1、第一章金属的力学性能邓仲春,一、强度强度是指金属抵抗永久变形(塑性变形)和断裂的能力。常用的强度判据是屈服点和抗拉强度。测定强度大小的方法是拉伸试验。,拉伸曲线,材料受外力作用后，导致材料内部之间产生的相互作用力称为内力，其大小和外力相等、方向相反。 单位面积上的内力称为应力，用符号表示。(1)弹性极限试样产生完全弹性变形时所能承受的最大应力。 式中Fe 试样产生完全弹性变形时所能承受的最大拉伸力，单位N。A0试样原始横截面积，mm(2)屈服点 是指试样在试验过程中力不增加还能继续伸长时的应力。 式中Fs 试样产生屈服现象时的拉伸力，单位N。A0试样原始横截面积，单位 mm,是指试样拉断前所能
2、承受的最大拉应力。 式中Fb 试样拉断前所能承受的最大拉伸力，单位N。A0试样原始横截面积，单位 屈强比（S/b） 工程上用的材料，除要求有较高的抗拉强度，还希望有一定的屈强比（S/b ）。屈强比越小，零件可靠性越高，使用中超载不会立即断裂。但屈强比太小，则材料强度的有效利用率降低。,3)抗拉强度,塑性,指断裂前材料发生不可逆永久变形的能力。塑性判断依据是断后伸长率和断面收缩率。 断后伸长率断后伸长率是指试样拉断后的伸长与原始标距的百分比。,式中L0 是试样原始标距长度，mm；Ik是试样拉断后的标距长度，mm。大小与试样尺寸有关。长试样的用10或表示；短试样的用5表示，同一材料的510,断后收
3、缩率断后收缩率是指试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的白分比。 式中Ao是试样原始横截面积；Ak是试样拉断后缩颈处最小横截面积；材料的与的数值越大，表示材料塑性越好，可用锻压等压力加工方法成形；若零件使用中稍有超载，也会因其塑性变形而不致突然断裂，增加了材料使用的安全可靠性。,硬度,硬度是材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力它衡量材料软硬的判据。目前最常用的硬度试验法是布氏硬度试验法、洛氏硬度试验法和维氏硬度试验法。特别说明：各种硬度试验法测得的硬度值不能进行直接比较，必须通过硬度换算表换算成一种硬度值后，方能比较硬度高低。布氏硬度布氏硬度使用直径D的淬火钢球或
4、硬质合金球作压头，以相应的试验力F压入试件表面，经规定的保持时间后，卸除试验力，得到一直径为d的压痕。布氏硬度值即为试验力除以压痕表面积，用符号HBS（用淬火钢球压头）或HBW（用硬质合金压头）表示。,布氏硬度,布氏硬度使用直径D的淬火钢球或硬质合金球作压头，以相应的试验力F压入试件表面，经规定的保持时间后，卸除试验力，得到一直径为d的压痕。布氏硬度值即为试验力除以压痕表面积，用符号HBS（用淬火钢球压头）或HBW（用硬质合金压头）表示。,硬度测量原理,布氏硬度使用直径D的淬火钢球或硬质合金球作压头，以相应的试验力F压入试件表面,硬度值一般不标单位，在符号HBS或HBW之前写出硬度值，符号后用
5、相应数字依次表示压头直径（mm）、试验力（kgf或KN）及保持时间（105秒不标）。例如：140HBS101000030500HBW57500一般在零件图或工艺文件上标柱材料要求的布氏硬度值时，不规定试验条件，只标出要求的硬度范围和硬度符号，例如200230HBS。,布氏硬度试验数据准确、稳定；但测试较麻烦；因压痕大，不宜测试薄件或成品件；因球形压头会发生变形或损坏，不宜测试硬度高的材料。HBS用于测试硬度值小于450的材料；HBW用于测量硬度值在450650范围的材料。布氏硬度主要用来测定铸铁、有色金属、以及退火、正火和调质处理的钢材的硬度，如半成品和原材料。,洛氏硬度,洛氏硬度采用顶角为1
6、20度的金刚石圆锥或直径为1.588mm的淬火钢球做压头，在主试验力作用下压入试件表面的实际深度来表示材料的洛氏硬度值，并规定每压入0.002mm为一个硬度单位。为测试不同硬度范围的试件，洛氏硬度可采用不同的压头和试验力，常用的是HRA、HRB、 HRC三种，其中HRC应用最广。,洛氏硬度测试,洛氏硬度无单位，需标明硬度标尺符号，在符号前面写出硬度值，如60HRC、80HRA、90HRB。洛氏硬度各标尺之间没有对应关系，不能直接比较硬度值的高低。,洛氏硬度无单位，需标明硬度标尺符号，在符号前面写出硬度值，如60HRC、80HRA、90HRB。洛氏硬度各标尺之间没有对应关系，不能直接比较硬度值的
7、高低。洛氏硬度试验操作简单、迅速、压痕小，主要用于测试热处理后硬度较高的成品零件及较薄的工件，对于组织和硬度不均匀的材料，硬度值波动较大，准确性不如布氏硬度值。,韧性与疲劳强度,韧性:韧性是指金属在断裂前吸收变形能量的能力,可用来衡量金属材料抵抗冲击载荷能力。韧性的判据通过冲击试验来测定。,疲劳强度,循环应力：应力的大小和方向随时间作周期性的变化。零件在循环应力作用下，常在远小于该材料的b，甚至小于S强度的情况下发生断裂的现象称为金属的疲劳，金属疲劳的判据是疲劳强度。金属疲劳的原因是零件在循环应力作用下，在一处或几处产生局部永久性累积损伤（显微裂纹），经过一定的循环周次后就会产生裂纹或突然发生断裂。由于疲劳断裂前无明显的塑性变形，断裂是突然发生的，危险性很大。 在工程上，疲劳强度是指在一定的循环次数下不发生断裂的最大应力。一般规定，钢铁材料的应力循环次数取 ，有色金属取 。影响金属疲劳强度的因素很多，如零件的外形、表面质量、受力状态、周围介质等。 合理设计零件结构、避免应力集中、降低表面粗糙度值、进行表面滚压、喷丸处理、表面热处理等，可以提高工件的疲劳强度。,交变应力,
