1、高分子材料機械性能高分子材料機械性能的測試的測試低碳鋼的應力低碳鋼的應力- -應變曲線應變曲線拉伸試樣拉伸試樣拉伸試驗機拉伸試驗機應力應力 = P/F0應變應變 = (l-l0)/l0一、彈性和剛度一、彈性和剛度 彈性：彈性：指標為彈性極限指標為彈性極限 e e，即即材料承受最大彈性變形時材料承受最大彈性變形時的應力。的應力。 剛度：剛度：材料受力時抵抗彈性材料受力時抵抗彈性變形的能力。指標為彈性模變形的能力。指標為彈性模量量E E。 ）（MPatgE e彈性模量的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升彈性模量的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升高而逐漸降低外，其他強化材料的手段如熱處理、冷高

2、而逐漸降低外，其他強化材料的手段如熱處理、冷熱加工、合金化等對彈性模量的影響很小。可以通過熱加工、合金化等對彈性模量的影響很小?？梢酝ㄟ^增加橫截面積或改變截面形狀來提高零件的剛度。增加橫截面積或改變截面形狀來提高零件的剛度。 二、強度與塑性二、強度與塑性 強度：強度：材料在外力作用下抵抗塑性變形材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力。和斷裂的能力。 屈服強度屈服強度 s：材料開始產生屈服現象時材料開始產生屈服現象時所對應的外加應力，用所對應的外加應力，用s 表示。表示。 -屈服是指材料在外應力不再增加的情屈服是指材料在外應力不再增加的情況下，塑性變形繼續顯著增加的現象。況下，塑性變形繼續顯著

3、增加的現象。 抗拉強度抗拉強度 b b：材料斷裂前所承受的：材料斷裂前所承受的最大應力值。最大應力值。 -屈強比屈強比s s / /b b 的意的意 義：義：a a、工程安全系數工程安全系數; b; b、材料的利用率。、材料的利用率。s0.2塑性：塑性：材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。指標為：指標為： 伸長率：伸長率：%100001 lll %100010 FFF 斷面收縮率：斷面收縮率：斷裂后拉伸試樣的頸縮現象拉伸試樣的頸縮現象 說明：說明： 用面縮率表示塑性比伸長率更接近真用面縮率表示塑性比伸長率更接近真實變形。實變形。 直徑直徑d0 相同時

4、，相同時，l0 ， 。只有當。只有當l0/d0 為常數時，塑性值才有可比性。為常數時，塑性值才有可比性。 當當l0=10d0 時，伸長率用時，伸長率用 10表示；表示； 當當l0=5d0 時，伸長率用時，伸長率用 5 表示。顯然表示。顯然 5 10 時，無頸縮，為脆性材料表征時，無頸縮，為脆性材料表征 時，有頸縮，為塑性材料表征時，有頸縮，為塑性材料表征三、沖擊韌性三、沖擊韌性 是指材料抵抗沖擊載荷作用是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。用而不破壞的能力。用ak (J/cm2)表示。表示。四、疲勞強度四、疲勞強度 材料在低于材料在低于 s的重復交變應力作用下發生突然斷裂的現象的重復交變應力

5、作用下發生突然斷裂的現象稱為疲勞斷裂。稱為疲勞斷裂。 特點：交變應力通常低于材料的屈服強度，斷裂時無明顯特點：交變應力通常低于材料的屈服強度，斷裂時無明顯的塑性變形，而是突然發生，在工程上具有極大的危險性。的塑性變形，而是突然發生，在工程上具有極大的危險性。 材料在無數次應力循環的作用下而不斷裂時的最大交變應材料在無數次應力循環的作用下而不斷裂時的最大交變應力稱為疲勞強度，用力稱為疲勞強度，用-1表示。表示。 材料在規定次數應力循環后仍不發生斷裂時的最大應力稱材料在規定次數應力循環后仍不發生斷裂時的最大應力稱為有限疲勞極限。鋼鐵材料規定次數為為有限疲勞極限。鋼鐵材料規定次數為107，有色金屬合

6、，有色金屬合金為金為108。疲勞應力示意圖疲勞應力示意圖疲勞曲線示意圖疲勞曲線示意圖疲勞斷口疲勞斷口通過通過改善材料的形狀結構，減少表面缺陷，提高表面改善材料的形狀結構，減少表面缺陷，提高表面光潔度，進行表面強化光潔度，進行表面強化等方法可提高材料疲勞抗力。等方法可提高材料疲勞抗力。軸的疲勞斷口軸的疲勞斷口疲勞輝紋（掃描電鏡照片）疲勞輝紋（掃描電鏡照片）五、硬度五、硬度 硬度：金屬表面抵抗局部壓入變形或刻劃破壞的能力硬度：金屬表面抵抗局部壓入變形或刻劃破壞的能力。1.1.布氏硬度布氏硬度：用載荷為：用載荷為P P的力，將直徑為的力，將直徑為D D的淬火鋼球或硬質合金的淬火鋼球或硬質合金球壓入金

7、屬表面并保持一段時間，然后去除載荷，測量金屬表球壓入金屬表面并保持一段時間，然后去除載荷，測量金屬表面圓形凹陷壓痕的直徑面圓形凹陷壓痕的直徑d,d,計算出壓痕表面積計算出壓痕表面積A A，每單位面積承，每單位面積承受的力受的力P/AP/A被稱為布氏硬度值，用符號被稱為布氏硬度值，用符號HBSHBS（當用淬火鋼球時，（當用淬火鋼球時，適用于布氏硬度值在適用于布氏硬度值在450450以下的材料）或以下的材料）或HBW HBW （當用硬質合金（當用硬質合金球時，適用于布氏硬度在球時，適用于布氏硬度在650650以下的材料）來表示。以下的材料）來表示。 即：即：HB = P/A= P/DhHB = P

8、/A= P/Dh。布氏硬度計布氏硬度計壓頭為鋼球時壓頭為鋼球時，布氏硬度用符號，布氏硬度用符號HBS表示，適用于布氏硬度值在表示，適用于布氏硬度值在450以以下的材料。下的材料。壓頭為硬質合金球時，用符號壓頭為硬質合金球時，用符號HBW表示，適用于布氏硬度在表示，適用于布氏硬度在650以下的以下的材料。材料。 符號符號HBSHBS或或HBWHBW之前的數字表示硬度值之前的數字表示硬度值（布氏硬度有單位，但不標）（布氏硬度有單位，但不標）, , 符號后面的數字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時間。如符號后面的數字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時間。如 120HBS10/1000/3

9、0 120HBS10/1000/30 表示直徑為表示直徑為10mm10mm的鋼球在的鋼球在1000kgf1000kgf（9.807kN9.807kN）載荷）載荷作用下保持作用下保持30s30s測得的布氏硬度值為測得的布氏硬度值為120120，如果保載時間為，如果保載時間為1015s1015s（如黑（如黑色金屬）則不標出。色金屬）則不標出。布氏硬度的優點：測量誤差小，數據穩定。布氏硬度的優點：測量誤差小，數據穩定。缺點：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。缺點：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。適于測量退火、正火、調質鋼，鑄鐵及有色金屬的硬度。適于測量退火、正火、調

10、質鋼，鑄鐵及有色金屬的硬度。2.洛氏硬度洛氏硬度：將標準壓頭用規定壓力壓入金屬表面并：將標準壓頭用規定壓力壓入金屬表面并保持一段時間，然后去除載荷，測量壓痕深度，從保持一段時間，然后去除載荷，測量壓痕深度，從而確定金屬的硬度值。金屬越硬，壓痕深度越淺，而確定金屬的硬度值。金屬越硬，壓痕深度越淺，反之亦然。反之亦然。為適應人們習慣上數字越大硬度越高的概念，人為規為適應人們習慣上數字越大硬度越高的概念，人為規定一常數定一常數K K減去壓痕深度減去壓痕深度h h的值作為洛氏硬度值的指的值作為洛氏硬度值的指標，并規定每標，并規定每0.002mm0.002mm作為一個洛氏硬度單位，用作為一個洛氏硬度單位

11、，用HRHR表示表示（洛氏硬度無單位）（洛氏硬度無單位）: : HR=(K-h)/0.002 HR=(K-h)/0.002 * * *洛氏硬度試驗的壓頭有兩種：洛氏硬度試驗的壓頭有兩種： 硬質壓頭硬質壓頭-頂角為頂角為120120度的金剛石圓錐體，適用于度的金剛石圓錐體，適用于淬火鋼等硬度值較高的材料。淬火鋼等硬度值較高的材料。 軟值壓頭軟值壓頭-直徑為直徑為1.588mm1.588mm的淬火鋼球，適用于退的淬火鋼球，適用于退火鋼、有色金屬等硬度值較低的材料。火鋼、有色金屬等硬度值較低的材料。h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計洛氏硬度計 符號符號HR前面的數字為硬度值，前面的數字為硬度值，后面為使用的標尺。后面為使用的標尺。根據壓頭類型和主載荷不同，分為根據壓頭類型和主載荷不同，分為九個標尺，常用的標尺為九個標尺，常用的標尺為A、B、C。 HRA用于測量高硬度材料用于測量高硬度材料, 如硬如硬質合金、表淬層和滲碳層。質合金、表淬層和滲碳層。 HRB用于測量低硬度材料用于測量低硬度材