金属的机械性能及其测量方法

关于金属的机械性能及其测量方法第1页，共33页，2023年，2月20日，星期六课题一:金属的机械性能及其测量方法第2页，共33页，2023年，2月20日，星期六⑴定义:指金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。

⑵应用:强度是机械零件(或工程构件)在设计、加工、使用过程中的主要性能指标，特别是选材和设计的主要依据。

一.强度

1.强度的概念:第3页，共33页，2023年，2月20日，星期六⑴拉伸试样(GB/T228-2002)

⑵力—伸长曲线(以低碳钢试样为例):拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线

⑶应力应变曲线

一.强度

2.强度的测定——拉伸实验第4页，共33页，2023年，2月20日，星期六长试样：L0=10d0短试样：L0=5d0拉伸试样(GB/T228-2002)第5页，共33页，2023年，2月20日，星期六圆形拉伸试样的外形尺寸doDRh一般D螺纹D一般R螺纹R一般h螺纹h2545M36512.530402034M3051025301528M2447.520251016M164510158131233.51012511M933.51010第6页，共33页，2023年，2月20日，星期六圆形拉伸试样标距L0内的允许偏差公称直径d0L0d0max-d0min<10±0.1±0.10.02≥10±0.2±0.10.05第7页，共33页，2023年，2月20日，星期六弹性变形阶段屈服阶段强化阶段颈缩现象力—伸长曲线<低碳钢试样>第8页，共33页，2023年，2月20日，星期六力—伸长曲线<铸铁试样>第9页，共33页，2023年，2月20日，星期六ΔLF0

脆性材料的拉伸曲线<与低碳钢试样相对比>脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象

第10页，共33页，2023年，2月20日，星期六⑴屈服点:在拉伸试验过程中,载荷不增加,试样仍能继续伸长时的应力,用符号σs表示。对于无明显屈服现象的脆性材料,其屈服点为试样卸除载荷后,其标距部分的残余伸长率达到试样标距长度的0.2%时的应力,用符号σ0.2表示。⑵抗拉强度:材料在断裂前所能承受的最大应力,用符号σb表示

一.强度

3.强度指标第11页，共33页，2023年，2月20日，星期六FsA0σs=屈服点

应用:σs和σ0.2常作为零件选材和设计的依据。脆性材料的屈服点:ΔLF0F0.20.2%L0F0.2A0σ0.2=计算公式:第12页，共33页，2023年，2月20日，星期六

σb=FbA0抗拉强度应用:脆性材料制作机械零件和工程构件时的选材和设计的依据计算公式:第13页，共33页，2023年，2月20日，星期六应力-应变曲线图第14页，共33页，2023年，2月20日，星期六1.定义:金属材料断裂前发生永久变形的能力。

2.衡量指标:⑴伸长率:试样拉断后,标距的伸长与原始标距的百分比⑵断面收缩率:试样拉断后,颈缩处的横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比

二.塑性

第15页，共33页，2023年，2月20日，星期六伸长率(δ)l1-l0l0×100%δ=l1——试样拉断后的标距(mm)l0——试样的原始标距(mm)第16页，共33页，2023年，2月20日，星期六断面收缩率(Ψ)S0-S1S0Ψ=×100%S0——试样原始横截面积(mm2)S1——颈缩处的横截面积(mm2)第17页，共33页，2023年，2月20日，星期六1.定义:金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力2.冲击试样3.冲击试验原理及方法

三.韧性

第18页，共33页，2023年，2月20日，星期六

计算公式:Ak=GH1

-GH2

=G(H1

-H2)试样被冲断过程中吸收的能量即冲击吸收功(Ak)等于摆锤冲击试样前后的势能差。试验过程如图所示:冲击韧度(ak):冲击吸收功除以试样缺口处截面积冲击试验原理及方法第19页，共33页，2023年，2月20日，星期六1.布氏硬度:原理、应用、优缺点、实验2.洛氏硬度:原理、应用、优缺点、实验

四.硬度

3.维氏硬度:原理、应用、优缺点、实验第20页，共33页，2023年，2月20日，星期六布氏硬度=

PA凹=2PπD[D-（D²-d²）½]布氏硬度1.原理:第21页，共33页，2023年，2月20日，星期六2.应用:测量比较软的材料。⑴测量范围:HBS<450、HBW<650的金属材料⑵检测面表面粗糙度:Ra≤0.8⑶试件或零件的最小厚度≥10d⑷压痕中心应距试样边缘的距离≥5d布氏硬度3.优缺点:压痕大、测量准确,但不能测量成品件第22页，共33页，2023年，2月20日，星期六4.实验(录像)布氏硬度第23页，共33页，2023年，2月20日，星期六1.原理:

加初载荷加主载荷卸除主载荷读硬度值洛氏硬度第24页，共33页，2023年，2月20日，星期六2.应用范围:常用洛氏硬度标度的试验范围20~671500N120°金刚石圆锥体HRC25~1001000N1.588mm钢球HRB60~85600N120°金刚石圆锥体HRA洛氏硬度硬质合金、碳化物、表面淬火钢、硬化薄钢板铜合金、退火钢、铝合金、可锻铸铁淬火钢、冷硬铸铁、珠光体、可锻铸铁、钛合金第25页，共33页，2023年，2月20日，星期六⑴优点:操作简便、迅速,效率高,可直接读出硬度数值,主要用于测量成品件及高硬度的材料⑵缺点:压痕小,当材料内部组织不均匀时,硬度数值波动较大,需在不同部位测试多次,再取其平均值3.优缺点:洛氏硬度第26页，共33页，2023年，2月20日，星期六4.实验(录像)洛氏硬度第27页，共33页，2023年，2月20日，星期六1.原理:

维氏硬度

维氏硬度试验原理与布氏硬度试验原理相似。区别在于维氏硬度的压头是两相对面夹角为136°的正四棱锥金刚石。试验时，在规定试验力F的作用下，压头压入试件表面，保持一定时间后，卸除试验力，测量压痕两对角线长度，求其平均值d，用以计算出压痕表面积。单位压痕表面积所承受试验力的大小即为维氏硬度值，用符号HV表示。

HV=0.1891

Fd2第28页，共33页，2023年，2月20日，星期六2.应用:测量金属镀层、薄片材料和化学热处理后的表面硬度维氏硬度3.优缺点:⑴优点:试验力小,压痕深度浅,轮廓清晰,数字准确可靠;试验力可在很大范围内选择(49.03～980.8N),可测量从很软到很硬的材料⑵缺点:操作缓慢、效率低,对试样表面质量要求较高第29页，共33页，2023年，2月20日，星期六

五.热处理零件的质量检验类别第30页，共33页，2023年，2月20日，星期六表1最终热处理各类制件硬度和机械性能检验

热处理制件检验类别<HB5013-1996>类别检验项目硬度机械性能Ⅰ100%100%从每个制件余量上截取试样Ⅱ100%同熔炼号的每热处理炉次抽查制件或试样,大制件按熔炼号或按同熔炼号的热处理炉批抽查制件或试件(以Ⅱ大表示)Ⅲ100%不检验Ⅳ10%不检验第31页，共33页，2023年，2月20日，星期六

热处理制件检验类别<HB5013-1996>注意:⑴对于图样中只注有拉伸强度要求者,热处理后,允许用硬度检验代替⑵用作制造小制件的棒材或管材等热处理后,应100%检验硬度.长