第一章 金属材料的力学性能

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1、第一章金属材料的力学性能第一章金属材料的力学性能第一节强度与塑性第一节强度与塑性第二节硬度第二节硬度第三节冲击韧度第三节冲击韧度第四节疲劳第四节疲劳第一节强度与塑性第一节强度与塑性一、拉伸试验一、拉伸试验 金属材料的强度、塑性是依据国家标准（金属材料的强度、塑性是依据国家标准（）通过静拉伸试验测定的。它是把一定尺寸和形状的试样）通过静拉伸试验测定的。它是把一定尺寸和形状的试样装夹在拉伸试验机上，然后对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试装夹在拉伸试验机上，然后对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止。样拉断为止。拉伸试样拉伸试样 国家标准国家标准对试样的形状、尺寸及对试样的形状、尺寸及加工要求均有

2、规定。标准试样的截有圆形和矩形两种，圆形试样加工要求均有规定。标准试样的截有圆形和矩形两种，圆形试样用的较多，圆形试样有短试样和长试样。拉伸前后的试样如用的较多，圆形试样有短试样和长试样。拉伸前后的试样如图图-所示。所示。下一页返回第一节强度与塑性第一节强度与塑性力力伸长曲线伸长曲线 在拉伸试验过程中，试验机可自动记录载荷与伸长量之间的在拉伸试验过程中，试验机可自动记录载荷与伸长量之间的关系，并得出以载荷为纵坐标、伸长量为横坐标的图形，即力关系，并得出以载荷为纵坐标、伸长量为横坐标的图形，即力伸长曲线。如伸长曲线。如图图-所示为退火后的低碳钢力所示为退火后的低碳钢力伸长曲线。伸长曲线。 由图可

3、看出，低碳钢在拉伸过程中，其载荷与伸长量关系可由图可看出，低碳钢在拉伸过程中，其载荷与伸长量关系可分为以下几个阶段：分为以下几个阶段：（）弹性变形阶段（）弹性变形阶段（）微量塑性变形阶段（）微量塑性变形阶段（）屈服阶段（）屈服阶段（）均匀塑性变形阶段（）均匀塑性变形阶段（）局部塑性变形及断裂阶段（）局部塑性变形及断裂阶段上一页下一页返回第一节强度与塑性第一节强度与塑性二、强度二、强度 强度是指金属材料在载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力，强度是指金属材料在载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力，当金属材料受载荷作用而未引起破坏时，其内部产生和载荷相平当金属材料受载荷作用而未引起破坏时，其内部产生和

4、载荷相平衡的力称为内力。材料单位面积上的内力称为应力。强度的大小衡的力称为内力。材料单位面积上的内力称为应力。强度的大小是以材料所能承受的应力大小来表示的。是以材料所能承受的应力大小来表示的。屈服点与屈服强度屈服点与屈服强度 金属材料开始产生屈服现象时的最低应力值称屈服点，用符金属材料开始产生屈服现象时的最低应力值称屈服点，用符号号表示。表示。上一页下一页返回第一节强度与塑性第一节强度与塑性 有些金属材料在拉伸时没有明显的屈服现象，无法测定其屈有些金属材料在拉伸时没有明显的屈服现象，无法测定其屈服点服点，按，按规定，可用屈服强度规定，可用屈服强度 来表示该材料开始产生塑性变形时的最低应力值。如

5、来表示该材料开始产生塑性变形时的最低应力值。如图图所示。所示。抗拉强度抗拉强度 金属材料在断裂前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用符金属材料在断裂前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用符号号表示。表示。上一页下一页返回第一节强度与塑性第一节强度与塑性 是表示塑性材料抵抗大量均匀塑性变形的能力，脆性材是表示塑性材料抵抗大量均匀塑性变形的能力，脆性材料在拉伸过程中，一般不产生颈缩现象，因此抗拉强度料在拉伸过程中，一般不产生颈缩现象，因此抗拉强度就是材就是材料的断裂强度。用脆性材料制造机器零件或工程构件时，常以料的断裂强度。用脆性材料制造机器零件或工程构件时，常以作为选材和设计的依据，并选用适当的安全

6、系数。作为选材和设计的依据，并选用适当的安全系数。三、塑性三、塑性 金属材料在载荷作用下，断裂前产生不可逆永久变形的能力金属材料在载荷作用下，断裂前产生不可逆永久变形的能力称为塑性。塑性的大小用伸长率称为塑性。塑性的大小用伸长率和断面收缩率和断面收缩率表示。表示。上一页下一页返回第一节强度与塑性第一节强度与塑性 金属材料塑性的好坏对零件的加工和使用都具有重要的意义。金属材料塑性的好坏对零件的加工和使用都具有重要的意义。塑性好的材料不仅能顺利进行锻压、轧制等成形工艺，而且在使塑性好的材料不仅能顺利进行锻压、轧制等成形工艺，而且在使用时万一超载，由于塑性变形而能避免突然断裂，从而提高材料用时万一超

7、载，由于塑性变形而能避免突然断裂，从而提高材料使用的安全可靠性。所以，大多数机器零件除要求具有足够的强使用的安全可靠性。所以，大多数机器零件除要求具有足够的强度外，还必须具有一定的塑性。一般说来，伸长率达或断面度外，还必须具有一定的塑性。一般说来，伸长率达或断面收缩率达的材料，即可满足绝大多数零件的要求。收缩率达的材料，即可满足绝大多数零件的要求。上一页返回第二节硬度第二节硬度一、布氏硬度一、布氏硬度试验原理试验原理 试验原理如试验原理如图图-所示。用直径为犇的硬质合金球，在规定所示。用直径为犇的硬质合金球，在规定试验力下压入试样表面，保持规定的时间后卸除试验力，在试样试验力下压入试样表面，保

8、持规定的时间后卸除试验力，在试样表面留下球形压痕。用球面压痕单位面积上所承受的平均压力表表面留下球形压痕。用球面压痕单位面积上所承受的平均压力表示布氏硬度值。布氏硬度用符号表示。示布氏硬度值。布氏硬度用符号表示。下一页返回第二节硬度第二节硬度表示方法表示方法 布氏硬度的单位为，但习惯上只标明硬度值，而不标布氏硬度的单位为，但习惯上只标明硬度值，而不标注单位，其表示方法为：在符号前写出硬度值，符号后面注单位，其表示方法为：在符号前写出硬度值，符号后面依次有相应数字注明压头直径、试验力和保持时间（依次有相应数字注明压头直径、试验力和保持时间（不标注）。不标注）。试验优缺点及应用范围试验优缺点及应用

9、范围 布氏硬度试验压痕面积较大，能反映出较大范围内材料的平布氏硬度试验压痕面积较大，能反映出较大范围内材料的平均硬度，测得结果较准确、稳定，但操作不够简便。又因压痕大，均硬度，测得结果较准确、稳定，但操作不够简便。又因压痕大，对金属表面的损伤大，故不宜测试薄件或成品件。目前主要用来对金属表面的损伤大，故不宜测试薄件或成品件。目前主要用来测定有色金属及退火、正火、调质钢的原材料、半成品及性能不测定有色金属及退火、正火、调质钢的原材料、半成品及性能不均匀的材料（如铸铁）。均匀的材料（如铸铁）。上一页下一页返回第二节硬度第二节硬度二、洛氏硬度二、洛氏硬度试验原理试验原理 试验原理如试验原理如图图-所

10、示。用顶角为所示。用顶角为的金刚石圆锥体的金刚石圆锥体或直径为或直径为的淬火钢球做压头，以规定的试验力使的淬火钢球做压头，以规定的试验力使其压入试样表面。试验时，先加初试验力，然后加主试验力。在其压入试样表面。试验时，先加初试验力，然后加主试验力。在保留初试验力的情况下，根据试样表面压痕深度，确定被测金属保留初试验力的情况下，根据试样表面压痕深度，确定被测金属材料的洛氏硬度值。材料的洛氏硬度值。常用洛氏硬度标尺及适用范围常用洛氏硬度标尺及适用范围 为了能用一种硬度计测量较大范围的硬度，洛氏硬度采用了为了能用一种硬度计测量较大范围的硬度，洛氏硬度采用了常用的三种硬度标尺，分别以、表示，其常用的三

11、种硬度标尺，分别以、表示，其中应用最广，一般经淬火处理的钢或工具都采用测中应用最广，一般经淬火处理的钢或工具都采用测量。洛氏硬度的试验条件和应用范围见量。洛氏硬度的试验条件和应用范围见表表-。上一页下一页返回第二节硬度第二节硬度试验优缺点试验优缺点 洛氏硬度试验测量硬度范围大，操作简便、迅速，效率高，洛氏硬度试验测量硬度范围大，操作简便、迅速，效率高，可直接从硬度计上读出硬度值。由于压痕小，不会损伤试件表面，可直接从硬度计上读出硬度值。由于压痕小，不会损伤试件表面，故可直接测量成品或较薄工件。但因压痕小，对内部组织和硬度故可直接测量成品或较薄工件。但因压痕小，对内部组织和硬度不均匀的材料，所测