第二 章 金属材料的主要性能第一节 金属材料的力学性

能

第一节 金属材料的力学性能

第一 刚度、强度、塑性

1、拉伸试样 试验前在试棒上打出标距按国标规定标准拉伸试样可分为： １ ) 板形试样：原材料为板材或带材 ２ ) 圆形试样：长试样 L0＝ 10d0 ，

短试样 L0=5d0

其中： L0为试样标距， d0为试样直径

一、拉伸试验与拉伸曲线刚度、强度和塑性是根据拉伸试验测定出来的。

2 、拉伸过程将试样装在拉力试验机夹头上，缓慢加载，通过自动记录装置得到试样所受载荷 F 和伸长量△ L 的关系曲线称为拉伸曲线；

HT-2402-100KN 电脑伺服控制材料实验机

拉伸试样的颈缩现象

3 、应力

应力 σ ：单位面积上试样承受的载荷。

——F σ= S 0

( M pa ) F:载荷 ( N )S 0: 原始横截面积 ( mm2)

二、通过拉伸试验测得的性能指标

强度屈服强度

抗拉强度塑性

伸长率

断面收缩率

e

σ

σ

ε

1 、强度 金属材料在载荷作用下抵抗塑性变形和破坏的能力。

a. 屈服强度：表征金属材料对产生明显塑性变形的抗力。

o

kb

Fs

s

Δl (ε)

F(σ) Fbe

Fep

Fp

低碳钢的力 -伸长曲线

σS =FS/S0 (N/mm2

=Mpa)

b.抗拉强度：试样在断裂前所能承受的最大应力。

σσb b = F= Fbb/S/S00

σs σbσe

(1) 断面收缩率 : 是指试样拉断处横截面积的收缩 量 Δ S 与原始横截面积 S0 之比。

(2) 断后伸长率 :是指试样拉断后的标距伸长量 Δ

L 与原始标距 L 0 之比。

2 、塑性 : 是指材料在载荷作用下产生不可逆 永久变形而不被破坏的能力。

(1) 布氏硬度 HB

第二 硬 度硬度 : 是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力， 是衡量金属软硬的指标，直接影响金属的耐磨性。常用压入法； 三种：布氏、洛氏、维氏硬度

表示方法

符号 HBS 或 HBW 之前的数字表示硬度值，符号后 面的数字按顺序分别表示球体直径 mm 、载荷 Kgf

（ N ）及载荷保持时间 S 。 如 :120HBS10/1000/30 表示直径为 10mm 的钢球在

1000kgf （ 9.807kN ）载荷作用下保持 30s 测得的布氏硬度值为 120 。

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。 适于测量灰铸铁、非铁合金及较软钢材的硬度。

优缺点

(2) 洛氏硬度 HR

分类：根据压头的材料及压头所加的负荷不同又可分为 HRA 、 HRB 、 HRC 三种 :

特点：操作简便，可直接读出硬度值，压痕小，可用于成品件的测量，但测值重复性差。HRC 测定淬火钢的硬度 , 应用最广。

表示方法： 55HRC 表示 C 标度测定的洛氏硬度值为 55 ，无单位。

K

0.2

0.26

0.2

(3) 维氏硬度 HV

表示方法：640HV30/20, 表示在30kgf 作用下保持 20

s ，维氏硬度值为 640 。

特点：可测较薄的硬化层以及很软、很硬的材料。

布氏硬度计 洛氏硬度计 维氏硬度计

材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。通常用冲击韧性指标 aK 来度量。

第三 韧性

冲击试验示意

TITANIC

建造中的 Titanic 号

TITANIC的沉没与船体材料的质量直接有关

Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果

Titanic 近代船用钢板

第四 疲劳强度 fatigue strength1 、疲劳断裂原因：疲劳裂纹产生 扩展 瞬时断裂的。

特点：①断裂前无明显的塑性变形，断裂突然发生；②断裂时应力很低，大多低于 σs

2 、疲劳强度 : 材料经无数次交变载荷作用而不断裂的最大应力值，用 σ-1 表示，单位为 MPa.

3 、提高疲劳极限的途径 :

1 ）在零件结构设计中尽量避免尖角，缺口和截面 突变，以免产生应力集中而由此产生疲劳裂纹；2) 提高零件表面加工质量，减少疲劳源；3) 采用各种表面强化处理，如表面淬火、喷丸等。