中职《金属加工与实训－基础常识与技能训练》 第1章 金属材料的力学性能 云天课件

P.10课件制作：重庆市涪陵区职教中心数控组

胡云天全国中职机械类规划新教材（高教版）－－基础常识与技能训练

第1章金属材料的力学性能

（动画版）（第2版）《金属加工与实训》任务描述第1章金属材料的力学性能P.10

本章主要介绍金属材料力学性能指标的分类、含义、使用范围等内容。在学习中,要注意以下几个方面:第一，要准确理解有关名词的定义；第二，要学会利用掌握的知识对日常生活中的现象进行分析和思考，试一试能否用学到的理论知识对遇到的实际问题或现象进行科学解释。P.10第1章金属材料的力学性能

强度与塑性金属材料的力学性能力学性能的概念拉伸试验过程分析强度塑性硬度布氏硬度HB洛氏硬度HR(C)维氏硬度HV

韧性冲击试样摆锤冲出试验温度对吸收能量的影响疲劳强度疲劳现象疲劳强度本章知识结构教学要求P.10

通过实验或采用多媒体等教学手段：

（1）理解金属材料的力学性能及强度、塑性、硬度、韧性的概念；

（2）了解金属疲劳的现象。第1章金属材料的力学性能P.10第1章金属材料的力学性能金属材料性能使用性能工艺性能

物理、化学性能力学性能强度、塑性、硬度…….金属材料性能金属材料在给定外界条件下的抵抗能力。铸、锻、焊、切削加工…….

力学性能：是指金属材料在外力作用下表现出来的一系列性能指标，又称机械性能。

力学性能主要包括强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。P.10第一节金属材料的强度与塑性

一、力学性能的概念

内力：导致物体内部之间产生的相互作用的力，单位N；

应力：单位面积上的内力

；

应变：由外力所引起的物体原始尺寸或形状的相对变化。

金属材料的力学性能,是评定金属材料质量的主要依据,也是金属构件设计时选材和进行强度计算的主要依据。P.10第一节金属材料的强度与塑性

二、拉伸试验过程分析

拉伸试验:强度、塑性指标获得的方法.

试样、试验机

试验结果：拉伸曲线拉伸试验机拉伸试样P.11第一节金属材料的强度与塑性

二、拉伸试验过程分析

载荷F和伸长量⊿L之间的关系曲线，称为拉伸曲线。

曲线的几个变形阶段：弹性变形阶段

屈服阶段强化阶段明显塑性变形阶段缩颈阶段试样发生断裂拉伸曲线P.11第一节金属材料的强度与塑性

三、强度

1.屈服强度和规定残余延伸强度

屈服强度

表示在外力作用下，材料刚开始产生塑性变形时的最小应力值，以ReL

表示，即:

屈服强度是工程技术上重要的力学性能试验指标之一,也是大多数机械零件选材和设计的依据。

强度强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力.P.11第一节金属材料的强度与塑性

三、强度

残余延伸强度

一些脆性材料（如高碳钢、铸铁等）,没有明显的屈服现象，可用残余延伸强度来代替其屈服强度。

1.屈服强度和规定残余延伸强度P.11第一节金属材料的强度与塑性

三、强度

2.抗拉强度

抗拉强度也是工程技术上重要的力学性能试验指标之一,是脆性材料（如铸铁等）零件选材和设计的依据。

抗拉强度是指拉伸试样拉断前所承受的最大标称拉应力,用符号Rm表示。P.11第一节金属材料的强度与塑性

四、塑性

塑性是金属在外力作用下，断裂前产生永久变形而不被破坏的能力。

塑性指标也由拉伸曲线试验数据确定，有断后伸长率和断面收缩率两个指标。

1.断后伸长率试样拉断后标距长度的伸长量与其原始标距之比值的百分率，用符号A表示。

P.11第一节金属材料的强度与塑性

四、塑性

2.断面收缩率试件拉断后断口处（缩紧处）横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，用符号Z

表示。

材料的塑性表示材料在断裂前能够发生塑性变形的程度，对材料的加工性能（如锻压性等）影响较大，通常要求机械零件除强度外，还要具有一定的塑性。

按材料的塑性不同，可把材料分为：

塑性材料：A>5%,以低碳钢为代表，还有金、银、形变铝、黄铜等。

脆性材料：A<5%,以铸铁为代表，还有淬火钢、铸铝、青铜等。P.14第二节金属材料的硬度

硬度是衡量软硬程度的指标，表示抵抗局部变形和破坏的能力，是重要的力学性能指标之一。

硬度指标分类：洛氏硬度、布氏硬度和维氏硬度，其中应用最广泛的是洛氏硬度HRC和布氏硬度HB。

硬度应用广泛：试验基本上不损伤工件,操作简便、迅速,可直接在工件上进行测试；同时,硬度又是一项综合力学性能指标,

硬度高低与强度和塑性相关；而且，硬度高低与零件耐磨性正相关；因此,在零件图上经常标注出各种硬度指标作为技术要求。试验方法：车间现场常用压入法测定硬度，也有其它方法。P.14第二节金属材料的硬度

一、布氏硬度（HBW）

布氏硬度

其试验原理是用一定直径的硬质合金球,以匹配的试验力压入试样表面,保持规定的时间后,卸除试验力,测量试样表面的压痕直径d,然后根据压痕直径d计算其硬度值的方法。

布氏硬度指标

HBW

布氏硬度标注

P.15第二节金属材料的硬度

一、布氏硬度（HBW）

试验时金属材料表面压痕大,能在较大范围内反映被测金属材料的平均硬度,测得的硬度值比较准确,数据稳定。

但由于压痕较大,对金属表面的损伤较大,

不宜测定太小或太薄的试样。

试验主要用于测定原材料的硬度,如铸铁、非铁金属、经退火处理或正火处理的金属材料及其半成品。

布氏硬度试验的特点

布氏硬度应用P.15第二节金属材料的硬度

二、洛氏硬度（HR）

洛氏硬度

其试验原理是将锥角为120°的金刚石圆锥体或球(淬火钢球或硬质合金球)，分两个步骤压入试样表面,经规定保持时间后,卸除主试验力,测量在初试验力下的残余压痕深度,根据试样残余压痕深度增量来衡量试样硬度的大小。

洛氏硬度指标有三个标尺：HRA、HRB、HRC（多用）

洛氏硬度标注50HRC

如：淬火硬度50HRC、刀具硬度62HRC洛氏硬度计P.15第二节金属材料的硬度

二、洛氏硬度（HR）

洛氏硬度试验特点：

洛氏硬度应用：

硬度试验压痕小，表面损伤小,常用来直接检验成品或半成品零件的硬度,尤其是经过淬火处理的零件,

常采用洛氏硬度计进行测试；

另外,试验操作简便,可直接从试验机上读取硬度值。但是,由于压痕小，硬度值的准确性不如布氏硬度高,数据重复性差。因此,在测试时要选取不同位置的三点测出硬度值,将三点硬度的平均值作为被测金属材料的洛氏硬度值。洛氏硬度是生产中广泛应用的一种硬度试验方法，HRC标尺多用于测定淬火钢、工具（刃具、量具、模具）的硬度。P.16第二节金属材料的硬度三、维氏硬度（HV）

维氏硬度

维氏硬度的测定原理与布氏硬度的测定原理相似,用正四棱锥体金刚石作为压头,在规定试验作用下,压入试样表面,保持规定时间后,卸除试验力,用测微仪器测出压痕的对角线长度,

查硬度值表即可得出维氏硬度值。

维氏硬度指标HV5-1000，一个指标从极软到极硬拉通。

维氏硬度标注如：640HV30

维氏硬度试验特点：维氏硬度试验法适用范围宽,从很软的材料到很硬的材料都可以测量,其测量结果精确可靠。但测取维氏硬度操作较麻烦，对试样表面的质量要求也高,测

量效率较低。因此,维氏硬度没有布氏、洛氏硬度使用方便。

维氏硬度试验主要用于精密、极薄板、渗碳层深度以及科研实验室等场合。

P.17第三节金属材料的韧性工作在冲击载荷作用下的零件，如锻锤的锤杆、冲床的冲头等。这些零件除要求具备足够的强度、塑性、硬度外,还应有足够的韧性。

韧性

是金属材料在断裂前吸收变形能量的能力。

冲击试验金属材料韧性的大小通常采用吸收能量K(单位为焦耳)指标来衡量,而测定金属材料的吸收能量,通常采用夏比摆锤冲击试验方法来测定。P.17第三节金属材料的韧性一、夏比摆锤冲击试样

夏比摆锤冲击试样有V形缺口试样和U形缺口试样两种

，在试样上开缺口的目的:

在缺口附近造成应力集中,并保证在缺口处发生断裂,以便正确测定金属材料承受冲击载荷的能力。

试样安放

装置示意图

冲击实验装置示意图二、夏比摆锤冲击试验方法

夏比摆锤冲击试验是在摆锤式冲击试验机上进行的。

韧性指标：冲击功KV2=Epv1–Epv2

三、温度对吸收能量的影响

冷脆现象：当温度越低时，金属材料的韧性下降，脆性就增大。P.20第四节金属材料的疲劳强度

一、疲劳现象

循环（交变）应力

疲劳现象

载荷的形式不仅有静载荷、冲击载荷,还有循环载荷（循环应力）。常见的循环应力是对称循环应力，其应力的大小、方向都随时间发生周期性变化的应力

。

部分机械零件(如轴、齿轮、弹簧等)是在循环应力作用下工作的。零件在低于材料的屈服强度的循环应力作用下,经过一定工作时间后会发生突然断裂,这种现象称为金属材料的疲劳。注意：疲劳破坏不同于零件一次超载引起的强度破坏。P.20第四节金属材料的疲劳强度

一、疲劳现象

疲劳破坏的危害

疲劳断口疲劳断口特征明显，有疲劳源、疲劳裂纹扩展区（光滑、面积较大）、最后脆断区（粗糙新断，面积较小）。在工作应力低于正常值下发生突然断裂，断前无预兆，易造成严重事故。机器零件损坏中的80%是疲劳破坏。国家规定20年的轿车强制报废，就有避免零件疲劳的原因。P.20第四节金属材料的疲劳强度

二、疲劳强度

金属材料在循环应力作用下能经受无限多次循环而不的最大应力值称为金属材料的疲劳强度。对结构钢，疲劳强度约为其抗拉强度的二分之一。防止零件发生疲劳破坏的措施：疲劳试验曲线疲劳试验机

疲劳强度：疲劳试验：

影响疲劳强度的因素很多,在设计