金属材料的机械性能

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1、第一章金属材料的机械性能机械设计中，材料的选择是按结构材料的力学性能－即机械性能来进行选择的。材料的力学性能（机械性能）：即材料抵抗外力的能力。其主要表现为：在静载荷下，动载荷下，特殊状态载荷下的力学性能。第一节静载时材料的机械性能静载时材料的机械性能指标（力学性能指标），可用静拉伸试验测定。试验中注意：，及应力、应变图（图1－1）等概念。一，静载时材料的机械（力学)性能（一）弹性和刚度弹性：在应力、应变图上，如加载后应力不超过，卸载后试样即可完全恢复原状，这种不产生永久变形的性能，称为弹性。弹性极限：（图

2、1－1）上E点的应力值，即不产生永久变形的最大应力值。比例极限：（图1－1）上P点的应力值，即保持应力与应变成正比关系的最大应力值。*与，实用中常取相同值。刚度：在图1－1上，OP直线的斜率，是材料的弹性模量E，弹性模量E又称为刚度，它是表征材料抵抗产生弹性变形的能力（即衡量材料产生变形难易程度的指标。）。其定义式为：E愈大，使其产生弹性变形的应力亦愈大，变形愈困难。注：＊E为材料本身的指标，随材料不同而不同。故各种钢材的弹性模量均为：E＝190000～220000（）E只取决于材料本身，基本不受热处理、合

3、金化、冷热加工方式的影响。＊E的值，随温度T的升高而降低。（二）强度强度：外力作用下，材料抵抗变形与断裂的能力。衡量强度的指标为：屈服强度，抗拉强度1.屈服强度：即（图1－1）上，S点的应力，表示材料在外力作用下开始产生塑性变形的最低应力值。零（构）件在工作中一般不允许产生塑性变形。因此,是零（构）件设计计算时的主要参数，是材料选择的重要指标。2.抗拉强度：即图（1－1）上，B点的应力，是试样在拉断前的最大应力值，同样是零（构）件设计、选材的重要指标。注：＊的比值称为屈强比。屈强比愈小，构件可靠性愈高,但材

4、料利用率愈低。＊热处理、合金化、冷热加工等对的数值会产生很大的影响。（三）塑性塑性：产生塑性变形但不断裂的性能称为塑性。塑性大小，用伸长率，断面收缩率表示：注：＊，的值愈大，材料塑性愈好。需承受各种变形加工与冲击载荷的零件应具有一定的塑性。＊，虽然与，，一样，是材料的力学性能指标，但在零（构）件的设计中，却不参与强度计算过程。另：，，，，均为材料的整体强度标。二，硬度---静载时材料的局部机械（力学）性能指标硬度：是指金属表面抵抗其它硬物压入的能力，是材料对局部塑性变形的抗力。随着被测材料的种类，软硬程度、

5、厚薄尺寸的不同，工程上常用的硬度指标有：布氏硬度HB，洛氏硬度HRC，肖氏硬度HV，维氏硬度HS等，各种硬度指标的值之间，可以换算。（一）布氏硬度HB定义：见图1－2，以3000kgf的压力P，将直径为D的淬火钢球压入金属材料表面，得到压痕直径为d，则载荷p与压痕面积的比值，即为布氏硬度HB值。实际上由HB的表达式可知，测得压痕直径d的数值，即可求出布氏硬度值。注：太薄、太硬（HB450）的材料不易采用布氏硬度。（二）洛氏硬度洛氏硬度，随测试时使用的压头及施加压力的不同，分为HRA、HRB、HRC等三种硬度

6、指标，最常用的为HRC。HRCP=150kgf金刚石锥头（顶角）用压痕深h值标定,压痕越深，硬度越低。HRAP=60kgf金刚石锥头（顶角）用压痕深h值标定,压痕越深，硬度越低。注：HRC，HRA用于渗碳层，表面淬火层，硬质合金材料的硬度表示。HRBP=100kgfD＝1.588mm钢球用压痕深h值标定,压痕越深，硬度越低。HRB适用于软铜,铜合金材料的硬度表示。说明：1各种硬度值之间有换算关系。2材料的硬度HB与值之间亦有换算关系，如：低碳钢HB约为高碳钢HB约为调质合金钢HB约为铝铸件HB约为退火青铜、

7、黄铜HB约为这些关系可用于热处理后零件实际值的测定，即可用实测零件硬度值的方法来确定零件的实际强度，同时判断零件的热处理质量。第二节动载时材料的机械性能动载荷：主要有两种形式：冲击：以较高速度施加到零件上的载荷。交变载荷：其大小与方向作周期性变化的载荷。一，冲击韧性（）定义：即指材料抵抗冲击的能力，用的值表示。由其测量方法（见图1－3）确定的计算式为：J/cm式中单位：1J/cm＝0.1kgf、m/cm冲击韧性（）的大小，除取决于材料本身外，还受温度，试样大小，缺口形状等的影响。说明：1.不参与零（构）件的

8、设计计算过程。2.工作时受冲击的零件，进行强度计算时,应按经验选择有一定值的材料。如：受冲击的零件，选材49J/cm一般载荷零件，选材＝29～49J/cm3.实际中，常用冲击试验来检验:①材料的组织均匀性、白点、裂纹等。②用来检验材料的热处理质量如：回火脆性，晶粒大小等。二，疲劳强度疲劳断裂现象：零件工作时承受交变载荷，即使交变应力往往低于，但经一定循环次数后便发生的断裂现象。原因：材料内部缺陷，加工过程中的外伤