金材-第二章

F 2F HBW 0.102 S πD( D D2 d 2 )
表示方法：
布氏硬度用硬度值、硬度符号、压头直径、实验力及 实验力保持时间表示。当保持时间为10～15s时可不标。
例：
170HBW10/1000/30： 直径10mm的压头，在9807N（1000kg）的试验力作用下， 保持30 s时测得的布氏硬度值为170。 600HBW1/30/20： 直径为1mm压头，在294.2N（30kg）的实验力作用下， 保持20 s时测得的布氏硬度值为600。
金属的塑性变形，在外形变化的同时，晶粒 的形状也会发生变化。通常晶粒会沿变形方向压 扁或拉长。
塑性变形后的金属组织
§2－2 金属的力学性能
一、强度 二、塑性
任何机械零件或工具，在使 用过程中，往往要受到各种形式
外力的作用，这就要求金属材料
必须具有一种承受机械载荷而不 超过许可变形或不破坏的能力，
测定某种钢的力学性能时，已知试棒的直径是10mm，其标距 长度是直径的五倍，Fm=33.81KN，FeL=20.68KN，拉断后的标 距长度是65mm。 试求此钢的ReL，Rm及A值是多少？
6、某厂购进一批40钢材，按国家标准规定，其力学性能指标 应不低于下列数值：ReL=340MPa，Rm=540MPa，A=19%， Z=45%。验收时，用该材料制成d=1×10-2m的短试样（原始标 距为5×10-2m）作拉伸试验：当载荷达到28260N时，试样产生 屈服现象；载荷加至45530N时，试样发生缩颈现象，然后被拉 断。拉断后标距长为6.05×10-2m，断裂处直径为7.3×10-3m。 试计算这批钢材是否合格。
弹性变形
金属变形实验
弹－塑性变形
滑移与位错
断裂
金属塑性变形的影响因素：
1．晶粒位向的影响
2．晶界的作用
3．晶粒大小的影响
三、金属材料的冷塑性变形与加工硬化
形变强化（加工硬化）——冷塑性变形除了 使晶粒的外形发生变化外，还会使晶粒内部的位
错密度增加，晶格畸变加剧，从而使金属随着变
形量的增加，使其强度、硬度提高，而塑性、韧 性下降。
6、洛氏硬度值无单位。（ √ ） 7、在实际应用中，维氏硬度值是根据测定压痕对角线长度， 再查表得到的。（ √ ） 8、布氏硬度测量法不宜用于测量成品及较薄零件。（√ ） 9、疲劳试验时，试样承受的载荷为（ C ） A、静载荷 B、冲击载荷 C、交变载荷 10、洛氏硬度C标尺所用的压头是（ B ） A、淬硬钢球 B、金刚石圆锥体 C、硬质合金球 11、常用的洛氏硬度标尺A、B、C三种，其中应用最广的是 （ C ） A、A标尺 B、B标尺 C、C标尺
试样拉断后，标距的伸长量与原始标距之比的百分率。
L Su So o L u Z A 100% L So
2．断面收缩率Z
试样拉断后，缩颈处面积变化量与原始横截面面积比值的 百分率。
So S u Z 100% So
【例】有一直径 d =10mm，Lo=100mm 的低碳钢试样，
拉身实验时测得FeL=21kN，Fm=29kN，du=5.65mm，
第二章
§2－1 §2－2 §2－3 §2－4
金属材料的性能
金属材料的损坏与塑性变形 金属的力学性能 金属的工艺性能 力学性能实验
§2－1 金属材料的损坏与塑性变形
一、与变形相关的几个概念 二、金属的变形
三、金属材料的冷塑性变形与加工硬化
一、与变形相关的几个概念
1．载荷
载荷——金属材料在加工及使用过程中所受的外力。 根据载荷作用性质的不同分： （1）静载荷———大小不变或变化过程缓慢的载荷。 （2）冲击载荷——在短时间内以较高速度作用于零件 上的载荷。 （3）交变载荷——大小、方向或大小和方向随时间发 生周期性变化的载荷。

弹性变形阶段 屈服阶段


强化阶段
缩颈阶段
力－拉伸曲线
3．强度指标 （1）屈服强度——当金属材料出现屈服现象时， 在实验期间发生塑性变形而力不增加的应力点。屈服 强度分为上屈服强度ReH和下屈服强度ReL。
ReL ——试样的下屈服强度，N/mm2； FeL ——试样屈服时的最小载荷，N； So ——试样原始横截面面积，mm2。 规定产生0.2残余伸长时的应力为条件屈服强度Rp0.2， 替代ReL，称为条件（名义）屈服强度。
具的耐用度以及加工后的表面粗糙度来衡量。
表面加工硬化——切削塑性金属材料时，工件在加工 表面层的硬度明显提高而塑性下降的现象。
五、热处理性能
淬透性 淬硬性 过热敏感性 变形开裂倾向 回火脆性倾向
氧化脱碳倾向
§2－4 力学性能实验
实验1 拉伸实验
液压式万能试验机 拉伸实验
实验2 硬度测试
洛氏硬度测试步骤
布氏硬度测试步骤
习题
使用性能 1、金属材料的性能一般分为两类：_______________ 、 ______________ 。 工艺性能 断裂 、 变形 、_______ 2、机械零件在使用中常见的损坏形式有______ 磨损 等。 _______ 静载荷 、________ 冲击载荷、 3、根据载荷作用性质的不同，载荷可分为________ 交变载荷 三种。 __________ 弹性 变形和_______ 塑性 变形两种。不能随载荷 4、变形一般分为______ 的去除而消失的变形称为塑性 ______变形。 材料内部 作用着 5、金属受外力作用时，为保持其不变形，在__________ ______________ 外力相对抗 的力，称为内力。 6、金属材料在外力作用下，单位面积上产生的内力 _____称为应力， 不同 。 不同材料所能承受的最大应力值_______
三、硬度
四、冲击韧性 *五、疲劳强度
这种能力就是材料的力学性能。
一、强度
强度——金属在静载荷作用下抵抗塑性变形或 断裂的能力。其大小用应力表示。 抗拉强度——拉伸实验测定 抗压强度
抗剪强度
抗扭强度
抗弯强度
1．拉伸试样
d——试样直径 Lo——标距长度
低碳钢拉伸实验
2．力－伸长曲线
7、试一试将一截铁丝反复弯折，看看会发生什么现象。为什么？ 答：反复弯折处逐渐变硬，反复弯折直至断裂，原因是反 复弯折使铁丝局部塑性变形量大，产生了形变强化的现象。
习题
塑性变形 静 载荷的作用下，抵抗__________ 1、强度是指金属材料在_____ 断裂 的能力。 或_______ 抗拉强度 ，分别用符 2、强度的常用衡量指标有屈服强度 _______ 和__________ Rm 表示。 ReL 和_______ 号_______
载荷的作用形式
2．内力 内力——工件或材料在受到外部载荷作用时，为保持 其不变形，在材料内部产生的一种与外力相对抗的力，称 为内力。
3．应力 应力——假设作用在零件横截面上的内力大小均匀分 布，单位横截面积上的内力。
F 积，m2。
二、金属的变形
Lu=138mm。求此试样的ReL、Rm、A11.3、Z。
解题过程
三、硬度
硬度——材料抵抗局部变形，特别是塑性变 形、压痕或划痕的能力。硬度是通过在专用的硬 度试验机上实验测得的。
布氏硬度试验机
洛氏硬度试验机
维氏硬度试验机
1．布氏硬度
布氏硬度原理
布氏硬度值——用球面压痕单位面积上所承受的
平均压力来表示，单位为MPa，但一般均不标出，用符 号HBW表示：
冲击实验
冲击试样 用试样所吸收的能量K的大小来作为衡量材料韧性好坏的 指标，称为冲击吸收能量。用U形和V形缺口试样测得的冲 击吸收能量分别用KU和KV表示。
*五、疲劳强度
由于所承受的载荷为交变载荷，零件承受的应力虽 低于材料的屈服强度，但经过长时间的工作后，仍会产 生裂纹或突然发生断裂。金属这样的断裂现象称为疲劳 断裂。金属材料抵抗交变载荷作用而不产生破坏的能力 称为疲劳强度。疲劳极限用符号R－1表示。
二、锻压性能
三、焊接性能
四、切削加工性能
五、热处理性能
一、铸造性能
铸造成形过程中获得外形准确、内部健全铸件的能力， 主要取决于金属的流动性、收缩性和偏析倾向等。
1．流动性 熔融金属的流动能力。
2．收缩性
铸造合金由液态凝固和冷却至室温的过程中， 体积和尺寸减小的现象。 3．偏析倾向 金属凝固后，内部化学成分和组织不均匀现
习题
1、材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力 称为__________ 。 硬度 5 硬质合金 2、500HBW5/750表示用直径为_____mm ，材料为___________ 7355.25 压力下，保持________S 球形压头，在________N 10~15 ，测得的 _______ 500 。 布氏 硬度值为______ 冲击 载荷作用而_________ 不破坏 的能力，称为冲 3、金属材料抵抗______ 击韧性。 ReL ，抗拉 4、填出下列力学性能指标的符号：屈服强度_______ Rm ，洛氏硬度C标尺______ HRC ，断后伸长率_______， 强度_______ αk 断面收缩率 _____，冲击韧度 _______，疲劳极限 _______。 A Z R-1 5、做布氏硬度试验时，在相同试验条件下，压痕直径越小说 明材料的硬度越低。（ × ）
洛氏硬度原理
h HR=100 — 0.002
洛氏硬度试验原理
洛氏硬度计表盘
表示方法：
符号HR前面的数字表示硬度值。HR后面的字母表示 不同的洛氏硬度标尺。
例：45HRC表示用C标尺测定的洛氏硬度值为45。
常用的三种洛氏硬度标尺的试验条件和适用范围
硬度 标尺 HRC HRB HRA 压头类型 120°金刚石圆锥体 φ 1.5875mm 硬质合金球 120°金刚石圆锥体 总测试力 (N) 1471.0 980.7 588.4 硬度值有效范围 20～67HRC 25～100HRB 60～85HRA 应用举例 一般淬火钢 软钢、退火钢、铜合金等 硬质合金、表面淬火钢等