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1、2-2 金属的力学性能,强度 塑性 硬度 冲击韧性,1,金属的力学性能,金属的力学性能 1.定义： 金属材料在承受外力（静、冲击、交变）作用下，没有超过许可变形或不被破坏的能力称作金属的力学性能。 2.力学性能指标 主要包括： 强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度。 力学性能指标是选择、使用金属材料的重要依据。,2,金属的力学性能,一、强度,1）定义 金属在静载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。 2）分类 根据载荷作用方式不同： a）抗拉强度主要的常用强度指标； b）抗压强度； c）抗剪强度； d）抗扭强度； e）抗弯强度。,3,金属的力学性能,强度指标一般可以通过金属拉伸试验来测定。把标准试
2、样装夹在试验机上，然后对试样缓慢施加拉力，使之不断变形直到拉断为止。 在此过程中，试验机能自动绘制出载荷F和试样变形量AL的关系曲线。此曲线叫做拉伸曲线。,形状：根据国家标准（GB/T2282002） 有：圆形、矩形、六方形。,1.拉伸试样,4,金属的力学性能,2拉伸曲线 图2-6为低碳钢的拉伸曲线，图中纵坐标表示载荷单位为N；横坐标表示绝对伸长量L，单位为mm。,6,从图2-6中可以看出下面几个变形阶段： （1）Oe弹性变形阶段 （2）es屈服阶段 （3）sb强化阶段 （4）bk缩颈阶段,5,金属的力学性能,（1）屈服强度 指在外力作用下开始产生明显塑性变形的最小 应力。,3.强度指标,式中
3、： Fe 试样产生明显塑性变形时所受的最小载荷， 即拉伸曲线中S点所对应的外力（N） S0 试样原始横截面面积（mm2）。,6,金属的力学性能,3.强度指标,对于大多数没有明显的屈服现象的金属材料。 定义：条件屈服强度： （ RP0.2 ） 规定：产生0.2%残余伸长时的应力作为条件屈服强度。 指出： 是工程技术中最重要的机械性能指标之一； 是设计零件时作为选用金属材料的重要依据。,（1）屈服强度,7,金属的力学性能,3）抗拉强度 定义：指在外力作用下由产生大量塑性变形到断裂前所承受的 最大应力，故又称强度极限。 公式：,式中： Fb 指试样被拉断前所承受的最大外力， 即拉伸曲线上b点所对应的
4、外力（N）。 S0 试样原始横截面面积（mm2）,8,金属的力学性能,定义： 材料受力后在断裂之前产生塑性变形的能力。 (1)断后伸长率 公式：A = （Lu- L0）/L0 100% 式中： L0试样原标距的长度（mm） Lu试样拉断后的标距长度（mm） (2)断面收缩率 公式： Z = （S0 - Su）/S0 100% 式中： S0试样原始横截面面积（mm2） Su试样拉断后缩颈处的最小横截面面积（mm2） 规律：（ A ；Z）的数值越大，表示其塑性越好； 良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。,二、塑性,9,金属的力学性能,三、硬度,1.定义：金属材料抵抗其它更硬的物体压入其内的
5、能力（表面抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力）。 它是材料性能的一个综合物理量。表示金属材料在一个小的体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形或破断的能力。,硬度试验方法,2、硬度试验方法：,10,金属的力学性能,1.布氏硬度（HB） 1）定义 使用一定直径的钢球（D=1.588mm），以规定实验力压入试样表面，并保持规定时间（t =1030s）后卸除实验力，然后测量表面压痕直径（d），再查相应的表（压痕硬度对照表）得到测定的硬度值。 压痕直径（d）越小，数值越大，表示硬度越高。,8,11,金属的力学性能,2)布氏硬度的符号及表示方法 布氏硬度的符号用 HBS或HBW表示。 HBS表示压头为淬火 钢球
6、，用于测定布氏硬度值在450N/mm2（MPa）以下的金属材料，如软钢、灰铸铁和有色金属等。对于较硬的钢或较薄的板材不适用。 在钢管标准中，布氏硬度用途最广，往往以压痕直径d来表示该材料的硬度，既直观，又方便。,12,金属的力学性能,2)布氏硬度的符号及表示方法 布氏硬度的符号用 HBS或HBW表示。 HBW表示压头为硬质合金，用于测定布氏硬度值在650N/mm2（MPa）以下的材料。 布氏硬度的表示方法： HBS或HBW之前的数字为硬度值，后面按顺序用数字表示试验条件： 压头的球体直径； 试验载荷； 试验载荷保持的时间(1015s不标注)。 例如170HBS10/1000/30表示用直径10
7、mm的钢球，在9807 N(1000 kgf)的试验载荷作用下，保持30s时测得的布氏硬度值为170。 530HBW5/750表示用直径5 mm的硬质合金球，在7355N(750kg f)的试验载荷作用下，保持1015s时测得的布氏硬度值为530。,13,金属的力学性能,3）应用范围 主要用于：测定铸铁、有色金属及退火、正火、 调质处理后的各种软钢或硬度较低的材料。 3）优、缺点 优点：压痕直径较大，能比较正确反映材料的平均性能；适合对毛坯及半成品测定。 缺点：操作时间比较长，不适宜测定硬度高的材料； 压痕较大不适合对成品及薄壁零件的测定。,14,金属的力学性能,2.洛氏硬度（HR）生产上应用
8、较广泛 1）定义 采用顶角为120的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球作为压头,直接测量压痕深度来表示材料的硬度值。 试验时先施加初载荷，使压头与试样表面接触良好，保证测量准确，再施加主载荷，保持到规定的时间后再卸除主载荷，依据压痕的深度来确定材料的硬度值。,15,金属的力学性能,2.洛氏硬度（HR）生产上应用较广泛 2）表示方法 例：45HRC 表示： 测得洛氏硬度值为45； 数值越大，表示硬度越高。,16,金属的力学性能,3）常用洛氏硬度标尺及适用范围,标尺 压头 总载荷/Kg 有效值 被测试材料 HRA 金刚石（圆锥体） 100 6085 硬质合金、表面淬火钢 HRC 金刚石（
9、圆锥体） 150 2067 一般淬火钢,4）优、缺点 优点：操作简单、快速，可直接在表盘上读出硬度值，适宜测定成品及较薄零件及硬度高的材料； 缺点：但由于压痕较小，硬度代表性差些，如果材料中有偏析或组织不均匀的情况，测得的硬度值重复性较差，一般要求在不同部位测试多次，并取平均值。,17,金属的力学性能,四、冲击韧性,对于承受冲击载荷的材料，如汽车发动机中的活塞，不仅要求具有高的强度和一定的塑性，还必须具备足够的冲击韧度。 金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧度。 冲击韧度的测定方法，如图所示。是将被测材料制成标准缺口试样，在冲击试验机上由置于一定高度的重锤自由落下而一次冲断。 冲断
10、试样所消耗的能量称为冲击功，其数值为重锤冲断试样的势能差。冲击韧度值aKV就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功，这个值越大，则韧性越好，受冲击时，越不容易断裂。,18,金属的力学性能,四、冲击韧性,19,金属的力学性能,五、疲劳强度,在汽车上的许多零件中，比如各种轴、齿轮、弹簧、连杆等，要受到大小和方向呈周期性变化的载荷作用。这种交变载荷虽然小于材料的强度极限，甚至小于其弹性极限，但经多次循环后，在没有明显的外观变形时也会发生断裂，这种破坏称作疲劳破坏或疲劳断裂。这种破坏都是突然发生的，具有很大的危险性。,1.定义： 当金属材料在无数次重复或交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力。,20,金属的力学性能,2、产生疲劳断裂破坏的原因 一般认为： 是由于材料内部有夹杂、表面划痕及其它能引 起应力集中的缺陷。 据统计：约有80的机件失效为疲劳断裂破坏。 3.破坏的形式 通常在疲劳破坏前没有明显的变形，断裂前没有预兆，所以疲劳破坏经常造成重大事故。,21,金属的力学性能,4.改善方法： 1）合理选择材料； 2）细化晶粒； 3）均匀组织； 4）减少材料内部缺陷； 5）改善零件的结构形式； 6）减少零件的表面粗糙度，提高表面光洁度； 7）采取各种表面强化的方法（例：表面淬火，喷丸等）,22,金属的力学性能,欢迎进入第四章学习内容,23,金属的力学性能,