金属工艺学金属的力学性能

金属工艺学金属的力学性能第一页，共三十五页，2022年，8月28日材料的性能使用性能工艺性能物理性能化学性能

力学性能

热处理性能铸造性能焊接性能锻造性能切削加工性能

第二页，共三十五页，2022年，8月28日材料分类复合材料金属材料陶瓷材料高分子材料第三页，共三十五页，2022年，8月28日第一章金属材料的力学性能

本节重点：金属材料的力学性能主要内容：金属材料的力学性能,包括材料的强度、硬度、塑性、冲击韧性、疲劳强度等。本节难点：各性能指标的物理意义和测定方法第四页，共三十五页，2022年，8月28日第一节拉伸试验及强度和塑性一、拉伸试验及拉伸曲线拉伸试验机第五页，共三十五页，2022年，8月28日第六页，共三十五页，2022年，8月28日第七页，共三十五页，2022年，8月28日拉伸试样的颈缩现象第八页，共三十五页，2022年，8月28日2、应力与应变曲线应力σ：单位面积上试样承受的载荷。这里用试样承受的载荷除以试样的原始横截面积S0表示:

F 载荷(N)σ=——(Mpa) S0

原始横截面积(mm2)应变ε：单位长度的伸长量。这里用试样的伸长量除以试样的原始标距表示:

Δl 伸长量(mm)

ε=——

l0

原始长度(mm)应力－应变曲线（σ-ε曲线）:形状和拉伸曲线相同，单位不同第九页，共三十五页，2022年，8月28日op段：比例弹性变形阶段；pe段：非比例弹性变形阶段；平台或锯齿（s段）：屈服阶段；sb段：均匀塑性变形阶段，是强化阶段。b点：形成了“缩颈”。bk段：非均匀变形阶段，承载下降，到k点断裂。第十页，共三十五页，2022年，8月28日二、常用强度判据强度:

材料在外力作用，抵抗塑性变形和断裂的能力。工程上常用的金属材料的强度指标：规定非比例伸长应力（σp）屈服点（σs）或规定残余伸长应力（σr）抗拉强度(σb)第十一页，共三十五页，2022年，8月28日1、规定非比例伸长应力规定非比例伸长率为0.01%时的应力规定非比例伸长率为0.05%时的应力试验非比例伸长为规定量时的拉力（N）试验原始横截面积（mm2）是一些重要零件设计的力学依据第十二页，共三十五页，2022年，8月28日2、屈服点和规定残余伸长应力产生规定残余伸长时的拉力（N）规定残余伸长应力规定残余伸长率为0.2%时的应力材料屈服时的拉力（N）屈服点（屈服极限）原标准（GB228-76）：屈服强度第十三页，共三十五页，2022年，8月28日3、抗拉强度（曾称强度极限）拉伸过程中最大的拉力（N）抗拉强度：材料在拉伸条件下所能承受最大力的应力值是设计和选材的主要依据之一，是工程技术上的主要强度指标。第十四页，共三十五页，2022年，8月28日三、塑性判据塑性:

材料在外力作用，抵抗塑性变形和断裂的能力。常用的塑性判据：拉伸时的断后伸长率和断面收缩率第十五页，共三十五页，2022年，8月28日1、断后伸长率由于同一材料用不同长度的试样测得的断后伸长率δ数值不同，因此应注明试样尺寸比例。试样拉断后的标距（mm）试样原始标距（mm）第十六页，共三十五页，2022年，8月28日2、断面收缩率试样断裂后缩颈处的最小横截面积（mm2）试样原始截面积（mm2）强度是表征材料变形抗力指标，塑性是描述变形能力的指标。注：第十七页，共三十五页，2022年，8月28日练习题一拉力试样的原标距长度为50mm，直径为10mm，经拉力试验后，将已断裂的试样对接起来测量，若最后的标距长度为71mm，颈缩区的最小直径为4.9mm，试求该材料的伸长率和断面收缩率的值？解：δ５=[（71-50）/50]x100%=42%S0=3.14x(10/2)2=78.5(mm2)S1=3.14x(4.9/2)2=18.85(mm2)Ψ=[(S0-S1)/S0]x100%=24%第十八页，共三十五页，2022年，8月28日练习题二某工厂买回一批材料（要求：бs≥230MPa；бb≥410MPa；δ5≥23%；ψ≥50%）．做短试样（ｌ0=5ｄ0；ｄ0=10mm）拉伸试验，结果如下：Fs=19KN，Fb=34.5KN；l1=63.1mm；d1=6.3mm;问买回的材料合格吗？解：根据试验结果计算如下：бs＝Fs／s０＝(19x1000)/(3.14x52)=242 ＞230MPa бb＝Fb／s０＝(34.5x1000)/(3.14x52)=439.5＞410MP δ5＝[Δl／l0]x100%＝[(63.1-50)/50]x100%=26.2%＞23%ψ＝[ΔS／S0]x100%＝60.31%＞50%材料的各项指标均合格，因此买回的材料合格。第十九页，共三十五页，2022年，8月28日第二节硬度硬度：硬度试验方法压入法

划痕法回跳法指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力（金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力）布氏硬度（HB）洛氏硬度（HR）维氏硬度（HRC）显微硬度莫氏硬度肖氏硬度第二十页，共三十五页，2022年，8月28日一、布氏硬度1、测定原理布氏硬度计

第二十一页，共三十五页，2022年，8月28日试验时，根据被测的材料不同，球直径、试验力及试验力保持时间按表-1选择材料种类布氏硬度范围HBS（HBW）试样厚度/mm0.102球的直径/mm试验力F/KN（kgf)试验力保持时间/s钢、铸铁140-4506～34～2<23010.05.02.529.42(3000)7.355(750)1.839(187.5)12<140>66～31010.05.09.807(1000)2.452(250)12非铁金属>1306～34～2<23010.05.02.529.42(3000)7.355(750)1.839(187.5)3036～1309～36～31010.05.09.807(1000)2.452(250)308～35>62.510.02.452(250)60表1-1布氏硬度试验规范第二十二页，共三十五页，2022年，8月28日2、符号HBS：淬火钢球作压头HBW：硬质合金作压头第二十三页，共三十五页，2022年，8月28日3、表示方法XXXHBS(W)XX/XXX/XX硬度值压头直径（mm2）试验力保持时间（s）试验力（0.102N）500HBW5/750例：表示用直径5mm硬质合金球在7355N试验力作用下保持10~15s测得的布氏硬度值为500120HBS10/1000/30表示用直径10mm钢球压头在9807N试验力作用下保持30s测得的布氏硬度值为120第二十四页，共三十五页，2022年，8月28日布氏硬度试验法一般用于试验各种硬度不高的钢材、铸铁、有色金属等，也用于试验经淬火、回火但硬度不高的钢件。4、适用范围第二十五页，共三十五页，2022年，8月28日二、洛氏硬度测定原理第二十六页，共三十五页，2022年，8月28日硬度符号压头类型载荷F/kg硬度有效范围使用范围HRA金刚石圆锥体6070～85适用于测量硬质合金、钢表、淬火层或渗碳层HRB直径为1.588mm钢球10025～100（相当60～230HB）适用于测量非铁金属退火、退火等HRC金刚石圆锥体15020～67(相当HB230～700)适用于调质钢、淬火钢等试验时，根据被测的材料不同，压头的类型、试验力及按表-2选择，对应的洛氏硬度标尺为HRA、HRB、HRC三种表1-2常用的三种洛氏硬度的试验条件及应用范围2、符号第二十七页，共三十五页，2022年，8月28日3、表示方法硬度值+HR52HRC70HRA例：洛氏硬度HRC可以用于硬度很高的材料，在钢件热处理质量检查中应用最多。4、适用范围第二十八页，共三十五页，2022年，8月28日第三节冲击吸收功在设计和制造受冲击载荷的零件和工具（如锻锤、冲床、铆钉枪等）时，必须考虑所用材料的冲击吸收功或冲击韧度。一、摆锤式一次冲击试验原理摆锤试验机第二十九页，共三十五页，2022年，8月28日

试验在专门的摆锤式冲击试验机上进行，把试样放在试验机的支承面上，试样的缺口背向摆锤冲击方向。将质量为m的摆锤安放到规定的高度H，然后下落，将试样打断，并摆过支点升到某一高度h，试样在冲击试验力一次作用下，折断时所吸收的功为冲击吸收功为Ak。第三十页，共三十五页，2022年，8月28日1、试样冲断时所消耗的冲击功Ak为:

Ak=mgH–mgh(J)2、冲击韧度ak

AK

ak=(J/cm²)Sk二、冲击吸收功和冲击韧度就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。冲击吸收功Ak

作为材料韧性判据，与温度、试样形状、尺寸、表面粗糙度、内部组织和缺陷有关。第三十一页，共三十五页，2022年，8月28日第四节疲劳极限交变应力：是指大小和方向构随时间周期变化的应力。材料的疲劳：材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处产生局部永久性累计损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。在多次交变应力作用，金属会在远小于抗拉强度σb，甚至小于屈服点σs。的应力下失效（出现裂纹或完全断裂）

疲劳破坏的原因：应力集中——微裂纹——扩展——断裂破坏。第三十二页，共三十五页，2022年，8月28日疲劳曲线：实验证明，一般钢铁材料所受交变应力最大值σmax与其失效前的应力循环次数（疲劳寿命）N的曲线关系。第三十三页，共三十五页，2022年，8月28日第五节断裂韧度断裂过程：材料中有微裂纹——受外力—