机械基础课题1--金属材料的力学性能课件

【主要内容主要内容】：【主要内容主要内容】金属材料的强度、金属材料的强度、塑性、硬度、韧性塑性、硬度、韧性1.熟悉金属材料力学性能各主熟悉金属材料力学性能各主要指标的名称、符号要指标的名称、符号 2.具有测定金属材料力学性能具有测定金属材料力学性能指标（硬度）的能力指标（硬度）的能力【重点掌握重点掌握】【主要内容】：【主要内容】：【主要内容】【主要内容】金属材料的强度、塑性、硬度、金属材料的强度、塑性、硬度、金属材料在载荷作用时的性能称为材料的力学性金属材料在载荷作用时的性能称为材料的力学性能。金属材料的力学性能主要包括强度、塑性、硬能。金属材料的力学性能主要包括强度、塑性、硬度、韧性等。度、韧性等。1.强度强度 常用强度指标主要有屈服强度、抗拉强度和疲劳强度常用强度指标主要有屈服强度、抗拉强度和疲劳强度 用标准试样在拉伸试验机上进行拉伸试验用标准试样在拉伸试验机上进行拉伸试验 拉伸曲线拉伸曲线:拉伸试验中试样承受的载荷与轴向伸长量之拉伸试验中试样承受的载荷与轴向伸长量之 间的关系曲线。包含四个阶段间的关系曲线。包含四个阶段 金属材料在载荷作用时的性能称为材料的力学性能。金属材金属材料在载荷作用时的性能称为材料的力学性能。金属材钢钢筋筋拉拉伸伸试试验验机机及及拉拉伸伸试棒试棒拉伸试验拉伸试验（试件为动画图）（试件为动画图）钢筋拉伸试验机及拉伸试棒拉伸试验（试件为动画图）钢筋拉伸试验机及拉伸试棒拉伸试验（试件为动画图）低碳钢退火的拉伸曲线低碳钢退火的拉伸曲线 钢的标准拉伸试棒钢的标准拉伸试棒低碳钢退火的拉伸曲线低碳钢退火的拉伸曲线 钢的标准拉伸试棒钢的标准拉伸试棒（1）屈服强度）屈服强度1）上屈服强度（）上屈服强度（ReH）：当金属材料呈现屈服现象时，在）：当金属材料呈现屈服现象时，在 试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力 ReH=FH/S02）下屈服强度（）下屈服强度（ReL）:在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应力在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应力 ReL=FL/S0（2）抗拉强度（）抗拉强度（Rm）:材料在拉断前所能承受的最大应力值材料在拉断前所能承受的最大应力值。Rm=Fm/S0（1）屈服强度）屈服强度ReH=FH/S02）下屈服强度（）下屈服强度（ReL）:（3）疲劳强度）疲劳强度 材料承受无限次应力材料承受无限次应力循环而不破坏的最大应力。循环而不破坏的最大应力。钢钢材材的的疲疲劳劳强强度度与与抗抗拉拉强强 度度 之之 间间 的的 关关 系系 为为-1=（0.450.55）Rm。可可见见材材料料的的疲疲劳劳强强度度随随其抗拉强度增高而增大其抗拉强度增高而增大疲劳断口示意图疲劳断口示意图（3）疲劳强度）疲劳强度 材料承受无限次应力循环而不破坏的最大应力材料承受无限次应力循环而不破坏的最大应力l2.塑性塑性是指材料在断裂前产生永是指材料在断裂前产生永久变形而不被破坏的能力。久变形而不被破坏的能力。材料的塑性通常采用断后伸材料的塑性通常采用断后伸长率长率A和断面收缩率和断面收缩率Z来表示。来表示。（1）断后伸长率（）断后伸长率（A）试样拉断后标距的伸长量试样拉断后标距的伸长量与原始标距的百分比。与原始标距的百分比。A=（LuL0）L01002.塑性塑性是指材料在断裂前产生永久变形而不被破坏的能力。是指材料在断裂前产生永久变形而不被破坏的能力。1.2 塑性塑性l（2）断面收缩率（）断面收缩率（Z）试样拉断后断口处试样拉断后断口处(缩颈处缩颈处)横截面积的最大缩横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比减量与原始横截面积的百分比。Z=（S0Su）S0100A和和Z越大，则表示材料的塑性越好。越大，则表示材料的塑性越好。对多数对多数零件零件A=5%，Z=10%，即可满足使用要求。，即可满足使用要求。1.2 塑性（塑性（2）断面收缩率（）断面收缩率（Z）试样拉试样拉3.硬度硬度材料抵抗局部变形和破坏的能力材料抵抗局部变形和破坏的能力硬度的测定常用压入法。把规定硬度的测定常用压入法。把规定的压头压入材料表面的压头压入材料表面，据压头，据压头和压力不同，常用的硬度指标主和压力不同，常用的硬度指标主要有要有布氏硬度试验（布氏硬度试验（HBW）、）、洛氏硬度试验（洛氏硬度试验（HRA、HRB、HRC）和维氏硬度试验（）和维氏硬度试验（HV）等。等。布氏硬度计布氏硬度计3.硬度硬度材料抵抗局部变形和破坏的能力硬度的测定常用压入材料抵抗局部变形和破坏的能力硬度的测定常用压入（1）布氏硬度试验法（）布氏硬度试验法（HBW）布氏硬度试验是在布氏硬度布氏硬度试验是在布氏硬度试验机上测定。试验机上测定。把一定直径的硬质合金把一定直径的硬质合金球，以规定的载荷球，以规定的载荷F压入压入被测材料表面，保持一定被测材料表面，保持一定时间后卸除载荷，测出压时间后卸除载荷，测出压痕直径痕直径d，求出压痕面积，求出压痕面积A计算出平均应力值，以此计算出平均应力值，以此为布氏硬度值的计量指标为布氏硬度值的计量指标布氏硬度试验原理图布氏硬度试验原理图（1）布氏硬度试验法（）布氏硬度试验法（HBW）布氏硬度试验是在布氏硬布氏硬度试验是在布氏硬布布氏氏硬硬度度试试验验计计布布优缺点：优缺点：压头直径大，压痕面积较大，压头直径大，压痕面积较大，测量精度较高；但对金属表面的损测量精度较高；但对金属表面的损 伤较大，不宜测薄件、成品件，常伤较大，不宜测薄件、成品件，常 用来测量原材料、半成品、铸铁等用来测量原材料、半成品、铸铁等应用：应用：测量原材、半成品、铸铁、有测量原材、半成品、铸铁、有 色金属及退火、正火、调质钢件色金属及退火、正火、调质钢件布布氏氏硬硬度度标注：标注：数字在前，符号在后，如数字在前，符号在后，如 220240HBW优缺点：压头直径大，压痕面积较大，优缺点：压头直径大，压痕面积较大，应用：测量原材、半成品、应用：测量原材、半成品、l（2）洛氏硬度试验法）洛氏硬度试验法 洛氏硬度试验是在洛氏硬度试验机上测定。是用顶洛氏硬度试验是在洛氏硬度试验机上测定。是用顶角为角为120的金刚石圆锥压头或直径为的金刚石圆锥压头或直径为1588mm的淬的淬火钢球压头，试验时先加初载荷，然后施加主载荷，火钢球压头，试验时先加初载荷，然后施加主载荷，维持规定时间后卸除主载荷，根据材料表面留有压痕维持规定时间后卸除主载荷，根据材料表面留有压痕的深度确定硬度值（由硬度计的表盘上直接读出的深度确定硬度值（由硬度计的表盘上直接读出）。）。（2）洛氏硬度试验法）洛氏硬度试验法 洛氏硬度试验是在洛氏硬度试验机上洛氏硬度试验是在洛氏硬度试验机上洛氏硬度试验原理图洛氏硬度试验原理图 洛氏硬度试验计洛氏硬度试验计洛氏硬度计洛氏硬度计洛氏硬度试验原理图洛氏硬度试验原理图 洛氏硬度试验计洛氏硬度计洛氏硬度试验计洛氏硬度计洛氏硬度的洛氏硬度的标注标注、试验、试验特点特点及及应用范围应用范围硬度标注时，硬硬度标注时，硬度数值写在硬度度数值写在硬度符号的前面。如符号的前面。如50HRC表示用表示用C标尺测定的洛氏标尺测定的洛氏硬度值为硬度值为50可测很软到很硬可测很软到很硬金属材料。由于金属材料。由于压痕小，测得的压痕小，测得的数值不够准确，数值不够准确，通常要在试样不通常要在试样不同部位测定三次同部位测定三次以上，取其平均以上，取其平均值为该材料的硬值为该材料的硬度值。度值。操作简单迅速，操作简单迅速，效率高效率高 直接测量成品或直接测量成品或较薄工件硬度较薄工件硬度 洛氏硬度可用来洛氏硬度可用来测定各种金属材料的测定各种金属材料的硬度硬度洛氏硬度的标注、试验特点及应用范围硬度标注时，硬度数值写在硬洛氏硬度的标注、试验特点及应用范围硬度标注时，硬度数值写在硬（3）维氏硬度（）维氏硬度（HV）维氏硬度的测量原理基本与布维氏硬度的测量原理基本与布氏硬度相同。氏硬度相同。维氏硬度测量的精度高，测量范围广维氏硬度测量的精度高，测量范围广（最高可达（最高可达1 300HV），应用广泛，），应用广泛，特别适用于工件的硬化层、薄片及小特别适用于工件的硬化层、薄片及小件成品。但由于操作复杂，主要用于件成品。但由于操作复杂，主要用于科学研究工作。科学研究工作。大屏数显自动大屏数显自动砖塔维氏硬度计砖塔维氏硬度计（3）维氏硬度（）维氏硬度（HV）维氏硬度的测量原理基本与布氏硬维氏硬度的测量原理基本与布氏硬l 各硬度值之间大致有以下关系：各硬度值之间大致有以下关系：l布氏硬度值在布氏硬度值在200450HBW范围内，范围内，10HBWHRC；l 布氏硬度值布氏硬度值450HBW，HBWHV。金属材料硬度与强度有近似关系：金属材料硬度与强度有近似关系：低碳钢低碳钢Rm3.6HBW 高碳钢高碳钢Rm3.4HBW 调质调质Rm3.25HBW 灰铸铁灰铸铁Rm=1HBW 一般情况下，硬度值可以综合体现所要求的力学性能。一般情况下，硬度值可以综合体现所要求的力学性能。各硬度值之间大致有以下关系：各硬度值之间大致有以下关系：金属材料硬度与金属材料硬度与l4.韧性：韧性：金属材料抵抗冲击金属材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏的载荷作用而不被破坏的能力。能力。（2）小能量多次冲击能力）小能量多次冲击能力 取决于材料强度和塑性的综合性能指标取决于材料强度和塑性的综合性能指标（1）夏比冲击试验）夏比冲击试验4.韧性：韧性：金属材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力。金属材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力。力力学学性性能能小小结结屈服强度屈服强度Rel（s）：设计选材依据）：设计选材依据 抗拉强度抗拉强度Rm(b)：设计选材依据设计选材依据 断后伸长率：断后伸长率：A（）5，断面伸缩率：断面伸缩率：Z（）10，可满足一般要求，可满足一般要求 布氏硬度布氏硬度HBW：650HBW，结果精确，测半成品，结果精确，测半成品 洛氏硬度洛氏硬度HR：7088HRA；20100HRB；20 70HRC。测定简单。测定简单,不伤工件，测成不伤工件，测成 品或半成品品或半成品 维氏硬度维氏硬度 HV：51 000HV，精确可靠，精确可靠,测薄件测薄件 冲击吸收能量冲击吸收能量KV（KU）受冲击零件选材、检验依据）受冲击零件选材、检验依据 硬度硬度指标指标强度强度指标指标塑性塑性指标指标韧性韧性指标指标力学性能小结屈服强度力学性能小结屈服强度Rel（s）：设计选材依据）：设计选材依据 断后伸长断后伸长【习题与思考题习题与思考题】1.名词解释：强度、硬度、塑性、韧性。名词解释：强度、硬度、塑性、韧性。强度：强度是指材料在外力作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。强度：强度是指材料在外力作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。硬度：是表示材料抵抗局部变形和破坏的能力。硬度：是表示材料抵抗局部变形和破坏的能力。塑性：是指材料在断裂前产生永久变形而不被破坏的能力。塑性：是指材料在断裂前产生永久变形而不被破坏的能力。韧性：金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力韧性：金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力2.选择下列材料的硬度测试方法：选择下列材料的硬度测试方法：A.齿轮轴；齿轮轴；B.非铁金属（有色金属）；非铁金属（有色金属）；C.钢板；钢板；D.锤子；锤子；E.铝板铝板 F.灰灰 铸铁件。铸铁件。A.齿轮轴：洛氏硬度的齿轮轴：洛氏硬度的C标尺或布氏硬度测试。标尺或布氏硬度测试。B.非铁金属（有色金属）：洛氏硬度的非铁金属（有色金属）：洛氏硬度的B标尺或布氏硬度测试。标尺或布氏硬度测试。C.钢板：同上。钢板：同上。【习题与思考题】【习题与思考题】1.名词解释：强度、硬度、塑性、韧性。名词解释：强度、硬度、塑性、韧性。D.锤子：洛氏硬度的锤子：洛氏硬度的C标尺。标尺。E.铝板：洛氏硬度的铝板：洛氏硬度的B标尺或布氏硬度。标尺或布氏硬度。F.灰铸铁件：洛氏硬度的灰铸铁件：洛氏硬度的B标尺或布氏硬度。标尺或布氏硬度。3.在有关零件图纸上，出现了以下几种硬度技术条件的标注方法在有关零件图纸上，出现了以下几种硬度技术条件的标注方法,问这种标注是否正确？若不正确，请纠正。问这种标注是否正确？若不正确，请纠正。A.HBW480500 纠正：纠正：480500HBW B.HRW180200 纠正：纠正：180200HRW C.HRC2025 纠正：纠正：2025HRC D.HBW=200220kgf 纠正：纠正：200220HBW E.HBW=180200 纠正：纠正：180200HBW F.400420HRW 正确。正确。G.HRC=3035 纠正：纠正：3035HRC H.180210HBWkgfmm2 纠正：纠正：180210HBWD.锤子：洛氏硬度的锤子：洛氏硬度的C标尺。标尺。3.在有关零件图纸上，出在有关零件图纸上，出END