金属材料的机械性能

第一章金属材料的机械性能

机械设计中，材料的选择是按结构材料的力学性能－即机械性能来进行选择的。材料的力学性能（机械性能）：即材料抵抗外力的能力。其主要表现为：在静载荷下，动载荷下，特殊状态载荷下的力学性能。第一节静载时材料的机械性能

静载时材料的机械性能指标（力学性能指标），可用静拉伸试验测定。试验中注意：，及应力、应变图（图1－1）等概念。

一，静载时材料的机械（力学)性能

（一）弹性和刚度弹性：在应力、应变图上，如加载后应力不超过，卸载后试样即可完全恢复原状，这种不产生永久变形的性能，称为弹性。弹性极限：（图1－1）上E点的应力值，即不产生永久变形的最大应力值。比例极限：（图1－1）上P点的应力值，即保持应力与应变成正比关系的最大应力值。*与，实用中常取相同值。

刚度：在图1－1上，OP直线的斜率，是材料的弹性模量E，弹性模量E又称为刚度，它是表征材料抵抗产生弹性变形的能力（即衡量材料产生变形难易程度的指标。）。其定义式为：

E愈大，使其产生弹性变形的应力亦愈大，变形愈困难。注：＊E为材料本身的指标，随材料不同而不同。故各种钢材的弹性模量均为：

E＝190000～220000（）

E只取决于材料本身，基本不受热处理、合金化、冷热加工方式的影响。＊E的值，随温度T的升高而降低。（二）强度强度：外力作用下，材料抵抗变形与断裂的能力。衡量强度的指标为：屈服强度，抗拉强度1.

屈服强度：即（图1－1）上，S点的应力，表示材料在外力作用下开始产生塑性变形的最低应力值。零（构）件在工作中一般不允许产生塑性变形。因此,是零（构）件设计计算时的主要参数，是材料选择的重要指标。

2.抗拉强度：即图（1－1）上，B点的应力，是试样在拉断前的最大应力值，同样是零（构）件设计、选材的重要指标。注：＊的比值称为屈强比。屈强比愈小，构件可靠性愈高,但材料利用率愈低。＊热处理、合金化、冷热加工等对的数值会产生很大的影响。

（三）塑性塑性：产生塑性变形但不断裂的性能称为塑性。塑性大小，用伸长率，断面收缩率表示：注：＊，的值愈大，材料塑性愈好。需承受各种变形加工与冲击载荷的零件应具有一定的塑性。

＊，虽然与，，一样，是材料的力学性能指标，但在零（构）件的设计中，却不参与强度计算过程。另：，，，，均为材料的整体强度标。二，硬度---静载时材料的局部机械（力学）性能指标硬度：是指金属表面抵抗其它硬物压入的能力，是材料对局部塑性变形的抗力。随着被测材料的种类，软硬程度、厚薄尺寸的不同，工程上常用的硬度指标有：布氏硬度HB，洛氏硬度HRC，肖氏硬度HV，维氏硬度HS等，各种硬度指标的值之间，可以换算。（一臣）布垦氏硬果度HB定义拌：见薪图1－2，以30缴00栽kg晒f的压冈力P，将笑直径欠为D的淬匆火钢适球压哥入金荐属材陪料表环面，川得到腰压痕贸直径伟为d，则茫载荷p与压解痕面着积的逮比值谈，即暂为布铸氏硬姻度HB值。博实罗际上弹由HB的表暂达式丹可知薯，测改得压湖痕直等径d的数龙值，毒即可牲求出际布氏答硬度揭值。注：太薄宏、太痒硬（HB免45圾0）的太材料臂不易息采用醉布氏亏硬度分。（二颈）洛魔氏硬蜡度洛氏形硬度完，随探测试朋时使利用的侵压头莫及施鬼加压策力的欠不同呜，分净为HR镜A、HR米B、HR敏C等三政种硬矩度指送标，阵最常愧用的您为HR傻C。HR内CP=类15犹0k致gf金刚轮石锥网头（屡顶角茅）宅用压蔑痕深h值标俘定,压痕好越深鼓，硬季度越晨低。HR来AP=狡60月kg复f金刚离石锥像头（去顶角妨）矛用压副痕深h值标价定,压痕热越深定，硬共度越访低。注：HR摘C，HR们A用于铲渗碳鸡层，傲表面件淬火部层，舱硬质打合金材去料的恶硬度西表示练。HR简BP=锄10按0k诞gf或D＝1.器58槐8m摇m钢球址用压灵痕深h值标妥定,压痕受越深蛋，硬跪度越骨低。HR牙B适用沙于软羊铜,铜合菠金材弟料的宵硬度讽表示菠。说明见：1各种胶硬度钞值之笛间有灿换算裁关系知。2材料辜的硬禾度HB与患值略之间绢亦有棕换算关蜜系，飘如：低碳肯钢HB约为高碳侨钢HB约为调质抖合金莫钢HB约为铝铸白件HB约为退火雅青铜龄、黄云铜HB约为这些侄关系游可用径于热骆处理愧后零弱件实旬际赛值振的测坟定，舒即可简用实狮测零灾件硬木度值唤的方施法来百确定关零件把的实妨际强饥度，柜同时趋判断组零件喉的热刘处理妹质量榆。第二注节刷动载明时材歇料的吉机械波性能动载功荷：乒主要怜有两短种形伞式：冲击你：以虽较高触速度句施加淡到零寻件上抬的载赏荷。交变痛载荷萌：其期大小前与方此向作会周期铅性变青化的插载荷赵。一，吨冲小击韧退性（缺）定义散：即违指材服料抵笔抗冲希击的艇能力甲，用酱的岂值表滤示。屡由其春测量孙方法笛（见臭图1－3）确慨定的杀计算云式为而：J/椒cm式中房诚单位商：1晶J/鲜cm＝0.训1k堪gf、m/看cm冲击淘韧性惜（南）座的大脏小，邮除取晨决于污材料善本身忆外，趣还受乱温度匹，试阻样大耻小，始缺口至形状之等的捕影响拾。说明悲：1.不参口与零侨（构妇）件残的设罢计计幻玉算过架程。2.工作框时受与冲击谜的零烈件，瓜进行谦强度盟计算略时,应按湿经验抓选择唇有一椅定颈值伙的材开料。超如：受冲镰击的崇零件张，选兰材49种J即/c浮m一般带载荷雄零件氏，选蓄材酷＝29～49光J销/c棕m3.实际脸中，毯常用待冲击贺试验呈来检养验:①材料坊的组阶织均餐匀性坚、白疼点、吧裂纹祖等。②用猪来检尿验材傍料的咽热处阳理质伟量如速：回生火脆性民，晶丛粒大井小等劣。二，弯疲劳眯强度疲劳仍断裂蔑现象勒：零委件工汇作时夸承受拼交变券载荷振，即饮使交始变应剖力往政往低丧于磁，锈但经一定横循环秀次数后便绿发生截的断毙裂现兽象。原因灶：材蓝料内萌部缺扮陷，排加工铃过程有中的搞外伤技、划掌痕，属设计惰不合割理引症起的应力毕集中等。疲劳单强度猜：指拖在一我定应连力循芒环次啊数下疑，不劈燕发生泰断裂鱼的最突大应玻力。常用均疲劳验强度筐指标折为洋：――对称脏循环论疲劳晓强度――脉动赴循环乖疲劳储强度一定妙应力寻循环谢次数姻：即倾循环血基数N（见算后图1－4），(钢,有色徐金属)。说明册：冲击搅韧性毒（庭），河疲劳含强度阵，都是坝材料闸的整魄体力吹学性浴能。即疲劳距强度威指标姥，是丘零件箭强度拣计算捡、选梯择材嚼料的靠重要宪参数闻。第三值节俘特驻殊状怕态下角材料鉴的机缝械性厦能特殊彼状态贡：指零茄件的衬工作纵环境匙温度纪很高聋，或溉实际轨材料它内部挨存在欢缺陷航时。高温秋：＊室凯温下阴材料脚的力泛学性著能指随标不应能表夹示高句温下普的性谣能。一般险随温石度T上升眼，E，盟，HB值下刊降，贡而认，染值具上升僵。＊设攀计时偏，选左材不脑合理次，零管件高塞温下禽会发唇生蠕绪变。断裂炎韧性刺：指