金属材料力学性能检测

3.刚度
材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力称为刚度。
在弹性阶段： F l
所以：
比例系数E 称为弹性模量，它反映材料对弹性变形 的抗力，代表材料的“刚度” 。
E
E
E
— 材料抵抗弹性变形的能力越大。
弹性模量的大小主要取决于材料的本性，随温度升高而 逐渐降低。
2. 塑性
2) 洛氏硬度

淬火钢球时C=100，金钢石时C＝130
洛氏硬度用符号HR表示，HR=C-h/0.002 根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为 A、 B 、 C。
顶角 120° 金钢石 圆锥 或直径 1.588 mm的 淬火钢 球
压 头
洛 氏 硬 度 计
h1-h0

符号HR前面的数字为硬度值， 后面为使用的标尺。
k
4、s’b曲线：均匀塑性变形，出现加工 硬化。 5、b点出现缩颈现象，即试样局部 截面明显缩小试样承载能力降低， 拉伸力达到最大值，而后降低，但 变形量增大，K点时试样发生断裂。
o
力－伸长曲线
e — 弹性极限点 S — 屈服点 b — 极限载荷点 K — 断裂点
l
ε
F
S0

l
l0

表征材料强度的三个主要指标
l0
拉伸前
生的相对改变。
物体内部某处的线段在变 形后长度的改变值同线段 原长之比值称为“线应变”
dk
lk
拉伸后
l
l0

2.拉伸实验两种基本变形
（1）弹性变形： 材料受外力作用时产生变形，当外力去除后恢复其原来 形状，这种随外力消失而消失的变形，称为弹性变形。
F F F
（2）塑性变形:
材料在外力作用下产生永久的不可恢复的变形，称 为塑性变形。
HC500/780DP 加强件、防撞件 B340LA 结构件
低合金高强度冷连轧钢板及 钢带
1.6～﹤2.0 冷成型用热连轧钢板及钢带 SPHC 一般用 ≤0.15 ≤0.60 ≤0.035 ≤0.035 ≥0.010 ﹣ 270 29 汽车结构用热连轧钢板及钢 带 1.6～﹤2.0 SAPH440 结构件 ≤0.21 ≤1.50 ≤0.030 ≤0.025 ≥0.015 ≥305(＜6.0mm) 440 29
≤0.025 ≤0.025 ≤0.020 ≤0.020 ≤0.025 ≤0.025 ≤0.025 ≤0.035 ≤0.030 ≤0.015 ≤0.030
≥0.015 ≥0.015 ≥0.015 ≥0.015 ≥0.015 ≥0.015 ≥0.015 ≥0.015 ≥0.020 ≥0.010 ≥0.015
金属材料力学性能检测
材料的性能 使用性能—材料在使用过程中所表现的性能 力学性能 物理性能 化学性能
工艺性能—在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、 热加工和热处理的性能。 铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、 切削加工性能、热处理工艺性能 材料的力学性能
定义 :
金属材料的力学性能是指金属材料在 不同环境（温度、介质）下，承受各种外加 载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交 变应力等）时所表现出的力学特征。 弹性 、刚度、强度、塑性 、 硬度、冲 击韧性 、断裂韧度和疲劳强度等。 、断裂 韧度和疲劳强度等。
抗拉强度是材料在拉断前承受最大载荷时的应力。 σb =Fb/S0 （MPa） 它表征了材料在拉伸条件下所能承受的最大应力。 物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力 抗拉强度 — 是脆性材料选材的依据。 屈服强度与抗拉强度的比值σS / σb称为屈强比。 屈强比小，工程构件的可靠性高，说明即使外载荷或某些 意外因素使金属变形，也不至于立即断裂。但若屈强比过 小，则材料强度的有效利用率太低。
2 拉伸试样分类 对于金属棒材，一般采用圆形截面的试样。其直径一般为3-25mm。 试样又分带夹头和不带夹头两种。
圆形截面
带夹头圆形式样图
单肩试样
双肩试样
圆形试样比例尺寸表
若相关产品标准无具体规定、优先采用R2、R4或R7试样尺寸 试样总长度取决于夹持方式，原则上L> Lc+4d
（2）矩形试样 对厚、薄板材，一般采用矩形试样（通常为0.10~25mm） 根据厚度，采用宽度为 10mm 、 12.5mm 、 15mm 、 20mm 、 25mm 、 30mm 的六种试样，比例试样尽可能采用 L0=5.65S01/2 的短比例 试样。 矩形试样也可分为带夹头和不带夹头的比例或定标距的两种
用于布氏硬度值在450以下的材料。 压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布 氏硬度在650以下的材料。
表示方法：硬度值+HBS(HBW)+D+F+t

120HBS10/1000/30 表示直径为10mm的钢球在1000kgf 载荷作用下保持 30s测得的布氏硬度 值为120。
布 氏 硬 度 压 痕
DC01 DC03 冷连轧低碳钢板及钢带 DC04 DC05 B170P1 加磷高强度冷连轧钢板及钢 带 B210P1 B250P1 冷连轧碳素结构钢板及钢带 双相高强度冷连轧钢板及钢 带 B280VK B280/440DP
一般用 冲压用 深冲用 特深冲用 冲压用 一般用 一般用 结构件 结构件、加强件
≤0.10 ≤0.08 ≤0.08 ≤0.008 ≤0.006 ≤0.008 ≤0.008 ≤0.15 ≤0.15 ≤0.18 ≤0.12
≤0.50 ≤0.45 ≤0.40 ≤0.30 ≤1.00 ≤1.20 ≤1.20 ≤0.15 ≤1.80 ≤2.5 ≤1.0
≤0.035 ≤0.030 ≤0.025 ≤0.020 ≤0.08 ≤0.10 ≤0.12 ≤0.035 ≤0.035 ≤0.040 ≤0.030
拉伸实验设备－万能实验机
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
拉伸试验机
拉伸试样制备
金属拉伸试样总体可分为比例试样和定标距试样
比例试样：按下式计算而得的试样原始标距长度的试样
L0 k S0
L0——标距长度 S0——试样原始截面积
K为常数，通常取5.65或11.3，k=5.65时也称为短试样，此时的原始标 距应不少于15mm；k=11.3试样称为长试样 对于圆形试样，标距长度为工作直径d的5倍时为短试样，为10倍时为长 试样。但在特殊情况有关标准有规定时，也用4d或8d的试样
三层板焊接？
三层板公称 厚度？
1.三层以上焊接，板厚或材质不同时，试片尺寸，计算不同相 关部件材质的抗拉强度与板厚的积，取较小值的板材的板厚为 公称板厚。 2.板厚>3mm，或者两块以上的板厚比>1.4时，如图所示添加结 合板的试片。结合板是与试验材同样的板厚，重新以点焊等固 定在试片上。试验在室温时迚行。
布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及
比压头还硬的材料。 应用：适于测量退火、正火、调质钢, 铸铁 及有色金属的硬度。 材料的b与HB乊间的经验关系： 对于低碳钢: b(MPa)≈3.6HB 对于高碳钢：b(MPa)≈3.4HB 对于铸铁： b(MPa)≈1HB或 b(MPa)≈ 0.6(HB-40)
全截面管段拉伸式样图
管材尺寸表（mm）
管材纵向弧形比例试样及定标距试样图
管材纵向弧形试样尺寸表（mm）
材料的拉伸曲线
1、oe段：直线、弹性变形
F σ
Fb
b
2、es段：曲线、弹性变形+塑性变形
3、s s’段：水平线（略有波动） 明显的塑性变形屈服现象，作用 的力基本不变，试样连续伸长。
Fe
Fs
s s’ e
140～280 140～240 130～210 120～180 170～260 210～310 250～360 280～420 280～420 500～650 340～460
270 270 270 270 340 390 440 440 440 780 440
30 34 38 40 36 32 30 27 26 14 22
拉伸试验
F
d0
F
l0
L 拉伸前
dk
lk
拉伸后
1.拉伸实验常用术语
应力与应变
F F
F’
F
F = F’
F' F S S
（MPa）
σ= F’ /S
应力：物体内部任一截面单位面积上的相互作用力。 同截面垂直的称为“正应力”或“法向应力”，同 截面相切的称为“剪应力”或“切应力”。
F
d0
F 应变：物体形状尺寸所发
矩形带夹头拉伸试样尺寸（mm）
矩形带夹头拉伸试样图
若相关产品标准无具体规定，优先采用短试样式（比例系数k=5.65）的比例试样。若比例 标距小于15mm，建议采用非比例试样
矩形非比例试样尺寸（mm）
（3）管材试样 管材试样一般为自管材切取的全截面管段或从管材切取的全 壁厚纵向条状试样。 对于d小于等于50mm的无缝管及焊管，可切取全截面管段进行 试验。对于d大于等于50mm的管可切取纵向弧形试样，对于管 材壁厚大于等于8mm的，可制成纵向圆形试样。
指标 :
几个常见概念的定义
强度：指金属在静载荷下抵抗变形
和断裂的能力。是一般零件设计、 选材时的重要依据 。 硬度：它是衡量材料软硬的一个指 标，是 金属表面抵抗塑性变形和 破坏的能力。检查和控制金属零件 的热处理质量 塑性：指金属发生塑性变形而不被 破坏的能力。
载荷
作用在机件上的外力——载荷 静载荷 动载荷
材料在外力作用下，产生永久变形而不引起破坏的能力。
常用 δ 和 ψ 作为衡量塑性的指标。
lk l0 100% l0 s0 sk 断面收缩率: 100% s0