1—1　金属材料的力学性能（课件）-《金属加工与实训》同步教学（劳动版）

第1章 金属材料及热处理基础 §1—1　金属材料的力学性能 1. 理解材料的力学性能。 2．理解强度、塑性、硬度、韧性的概念。 3．了解金属材料疲劳的现象。 螺栓弯曲 螺栓折断 螺栓磨损 机械零件或工具在使用过程中往往会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被破坏的能力，这种能力称为材料的力学性能。 力学性能指标： ● 强度 ● 塑性 ● 硬度 ● 韧性 1．定义 强度——材料在静载荷作用下永久变形（塑性变形）或断裂的能力。其大小用应力表示。 ● 抗拉强度 ● 抗压强度 ● 抗剪强度 ● 抗扭强度 ● 抗弯强度 一、强 度 2．强度指标 　　材料受外力作用后，导致其内部之间的相互作用力称为内力，其大小和外力相等，方向相反。 单位面积上的内力称为应力。强度的大小用应力表示。 最常用的强度指标 抗拉强度Rm 屈服强度 ReL 通过拉伸试验测定 抗拉强度Rm ——材料在拉伸条件下所能承受的最大应力；屈服强度 ReL ——材料在拉伸条件下发生塑性变形前所能承受的最大应力。 低碳钢的力—伸长曲线 1．定义 塑性——指材料在受到外力作用时，产生永久变形而不发生断裂的能力。 塑性材料——在外力作用下产生较显著变形而不被破坏的材料，称为。 脆性材料——在外力作用下发生微小变形即被破坏的材料。 弹性变形和塑性变形 钢件与铸铁件切屑的比较 二、塑性 2．塑性指标 断后伸长率 A——指试样拉断后，标距伸长量与原始标距之比的百分率。 断后收缩率Z——指试样拉断后，标距伸长量与原始标距之比的百分率。 A、Z 的数值越大，说明材料在破坏前受外力作用所产生的永久变形越大，表示材料的塑性越好。 1．定义 硬度——材料表层抵抗局部变形特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。 硬度判断 切削工件 材料的硬度越高，材料的耐磨性越好。 三、硬度 2． 硬度的测试方法及指标 布氏硬度试验机 洛氏硬度试验机 维氏硬度试验即 硬度试验机 （1）布氏硬度 布氏硬度值——球面压痕单位面积上所承受的平均压力，用HBW表示，单位为MPa。 常用来测试有色金属、软钢等较软材料的硬度。 布氏硬度用硬度数值、硬度符号HBW、压头直径、试验力及试验力保持时间表示。当保持时间为10～15s时可不标。 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。 （2）洛氏硬度 洛氏硬度是通过测量压痕深度来确定硬度值，无单位。 硬度标尺 压头类型 总试验力（N） 硬度值适用范围 应用举例 HRC 120°金刚石圆锥体 1 471.0 20～67HRC 一般淬火钢 HRB Φ1.588mm钢球 980.7 25～100HRB 软钢、退火钢、铜合金等 HRA 120°金刚石圆锥体 588.4 60～85HRA 硬质合金、表面淬火等 三种洛氏硬度标尺的试验条件和适用范围 （3）维氏硬度 维氏硬度的试验原理与布氏硬度基本相同，但采用正四棱锥金刚石压头进行试验，用HV表示，单位为MPa。 维氏硬度因试验力小、压入深度浅、对测试表面要求高，故主要用于测试较薄材料和材料表层硬度，如测试表面渗碳、渗氮层的硬度。 1．定义 　　韧性——指材料抵抗冲击载荷（突加力）作用而不发生破坏的能力。 2．韧性指标 一次摆锤冲击试验机 U形缺口冲击试样 b形缺口冲击试样Z 冲击试样 冲击实验 当摆锤从一定高度自由落下一次将试样击断时，缺口处单位横截面面积上吸收的功，即表示冲击韧度，用αk 表示，单位为J/cm2。 四、韧性 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。金属材料所产生的这种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。 疲劳极限是指金属材料承载无数次交变载荷而不会发生断裂的最大应力。 五、疲劳强度 疲劳裂纹扩展区 （光亮部分） 疲劳坳策源地 最后断裂区 （粗糙部分） $$