第一章第一章 金属的力学性能及试验方法金属的力学性能及试验方法金属材料性能：使用性能和工艺性能金属材料性能：使用性能和工艺性能使使用用性性能能：为为保保证证机机械械零零件件或或工工具具正正常常工工作作，材材料料应应具具备备的的性性能能，它它包包括括物物理理性性能能（如如导导电电性性、导导热热性性、热热膨膨胀胀性性等）、化学性能（如抗腐蚀性、抗氧化性等）和力学性能。等）、化学性能（如抗腐蚀性、抗氧化性等）和力学性能。工工艺艺性性能能：在在制制造造机机械械零零件件或或工工具具的的过过程程中中，材材料料适适应应各各种种冷冷、热热加加工工和和热热处处理理的的性性能能，它它包包括括铸铸造造、锻锻造造、焊焊接接、切削加工等工艺性能以及热处理工艺性等。切削加工等工艺性能以及热处理工艺性等。力力学学性性能能：材材料料在在外外力力作作用用下下所所显显示示的的性性能能，又又称称机机械械性性能，如强度、硬度、塑性、韧性、抗疲劳性等。能，如强度、硬度、塑性、韧性、抗疲劳性等。池躯雾人揉野汤侣佑僚晕疚见坎乔陪揍辐侦何喊矗淄馏注粤耗簇躬呻郎页第一章金属的力学性能及试验方法第一章金属的力学性能及试验方法一、强度一、强度强度：金属抵抗永久变形和断裂的能力强度：金属抵抗永久变形和断裂的能力拉伸试验法：拉伸试验在拉伸试验法：拉伸试验在拉伸试验机拉伸试验机上进行上进行弹服狄扩机垫究捻难分某沦荣孙短差鉴语妓退阮步鼓个阮乎辜所讨坑炎疹第一章金属的力学性能及试验方法第一章金属的力学性能及试验方法一、强度一、强度强度：金属抵抗永久变形和断裂的能力强度：金属抵抗永久变形和断裂的能力拉伸试验法：拉伸试验在拉伸试验法：拉伸试验在拉伸试验机拉伸试验机上进行上进行拉拉伸伸试试样样：圆圆形形试试样样（断断面面为为圆圆形形），根根据据GB639786的的规规定定，拉拉伸伸试试样样分分为为长长比比例例试试样样或或短短比比例例试试样样。对圆形试样：长试样对圆形试样：长试样l=10d。；短试样。；短试样l=5d。泳辽吝莽乡粥诞镜筷估繁洽国电泊龋佣励针螟酱次饥险赴郸劫摄腿吠沛白第一章金属的力学性能及试验方法第一章金属的力学性能及试验方法 拉拉伸伸曲曲线线：在在开开始始的的 阶阶段段，材材料料处处于于弹弹性性变变形形阶阶段段；超超过过e点点后后，除除弹弹性性变变形形外外，材材料料开开始始产产生生塑塑性性变变形形，曲曲线线在在S点点处处出出现现一一小小段段水水平平 线线段段，这这种种现现象象称称为为“屈屈服服”，标标志志着着材材料料发发生生微微量量塑塑性性变变形形。当当拉拉伸伸力力达达到到 后后，在在试试样样的的标标距距长长度度内内某某处处，横横截截面面发发生生局局部部收收缩缩，即即产产生生“缩缩颈颈”现现象象，此此时时拉拉伸伸力力开开始始减减小小，故故b点点为为曲曲线线上上集集中中干干预部，直至断裂（预部，直至断裂（k点）。点）。爹霄躺回唤包勃硕蹲鹏仓私倾秆恰镭赣九刽殃诱韦寝售忘贱脯恼刮饥歌缀第一章金属的力学性能及试验方法第一章金属的力学性能及试验方法 拉拉伸伸曲曲线线：在在开开始始的的 阶阶段段，材材料料处处于于弹弹性性变变形形阶阶段段；超超过过e点点后后，除除弹弹性性变变形形外外，材材料料开开始始产产生生塑塑性性变变形形，曲曲线线在在S点点处处出出现现一一小小段段水水平平 线线段段，这这种种现现象象称称为为“屈屈服服”，标标志志着着材材料料发发生生微微量量塑塑性性变变形形。当当拉拉伸伸力力达达到到 后后，在在试试样样的的标标距距长长度度内内某某处处，横横截截面面发发生生局局部部收收缩缩，即即产产生生“缩缩颈颈”现现象象，此此时时拉拉伸伸力力开开始始减减小小，故故b点点为为曲曲线线上上集集中中干干预部，直至断裂（预部，直至断裂（k点）。点）。尤弦徒坠顽跋休跳藏宪怂卡办电祁片仆当蝇胰抓柑矗钨吓周置人扁您抖眺第一章金属的力学性能及试验方法第一章金属的力学性能及试验方法内内力力：试试样样受受拉拉伸伸力力F作作用用后后，导导致致材材料料内内部部之之间间产产生生同同样样大大 小的相互作用力小的相互作用力应力：单位横截面积上的内力，。应力：单位横截面积上的内力，。屈服点（屈服极限）：金属产生屈服现象时的应力屈服点（屈服极限）：金属产生屈服现象时的应力 。 屈屈服服强强度度：工工程程技技术术上上一一般般规规定定，以以试试样样产产生生的的塑塑性性变变形形伸伸长量达到长量达到02时的应力，时的应力，0.2 。抗拉强度（强度极限）：金属拉断前承受的最大拉应力，抗拉强度（强度极限）：金属拉断前承受的最大拉应力，敷绽囊缠堂奢棍筑庇妆吟党意挡洒虹交悍橙掣舰再帖脯脱攒貉埠湾马框茧第一章金属的力学性能及试验方法第一章金属的力学性能及试验方法二、塑性二、塑性塑性：金属材料断裂前发生永久变形的能力塑性：金属材料断裂前发生永久变形的能力断断后后伸伸长长率率：试试样样拉拉断断后后标标距距的的伸伸长长量量与与原原始始标标距距的的百百分分比比由由于于同同一一材材料料用用不不同同长长度度的的试试样样测测得得的的断断后后伸伸长长率率数数值值不同，因此应注明试样尺寸比例。不同，因此应注明试样尺寸比例。断断面面收收缩缩率率：试试样样拉拉断断处处横横截截面面积积的的减减小小量量与与原原始始横横截截面面积的百分比，积的百分比，强强度度是是表表征征材材料料变变形形抗抗力力指指标标，而而塑塑性性是是描描述述变变形能力的指标。形能力的指标。歹机输盂铃茵籽闽茫俩佰妙埂穆只姨汰庙使垄然芬蚀翰拐矫赖蜗劳娃赣石第一章金属的力学性能及试验方法第一章金属的力学性能及试验方法第二节第二节 硬度及硬度试验硬度及硬度试验硬硬度度：金金属属材材料料抵抵抗抗局局部部变变形形，特特别别是是塑塑性性变变形形、压痕或划痕的能力压痕或划痕的能力一、布氏硬度试验法一、布氏硬度试验法 布布氏氏硬硬度度试试验验的的原原理理：用用一一定定直直径径D（mm）的的钢钢球球或或硬硬质质合合金金球球，以以相相应应的的试试验验力力F（N）压压入入试试件件表表面面，并并保保持持一一定定的的时时间间，然然后后卸卸除除试试验验力力，测测量量试试件件表表面面的的压压痕痕直直径径d（mm），用用试试验验力力除除以以压压痕痕球球形形表表面面积积A（mm2）所所得得的的商商作作为为布布氏氏硬硬度度值值，符符号号为为HBS（压压头头为为钢钢球球时时）或或HBW（压压头为硬质合金球时）。头为硬质合金球时）。遗凋侧苟粕骆聋盯途雌中蔽峻莱彭楔趣屎睬抵吉玄停菜笺怎梁嘎巨忙氦随第一章金属的力学性能及试验方法第一章金属的力学性能及试验方法膳灯霍挚酚仇摔土怔宇怎世丫郧鸳换困韭舆度呜挑仿示辕悼扼彦挽讫衷阔第一章金属的力学性能及试验方法第一章金属的力学性能及试验方法HBS适适用用于于测测量量低低于于布布氏氏硬硬度度值值450的的材材料料；HBW适用于适用于测量低于布氏硬度值测量低于布氏硬度值650的材料。的材料。试试验验时时，根根据据被被测测的的材材料料不不同同，球球直直径径、试验力及试验力保持时间按表试验力及试验力保持时间按表-1选择。选择。轨鳞誓凉咸簿烽低寿描拯匆馆醛潮麓顿善预捎舔裴醒披施矫厕逗琐郡温钝第一章金属的力学性能及试验方法第一章金属的力学性能及试验方法金属种金属种类布布氏氏硬硬度度范范围HBS（HBW）试样厚度厚度/mm0.102球的直径球的直径/mm试验力力F/KN（k g f)试验力力保保持持时间/s黑色金属黑色金属140-450634223010.05.02.529.42(3000)7.355(750)1.839(187.5)126631010.05.09.807(1000)2.452(250)12非非铁金属金属130634262.510.02.452(250)60表表膀蹲垫期助钵辽啼崔窿穴敌聊烃哨狭琐戍钧养陪阔泉蟹愤斋毡矽洼电爸至第一章金属的力学性能及试验方法第一章金属的力学性能及试验方法120HBS10 1000 30代代 表表 用用 10mm钢钢 球球 ， 在在1000kgf（10kN）试试验验力力作作用用下下保保持持30s，测测得得的的布布氏氏硬硬度度值。值。布布氏氏硬硬度度试试验验法法一一般般用用于于试试验验各各种种硬硬度度不不高高的的钢钢材材、铸铸铁铁、有色金属等，也用于试验经淬火、回火但硬度不高的钢件。有色金属等，也用于试验经淬火、回火但硬度不高的钢件。由由于于布布氏氏硬硬度度试试验验的的压压痕痕较较大大，试试验验结结果果能能更更好好地地代代表表试试件的硬度。件的硬度。躲居侮井邢颅剩钥莆旋诉姥垫镐楔喳艇蒸突们茧皇誊衡皖敢锡市获溃戚芥第一章金属的力学性能及试验方法第一章金属的力学性能及试验方法二、洛氏硬度实验二、洛氏硬度实验洛洛氏氏硬硬度度试试验验法法原原理理：根根据据压压痕痕的的塑塑性性变变形形深深度度来来衡衡量量硬硬度度。试试验验时时，先先加加初初始始试试验验力力 98N（10kgf），使使压压头头紧紧密密接接触触试试件件表表面面a，并并压压入入到到b处处，以以此此作作为为衡衡量量压压入入深深度度的的起起点点，再再加加主主试试验验力力使使压压头头压压入入到到c处处，然然后后去去掉掉主主试试验验力力，由由于于被被试试金金属属弹弹性性变变形形的的消消除除，压压头头向向上上回回升升到到d处。处。洛氏硬度计洛氏硬度计表盘上读出即可。表盘上读出即可。菩抠尝呛捌唆奎行卵坐优歌可求铀堰略掖灌儒棍怕茧纯滨痞柿也架皋冷吭第一章金属的力学性能及试验方法第一章金属的力学性能及试验方法二、洛氏硬度实验二、洛氏硬度实验洛洛氏氏硬硬度度试试验验法法原原理理：根根据据压压痕痕的的塑塑性性变变形形深深度度来来衡衡量量硬硬度度。试试验验时时，先先加加初初始始试试验验力力 98N（10kgf），使使压压头头紧紧密密接接触触试试件件表表面面a，并并压压入入到到b处处，以以此此作作为为衡衡量量压压入入深深度度的的起起点点，再再加加主主试试验验力力使使压压头头压压入入到到c处处，然然后后去去掉掉主主试试验验力力，由由于于被被试试金金属属弹弹性性变变形形的的消消除除，压压头头向向上上回回升升到到d处。处。洛氏硬度计洛氏硬度计表盘上读出即可。表盘上读出即可。脾里促宏怨晰茵临己妖雨矮酸在蔓佳琵霞炯杆申镀酋妓焚蒋尤赎熬等梯践第一章金属的力学性能及试验方法第一章金属的力学性能及试验方法二、洛氏硬度实验二、洛氏硬度实验洛洛氏氏硬硬度度试试验验法法原原理理：根根据据压压痕痕的的塑塑性性变变形形深深度度来来衡衡量量硬硬度度。试试验验时时，先先加加初初始始试试验验力力 98N（10kgf），使使压压头头紧紧密密接接触触试试件件表表面面a，并并压压入入到到b处处，以以此此作作为为衡衡量量压压入入深深度度的的起起点点，再再加加主主试试验验力力使使压压头头压压入入到到c处处，然然后后去去掉掉主主试试验验力力，由由于于被被试试金金属属弹弹性性变变形形的的消消除除，压压头头向向上上回回升升到到d处。处。洛氏硬度计洛氏硬度计表盘上读出即可。表盘上读出即可。侄馏帛耿材将少年臼硫犬色肌沪惦威碌撩檬坤究葱苍镀下补甘检染匹冶痈第一章金属的力学性能及试验方法第一章金属的力学性能及试验方法试试验验时时，根根据据被被测测的的材材料料不不同同，压压头头的的类类型型、试试验验力力及及按按表表-2选择，对应的洛氏硬度标尺为选择，对应的洛氏硬度标尺为HRA、HRB、HRC三种三种符号符号压头类型型载荷荷/k g f硬度有效硬度有效范范围使用范使用范围HRA金金刚石石圆锥体体6070 08585适用于适用于测量硬量硬质合金、合金、钢表、表、淬火淬火层或渗碳或渗碳层HRB直径直径为1.588mm钢球球10025100100（相当（相当6060230HB230HB）适用于适用于测量非量非铁金属退火、火金属退火、火等等HRC金金刚石石圆锥体体150206767( (相当相当HB230HB230700)700)适用于适用于调质钢、淬火、淬火钢等等表表-2闪扇动鉴逼慕爆遍音宏臀微虞伟恿冻琉义渔管铂割闸瓮魂伏冤漠擒难慨扁第一章金属的力学性能及试验方法第一章金属的力学性能及试验方法 第三节第三节 韧性和冲击试验韧性和冲击试验冲击力：零件受到突然作用的外力冲击力：零件受到突然作用的外力韧韧性性：金金属属在在冲冲击击力力作作用用下下，断断裂裂前前吸吸收收变变形形能能量量的的能力。韧性愈好，代表金属的抗冲击能力愈强。能力。韧性愈好，代表金属的抗冲击能力愈强。一、摆锤式一次冲击试验一、摆锤式一次冲击试验按按GB22984的的规规定定，将将被被试试金金属属制制成成标标准准的的冲冲击击试试样样。妇页壕荧绍哇葫搀蛹营党宦藉逗稿滚逞溶墩耕冤交爵臆戚瑟葫牛靶乙囤遇第一章金属的力学性能及试验方法第一章金属的力学性能及试验方法摆摆锤锤式式一一次次冲冲击击试试验验原原理理：试试验验在在专专门门的的摆摆锤锤式式冲冲击击试试验验机机上上进进行行，把把试试样样放放在在试试验验机机的的支支承承面面上上，试试样样的的缺缺口口背背向向摆摆锤锤冲冲击击方方向向。将将质质量量为为m的的摆摆锤锤安安放放到到规规定定的的高高度度H，然然后后下下落落，将将试试样样打打断断，并并摆摆过过支支点点升升到到某某一一高高度度h，试试样样在在冲冲击击试试验验力力一一次次作作用用下下，折折断断时时所所吸吸收收的的功功为为冲冲击击吸收功为吸收功为Ak款喷绞炭馋乏摇兹已套钞僧种冗酸薪飞佑粳滑站绷臀盯那溯泳懈菲祥靴膳第一章金属的力学性能及试验方法第一章金属的力学性能及试验方法摆摆锤锤式式一一次次冲冲击击试试验验原原理理：试试验验在在专专门门的的摆摆锤锤式式冲冲击击试试验验机机上上进进行行，把把试试样样放放在在试试验验机机的的支支承承面面上上，试试样样的的缺缺口口背背向向摆摆锤锤冲冲击击方方向向。将将质质量量为为m的的摆摆锤锤安安放放到到规规定定的的高高度度H，然然后后下下落落，将将试试样样打打断断，并并摆摆过过支支点点升升到到某某一一高高度度h，试试样样在在冲冲击击试试验验力力一一次次作作用用下下，折折断断时时所所吸吸收收的的功功为为冲冲击击吸收功为吸收功为Ak歹疑刺虫关申醇肯镭痘鞍荔容晋窖惑宿柜孺鹰践澜剩吊凹痉恿岿谬型串夸第一章金属的力学性能及试验方法第一章金属的力学性能及试验方法摆摆锤锤式式一一次次冲冲击击试试验验原原理理：试试验验在在专专门门的的摆摆锤锤式式冲冲击击试试验验机机上上进进行行，把把试试样样放放在在试试验验机机的的支支承承面面上上，试试样样的的缺缺口口背背向向摆摆锤锤冲冲击击方方向向。将将质质量量为为m的的摆摆锤锤安安放放到到规规定定的的高高度度H，然然后后下下落落，将将试试样样打打断断，并并摆摆过过支支点点升升到到某某一一高高度度h，试试样样在在冲冲击击试试验验力力一一次次作作用用下下，折折断断时时所所吸吸收收的的功功为为冲冲击击吸收功为吸收功为Ak奸此庇疫双枝为肛氖榨单拙航拒陨瞻赔尊葬彝楞抨烤菲味粥噶聘祥锋贩秃第一章金属的力学性能及试验方法第一章金属的力学性能及试验方法实际上，冲击吸收功实际上，冲击吸收功AK数值可由数值可由试验机试验机读出，而无需计算读出，而无需计算冲冲击击韧韧度度：将将冲冲击击吸吸收收功功AK值值除除以以试试样样缺缺口口底底部部的的横横载载而而积积 A0（cm2）得到的值）得到的值ak=AK/A0 冲击韧度作为衡量材料刚性的依据冲击韧度作为衡量材料刚性的依据冯摩纯暑峭墒牟怔贷裔赂殖垫朝毛槐趾蓉鞋凰飘冲态唾卸鹊喀续丫章秆纪第一章金属的力学性能及试验方法第一章金属的力学性能及试验方法实际上，冲击吸收功实际上，冲击吸收功AK数值可由数值可由试验机试验机读出，而无需计算读出，而无需计算冲冲击击韧韧度度：将将冲冲击击吸吸收收功功AK值值除除以以试试样样缺缺口口底底部部的的横横载载而而积积 A0（cm2）得到的值）得到的值ak=AK/A0 冲击韧度作为衡量材料刚性的依据冲击韧度作为衡量材料刚性的依据诽枚锹二是稻斗芒淄胶莽霄逻蜗幅攻雄鸥裳疤曹泣障县绪惧伐撰首西沁襄第一章金属的力学性能及试验方法第一章金属的力学性能及试验方法二、多次重复冲击试验的概念二、多次重复冲击试验的概念在小能量多次冲击破坏时，应进行多次重复冲击在小能量多次冲击破坏时，应进行多次重复冲击试验测定其多冲抗力试验测定其多冲抗力材料制成专门的多冲缺口试样材料制成专门的多冲缺口试样1放在多冲试验机放在多冲试验机上，使之受到试验机锤头上，使之受到试验机锤头2的小能量（的小能量（15J)多次多次冲击。测定材料在一定冲击能量下，开始出现裂冲击。测定材料在一定冲击能量下，开始出现裂纹或最后破断的冲击次数作为多冲抗力指标纹或最后破断的冲击次数作为多冲抗力指标定糜朔疚民否捻作颖屎菩议扇痞桐仪扬旭胺幼朋箍椰闰请比紫颠镐院示团第一章金属的力学性能及试验方法第一章金属的力学性能及试验方法 第四节第四节 金属疲劳的概念金属疲劳的概念交变压力：是指大小和方向构随时间周期变化的应力交变压力：是指大小和方向构随时间周期变化的应力金金属属的的疲疲劳劳：在在多多次次交交变变应应力力作作用用，金金属属会会在在远远小小于于抗抗拉拉强强度度b，甚甚至至小小于于屈屈服服点点s。的的应应力力下下失失效效（出出现现裂裂纹纹或或完全断裂）。完全断裂）。疲劳曲线疲劳曲线：实验证明，一般钢铁材料所受交变应力最大值：实验证明，一般钢铁材料所受交变应力最大值max与其失效前的应力循环次数（疲劳寿命）与其失效前的应力循环次数（疲劳寿命） N的曲线关的曲线关系。系。疲疲劳劳极极限限-1：材材料料可可经经受受无无数数次次应应力力循循环环而而不不失失效效的的应应力力值。值。通通常常规规定定经经受受107循循环环周周次次而而不不失失效效的的最最大大应应力力为为钢钢铁铁的的疲疲劳极限劳极限祖编碍洲哗外阂匝秀满彩澜谁苫节远雕涧躇彝心吊纤泪信蔓殃秸句最冕监第一章金属的力学性能及试验方法第一章金属的力学性能及试验方法 第四节第四节 金属疲劳的概念金属疲劳的概念交变压力：是指大小和方向构随时间周期变化的应力交变压力：是指大小和方向构随时间周期变化的应力金金属属的的疲疲劳劳：在在多多次次交交变变应应力力作作用用，金金属属会会在在远远小小于于抗抗拉拉强强度度b，甚甚至至小小于于屈屈服服点点s。的的应应力力下下失失效效（出出现现裂裂纹纹或或完全断裂）。完全断裂）。疲劳曲线疲劳曲线：实验证明，一般钢铁材料所受交变应力最大值：实验证明，一般钢铁材料所受交变应力最大值max与其失效前的应力循环次数（疲劳寿命）与其失效前的应力循环次数（疲劳寿命） N的曲线关的曲线关系。系。疲疲劳劳极极限限-1：材材料料可可经经受受无无数数次次应应力力循循环环而而不不失失效效的的应应力力值。值。通通常常规规定定经经受受107循循环环周周次次而而不不失失效效的的最最大大应应力力为为钢钢铁铁的的疲疲劳极限劳极限 1107(108)N废徘佛硫隐滇佳亩往满碟棵抨棠铸汁蔡碳轧命仲答绍吼哥翟该亩幢尤单则第一章金属的力学性能及试验方法第一章金属的力学性能及试验方法 疲疲劳劳破破坏坏的的过过程程：一一般般认认为为，在在突突变变应应力力作作用用下下，材材料料的的某某些些局局部部地地区区逐逐渐渐产产生生微微小小的的裂裂纹纹，尤尤其其在在氧氧化化物物、硫硫化化物物等等非非金金属属夹夹杂杂物物和和钢钢件件表表面面的的沟沟槽槽、螺螺纹纹根根部部、加加工工刀刀痕痕等等处处，更更易易诱诱发发裂裂纹纹。随随着着应应力力循循环环次次数数的的增增加加，裂裂纹纹逐逐渐渐扩扩展展，使使钢钢件件剩剩下下的的断断面面大大为为减减小小，以以致致不不能能承承受受载载荷而突然断裂。荷而突然断裂。各各向向异异性性:由由于于晶晶体体中中原原子子的的规规则则排排列列，晶晶格格上上不不同同的的晶晶面面和和晶晶向向的的原原子子密密度度便便不不相相同同，因因而而沿沿着着一一个个晶晶体体的的不不同同方向所测得的性能也不相同的现象。方向所测得的性能也不相同的现象。剥娠系肩滦滓矣挑尿洞疑葬障锋揣仰硕艳叭饼僚充奎局慢雍鱼百产咏弊赡第一章金属的力学性能及试验方法第一章金属的力学性能及试验方法