第二章_金属材料的损坏与塑性变形2

1、2-1 金属材料的损坏与塑性变形金属材料的损坏与塑性变形 思 考生活中有很多机械零件由于受力过大而破坏，失去了工作的能力，大家身边有什么类似的例子？ 零件在外力作用下形状和尺寸所发生的变化 称为变形。 分类： 弹性变形和塑性变形断裂： 零件在外力的作用下发生开裂和折断称为断裂。磨损: 因摩擦而使零件的尺寸、表面形状和质量发生 变化的现象称为磨损。塑性变形也有有利的一面。一、与变形相关的几个概念一、与变形相关的几个概念1、载荷 金属材料在加工及使用过程中所受的外力 称为载荷。根据作用性质分类静载荷：如吊车悬吊重物。冲击载荷：列车通过火车桥梁。交变载荷：火车车轮。2、内力 工件或材料在受到外部载荷

2、作用时，为使其不变形，在材料内部产生的一种与外力相对抗的力，称为内力。3、应力 单位横截面面积上的内力称为应力。SFR R应力，Pa。F外力，N。S横截面面积，m2 。二、金属的变形二、金属的变形金属变形的分类弹性变形：外力消失后变形消失，金属恢复到原来的形状。弹塑性变形：一部分发生弹性变形，一部分发生塑性变形。断裂：破坏，不能再恢复。金属的塑性变形受到下列因素的影响：1、晶粒位向的影响2、晶界的作用3、晶粒大小的影响三、金属材料的冷塑性变形与加工硬化三、金属材料的冷塑性变形与加工硬化加工硬化的概念：冷塑性变形除了使晶粒的外形发生变化外，还会使晶粒内部的位错密度增加，晶格畸变加剧，从而使金属随

3、着变形量的增加，其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降，这种现象称为“形变强化”或“加工硬化”。2-2金属的力学性能金属的力学性能金属材料必须具有一种承受机械载荷而不超过许可变形或不破坏的能力，这种能力就是材料的力学性能。力学性能指标：强度、塑性、硬度、 冲击韧性、疲劳强度。一、强度一、强度金属在静载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。强度大小用应力表示。根据载荷作用方式不同分类：抗拉强度、抗压强度、抗剪强度、抗扭强度和抗弯强度。抗拉强度通过拉伸实验测定。1、拉伸试样 圆形、矩形、六方形。 L0=5d 短试样，L0=10d 长试样2、力伸长曲线3、强度指标（1）屈服强度0SFReLeLReL

4、试样的下屈服强度，MPa。FeL试样屈服时的最小载荷，N。S0试样原始横截面面积，mm2 。（2）抗拉强度Rm0SFRmmRm抗拉强度，MPa。Fm试样在屈服阶段后所能抵抗的最打载荷，N。S0试样原始横截面面积，mm2 。二、塑性二、塑性材料受力后在断裂之前产生塑性变形的 能力称为塑性。1、断后伸长率A%10000LLLAuL0试样原始标距长度，mm。Lu试样拉断后的标距长度，mm。2、断面收缩率Z%10000SSSZuS0试样原始横截面面积，mm2 。Su试样拉断后缩颈处的横截面面积，mm2 。金属材料的断后伸长率和断面收缩率越高，其塑性越好。三、硬度三、硬度 材料抵抗局部变形，特别是塑性变

5、形、压痕或划痕的能力称为硬度。常用的硬度实验法有布氏硬度实验法、洛氏硬度实验法、维氏硬度实验法。1、布氏硬度（1）布氏硬度的定义使用一定直径的硬质合金球体，以规定的实验力压入试样表面，并保持规定时间后卸去实验力，然后用测量表面压痕直径来计算硬度。布氏硬度值是用球面压痕单位面积上所承受的平均压力来表示，单位MPa。用符号HBW）表示。)(2102. 022dDDDFSFHBWS球面压痕表面积，mm2；F实验力，N；D压头直径，mm；D压痕平均直径，mm。一般情况不用计算，而是根据压痕直径查表得出布氏硬度值。（2）布氏硬度的表示方法符号HBW之前的数字为硬度值，符号后面按以下顺序用数字表示实验条件

6、。1）球体直径2）实验力3）实验力保持的时间（1015s不标注）例如：170HBW10/1000/30表示用直径10mm的钢球，在9807N的实验力作用下，保持30s时测得的布氏硬度值为170。（3）应用范围及优缺点布氏硬度主要适用于测定灰铸铁、有色金属、各种软钢等硬度不是很高的材料。优点：试验力大、球体直径大，压痕直径大，能准确反映出金属材料的平均性能。缺点：操作时间长，不宜于测量成品及薄件。2、洛氏硬度（1）洛氏硬度的定义 洛氏硬度实验是目前应用范围最广的硬度实验方法。它是采用直接测量压痕深度来确定硬度值的。 采用金刚石圆锥体或淬火钢球压头，压入金属表面后，经规定保持时间后卸除主试验力，以

7、测量的压痕深度来计算洛氏硬度值。 （2）洛氏硬度的表示方法 符号HR前面的数字表示硬度值。HR后面的字母表示不同的洛氏硬度标尺。（3）常用洛氏硬度标尺及其适用范围：HRA适用于测量硬质合金、表面淬火层或渗碳层；HRB适用于测量有色金属和退火、正火钢等；HRC适用于测量调质钢、淬火钢等。洛氏硬度操作简便、迅速，应用范围广，压痕小，硬度值可直接从表盘上读出，所以得到更为广泛的应用。（4）洛氏硬度实验法的优缺点优点：操作简单迅速，能直接从刻度盘上读出硬度值；压痕较小，可以测定成品及较薄工件；测试的硬度值范围大，可测从很软到很硬的金属材料。缺点：压痕小，当材料的内部组织不均匀时，硬度数据波动较大，测量

8、值的代表性差，通常需要在不同部位测试数次，取其平均值来代表金属材料的硬度。四、冲击韧性四、冲击韧性金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧性。材料的冲击韧性用一次摆锤冲击弯曲实验来测定。试样规格：U形或V形缺口的式样。试样从一定高度被击断后，缺口处单位横截面面积上吸收的功，即表示冲击韧度值。0SAkkk冲击韧度，J/cm2，k值越大，材料的冲击韧性越好；Ak冲击吸收功，J；S0试样缺口处的横截面面积，cm2 。2-3金属的工艺性能金属的工艺性能一、铸造性能一、铸造性能 铸造性能是指铸造成形过程中获得外形准确、内部健全铸件的能力。 铸造性能主要取决于金属的流动性、收缩性和偏析倾向等。1、

9、流动性 熔融金属的流动能力称为流动性。 影响流动性的因素主要是化学成分和浇注的工艺条件。2、收缩性 铸造合金由液态凝固和冷却至室温的过程中，体积和尺寸减小的现象称为收缩性。3、偏析倾向 金属凝固后，内部化学成分和组织不均匀的现象称为偏析。二、锻压性能二、锻压性能 用锻压成形方法获得优良锻件的难易程度称为锻压性能。 用塑性和变形抗力综合衡量锻压性能。塑性越好，变形抗力越小，锻压性能越好。三、焊接性能三、焊接性能 焊接性能是指金属材料对焊接加工的适应性，也就是在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。 焊接性能主要与其化学成分有关。 四、切削加工性能及热处理性能四、切削加工性能及热处理性能1、切削加工性能 切削金属材料的难易程度称为材料的切削加工性能。 一般材料具有适当硬度和