金屬材料的力學性能課件

1、工程材料與成形技術基礎工程材料與成形技術基礎機機 械械 工工 程程 系系孫孫 德德 勤勤高速列車高速列車 殲十戰(zhàn)斗機殲十戰(zhàn)斗機 第一節(jié)第一節(jié) 工程材料概述工程材料概述問題問題1l何謂工程材料？何謂工程材料？l如何辨別材料？如何辨別材料？工程的概念：工程的概念：在現代社會中，“工程”一詞有廣義和狹義之分。就狹義而言，工程定義為“以某組設想的目標為依據，應用有關的科學知識和技術手段，通過一群人的有組織活動將某個（或某些）現有實體（自然的或人造的）轉化為具有預期使用價值的人造產品過程”。就廣義而言，工程則定義為由一群人為達到某種目的，在一個較長時間周期內進行協(xié)作活動的過程。 我國材料業(yè)的發(fā)展歷程 l

2、在人類的發(fā)展史上，最先使用的工具是石器。我在人類的發(fā)展史上，最先使用的工具是石器。我們的祖先用堅硬的容易縱裂成薄片的燧石和石英們的祖先用堅硬的容易縱裂成薄片的燧石和石英石等天然材料制成石刀、石斧、石鋤。石等天然材料制成石刀、石斧、石鋤。 l早在新石器時代早在新石器時代( (公元前公元前60006000年公元前年公元前50005000年年) )，中，中華民族的先人們用粘土華民族的先人們用粘土( (主要成分為主要成分為SiO2SiO2，Al2O3)Al2O3)燒燒制成陶器。馬家窯制成陶器。馬家窯( (甘肅甘肅) )文化時期的陶器以砂質和泥文化時期的陶器以砂質和泥質紅陶為主，表面彩繪有條帶紋、波紋和

3、舞蹈紋等，質紅陶為主，表面彩繪有條帶紋、波紋和舞蹈紋等，制品有炊具、食具、盛儲器皿等制品有炊具、食具、盛儲器皿等 。陶瓷陶瓷l我國在東漢時期發(fā)明了瓷器，我國在東漢時期發(fā)明了瓷器，成為最早生產瓷器的國家。瓷成為最早生產瓷器的國家。瓷器于器于9 9世紀傳到非洲東部和阿世紀傳到非洲東部和阿拉伯國家，拉伯國家，1313世紀傳到日本，世紀傳到日本，十五世紀傳到歐洲。瓷器成為十五世紀傳到歐洲。瓷器成為中國文化的象征，對世界文明中國文化的象征，對世界文明產生了極大的影響。直到今天，產生了極大的影響。直到今天，中國瓷器仍暢銷全球，名譽四中國瓷器仍暢銷全球，名譽四海。海。 瓷器瓷器l 我國青銅的冶煉在夏朝我國青

4、銅的冶煉在夏朝( (公元前公元前21402140年始年始) )以前就開始了，以前就開始了，到殷、西周時期已發(fā)展到很高的水平。青銅主要用于制造到殷、西周時期已發(fā)展到很高的水平。青銅主要用于制造各種工具、食器、兵器。從河南安陽晚商遺址出土的司母各種工具、食器、兵器。從河南安陽晚商遺址出土的司母戊鼎重達戊鼎重達8750 N, 8750 N, 外型尺寸為外型尺寸為1.33 m1.33 m0.78 m0.78 m1.10 m, 1.10 m, 是迄是迄今世界上最古老的大型青銅器。從湖北隋縣出土的戰(zhàn)國青今世界上最古老的大型青銅器。從湖北隋縣出土的戰(zhàn)國青銅編鐘是我國古代文化藝術高度發(fā)達的見證。銅編鐘是我國古

5、代文化藝術高度發(fā)達的見證。 青銅器青銅器l春秋戰(zhàn)國時期春秋戰(zhàn)國時期周禮周禮考工記考工記中記載了鐘鼎、中記載了鐘鼎、斧斤等六類青銅器中的錫含量，稱為斧斤等六類青銅器中的錫含量，稱為“六齊六齊( (劑劑)”)”。 書中寫道：書中寫道：“六分其金而錫居一，謂之鐘鼎之齊；六分其金而錫居一，謂之鐘鼎之齊；五分其金而錫居一，謂之斧斤之齊；四分其金而五分其金而錫居一，謂之斧斤之齊；四分其金而錫居一，謂之戈戟之齊；三分其金而錫居一，謂錫居一，謂之戈戟之齊；三分其金而錫居一，謂之大刃之齊；五分其金而錫居二，謂之削殺矢之之大刃之齊；五分其金而錫居二，謂之削殺矢之齊；金、錫半，謂之鑒燧之齊齊；金、錫半，謂之鑒燧之齊

6、”。這是世界上最。這是世界上最古老的關于青銅合金成分的文字記載。這表明我古老的關于青銅合金成分的文字記載。這表明我們的祖先已經認識到了青銅的性能與成分之間的們的祖先已經認識到了青銅的性能與成分之間的密切關系。密切關系。 l我國從青秋戰(zhàn)國時期我國從青秋戰(zhàn)國時期( (公元前公元前770770年公元前年公元前221221年年) )已開始大量使已開始大量使用鐵器。到了西漢時期用鐵器。到了西漢時期, , 煉鐵技術煉鐵技術又有了很大的提高，采用煤作為又有了很大的提高，采用煤作為煉鐵的燃料，這要比歐洲早煉鐵的燃料，這要比歐洲早17001700多年。多年。l我國古代創(chuàng)造了三種煉鋼方法。我國古代創(chuàng)造了三種煉鋼方

7、法。第一種是從礦石中直接煉出自然第一種是從礦石中直接煉出自然鋼。第二種是西漢時期的經過鋼。第二種是西漢時期的經過“百次百次”冶煉鍛打的百煉鋼；第冶煉鍛打的百煉鋼；第三種是南北朝時期生產的灌鋼。三種是南北朝時期生產的灌鋼。先煉鐵后煉鋼的兩步煉鋼技術我先煉鐵后煉鋼的兩步煉鋼技術我國要比其它國家早國要比其它國家早16001600多年。多年。 鐵人鐵人l鋼的熱處理技術也達到了相當高的水平。西漢鋼的熱處理技術也達到了相當高的水平。西漢史記史記天官天官書書中有中有“水與火合為淬水與火合為淬”一說，一說， 正確地說出了鋼鐵加熱、正確地說出了鋼鐵加熱、水冷的淬火熱處理工藝要點。水冷的淬火熱處理工藝要點。漢書漢

8、書王褒傳王褒傳中記載有中記載有“巧冶鑄干將之樸，清水淬其鋒巧冶鑄干將之樸，清水淬其鋒”的制劍技術。明代科學家的制劍技術。明代科學家宋應星在宋應星在天工開物天工開物一書中對鋼鐵的退火、淬火、滲碳工一書中對鋼鐵的退火、淬火、滲碳工藝作了詳細的論述。藝作了詳細的論述。 黃河大鐵牛黃河大鐵牛(唐開元唐開元12年鑄年鑄) 新材料新工藝重大成果 l在當代，科學技術和生產飛躍發(fā)展。材料、能源與信在當代，科學技術和生產飛躍發(fā)展。材料、能源與信息作為現代社會和現代技術的三大支柱，發(fā)展格外迅息作為現代社會和現代技術的三大支柱，發(fā)展格外迅猛。猛。 l 從從2020世紀世紀6060年代到年代到7070年代，高分子材料

9、每年以年代，高分子材料每年以1414的速度增長，而金屬材料的年增長率僅為的速度增長，而金屬材料的年增長率僅為4 4。到。到7070年年代中期，全世界的高分子材料和鋼的體積產量已經相代中期，全世界的高分子材料和鋼的體積產量已經相等；除了用作結構材料代替鋼鐵外，目前正在研究和等；除了用作結構材料代替鋼鐵外，目前正在研究和開發(fā)具有良好導電性能和耐高溫的高分子材料。開發(fā)具有良好導電性能和耐高溫的高分子材料。滌綸安全帶滌綸安全帶 尼龍齒輪尼龍齒輪 l陶瓷材料的發(fā)展同樣十分引人注目，它除了具陶瓷材料的發(fā)展同樣十分引人注目，它除了具有許多特殊性能作為重要的功能材料有許多特殊性能作為重要的功能材料( (例如可

10、作例如可作光導纖維、激光晶體等光導纖維、激光晶體等) )以外，其脆性和抗熱震以外，其脆性和抗熱震性正在逐步獲得改善，是最有前途的高溫結構性正在逐步獲得改善，是最有前途的高溫結構材料。機器零件和工程結構已不再只使用金屬材料。機器零件和工程結構已不再只使用金屬材料制造了。材料制造了。 耐磨陶瓷耐磨陶瓷 絕緣陶瓷絕緣陶瓷 l 隨著航空、航天、電子、通訊等技術以及機械、隨著航空、航天、電子、通訊等技術以及機械、化工、能源等工業(yè)的發(fā)展，對材料的性能提出越化工、能源等工業(yè)的發(fā)展，對材料的性能提出越來越高、越來越多的要求。傳統(tǒng)的單一材料已不來越高、越來越多的要求。傳統(tǒng)的單一材料已不能滿足使用要求。復合材料的

11、研究和應用引起了能滿足使用要求。復合材料的研究和應用引起了人們的重視。人們的重視。 玻璃鋼賽車殼體玻璃鋼賽車殼體 l如玻璃纖維樹脂復合材料如玻璃纖維樹脂復合材料( (即玻璃鋼即玻璃鋼) )、碳纖維樹脂、碳纖維樹脂復合材料已應用于宇航和航空工業(yè)中制造衛(wèi)星殼復合材料已應用于宇航和航空工業(yè)中制造衛(wèi)星殼體、宇宙飛行器外殼、飛機機身、螺旋槳等、發(fā)體、宇宙飛行器外殼、飛機機身、螺旋槳等、發(fā)動機葉輪等；在交通運輸工業(yè)中制造汽車車身、動機葉輪等；在交通運輸工業(yè)中制造汽車車身、輕型船艇等，在石油化工工業(yè)中制造耐酸、耐堿、輕型船艇等，在石油化工工業(yè)中制造耐酸、耐堿、耐油的容器、管道等。耐油的容器、管道等。 玻璃鋼

12、儲液罐玻璃鋼儲液罐 l近年來超導材料、磁性材料、形狀記憶材料、近年來超導材料、磁性材料、形狀記憶材料、信息材料等各種功能材料有很大的發(fā)展。信息材料等各種功能材料有很大的發(fā)展。 光纜光纜磁懸浮列車（時速磁懸浮列車（時速430公里）公里） l我國在新材料新工藝的研究和應用方面取得重大成果我國在新材料新工藝的研究和應用方面取得重大成果 ： 1. 1.研制成功性能優(yōu)越、用途廣泛的新型結構鋼研制成功性能優(yōu)越、用途廣泛的新型結構鋼貝氏體鋼；貝氏體鋼； 2. 2.研制出零電阻溫度為研制出零電阻溫度為128.7 K128.7 K的的Ti-Ca-Ba-Cu-OTi-Ca-Ba-Cu-O超導體超導體( (鉈系鉈系

13、超導體超導體) )； 3. 3.鎂鋁合金的開發(fā)和應用研究取得重大成果。鎂鋁合金的開發(fā)和應用研究取得重大成果。 鎂鋁合金葉輪鎂鋁合金葉輪鎂鋁合金手機殼鎂鋁合金手機殼 4. 4.材料快速成型技術和材料表面處理技術在我國得到迅速材料快速成型技術和材料表面處理技術在我國得到迅速發(fā)展。發(fā)展。 5. 5.激光表面淬火、激光熔涂技術已在汽車發(fā)動機缸套、凸激光表面淬火、激光熔涂技術已在汽車發(fā)動機缸套、凸輪軸、石油抽油管、紡織用錠桿等零件的表面強化上得輪軸、石油抽油管、紡織用錠桿等零件的表面強化上得到應用。到應用。 6. 6.化學氣相沉積化學氣相沉積(CVD)(CVD)可制造出高硬度、高耐磨性的金黃可制造出高硬

14、度、高耐磨性的金黃色色TiNTiN薄膜薄膜, , 用于耐磨零件和裝飾件的表面處理。用于耐磨零件和裝飾件的表面處理。分層實體快速成形減速分層實體快速成形減速機箱體原型機箱體原型l我國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛，汽車材料需求迅速增加。我國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛，汽車材料需求迅速增加。 新型汽車新型汽車電動汽車電動汽車l航空、航天事業(yè)迅速崛起，帶動航空、航天材料航空、航天事業(yè)迅速崛起，帶動航空、航天材料的發(fā)展。的發(fā)展。人造衛(wèi)星人造衛(wèi)星運載火箭運載火箭 飛船飛船 “神舟神舟”五號飛行成功五號飛行成功 超超7隱形戰(zhàn)斗機隱形戰(zhàn)斗機 殲殲7E戰(zhàn)斗機戰(zhàn)斗機 總之，材料科學和材料工程發(fā)展很快。我們需要掌握材料科學的基本理論和基

15、本知識，研究和發(fā)明新的材料和新的工藝，合理地使用各種工程材料 。材料是人類生活與社會發(fā)展的主要物質基礎物質基礎，其品種、數量和質量是人類文明和社會進步程度的標志。材料材料作為能制造有用物品的物質，與能源能源和信息信息共同構成了人類社會賴以生存與發(fā)展的基本資源，故材料、能源和信息材料、能源和信息并列為現代現代科學和現代文明的三大支柱科學和現代文明的三大支柱，而在這三者之間，材料又是最重要的基礎。l材料與產品質量材料與產品質量 是產品質量的重要保證 l材料與機械設計材料與機械設計 正確選擇材料及其加工工藝l材料與機械制造材料與機械制造 改形和改性工藝 問題問題2：l1.這門課我們要學習什么？這門課

16、我們要學習什么？l2.這門課在專業(yè)學習中的必要性或者重這門課在專業(yè)學習中的必要性或者重要性？要性？l3.如何學習這門課？如何學習這門課？課程的性質和任務工程材料與成形技術基礎是機械類、近機械類各專業(yè)學生必修的一門技術基礎課。本課程的任務是: l）工程材料的性能：以力學性能為主，還要考慮物理性能、化學性能及工藝性能；2）金屬學基本理論：使學生獲得有關工程材料的基本理論和基本知識；常用工程材料成分組織性能應用之間關系的一般規(guī)律3）熱處理方面：掌握鋼的熱處理基本原理和工藝，掌握熱處理各種工藝方法的目的，以便正確選用熱處理工藝方法，合理安排工藝路線。 課程的性質和任務4）常用工程材料：掌握常用的工業(yè)用

17、鋼、鑄鐵、非鐵金屬及其合金的成分、組織、性能和用途；了解工程塑料、橡膠、陶瓷、復合材料等常用非金屬材料的分類、性能和用途，以便合理選用工程材料。 5）熱加工基礎：掌握鑄造、鍛壓和焊接的特點及應用范圍，掌握金屬的鑄造性能、鍛造性能和焊接性能；能初步分析各種熱加工零件的結構工藝性，具有初步選擇零件毛坯的能力。6）零件材料與毛坯的選擇：熟悉常用工程材料的生產工藝過程，正確選擇零件的材料、毛坯，并初步安排熱處理在工藝過程中的位置。合理選用工程材料的初步能力。學習方法 本課程內容主要是建立在實驗觀察和工業(yè)實踐基礎之上,以實質性和規(guī)律性的描述為主,涉及面較寬。*著重理解課程內容著重理解課程內容,盡量避免死

18、記硬背。盡量避免死記硬背。 *配合實驗及多媒體信息配合實驗及多媒體信息,幫助和加深理解課程內容。幫助和加深理解課程內容。 *利用網絡交流信息利用網絡交流信息,如查閱資料、習題等。如查閱資料、習題等。 問題問題3 3：如何應用工程材料如何應用工程材料材材料料毛毛坯坯零零件件鑄造鑄造鍛壓鍛壓焊接焊接粉末冶金粉末冶金切削加工切削加工型材型材熱處理熱處理機械零件的成形過程機械零件的成形過程第二節(jié)、材料的性能第二節(jié)、材料的性能金屬材料的性能一般分為工藝性能和使用性能兩類。所謂工藝性能是指機械零件在加工制造過程中，金屬材料在所定的冷、熱加工條件下表現出來的性能。金屬材料工藝性能的好壞，決定了它在制造過程中

19、加工成形的適應能力。由于加工條件不同，要求的工藝性能也就不同，如鑄造性能、可焊性、可鍛性、熱處理性能、切削加工性等。所謂使用性能是指機械零件在使用條件下，金屬材料表現出來的性能，它包括機械性能、物理性能、化學性能等。金屬材料使用性能的好壞，決定了它的使用范圍與使用壽命。l鑄造性能 l可鍛性能l可焊性能l切削加工性能l熱處理性工藝性 工程材料的性能工程材料的性能 使用性能使用性能力學性能力學性能物理性能物理性能化學性能化學性能工藝性能工藝性能2.1 材料的力學性能材料的力學性能材料的力學性能主要有：強度、塑性、硬度、沖擊韌度、疲材料的力學性能主要有：強度、塑性、硬度、沖擊韌度、疲勞極限和斷裂韌度

20、。勞極限和斷裂韌度。（一）強度的概念（一）強度的概念（二）強度的測定（二）強度的測定拉伸實驗拉伸實驗（三）強度指標（三）強度指標一、一、 強強 度度（一）強度的概念（一）強度的概念 1. 定義定義 指金屬在靜載荷作用下，抵抗塑性變形或斷裂指金屬在靜載荷作用下，抵抗塑性變形或斷裂 的能力。的能力。 載荷的類型通常分為：靜載荷、動載荷和載荷的類型通常分為：靜載荷、動載荷和 變載荷。變載荷。 彈性變形：卸去載荷后，試樣能恢復到原彈性變形：卸去載荷后，試樣能恢復到原 狀的變形。狀的變形。 塑性變形：卸去載荷后，試樣不能恢復到塑性變形：卸去載荷后，試樣不能恢復到 原狀的變形。原狀的變形。 2. 應用應用

21、 強度是機械零件（或工程構件）在設計、加工、使用過程中的主要性強度是機械零件（或工程構件）在設計、加工、使用過程中的主要性能指標，特別是選材和設計的主要依據。能指標，特別是選材和設計的主要依據。（二）強度的測定（二）強度的測定拉伸實驗拉伸實驗1. 拉伸試樣（拉伸試樣（GB6397-86）和拉伸試驗機）和拉伸試驗機2. 力力伸長曲線（以低碳鋼試樣為例）伸長曲線（以低碳鋼試樣為例）3. 脆性材料的拉伸曲線脆性材料的拉伸曲線1. 拉伸試樣（拉伸試樣（GB6397-86）長試樣：長試樣：L0=10d0短試樣：短試樣：L0=5d0拉伸試驗機拉伸試驗機2. 力力伸長曲線伸長曲線彈性變形階段彈性變形階段屈服

22、階段屈服階段頸縮現象頸縮現象拉伸試驗中得出的拉伸力與伸長量的關系曲線。拉伸試驗中得出的拉伸力與伸長量的關系曲線。強化階段強化階段 拉伸試樣的頸縮現象拉伸試樣的頸縮現象LF0 03. 脆性材料的拉伸曲線（與低碳鋼試樣相對比）脆性材料的拉伸曲線（與低碳鋼試樣相對比）脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現象。脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現象。 低碳鋼的拉伸曲線低碳鋼的拉伸曲線脆性材料的拉伸曲線脆性材料的拉伸曲線（三）強度指標（三）強度指標 2. 屈服點屈服點 在拉伸試驗過程中，載荷在拉伸試驗過程中，載荷不增加，試樣仍能繼續(xù)伸長不增加，試樣仍能繼續(xù)伸長時的應力，用符號時的應力，用符號s s表示。表示。 1

23、. 彈性極限彈性極限 材料產生完全變形時所材料產生完全變形時所承受的最大應力值，用符號承受的最大應力值，用符號e e表示。表示。FsA0s=計算公式計算公式脆性材料（如高碳鋼或經過熱脆性材料（如高碳鋼或經過熱處理后的鋼）的屈服點（規(guī)定處理后的鋼）的屈服點（規(guī)定殘余伸長應力）：殘余伸長應力）： 試樣卸除載荷后，其標距試樣卸除載荷后，其標距部分的殘余伸長率達到試樣標部分的殘余伸長率達到試樣標距長度的距長度的0.2%0.2%時的應力，用符時的應力，用符號號0.20.2表示。表示。F0.2A00.2=應用應用：s和和0.2常作為零件選材和設計的依據。常作為零件選材和設計的依據。3. 抗拉強度抗拉強度

24、材料在斷裂前所能承受的材料在斷裂前所能承受的最大應力，用符號最大應力，用符號b b表示。表示。b=FbA0計算公式計算公式 應用：脆性材料制作機械應用：脆性材料制作機械零件和工程構件時的選材和設零件和工程構件時的選材和設計的依據。計的依據。（二）衡量指標（二）衡量指標二、二、 塑塑 性性金屬材料斷裂前發(fā)生永久變形的能力。金屬材料斷裂前發(fā)生永久變形的能力。塑性的測定塑性的測定拉伸實驗拉伸實驗斷面收縮率：斷面收縮率：斷后伸長率：斷后伸長率： 試樣拉斷后，標距的伸長與原始標距的百分比。試樣拉斷后，標距的伸長與原始標距的百分比。試樣拉斷后，頸縮處的橫截面積的縮減量與原試樣拉斷后，頸縮處的橫截面積的縮減

25、量與原始橫截面積的百分比。始橫截面積的百分比。（一）（一） 定義定義斷后斷后伸長率（伸長率（ ）l1-l0l0100%=l1試樣拉斷后的標距試樣拉斷后的標距,mm;l0試樣的原始標距試樣的原始標距,mm。斷面收縮率（斷面收縮率（ ）S0-S1S0=100%S0試樣原始橫截面積試樣原始橫截面積,mm2；S1頸縮處的橫截面積頸縮處的橫截面積,mm2 。三、三、 硬硬 度度（一）（一） 定義定義材料抵抗表面局部塑性變材料抵抗表面局部塑性變形的能力。形的能力。（二）（二） 分類分類按照壓力法，有布氏硬度、按照壓力法，有布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、顯洛氏硬度、維氏硬度、顯微硬度等。微硬度等。(1) 原

26、理原理布氏硬度布氏硬度= F A凹凹=2FDD-（D-d ）布氏硬度布氏硬度（2）應用）應用 測量比較軟的材料。測量范圍測量比較軟的材料。測量范圍 HBS450 HBS450、HBW650HBW650的金屬的金屬材料。材料。l壓頭為鋼球時，布氏硬度用符號壓頭為鋼球時，布氏硬度用符號HBSHBS表示，適用于布氏硬度表示，適用于布氏硬度值在值在450450以下的材料。以下的材料。l壓頭為硬質合金時，用符號壓頭為硬質合金時，用符號HBWHBW表示，適用于布氏硬度在表示，適用于布氏硬度在650650以下的材料。以下的材料。l 符號符號HBS或或HBW之前的數字表示硬度值，符號后面的數字按之前的數字表示

27、硬度值，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。如順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時間。如120HBS10/1000/30表示直徑為表示直徑為10mm的鋼球在的鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持載荷作用下保持30s測得的布氏硬度值為測得的布氏硬度值為120。 （3）優(yōu)缺點）優(yōu)缺點l布氏硬度的優(yōu)點：測量誤差小，數據穩(wěn)定。布氏硬度的優(yōu)點：測量誤差小，數據穩(wěn)定。l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。l適于測量退火、正火、調質鋼適于測量退火、正火、調質鋼, ,鑄鐵及有色金屬的硬度。鑄鐵及

28、有色金屬的硬度。l材料的材料的 b b與與HBHB之間的經驗關系：之間的經驗關系： 對于低碳鋼對于低碳鋼: : b(MPa)3.6HB 對于高碳鋼對于高碳鋼: : b(MPa)3.4HB 對于鑄鐵：對于鑄鐵： b(MPa)1HB或或0.6(HB-40)（1）原理原理 2. 洛氏硬度洛氏硬度加初載荷加初載荷加主載荷加主載荷卸除主載荷卸除主載荷讀硬度值讀硬度值l洛氏硬度用符號洛氏硬度用符號HRHR表示，表示，HR=HR=k k-(-(h h1 1- -h h0 0)/0.002)/0.002l根據壓頭類型和主載荷不同，分為九個標尺，常用的標尺根據壓頭類型和主載荷不同，分為九個標尺，常用的標尺為為A

29、 A、B B、C C。 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（2）應用范圍應用范圍20671500N120金剛金剛石圓錐體石圓錐體HRC251001000N1.588mm鋼球鋼球HRB7085600N120金剛金剛石圓錐體石圓錐體HRA常用洛氏硬度標度的試驗范圍常用洛氏硬度標度的試驗范圍優(yōu)點：操作簡便、迅速，優(yōu)點：操作簡便、迅速，效率高，可直接測量成品效率高，可直接測量成品件及高硬度件及高硬度 的材料。的材料。（3）優(yōu)缺點）優(yōu)缺點 缺點：壓痕小，測量不準缺點：壓痕小，測量不準 確，需多次測量。確，需多次測量。3. 維氏硬度維氏硬度維氏硬度試驗原理維氏硬度試驗原理維

30、氏硬度計維氏硬度計l維氏硬度用符號維氏硬度用符號HV表示，符號前的數字為硬度值，后面的數表示，符號前的數字為硬度值，后面的數字按順序分別表示載荷值及載荷保持時間。字按順序分別表示載荷值及載荷保持時間。l根據施加的載荷范圍不同，規(guī)定了三種維氏硬度的測定方根據施加的載荷范圍不同，規(guī)定了三種維氏硬度的測定方法法維氏硬度試驗維氏硬度試驗 、小負荷維氏硬度試驗、顯微維氏硬度試、小負荷維氏硬度試驗、顯微維氏硬度試驗。驗。l維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點，既可測量由極維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點，既可測量由極軟到極硬的材料的硬度，又能互相比較。既可測量大塊材料、軟到極硬的材料的硬度，又能互

31、相比較。既可測量大塊材料、表面硬化層的硬度，又可測量金相組織中不同相的硬度。表面硬化層的硬度，又可測量金相組織中不同相的硬度。 四、沖擊韌度四、沖擊韌度金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。（三）沖擊試驗（三）沖擊試驗原理及方法原理及方法（一）定義（一）定義（二）沖擊試樣（二）沖擊試樣 計算公式計算公式 A Ak k= =GHGH1 1 - GH- GH2 2 =G=G（H H1 1 - H- H2 2） 試驗原理：試樣被試驗原理：試樣被沖斷過程中吸收的能量沖斷過程中吸收的能量即沖擊吸收功（即沖擊吸收功（Ak ）等于擺錘沖擊試樣前后等于擺錘沖擊試樣前后

32、的勢能差。的勢能差。試驗過程如圖所示。試驗過程如圖所示。沖擊韌度（沖擊韌度（a k）：）：沖擊吸收功除以試樣缺口處截面積沖擊吸收功除以試樣缺口處截面積。建造中的Titanic 號Titanic 號鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）號鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗結果的沖擊試驗結果五、五、疲勞疲勞l材料在低于材料在低于 s的重復交變應力作用下發(fā)生斷裂的現象。的重復交變應力作用下發(fā)生斷裂的現象。l材料在規(guī)定次數應力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時的最大應力稱為疲材料在規(guī)定次數應力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時的最大應力稱為疲勞極限。用勞極限。用 -1表示。表示。l鋼鐵材料規(guī)定次數為鋼鐵材料規(guī)定次數為107

33、，有色金屬合金為，有色金屬合金為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 通過改善材料的形狀結構，減少表面缺陷，提高表面光通過改善材料的形狀結構，減少表面缺陷，提高表面光潔度，進行表面強化等方法可提高材料疲勞抗力。潔度，進行表面強化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）六、斷裂韌性六、斷裂韌性北極星導彈北極星導彈1943年美國年美國T-2油輪發(fā)生斷裂油輪發(fā)生斷裂裂紋擴展的基本形式裂紋擴展的基本形式l應力強度因子：描述裂紋尖端附近應力場強度的應力強度因子：描述裂紋尖端附近應力場強度的指標。指標。aYKI 2/1)(