承压类特种设备无损检测相关知识力学性能解读学习教案

1、会计学1承压类特种设备无损承压类特种设备无损(w sn)检测相关检测相关知识力学性能解读知识力学性能解读第一页，共69页。第1页/共69页第二页，共69页。指标可以通过力学性能试验测定。第2页/共69页第三页，共69页。研究力学性能意义研究力学性能意义(yy)：是选择和使用金属材料的重要依据：是选择和使用金属材料的重要依据一、基本概念一、基本概念1、弹性：指物体在外力作用下改变基本形状和尺寸，当外、弹性：指物体在外力作用下改变基本形状和尺寸，当外力卸除后物体又恢复到其原始形状和尺寸的特性。力卸除后物体又恢复到其原始形状和尺寸的特性。2、内力：金属受到外力时为保其不变形，在材料内部作用、内力：金

2、属受到外力时为保其不变形，在材料内部作用者与外力相对抗的力称为内力。者与外力相对抗的力称为内力。3、应力：单位面积上的内力。、应力：单位面积上的内力。4、应变：指由外力所引起、应变：指由外力所引起(ynq)的物体原始尺寸或形状的的物体原始尺寸或形状的相对变化；通常以百分比（相对变化；通常以百分比（%）表示）表示5、载荷：金属材料在加工及使用过程中所受的外力。、载荷：金属材料在加工及使用过程中所受的外力。按作用性质分：按作用性质分： 第3页/共69页第四页，共69页。静载荷：指大小不变或变化过程缓慢的载荷。静载荷：指大小不变或变化过程缓慢的载荷。冲击载荷：在短时间内以较高速度作用冲击载荷：在短时

3、间内以较高速度作用(zuyng)于零件上的载荷。于零件上的载荷。循环载荷：指大小、方向随时间发生周期性变化的载荷循环载荷：指大小、方向随时间发生周期性变化的载荷第4页/共69页第五页，共69页。按作用形式按作用形式(xngsh)不同分：不同分：第5页/共69页第六页，共69页。6、变形：材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，、变形：材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化， 称为变形。分为弹性称为变形。分为弹性(tnxng)变形与塑性变形变形与塑性变形 外力去处后能够恢复的变形称为弹性外力去处后能够恢复的变形称为弹性(tnxng)变形。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

4、能恢复的变形称为塑性变形。第6页/共69页第七页，共69页。第7页/共69页第八页，共69页。1. 拉伸拉伸(l shn)试样试样2. 力力伸长伸长(shn chn)曲线（以低碳钢试样曲线（以低碳钢试样为例）为例）3. 脆性材料的拉伸脆性材料的拉伸(l shn)曲线曲线第8页/共69页第九页，共69页。1. 拉伸拉伸(l shn)试样（试样（GB6397-86）长试样长试样(sh yn)：L0=10d0短试样短试样(sh yn)：L0=5d0第9页/共69页第十页，共69页。第10页/共69页第十一页，共69页。 万能材料试验机 a) WE系列液压式 b) WDW系列电子式第11页/共69页第

5、十二页，共69页。第12页/共69页第十三页，共69页。第13页/共69页第十四页，共69页。2. 力伸长力伸长(shn chn)曲线曲线弹性弹性(tnxng)变形阶段变形阶段屈服屈服(qf)阶段阶段颈缩现象颈缩现象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。强化阶段强化阶段 第14页/共69页第十五页，共69页。 (a)试样 (b)伸长 (c)产生缩颈 (d)断裂第15页/共69页第十六页，共69页。拉伸试样的颈缩现象拉伸试样的颈缩现象第16页/共69页第十七页，共69页。LF0 03. 脆性材料脆性材料(cilio)的拉伸曲线（与低碳钢试样相对比）的

6、拉伸曲线（与低碳钢试样相对比）脆性材料在断裂前没有脆性材料在断裂前没有(mi yu)明显的屈服现象。明显的屈服现象。 第17页/共69页第十八页，共69页。应力应力 ：单位面积上试样承受：单位面积上试样承受(chngshu)的载荷。这的载荷。这里用试样承受里用试样承受(chngshu)的载荷除以的载荷除以试样的原始横截面积试样的原始横截面积S 0表表示示: F = ( M pa ) S 0应变应变：单位长度的伸长量。：单位长度的伸长量。这里用试样的伸长量除以这里用试样的伸长量除以试样的原始标距表示试样的原始标距表示: l = l 0应力应变曲线（应力应变曲线（ - 曲线）曲线） 形状和拉伸曲线

7、相同，单位形状和拉伸曲线相同，单位不同不同思考思考怎样怎样(znyng)比较不比较不同材料抵抗外力能力的同材料抵抗外力能力的大小？大小？第18页/共69页第十九页，共69页。n抗拉极限抗拉极限(b)第19页/共69页第二十页，共69页。工程上常用的金属材料的强度工程上常用的金属材料的强度指标：指标： 屈服点（屈服点（ s ）或规定残余伸）或规定残余伸长应力长应力(yngl)（ r）抗拉强度抗拉强度(b)第20页/共69页第二十一页，共69页。0.2:r规定残余(cny)伸长率为0.2%时的应力0ssFS材料屈服时的拉力（N） 屈服点（屈服极限）0.2原标准（GB228-76）： 屈服强度很重要

8、，大多数很重要，大多数零件零件(ln jin)不不允许有塑性变形允许有塑性变形规定残余伸长应力:对有明显屈服现象对有明显屈服现象的材料的材料对无明显屈服现象对无明显屈服现象的材料的材料第21页/共69页第二十二页，共69页。0bbFS拉伸过程中最大的拉力（N）第22页/共69页第二十三页，共69页。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，一般钢材的屈服强度在2001000MPa 之间之间。强度越高，表明材料在工作时越可以承受较高强度越高，表明材料在工作时越可以承受较高的载荷。当载荷一定时，选用的载荷。当载荷一定

9、时，选用(xunyng)高高强度的材料，可以减小构件或零件的尺寸，从强度的材料，可以减小构件或零件的尺寸，从而减小其自重。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。题，称之为材料的强化。第23页/共69页第二十四页，共69页。常用常用(chn yn)的塑性判据：的塑性判据： 拉伸时的断后伸长率和断面收缩率拉伸时的断后伸长率和断面收缩率第24页/共69页第二十五页，共69页。由于由于(yuy)同一材料用不同长度的试样测得的断后伸长率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

10、注明试样尺寸比例。如: 10试样试样 L0=10d0 5 试样试样 L0=5d010100%oLLL试样拉断后的标距（mm）1L oL 试样原始标距（mm）第25页/共69页第二十六页，共69页。010100%SSL试样断裂后缩颈处的最小横截面积（mm2）1S oS 试样原始截面积（mm2）和和是用来判断材料在断裂前所能产生的最大塑性变形量大小。是用来判断材料在断裂前所能产生的最大塑性变形量大小。一般认为一般认为(rnwi)5的材料为塑性材料，如低碳钢；的材料为塑性材料，如低碳钢；5的为脆的为脆性材料，如灰铸铁性材料，如灰铸铁 . 第26页/共69页第二十七页，共69页。塑性对材料的意义塑性对

11、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:因为零件因为零件(ln jin)在工作在工作时万一超载，也会由于塑性变形使材料时万一超载，也会由于塑性变形使材料强化而避免突然断裂强化而避免突然断裂 第27页/共69页第二十八页，共69页。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(j xio)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、甚至切削加工等很多领域被中

12、应用。第28页/共69页第二十九页，共69页。 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断面收缩率第29页/共69页第三十页，共69页。硬度硬度(yngd)：硬度试验硬度试验(shyn)方法方法:压入法压入法 它是材料性能的一个综合它是材料性能的一个综合(zngh)的物理量。的物理量。(表示金属材料在一个小的体积范围内金属材料抵抗局表示金属材料在一个小的体积范围内金属材

13、料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力）部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力）硬度是各种零件和工具必须具备的力学性能指标。硬度是各种零件和工具必须具备的力学性能指标。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）第30页/共69页第三十一页，共69页。材料材料(cilio)(cilio)抵抗表面局部塑性变形的能力抵抗表面局部塑性变形的能力。第31页/共69页第三十二页，共69页。一、布氏硬度1、测定(cdng)原理布氏硬度计布氏硬度计 第32页/共69页第三十三页，共69页。第33页/共69页第三十四页，共69页。第34页/共69页第三十五页，共6

14、9页。)/()(2102. 0102. 0)(222mmNdDDDFSFWHBS压2、计算公式HBS：淬火(cu hu)钢球作压头；适用于450HBSHBW：硬质合金作压头；适用于650HBW第35页/共69页第三十六页，共69页。试验时，根据被测的材料不同，球直径、试验力及试验试验时，根据被测的材料不同，球直径、试验力及试验力保持时间力保持时间(shjin)按表按表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/mm0.1020.102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

15、保持时间间/s/s钢、钢、铸铁铸铁140-450140-4506 63 34 42 222303010.010.05.05.02.52.529.42(3000)29.42(3000)7.355(750)7.355(750)1.839(187.5)1.839(187.5)1212140666 63 3101010.010.05.05.09.807(1000)9.807(1000)2.452(250)2.452(250)1212非铁非铁金属金属1301306 63 34 42 22662.52.510.010.02.452(250)2.452(250)6060表表1-1 布氏硬度试验布氏硬度试验(

16、shyn)规范规范第36页/共69页第三十七页，共69页。硬度值压头直径（mm）试验力保持 时间（s）500HBW5/750例：表示用直径5mm硬质合金(yn zh h jn)球在7355N试验力作用下保持1015s测得的布氏硬度值为500120HBS10/1000/30表示用直径10mm钢球压头在9807N试验(shyn)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。 第37页/共69页第三十八页，共69页。优点：测值重复优点：测值重复性强、测量性强、测量(cling)结果准结果准确确缺点缺点(qudin)：压痕：压痕大，不适合成品检验大，不适合

17、成品检验第38页/共69页第三十九页，共69页。测定原理第39页/共69页第四十页，共69页。第40页/共69页第四十一页，共69页。第41页/共69页第四十二页，共69页。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1.588mm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

18、等适用于调质钢、淬火钢等上述公式中，上述公式中，k为常数，金刚石压头时为常数，金刚石压头时k=0.2MM，淬火钢球压头时，淬火钢球压头时k=0.26MM；h为主载荷解除后试件的压痕深度；为主载荷解除后试件的压痕深度； 试验试验(shyn)时，根据被测的材料不同，压头的类型、试验时，根据被测的材料不同，压头的类型、试验(shyn)力及力及按表按表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验条件常用的三种洛氏硬度的试验条件(tiojin)及应用范围及应用范围2、符号(fho)002. 0hkHR第42页/共69页第四十

19、三页，共69页。52HRC70HRA例：洛 氏 硬 度洛 氏 硬 度 H R C 可 以可 以(ky)用于硬度很高的用于硬度很高的材料，在钢件热处理质材料，在钢件热处理质量检查中应用最多。量检查中应用最多。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 。第43页/共69页第四十四页，共69页。1、测定(cdng)原理用一定的试验力F，将顶角为1360的金刚石四棱锥(lngzhu)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。 第44页/共69页第四十五页，共69页。第45页/共69页第四十六页，共69页。2、计算公式

20、21891. 0dFHV 3、表示(biosh)方法硬度值+HV+试验力/保持(boch)时间如：640HV30/204、适用(shyng)范围适用(shyng)于测量零件薄的表面硬化层的硬度。第46页/共69页第四十七页，共69页。四、冲击韧性 强度、硬度、塑性等力学性能指标(zhbio)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(zi h)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(zi h)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(zi h)的能力。第47页/共69页第四十八页，共69页。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(yngl)集中。由于加载速率提高，金属形变速率也随之增加。冲击载荷对材料的作用效果或破坏效应大于静载荷。 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(pli)，说明其冲击韧性很低。第48页/共69页第四十九页，共69页。第49页/共69页第五十页，共69页。第50页/共69页第五十一页，共69页。第51页/共69页第五十二页，共69页。第52页/共69页第五十三页，共69