金属机械性能

1、材料的性能：材料的性能：使用性能使用性能：材料在使用过程中表现出来的性能。包括：材料在使用过程中表现出来的性能。包括工艺性能工艺性能：材料在加工成型过程中适应加工的性能。包括铸：材料在加工成型过程中适应加工的性能。包括铸造性能（流动性、收缩性、偏析）、焊接性能（焊接性、碳造性能（流动性、收缩性、偏析）、焊接性能（焊接性、碳当量）、锻造性能（塑性、变形抗力）、切削加工性能（表当量）、锻造性能（塑性、变形抗力）、切削加工性能（表面粗糙度、刀具寿命）、热处理性能（淬透性）等面粗糙度、刀具寿命）、热处理性能（淬透性）等力学性能（力学性能（/机械性能）：强度、硬度、塑性、韧性、耐磨性等机械性能）：强度、

2、硬度、塑性、韧性、耐磨性等物理性能：热学、电学、磁学、光学等物理性能：热学、电学、磁学、光学等化学性能：耐蚀性、防老化及稳定性等化学性能：耐蚀性、防老化及稳定性等1 1 金属机械性能金属机械性能载荷分类：载荷分类：静载：加载速度慢静载：加载速度慢动载（动载（/冲击载荷）：加载速度快冲击载荷）：加载速度快非交变载荷非交变载荷交变载荷：载荷的大小和（交变载荷：载荷的大小和（/或）方向随时或）方向随时间作周期性变化。间作周期性变化。1.1 1.1 强度与塑性强度与塑性1.2 1.2 硬度硬度1.3 1.3 疲劳强度疲劳强度1.4 1.4 冲击韧性冲击韧性1.5 1.5 断裂韧性断裂韧性1.1 1.1

3、 强度和塑性强度和塑性外力去除后能够恢复的（可逆）变形称为外力去除后能够恢复的（可逆）变形称为弹性变形弹性变形。外力去除后不能恢复的（不可逆）变形称为外力去除后不能恢复的（不可逆）变形称为塑性变形塑性变形。 强度强度：金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力。根：金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力。根据外力的性质不同分为：抗拉、抗压、抗弯、抗据外力的性质不同分为：抗拉、抗压、抗弯、抗扭强度等。扭强度等。 强度的测定：依据强度的测定：依据GB228-83GB228-83做拉伸试验。做拉伸试验。 A.A.加工试样。加工试样。 B.B.作拉伸曲线。作拉伸曲线。低碳钢的应力低碳钢的应力- -应变曲线应变曲线拉伸

4、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退火低碳钢拉伸曲线退火低碳钢拉伸曲线拉伸试样的颈缩现象拉伸试样的颈缩现象比例极限比例极限：材料变形伸长量与外加应力成：材料变形伸长量与外加应力成正比关系的最大应力，用正比关系的最大应力，用p p 表示。表示。弹性极限弹性极限：材性能承受的不产生塑性变形：材性能承受的不产生塑性变形的最大应力，用的最大应力，用e e 表示。表示。刚度刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能力。：材料受力时抵抗弹性变形的能力。指标为弹性模量指标为弹性模量E.E.屈服强度屈服强度：材料开始产生屈服现象时所对应的外加应力，用：材料开始产生屈服

5、现象时所对应的外加应力，用s s 表示。表示。 -屈服是指材料在外应力不再增加的情况下，塑性变形继屈服是指材料在外应力不再增加的情况下，塑性变形继续显著增加的现象。续显著增加的现象。 -由于大多数金属材料没有明显的屈服点，国家标准中规由于大多数金属材料没有明显的屈服点，国家标准中规定，永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的定，永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%0.2%）时的应力为条件屈服强度。用时的应力为条件屈服强度。用0.2 0.2 表示。表示。抗拉强度抗拉强度：金属在拉断前所能够承受的最大外应力。用：金属在拉断前所能够承受的最大外应力。用b b 表表示。示。 -屈强比屈

6、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、材料的利用率。的利用率。）（MPatgE塑性塑性塑性塑性：在外力作用下，金属产生永久变形而不破：在外力作用下，金属产生永久变形而不破坏的能力。坏的能力。延伸率延伸率： = 100% * ( L L0 ) / L0 L0 - 试样原始长度试样原始长度; L 试样拉断后的长度。试样拉断后的长度。 的大小与试样的尺寸的大小与试样的尺寸 L0 /d0 有关，有关， L0 / d0 = 5时，延伸率用时，延伸率用5 表示表示 ; L0 / d0 =10时时,延伸率用延伸率用10 表示表示 ; 断面收缩率断面

7、收缩率： = 100% * (F0 - F ) / F0 F0- 试样原始截面积试样原始截面积; F- 试样拉断后断口的截试样拉断后断口的截面积。面积。断裂后拉伸试样的颈缩现象拉伸试样的颈缩现象1.2 1.2 硬度硬度 硬度硬度：金属表面抵抗局部压入变形或刻划破坏的能力：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：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球压入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，测量金属表面圆形凹陷压痕的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直径d,d,计算出

8、压痕表面积计算出压痕表面积A A，每单位面积承受的力，每单位面积承受的力P/AP/A被称为布氏硬度值，被称为布氏硬度值，用符号用符号HBSHBS（当用淬火钢球时，适用于布氏硬度值在（当用淬火钢球时，适用于布氏硬度值在450450以下的材料。）以下的材料。）或或HBW HBW （当用硬质合金球时，适用于布氏硬度在（当用硬质合金球时，适用于布氏硬度在650650以下的材料。）来以下的材料。）来表示。表示。 即：即：HB = P/A= P/DhHB = P/A= P/Dh。布氏硬度计布氏硬度计布氏硬度值的表示方法：布氏硬度值的表示方法： 符号符号HBSHBS或或HBWHBW之前的数字表示硬度值之前的

9、数字表示硬度值（布氏硬度有单位，（布氏硬度有单位，但不标）但不标）, , 符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及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的钢球的钢球在在1000kgf1000kgf（9.807kN9.807kN）载荷作用下保持）载荷作用下保持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（如黑色金属）则不标出。（如黑色金属）则不标出。布氏硬度的布氏硬度的优点优点：测量

10、误差小，数据稳定。：测量误差小，数据稳定。缺点缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。：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。2.2.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

11、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 * * *洛氏硬度试验的洛氏硬度试验的压头压头有两种：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1.58

12、8mm1.588mm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, 如有如有色金属和退火、正火钢等。色金属和退火、正

13、火钢等。 HRC用于测量中等硬度材料，用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。如调质钢、淬火钢等。 洛氏硬度的优点：洛氏硬度的优点：操作简便，压操作简便，压痕小，适用范围广。痕小，适用范围广。 缺点：缺点：测量结果分散度大。测量结果分散度大。钢球压头与钢球压头与金刚石压头金刚石压头洛氏硬度压痕洛氏硬度压痕1.3 1.3 疲劳强度疲劳强度 材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称为疲劳断裂疲劳断裂。 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

14、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力称为疲劳强度疲劳强度，用，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为有限疲劳极限有限疲劳极限。钢铁材料规定次数为。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）1.4 1.4 冲击韧性冲击韧性 是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧性冲击韧性，用，用a ak k (J/cm(J/cm2 2) )表示。表示。 冲击韧性的测定：冲击韧性的测定：摆锤冲击试验摆锤冲击试验，如图所示：，如图所示： a ak k =A =AK K/F(J/c/F(J/cm m2 2 ) )1.5 1.5 断裂韧性断裂韧性油轮断裂和北极星导油轮断裂和北极星导