金屬材料力學性能及實驗第1頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四一、強度強度：金屬抵抗永久變形和斷裂的能力拉伸試驗法：拉伸試驗在拉伸試驗機上進行第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四一、強度強度：金屬抵抗永久變形和斷裂的能力拉伸試驗法：拉伸試驗在拉伸試驗機上進行拉伸試樣：圓形試樣（斷面為圓形），根據GB6397－86的規定，拉伸試樣分為長比例試樣或短比例試樣。對圓形試樣：長試樣l=10d。；短試樣l=5d。第3頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四

拉伸曲線：在開始的階段，材料處于彈性變形階段；超過e點后，除彈性變形外，材料開始產生塑性變形，曲線在S點處出現一小段水平線段，這種現象稱為“屈服”，標志著材料發生微量塑性變形。當拉伸力達到后，在試樣的標距長度內某處，橫截面發生局部收縮，即產生“縮頸”現象，此時拉伸力開始減小，故b點為曲線上集中干預部，直至斷裂（k點）。第4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四

拉伸曲線：在開始的階段，材料處于彈性變形階段；超過e點后，除彈性變形外，材料開始產生塑性變形，曲線在S點處出現一小段水平線段，這種現象稱為“屈服”，標志著材料發生微量塑性變形。當拉伸力達到后，在試樣的標距長度內某處，橫截面發生局部收縮，即產生“縮頸”現象，此時拉伸力開始減小，故b點為曲線上集中干預部，直至斷裂（k點）。第5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四內力：試樣受拉伸力F作用后，導致材料內部之間產生同樣大小的相互作用力應力：單位橫截面積上的內力，。

屈服點（屈服極限）：金屬產生屈服現象時的應力。

屈服強度：工程技術上一般規定，以試樣產生的塑性變形伸長量達到0．2％時的應力，σ0.2。抗拉強度（強度極限）：金屬拉斷前承受的最大拉應力，第6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四

二、塑性塑性：金屬材料斷裂前發生永久變形的能力斷后伸長率：試樣拉斷后標距的伸長量與原始標距的百分比由于同一材料用不同長度的試樣測得的斷后伸長率δ數值不同，因此應注明試樣尺寸比例。斷面收縮率：試樣拉斷處橫截面積的減小量與原始橫截面積的百分比，Ψ強度是表征材料變形抗力指標，而塑性是描述變形能力的指標。第7頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四第二節硬度及硬度試驗硬度：金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力一、布氏硬度試驗法

布氏硬度試驗的原理：用一定直徑D（mm）的鋼球或硬質合金球，以相應的試驗力F（N）壓入試件表面，并保持一定的時間，然后卸除試驗力，測量試件表面的壓痕直徑d（mm），用試驗力除以壓痕球形表面積A（mm2）所得的商作為布氏硬度值，符號為HBS（壓頭為鋼球時）或HBW（壓頭為硬質合金球時）。第8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四HBS適用于測量低于布氏硬度值450的材料；HBW適用于測量低于布氏硬度值650的材料。試驗時，根據被測的材料不同，球直徑、試驗力及試驗力保持時間按表-1選擇。第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四金屬種類布氏硬度范圍HBS（HBW）試樣厚度/mm0.102球的直徑/mm試驗力F/KN（kgf)試驗力保持時間/s黑色金屬140-4506～34～2<23010.05.02.529.42(3000)7.355(750)1.839(187.5)12<140>66～31010.05.09.807(1000)2.452(250)12非鐵金屬>1306～34～2<23010.05.02.529.42(3000)7.355(750)1.839(187.5)3036～1309～36～31010.05.09.807(1000)2.452(250)308～35>62.510.02.452(250)60表－１第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四

120HBS10／1000／30代表用10mm鋼球，在1000kgf（10kN）試驗力作用下保持30s，測得的布氏硬度值。布氏硬度試驗法一般用于試驗各種硬度不高的鋼材、鑄鐵、有色金屬等，也用于試驗經淬火、回火但硬度不高的鋼件。由于布氏硬度試驗的壓痕較大，試驗結果能更好地代表試件的硬度。第12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四二、洛氏硬度實驗洛氏硬度試驗法原理：根據壓痕的塑性變形深度來衡量硬度。試驗時，先加初始試驗力98N（10kgf），使壓頭緊密接觸試件表面a，并壓入到b處，以此作為衡量壓入深度的起點，再加主試驗力使壓頭壓入到c處，然后去掉主試驗力，由于被試金屬彈性變形的消除，壓頭向上回升到d處。洛氏硬度計表盤上讀出即可。第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四二、洛氏硬度實驗洛氏硬度試驗法原理：根據壓痕的塑性變形深度來衡量硬度。試驗時，先加初始試驗力98N（10kgf），使壓頭緊密接觸試件表面a，并壓入到b處，以此作為衡量壓入深度的起點，再加主試驗力使壓頭壓入到c處，然后去掉主試驗力，由于被試金屬彈性變形的消除，壓頭向上回升到d處。洛氏硬度計表盤上讀出即可。第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四二、洛氏硬度實驗洛氏硬度試驗法原理：根據壓痕的塑性變形深度來衡量硬度。試驗時，先加初始試驗力98N（10kgf），使壓頭緊密接觸試件表面a，并壓入到b處，以此作為衡量壓入深度的起點，再加主試驗力使壓頭壓入到c處，然后去掉主試驗力，由于被試金屬彈性變形的消除，壓頭向上回升到d處。洛氏硬度計表盤上讀出即可。第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四

試驗時，根據被測的材料不同，壓頭的類型、試驗力及按表-2選擇，對應的洛氏硬度標尺為HRA、HRB、HRC三種符號壓頭類型載荷/kgf硬度有效范圍使用范圍HRA金剛石圓錐體6070～85適用于測量硬質合金、鋼表、淬火層或滲碳層HRB直徑為1.588mm鋼球10025～100（相當60～230HB）適用于測量非鐵金屬退火、火等HRC金剛石圓錐體15020～67(相當HB230～700)適用于調質鋼、淬火鋼等表-2第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四

第三節韌性和沖擊試驗

沖擊力：零件受到突然作用的外力韌性：金屬在沖擊力作用下，斷裂前吸收變形能量的能力。韌性愈好，代表金屬的抗沖擊能力愈強。一、擺錘式一次沖擊試驗按GB229－84的規定，將被試金屬制成標準的沖擊試樣。第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四

擺錘式一次沖擊試驗原理：試驗在專門的擺錘式沖擊試驗機上進行，把試樣放在試驗機的支承面上，試樣的缺口背向擺錘沖擊方向。將質量為m的擺錘安放到規定的高度H，然后下落，將試樣打斷，并擺過支點升到某一高度h，試樣在沖擊試驗力一次作用下，折斷時所吸收的功為沖擊吸收功為Ak第18頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四

擺錘式一次沖擊試驗原理：試驗在專門的擺錘式沖擊試驗機上進行，把試樣放在試驗機的支承面上，試樣的缺口背向擺錘沖擊方向。將質量為m的擺錘安放到規定的高度H，然后下落，將試樣打斷，并擺過支點升到某一高度h，試樣在沖擊試驗力一次作用下，折斷時所吸收的功為沖擊吸收功為Ak第19頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四

擺錘式一次沖擊試驗原理：試驗在專門的擺錘式沖擊試驗機上進行，把試樣放在試驗機的支承面上，試樣的缺口背向擺錘沖擊方向。將質量為m的擺錘安放到規定的高度H，然后下落，將試樣打斷，并擺過支點升到某一高度h，試樣在沖擊試驗力一次作用下，折斷時所吸收的功為沖擊吸收功為Ak第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四實際上，沖擊吸收功AK數值可由試驗機讀出，而無需計算沖擊韌度：將沖擊吸收功AK值除以試樣缺口底部的橫載而積A0（cm2）得到的值ak=AK/A0沖擊韌度作為衡量材料剛性的依據第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四

實際上，沖擊吸收功AK數值可由試驗機讀出，而無需計算沖擊韌度：將沖擊吸收功AK值除以試樣缺口底部的橫載而積A0（cm2）得到的值ak=AK/A0沖擊韌度作為衡量材料剛性的依據第22頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四二、多次重復沖擊試驗的概念

在小能量多次沖擊破壞時，應進行多次重復沖擊試驗測定其多沖抗力材料制成專門的多沖缺口試樣1放在多沖試驗機上，使之受到試驗機錘頭2的小能量（＜15J)多次沖擊。測定材料在一定沖擊能量下，開始出現裂紋或最后破斷的沖擊次數作為多沖抗力指標第23頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四

第四節金屬疲勞的概念

交變壓力：是指大小和方向構隨時間周期變化的應力金屬的疲勞：在多次交變應力作用，金屬會在遠小于抗拉強度σb，甚至小于屈服點σs。的應力下失效（出現裂紋或完全斷裂）。疲勞曲線：實驗證明，一般鋼鐵材料所受交變應力最大值σmax與其失效前的應力循環次數（疲勞壽命）N的曲線關系。疲勞極限σ-1：材料可經受無數次應力循環而不失效的應力值。通常規定經受107循環周次而不失效的最大應力為鋼鐵的疲勞極限第24頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四

第四節金屬疲勞的概念

交變壓力：是指大小和方向構隨時間周期變化的應力金屬的疲勞：在多次交變應力作用，金屬會在遠小于抗拉強度σb，甚至小于屈服點σs。的應力下失效（出現裂紋或完全斷裂）。疲勞曲線：實驗證明，一般鋼鐵材料所受交變應力最大值σmax與其失效前的應力循環次數（疲勞壽命）N的曲線關系。疲勞極限σ-1：材料可經受無數次應力循環而不失效的應力值。通常規定經受107循環周次而不失效的最大應力為鋼鐵的疲勞極限σ

σ－1107(108)㏑N第25頁，共26頁，2023年，2