第一章 金属材料的力学性能（第二次课）

1、绪绪 论论第一章第一章 金属材料的力学性能金属材料的力学性能第一节第一节 强度、刚度、弹性及塑性强度、刚度、弹性及塑性一、拉伸曲线及应力应变曲线一、拉伸曲线及应力应变曲线 1.1.拉伸曲线；拉伸曲线；2.2.应力应变曲线应力应变曲线二、刚度和弹性二、刚度和弹性 1.1.弹性模量弹性模量E E 刚度；刚度；2.2.弹性极限弹性极限e e； 3.3.弹性比功弹性比功a ae e 三、强度三、强度 1.1.屈服强度和条件屈服强度；屈服强度和条件屈服强度； 2.2.抗拉强度抗拉强度四、塑性四、塑性 1.1.伸长率（断后伸长率）；伸长率（断后伸长率）；2.2.断面收缩率断面收缩率第二节第二节 硬硬 度度

2、 硬度的定义硬度的定义 测定方法为压入法测定方法为压入法 硬度试验设备简单，操作方便，还可以以硬度试验设备简单，操作方便，还可以以此估计材料的抗拉强度和耐磨性。此估计材料的抗拉强度和耐磨性。 硬度与材料的一些工艺性能之间存在一定硬度与材料的一些工艺性能之间存在一定的联系。的联系。 生产中应用较多的有布氏硬度、洛氏硬度生产中应用较多的有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等试验方法。和维氏硬度等试验方法。 一、布氏硬度一、布氏硬度 1.1.布氏硬度布氏硬度 试验原理试验原理 2.2.表示方法表示方法 HBWHBW：压头为硬质合金，硬度值小于：压头为硬质合金，硬度值小于650650。 120HBW 10/

3、1000/30120HBW 10/1000/30的含义的含义 3.3.测试方法测试方法 4.4.应用应用 优点是压痕面积大，结果精确。优点是压痕面积大，结果精确。 缺点是不适宜测试成品或薄片金属。缺点是不适宜测试成品或薄片金属。 二、洛氏硬度二、洛氏硬度 1.1.洛氏硬度试验原理洛氏硬度试验原理 HR=N-h/SHR=N-h/S 2.2.表示方法表示方法 HRAHRA：压头为金刚石圆锥，硬度值：压头为金刚石圆锥，硬度值202088 HRBHRB：压头为钢球：压头为钢球(=1.588mm)=1.588mm)，硬度值，硬度值2020100 HRCHRC：压头为金刚石圆锥，硬度值：压头为金刚石圆锥，

4、硬度值202070 50HRC 50HRC的含义的含义 3.3.测试方法测试方法 4.4.应用应用 优点是操作简便，压痕小，可测工件表面或优点是操作简便，压痕小，可测工件表面或较薄的金属。较薄的金属。 缺点是压痕较小，精度不够准确；载荷较大，缺点是压痕较小，精度不够准确；载荷较大，不宜测定极薄材料或零件经化学热处理后的表面。不宜测定极薄材料或零件经化学热处理后的表面。 三、维氏硬度三、维氏硬度 1.1.维氏硬度试验原理维氏硬度试验原理图图1-7 1-7 维氏硬度试验原理示意图维氏硬度试验原理示意图 2.2.表示方法表示方法 640HV30/20640HV30/20的含义的含义 3.3.测试方法

5、测试方法 4.4.应用应用 优点是载荷小，压入深度浅，可测表面淬硬优点是载荷小，压入深度浅，可测表面淬硬层及化学热处理的表面；还可测各种金属材料。层及化学热处理的表面；还可测各种金属材料。 缺点是测定过程较麻烦，效率不高。缺点是测定过程较麻烦，效率不高。第三节第三节 冲击韧性冲击韧性 冲击载荷；冲击载荷； 冲击韧性；一次冲击弯曲试验冲击韧性；一次冲击弯曲试验 一、冲击试验方法与原理一、冲击试验方法与原理冲击吸收功冲击吸收功 A AK K=Gg(H-h=Gg(H-h) ) A AKUKU A AKVKV 二、冲击试验的应用二、冲击试验的应用 主要用途是揭示材料的变脆倾向主要用途是揭示材料的变脆倾

6、向 (1)(1)评定材料的低温变脆倾向评定材料的低温变脆倾向 冷脆现象；冷脆现象； 韧脆转变温度范围韧脆转变温度范围图图1-12 冲击吸收功冲击吸收功-温度曲线示意图温度曲线示意图 (2)(2)反映原材料的冶金质量和热加工产品质量反映原材料的冶金质量和热加工产品质量 对于材料内部结构、缺陷等具有较大的敏感对于材料内部结构、缺陷等具有较大的敏感性，可用于检验冶金、热处理及各种热加工工艺性，可用于检验冶金、热处理及各种热加工工艺和产品的质量（如晶粒粗化、冷脆、回火脆性及和产品的质量（如晶粒粗化、冷脆、回火脆性及夹渣、气泡、偏析等）。夹渣、气泡、偏析等）。第四节第四节 断裂韧度断裂韧度 许用应力许用

7、应力 低应力脆断低应力脆断 断裂韧度断裂韧度 一、裂纹扩展的基本形式一、裂纹扩展的基本形式二、应力场强度因子二、应力场强度因子K KI I K KI I=Ya=Ya1/21/2三、断裂韧度三、断裂韧度K KICIC及应用及应用 裂纹扩展时的临界状态所对应的应力场强度因裂纹扩展时的临界状态所对应的应力场强度因子值子值K KICIC K KI I=Ya=Ya1/21/2 K KIcIc=Y=Yc ca ac c1/21/2应用：应用： 1 1）测定了）测定了K KIcIc和裂纹尺寸和裂纹尺寸a a后，可确定最大承载能后，可确定最大承载能 力力cc，为载荷设计提供依据。，为载荷设计提供依据。 2 2）已知）已知K KIcIc及工作应力，可确定允许的最大裂纹及工作应力，可确定允许的最大裂纹 尺寸