力学性能基础知识

1、济钢技术监督处中心物理室济钢技术监督处中心物理室 概概 述述第第1 1章章 金属拉伸试验金属拉伸试验外力去除后，能恢复的变形称外力去除后，能恢复的变形称为弹性变形，不能恢复的为塑为弹性变形，不能恢复的为塑形变形形变形外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度强度 , ,是由应力值来量化表示的是由应力值来量化表示的材料变形的能力材料变形的能力 材料在弹性变形、塑形变形、断裂过程中吸收能量的能力应力与应变 0F S 0L L 所谓的屈服强度和抗拉所谓的屈服强度和抗拉强度就是一个应力值强度就是一个应力值各种拉伸曲线各种拉伸曲线高强钢：没有明显屈服如高强钢：没有明

2、显屈服如JB700 JB800JB700 JB800低碳钢、低低碳钢、低合金钢合金钢拉伸过程不稳定材料：拉伸过程不稳定材料：材料内部杂质或夹头打材料内部杂质或夹头打滑造成滑造成没有颈缩，在均匀变形过没有颈缩，在均匀变形过程中断裂，如铝程中断裂，如铝 拉伸曲线 认识弹性段的一个目认识弹性段的一个目的在于找到正确的弹的在于找到正确的弹性断起始点，以便准性断起始点，以便准确的找到规定非比例确的找到规定非比例强度，强度，R Rp0.2p0.2 拉伸曲线 拉伸曲线 拉伸曲线 测量原始横截面积 2014Sd 0Sab圆形横截面面积圆形横截面面积矩形横截面面积矩形横截面面积宽厚都取最小宽厚都取最小值值强度指

3、标的测定 0eHeHRFS0eLeLRFS材料的实际材料的实际使用极限使用极限 济钢技术监督处中心物理室济钢技术监督处中心物理室应区分上下屈应区分上下屈服一般选用下服一般选用下屈服点作为标屈服点作为标准值，因为下准值，因为下屈服点是一个屈服点是一个稳定屈服过程稳定屈服过程 ，但包括船板在但包括船板在内的一些钢种内的一些钢种已经以上屈服已经以上屈服为标准为标准济钢技术监督处中心物理室济钢技术监督处中心物理室规定非比例延伸强度规定非比例延伸强度v在曲线上，作一条与在曲线上，作一条与曲线的弹性直线段部曲线的弹性直线段部分平行的直线，在延分平行的直线，在延伸轴上，此直线与弹伸轴上，此直线与弹性直线段的

4、距离为性直线段的距离为OCOC。做出的直线与曲线的做出的直线与曲线的交截点即为所求的规交截点即为所求的规定非比例延伸强度的定非比例延伸强度的力值力值 ，将它除以试，将它除以试样的原始截面积样的原始截面积, ,就得就得到规定的非比例延伸到规定的非比例延伸强度如强度如 R Rp0.2p0.2 。0.20.20ppRFS济钢技术监督处中心物理室济钢技术监督处中心物理室抗拉强度抗拉强度 v从拉伸图上找出试验过程中的最大力值（对于有屈服的材料屈服阶段之前不计），如图所示；或是得出最大力后将其除以试样截面积即得到抗拉强度。0mmRF S济钢技术监督处中心物理室济钢技术监督处中心物理室塑性指标的测定 v断面

5、收缩率将试样断裂部分仔细地配接在一起，使其轴线处于同一直线上。对于圆形横截面试样，在颈缩最小处相互垂直的方向测量直径，取其算数平均值计算最小横截面积；对于矩形横截面试样，测量颈缩处的最大宽度和最小厚度，两者乘积为断后最小横截面积。原始横截面积与断后最小横截面积之差除以原始横截面积得到的百分比即为断面收缩率。00()100%uZSSS济钢技术监督处中心物理室济钢技术监督处中心物理室断后伸长率断后伸长率vK K值值 v国标规定只有断在原始标距国标规定只有断在原始标距1/31/3以内才有效，以内才有效，但断后伸长率附和规定值要求的不管断在但断后伸长率附和规定值要求的不管断在何处都有效。何处都有效。

6、00LKS通常通常K K取取5.655.65称为短比例试称为短比例试样，样，K K取取11.311.3为长比例试样为长比例试样济钢技术监督处中心物理室济钢技术监督处中心物理室断后伸长率断后伸长率v移法位本质就是把长断样部分的伸长，等效到短本质就是把长断样部分的伸长，等效到短断样一端断样一端济钢技术监督处中心物理室济钢技术监督处中心物理室最大力总伸长率和最大力非比例延伸率最大力总伸长率和最大力非比例延伸率 v在力-延伸曲线图上测定最大力时的总延伸，见图所示，将总延伸除以引伸计标距即得到最大力总伸长率。v从最大力总延伸中扣除弹性延伸部分，即得到最大力时的非比例延伸率，将其除以引伸计标距就得到最大力

7、非比例伸长率。100%gtmeALL 100%ggeALL 济钢技术监督处中心物理室济钢技术监督处中心物理室济钢技术监督处中心物理室济钢技术监督处中心物理室v钢筋最大力总延伸率的测定方法00100mgtLLRALE济钢技术监督处中心物理室济钢技术监督处中心物理室 数据修约 数据的进舍规则可概括为“四舍六入五单双”。具体说明如下：v 8.1 在拟舍弃的数字中，若左边第一个数字小于5（不包括5）时，则舍去，即所拟保留的末位数字不变。 例如，将13.346修约到保留一位小数，得13.3。v 8.2 在拟舍弃的数字中，若左边第一个数字大于5(不包括5)时，则进1，即拟保留的末位数字加1。 例如，将52

8、.463修约到只保留一位小数，得52.5。v 8.3 在拟舍弃的数字中，若左边第一个数字等于5，其右边的数字并非全部为零时，则进1，即所拟保留的末位数字加1。 例如，将2.1502修约到只保留一位小数，得2.2。济钢技术监督处中心物理室济钢技术监督处中心物理室v 8.4 在拟舍弃的数字中，若左边第一个数字等于5，其右边无数字或数字都是零时，所拟保留的末位数字若为奇数则进1，若为偶数（包括0）则舍弃。 例如，将下列数字修约到只保留一位小数。 修约前 0.45 0.750 2.0500 3.15 修约后 0.4 0.8 2.0 3.2v 8.5 所拟舍弃的数字若为两位数字以上时，不得连续进行多次修

9、约，应根据所拟舍弃数字中左边第一个数字的大小，按上述规则一次修约处结果。 例如，将17.4548修约成整数。 正确的做法是：17.454817 不正确的做法是： 17.454817.45517.4617.518济钢技术监督处中心物理室济钢技术监督处中心物理室对于非整数单位修约，例如，对于非整数单位修约，例如，伸长率为伸长率为26.25%26.25%和和25.75%25.75%，修，修约后都是约后都是26.0%26.0%济钢技术监督处中心物理室济钢技术监督处中心物理室 影响拉伸试验结果的主要因素 试样形状尺寸及表面粗糙度的影响 上屈服受形状影响较大，板材的伸长率比圆棒试样小 试样装夹的影响 易产

10、生弯曲力，一般使结果偏大 试验速度的影响 试验速度对弹性影响不大，对屈服提高多，对强度提高少，提高屈强比中心物理室济钢技术监督处中心物理室 第2章 金属夏比冲击试验金属材料在使用过程中除要求有足够的强金属材料在使用过程中除要求有足够的强度和塑形外，还要求有足够的韧性。所谓度和塑形外，还要求有足够的韧性。所谓韧性，就是材料在弹性变形、塑形变形、韧性，就是材料在弹性变形、塑形变形、断裂过程中吸收能量的能力断裂过程中吸收能量的能力。韧性好的材。韧性好的材料在服役条件下不至于突然发生脆性断裂，料在服役条件下不至于突然发生脆性断裂，从而使安全得到保证。从而使安全得到保证。中心物理室济钢技术监督处中心物理

11、室韧性分为静力韧性、冲击韧性和断裂韧性，其中夏比冲击试验是评价冲击韧性的最常用的实验方法。冲击载荷与静载荷（如拉伸）的主要区别在于加载的速度不同，拉伸速度一般在10的-2次方至10的-4次方（相对变形速度），冲击速度为10的2次方至10的4次方。 中心物理室济钢技术监督处中心物理室 冲击试验原理夏比冲击试验是将具有规夏比冲击试验是将具有规定形状、尺寸和缺口类型定形状、尺寸和缺口类型的试样，放在冲击试验机的试样，放在冲击试验机的试样支座，使之处于简的试样支座，使之处于简支架状态。然后用规定高支架状态。然后用规定高度的摆锤对试样进行一次度的摆锤对试样进行一次性打击。实质就是通过能性打击。实质就是通

12、过能量转换过程，测量试样在量转换过程，测量试样在这种冲击下折断时所吸收这种冲击下折断时所吸收的功。的功。中心物理室济钢技术监督处中心物理室 冲击试样与试验设备冲击试样的标准试样长度为55mm，横截面为10mm10mm方形截面。在试样中间有V型或U型缺口。如试料不够制备标准尺寸试样，可使用宽度7.5mm、5mm或2.5mm的小尺寸试样。摆锤刀刃半径应为2mm和8mm两种。试样应紧贴试验机砧座，摆刃沿缺口对称面打击试样缺口的背面，试样缺口对称面偏离两砧座间的中点应不大于0.5mm。中心物理室济钢技术监督处中心物理室试验过程 试验前应检查摆锤空打时的空载能耗。当使用液体介质冷却试样时，应连续均匀搅拌

13、介质使温度均匀。介质温度应在规定温度1以内，至少保持5分钟。对试验温度200的试验，试样应在规定温度5以内的高温装置内保持20分钟。当试样不在室温下进行时，试样从高温或低温装置中移出至打断的时间不大于5秒。由于冲击试验结果比较离散，一般对每一种材料试验是试样数量不少于3个。读取每个试样的冲击吸收能量，应至少估读到0.5J。中心物理室济钢技术监督处中心物理室 冲击试验值的判定 夏比冲击试验结果，冲击功按一组三个试样算术夏比冲击试验结果，冲击功按一组三个试样算术平均值计算，允许其中一个试样单值低于规定值，平均值计算，允许其中一个试样单值低于规定值，但不得低于规定值的但不得低于规定值的70%70%。

14、当试验结果不符合规定值时，应从同一张批钢板当试验结果不符合规定值时，应从同一张批钢板再取三个试样进行复验。初复验结果的六个数值再取三个试样进行复验。初复验结果的六个数值的平均值应不低于规定值，允许其中两个试样低的平均值应不低于规定值，允许其中两个试样低于规定值但低于规定值于规定值但低于规定值70%70%的试样只允许一个。的试样只允许一个。中心物理室济钢技术监督处中心物理室 影响冲击性能测定的主要因素 试验环境 温度与冲击试样定位 与材料有关的因素 夹杂，偏析，裂纹，冶金和热加工缺陷 与样品取样和制备有关的因素 纵向试样数值高，缺口加工质量不好性能下 降，试样尺寸 试验机精度 济钢技术监督处中心

15、物理室济钢技术监督处中心物理室第第3 3章章 金属弯曲试验金属弯曲试验 弯曲试验也是生产上常用的一种方法，主要用来检验材料在受弯弯曲试验也是生产上常用的一种方法，主要用来检验材料在受弯曲载荷作用时的抗弯强度以及塑形变形的大小。曲载荷作用时的抗弯强度以及塑形变形的大小。 弯曲试验和拉伸试验相比，能明显地显示脆性材料或低塑性材料的弯曲试验和拉伸试验相比，能明显地显示脆性材料或低塑性材料的塑性。塑性。 弯曲试验时，试样横截面上的应力应变分布不均，表面的应力应变弯曲试验时，试样横截面上的应力应变分布不均，表面的应力应变最大，可以较明显的反映材料的表面缺陷情况，常用来检查钢材的表最大，可以较明显的反映材

16、料的表面缺陷情况，常用来检查钢材的表面质量。面质量。为什么现在弯曲试验的量这么小呢？为什么现在弯曲试验的量这么小呢？ 完全的脆性材料或表面不好的完全的脆性材料或表面不好的钢材不会太多，因此只在认证、钢材不会太多，因此只在认证、特殊钢种或弯心较小的情况下特殊钢种或弯心较小的情况下应用的多应用的多济钢技术监督处中心物理室济钢技术监督处中心物理室支辊间距离的选择支辊间距离的选择(3 )0.5ldaa济钢技术监督处中心物理室济钢技术监督处中心物理室 如不能直接达到规定的弯曲角度或弯心半径达不到的，如不能直接达到规定的弯曲角度或弯心半径达不到的，应将试样置于两平行压板之间，连续施加压力使其两端进应将试样置于两平行压板之间，连续施加压力使其两端进一步弯曲知道达到规定的弯曲角度。试验可以加垫块。一步弯曲知道达到规定的弯曲角度。试验可以加垫块。济钢技术监督处中心物理室济钢技术监督处中心物理室济钢技术监督处中心物理室济钢技术监督处中心物理