变形。实变形。 直径直径d0 相同时，相同时，l0 ， 。只有当。只有当l0/d0 为常数时，塑性值才有可比性。为常数时，塑性值才有可比性。 当当l0=10d0 时，伸长率用时，伸长率用 10表示；表示； 当当l0=5d0 时，伸长率用时，伸长率用 5 表示。显然表示。显然 5 10 时，无颈缩，为脆性材料表征时，无颈缩，为脆性材料表征 时，有颈缩，为塑性材料表征时，有颈缩，为塑性材料表征 三、冲击韧性三、冲击韧性 是指材料抵抗冲击载荷作用是指材料抵抗冲击载荷作用 而不破坏的能力。用而不破坏的能力。用ak (J/cm2)表示。表示。 四、疲劳强度四、疲劳强度 材

5、料在低于材料在低于 s的重复交变应力作用下发生突然断裂的现象的重复交变应力作用下发生突然断裂的现象 称为疲劳断裂。称为疲劳断裂。 特点：交变应力通常低于材料的屈服强度，断裂时无明显特点：交变应力通常低于材料的屈服强度，断裂时无明显 的塑性变形，而是突然发生，在工程上具有极大的危险性。的塑性变形，而是突然发生，在工程上具有极大的危险性。 材料在无数次应力循环的作用下而不断裂时的最大交变应材料在无数次应力循环的作用下而不断裂时的最大交变应 力称为疲劳强度，用力称为疲劳强度，用-1表示。表示。 材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称 为有

6、限疲劳极限。钢铁材料规定次数为为有限疲劳极限。钢铁材料规定次数为107，有色金属合，有色金属合 金为金为108。 疲劳应力示意图疲劳应力示意图 疲劳曲线示意图疲劳曲线示意图 疲劳断口疲劳断口 通过通过改善材料的形状结构，减少表面缺陷，提高表面改善材料的形状结构，减少表面缺陷，提高表面 光洁度，进行表面强化光洁度，进行表面强化等方法可提高材料疲劳抗力。等方法可提高材料疲劳抗力。 轴的疲劳断口轴的疲劳断口疲劳辉纹（扫描电镜照片疲劳辉纹（扫描电镜照片） 五、硬度五、硬度 硬度：金属表面抵抗局部压入变形或刻划破坏的能力硬度：金属表面抵抗局部压入变形或刻划破坏的能力。 1.1.布氏硬度布氏硬度：用载荷为

7、：用载荷为P P的力，将直径为的力，将直径为D D的淬火钢球或硬质合金的淬火钢球或硬质合金 球压入金属表面并保持一段时间，然后去除载荷，测量金属表球压入金属表面并保持一段时间，然后去除载荷，测量金属表 面圆形凹陷压痕的直径面圆形凹陷压痕的直径d,d,计算出压痕表面积计算出压痕表面积A A，每单位面积承，每单位面积承 受的力受的力P/AP/A被称为布氏硬度值，用符号被称为布氏硬度值，用符号HBSHBS（当用淬火钢球时，（当用淬火钢球时， 适用于布氏硬度值在适用于布氏硬度值在450450以下的材料）或以下的材料）或HBW HBW （当用硬质合金（当用硬质合金 球时，适用于布氏硬度在球时，适用于布氏

8、硬度在650650以下的材料）来表示。以下的材料）来表示。 即：即：HB = P/A= P/DhHB = P/A= P/Dh。 布氏硬度计布氏硬度计 压头为钢球时压头为钢球时，布氏硬度用符号，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在表示，适用于布氏硬度值在450以以 下的材料。下的材料。 压头为硬质合金球时，用符号压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在表示，适用于布氏硬度在650以下的以下的 材料。材料。 符号符号HBSHBS或或HBWHBW之前的数字表示硬度值之前的数字表示硬度值（布氏硬度有单位，但不标）（布氏硬度有单位，但不标）, , 符号后面的数字按顺序分别表示球体直

9、径、载荷及载荷保持时间。如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。如 120HBS10/1000/30 120HBS10/1000/30 表示直径为表示直径为10mm10mm的钢球在的钢球在1000kgf1000kgf（9.807kN9.807kN）载荷）载荷 作用下保持作用下保持30s30s测得的布氏硬度值为测得的布氏硬度值为120120，如果保载时间为，如果保载时间为1015s1015s（如黑（如黑 色金属）则不标出。色金属）则不标出。 布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。缺

10、点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。 适于测量退火、正火、调质钢，铸铁及有色金属的硬度。适于测量退火、正火、调质钢，铸铁及有色金属的硬度。 2.洛氏硬度洛氏硬度：将标准压头用规定压力压入金属表面并：将标准压头用规定压力压入金属表面并 保持一段时间，然后去除载荷，测量压痕深度，从保持一段时间，然后去除载荷，测量压痕深度，从 而确定金属的硬度值。金属越硬，压痕深度越浅，而确定金属的硬度值。金属越硬，压痕深度越浅， 反之亦然。反之亦然。 为适应人们习惯上数字越大硬度越高的概念，人为规为适应人们习惯上数字越大硬度越高的概念，人为规 定一常数定一常数K K减去压痕深度减去压痕深度h h

11、的值作为洛氏硬度值的指的值作为洛氏硬度值的指 标，并规定每标，并规定每0.002mm0.002mm作为一个洛氏硬度单位，用作为一个洛氏硬度单位，用 HRHR表示表示（洛氏硬度无单位）（洛氏硬度无单位）: : HR=(K-h)/0.002 HR=(K-h)/0.002 * * *洛氏硬度试验的压头有两种：洛氏硬度试验的压头有两种： 硬质压头硬质压头-顶角为顶角为120120度的金刚石圆锥体，适用于度的金刚石圆锥体，适用于 淬火钢等硬度值较高的材料。淬火钢等硬度值较高的材料。 软值压头软值压头-直径为直径为1.588mm1.588mm的淬火钢球，适用于退的淬火钢球，适用于退 火钢、有色金属等硬度值较低的材料。火钢、有色金属等硬度值较低的材料。 h1-h0 洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图 洛氏硬度计洛氏硬度计 符号符号HR前面的数字为硬度值，前面的数字为硬度值， 后面为使用的标尺。后面为使用的标尺。 根据压头类型和主载荷不同，分为根据压头类型和主载荷不同，分为 九个标尺，常用的标尺为九个标尺，常用的标尺为A、B、 C。 HRA用于测量高硬度材料用于测量高硬度材料, 如硬如硬 质合金、表淬层和渗碳层。质合金、表淬层和渗碳层。 HRB用于测量低硬度材料用于测量低硬度材料,