金属材料力学性能及实验

HRC
表-2
第三节 韧性和冲击试验
• 冲击力：零件受到突然作用的外力 冲击力： • 韧性：金属在冲击力作用下，断裂前吸收变形能量的 韧性 ： 金属在冲击力作用下 ， 能力。韧性愈好，代表金属的抗冲击能力愈强。 能力。韧性愈好，代表金属的抗冲击能力愈强。 • 一、摆锤式一次冲击试验 • 按 GB229－ 84的规定 ， 将被试金属制成标准的冲击试 的规定， － 的规定 样。
12
<140
10
12
非铁金属
>130
6～3 ～ 4～2 ～ <2
30
10.0 5.0 2.5
29.42(3000) 7.355(750) 1.839(187.5)
30
36～130 ～
9～3 ～ 6～3 ～
10
10.0 5.0
9.807(1000) 2.452(250)
30
8～35 ～
>6
2.5
10.0
• 拉伸试样：圆形试样（断面为圆形），根据 拉伸试样：圆形试样（断面为圆形） 根据GB6397－ － 86的规定 ， 拉伸试样分为长比例试样或短比例试样 。 的规定， 的规定 拉伸试样分为长比例试样或短比例试样。 对圆形试样：长试样l=10d。；短试样 对圆形试样：长试样 。 短试样l=5d。 。
• 拉伸曲线：在开始的 oe 阶段，材料处于弹性变形阶段； 拉伸曲线： 阶段，材料处于弹性变形阶段； 超过e点后， 除弹性变形外，材料开始产生塑性变形，曲 超过 点后， 除弹性变形外， 材料开始产生塑性变形， 点后 线在S点处出现一小段水平 线段，这种现象称为“屈服” 线在 点处出现一小段水平 线段，这种现象称为“屈服”， 标志着材料发生微量塑性变形。 标志着材料发生微量塑性变形。当拉伸力达到 F 后，在 试样的标距长度内某处， 横截面发生局部收缩， 试样的标距长度内某处 ， 横截面发生局部收缩 ， 即产生 缩颈”现象，此时拉伸力开始减小， “缩颈 ”现象 ，此时拉伸力开始减小， 故 b点为曲线上集 点为曲线上集 中干预部，直至断裂（k点）。 中干预部，直至断裂（ 点
第一章 金属的力学性能及试验方法
• 金属材料性能：使用性能和工艺性能 金属材料性能： • 使用性能：为保证机械零件或工具正常工作，材料应具备 使用性能：为保证机械零件或工具正常工作， 的性能，它包括物理性能（如导电性、导热性、 的性能，它包括物理性能（如导电性、导热性、热膨胀性 化学性能（如抗腐蚀性、抗氧化性等）和力学性能。 等）、化学性能（如抗腐蚀性、抗氧化性等）和力学性能。 • 工艺性能：在制造机械零件或工具的过程中，材料适应各 工艺性能：在制造机械零件或工具的过程中， 种冷、热加工和热处理的性能，它包括铸造、锻造、焊接、 种冷、热加工和热处理的性能，它包括铸造、锻造、焊接、 切削加工等工艺性能以及热处理工艺性等。 切削加工等工艺性能以及热处理工艺性等。 • 力学性能：材料在外力作用下所显示的性能，又称机械性 力学性能：材料在外力作用下所显示的性能， 如强度、硬度、塑性、韧性、抗疲劳性等。 能，如强度、硬度、塑性、韧性、抗疲劳性等。
• 试验时 ， 根据被测的材料不同 ， 压头的类型 、 试验力及按 试验时，根据被测的材料不同， 压头的类型、 选择， 表-2选择，对应的洛氏硬度标尺为 选择 对应的洛氏硬度标尺为HRA、HRB、HRC三种 、 、 三种
符号 压头类型 载荷/k 载荷 g f 硬度有效 使用范围 范围 70～85 0 适用于测量硬质合金、钢表、 适用于测量硬质合金、钢表、 淬火层或渗碳层
二、洛氏硬度实验
• 洛氏硬度试验法原理：根据压痕的塑性变形深度来衡量硬 洛氏硬度试验法原理： 原理 试验时， 度 。试验时 ， 先加初始试验力 98N（10kgf）， 使压头紧 （ ） 密接触试件表面a，并压入到b处 密接触试件表面 ，并压入到 处，以此作为衡量压入深度 的起点，再加主试验力使压头压入到c处 的起点 ， 再加主试验力使压头压入到 处 ， 然后去掉主试 验力，由于被试金属弹性变形的消除，压头向上回升到d 验力， 由于被试金属弹性变形的消除，压头向上回升到 洛氏硬度计表盘上读出即可 表盘上读出即可。 处。洛氏硬度计表盘上读出即可。
s σ =F A 屈服强度：工程技术上一般规定， 屈服强度：工程技术上一般规定，以试样产生的塑性变形伸 长量达到0． ％时的应力， 长量达到 ．2％时的应力，σ0.2 。 σ =F A
0.2 0.2 o
σ
。
σ
b
=
F
b
A
o
• 二、塑性
• 塑性：金属材料断裂前发生永久变形的能力 塑性： • 断后伸长率：试样拉断后标距的伸长量与原始标距的百分 断后伸长率： 比 ( − )
(A
1
−
A
A ) × 100%
0
0
• 强度是表征材料变形抗力指标 ， 而塑性是描述变 强度是表征材料变形抗力指标， 形能力的指标。 形能力的指标。
第二节 硬度及硬度试验
• 硬度 ： 金属材料抵抗局部变形 ， 特别是塑性变形 、 硬度：金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、 压痕或划痕的能力 • 一、布氏硬度试验法
• 摆锤式一次冲击试验原理：试验在专门的摆锤式冲击试验 摆锤式一次冲击试验原理： 原理 机上进行，把试样放在试验机的支承面上， 机上进行，把试样放在试验机的支承面上，试样的缺口背 向摆锤冲击方向。将质量为m的摆锤安放到规定的高度 的摆锤安放到规定的高度H， 向摆锤冲击方向。 将质量为 的摆锤安放到规定的高度 ， 然后下落，将试样打断，并摆过支点升到某一高度h， 然后下落 ， 将试样打断， 并摆过支点升到某一高度 ，试 样在冲击试验力一次作用下，折断时所吸收的功为冲击吸 样在冲击试验力一次作用下，折断时所吸收的功为冲击吸 收功为Ak 收功为
• 一、强度 • 强度：金属抵抗永久变形和断裂的能力 强度： • 拉伸试验法：拉伸试验在拉伸试验机上进行 拉伸试验法：拉伸试验在拉伸试验机上进行 拉伸试验机
• 一、强度 • 强度：金属抵抗永久变形和断裂的能力 强度： • 拉伸试验法：拉伸试验在拉伸试验机上进行 拉伸试验法：拉伸试验在拉伸试验机上进行 拉伸试验机
b
• 拉伸曲线：在开始的 oe 阶段，材料处于弹性变形阶段； 拉伸曲线： 阶段，材料处于弹性变形阶段； 超过e点后， 除弹性变形外，材料开始产生塑性变形，曲 超过 点后， 除弹性变形外， 材料开始产生塑性变形， 点后 线在S点处出现一小段水平 线段，这种现象称为“屈服” 线在 点处出现一小段水平 线段，这种现象称为“屈服”， 标志着材料发生微量塑性变形。 标志着材料发生微量塑性变形。当拉伸力达到 F 后，在 试样的标距长度内某处， 横截面发生局部收缩， 试样的标距长度内某处 ， 横截面发生局部收缩 ， 即产生 缩颈”现象，此时拉伸力开始减小， “缩颈 ”现象 ，此时拉伸力开始减小， 故 b点为曲线上集 点为曲线上集 中干预部，直至断裂（k点）。 中干预部，直至断裂（ 点
• 摆锤式一次冲击试验原理：试验在专门的摆锤式冲击试验 摆锤式一次冲击试验原理： 原理 机上进行，把试样放在试验机的支承面上， 机上进行，把试样放在试验机的支承面上，试样的缺口背 向摆锤冲击方向。将质量为m的摆锤安放到规定的高度 的摆锤安放到规定的高度H， 向摆锤冲击方向。 将质量为 的摆锤安放到规定的高度 ， 然后下落，将试样打断，并摆过支点升到某一高度h， 然后下落 ， 将试样打断， 并摆过支点升到某一高度 ，试 样在冲击试验力一次作用下，折断时所吸收的功为冲击吸 样在冲击试验力一次作用下，折断时所吸收的功为冲击吸 收功为Ak 收功为
b
内力：试样受拉伸力F作用后 作用后， 内力：试样受拉伸力 作用后，导致材料内部之间产生同样大 小的相互作用力 应力：单位横截面积上的内力， 应力：单位横截面积上的内力，σ s 。
σ =FA 屈服点（屈服极限） 屈服点（屈服极限）：金属产生屈服现象时的应力
s s o
σ 抗拉强度（强度极限） 金属拉断前承受的最大拉应力， 抗拉强度（强度极限）：金属拉断前承受的最大拉应力， b
120
HRA HRB 金刚石圆锥 60 体 100 直径为 1.588mm钢 钢 球 金刚石圆锥 150 体
°
25～ 25～100 适用于测量非铁金属退火、火 适用于测量非铁金属退火、 相当60 （相当60 等 ～230HB ） 20～67 ～ (相当 HB230～ HB230～ 700) 适用于调质钢、 适用于调质钢、淬火钢等
2.452(250)
60
表－１
• 120HBS10 ／ 1000 ／ 30 代 表 用 10mm 钢 球 ， 在 1000kgf （10kN）试验力作用下保持 ，测得的布氏硬度值。 ）试验力作用下保持30s，测得的布氏硬度值。 • 布氏硬度试验法一般用于试验各种硬度不高的钢材、铸铁、 布氏硬度试验法一般用于试验各种硬度不高的钢材、铸铁、 有色金属等，也用于试验经淬火、回火但硬度不高的钢件。 有色金属等，也用于试验经淬火、回火但硬度不高的钢件。 • 由于布氏硬度试验的压痕较大，试验结果能更好地代表试 由于布氏硬度试验的压痕较大， 件的硬度。 件的硬度。
二、洛氏硬度实验
• 洛氏硬度试验法原理：根据压痕的塑性变形深度来衡量硬 洛氏硬度试验法原理： 原理 试验时， 度 。试验时 ， 先加初始试验力 98N（10kgf）， 使压头紧 （ ） 密接触试件表面a，并压入到b处 密接触试件表面 ，并压入到 处，以此作为衡量压入深度 的起点，再加主试验力使压头压入到c处 的起点 ， 再加主试验力使压头压入到 处 ， 然后去掉主试 验力，由于被试金属弹性变形的消除，压头向上回升到d 验力， 由于被试金属弹性变形的消除，压头向上回升到 洛氏硬度计表盘上读出即可 表盘上读出即可。 处。洛氏硬度计表盘上读出即可。
• HBS适用于测量低于布氏硬度值 适用于测量低于布氏硬度值450的材料； 的材料； 适用于测量低于布氏硬度值 的材料 HBW 适用于 测量低于布氏硬度值 测量低于布氏硬度值650的材料 。 的材料。 的材料