第一章_金屬材料的力學(xué)性能

1、第一章第一章 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能 為了能正確的使用的使用材料，必須掌握材料的為了能正確的使用的使用材料，必須掌握材料的使用性能和工藝性能使用性能和工藝性能使用性能：使用性能：是指為了保證零件的正常工是指為了保證零件的正常工作材料應(yīng)具備的性能。作材料應(yīng)具備的性能。工藝性能：工藝性能：是指材料在加工過程對不同是指材料在加工過程對不同加工工藝方法的適應(yīng)能力。加工工藝方法的適應(yīng)能力。 金屬材料的性能：金屬材料的性能：1、使用性能：、使用性能：指材料在使用過程中所表現(xiàn)的性能，主要包括力學(xué)性指材料在使用過程中所表現(xiàn)的性能，主要包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。能、物理性能和化學(xué)性能。物理

2、性能：密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、物理性能：密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、磁性。如，飛機(jī)上使用的零件要求比重輕；電機(jī)、電磁性。如，飛機(jī)上使用的零件要求比重輕；電機(jī)、電器用零件要考慮導(dǎo)電性，器用零件要考慮導(dǎo)電性， 等等。等等?；瘜W(xué)性能：室溫或高溫時(shí)抵抗各種化學(xué)作用的能力，化學(xué)性能：室溫或高溫時(shí)抵抗各種化學(xué)作用的能力，也稱化學(xué)穩(wěn)定性，也稱化學(xué)穩(wěn)定性， 包括耐酸性、耐堿性、抗氧化性等包括耐酸性、耐堿性、抗氧化性等等。如，化工設(shè)備、醫(yī)療器械要求化學(xué)穩(wěn)定性好。等。如，化工設(shè)備、醫(yī)療器械要求化學(xué)穩(wěn)定性好。 比如：比如：1 1）醫(yī)療器械）醫(yī)療器械 不銹鋼。不銹鋼。 2 2）飛機(jī)上使用的零件

3、，）飛機(jī)上使用的零件，要求比重輕，當(dāng)要求比重輕，當(dāng)然強(qiáng)度也要高然強(qiáng)度也要高鋁合金甚至復(fù)合材料。鋁合金甚至復(fù)合材料。2、工藝性能：、工藝性能： 包括包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、沖壓性能、切鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、沖壓性能、切 削加工性能和熱處理工藝性能削加工性能和熱處理工藝性能等。等。指在制造機(jī)械零件的過程中，材料適應(yīng)各種冷、熱加指在制造機(jī)械零件的過程中，材料適應(yīng)各種冷、熱加工和熱處理的性能。工和熱處理的性能。第一章第一章 金屬的力學(xué)性能金屬的力學(xué)性能金屬材料的性能金屬材料的性能使用性能使用性能力學(xué)、物理、化學(xué)力學(xué)、物理、化學(xué)力學(xué)性能力學(xué)性能：受外力作用下所表現(xiàn)出的性能受外力作用下所

4、表現(xiàn)出的性能。 判據(jù)判據(jù) 如：如： 強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性、疲勞強(qiáng)度等強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性、疲勞強(qiáng)度等第一節(jié)第一節(jié) 金屬的力學(xué)性能金屬的力學(xué)性能工藝性能工藝性能鑄造、鍛壓、焊接、切削加工鑄造、鍛壓、焊接、切削加工一、基本概念一、基本概念1、彈性：指物體在外力作用下改變基本形狀和尺寸，當(dāng)、彈性：指物體在外力作用下改變基本形狀和尺寸，當(dāng)外力卸除后物體又恢復(fù)到其原始形狀和尺寸的特性。外力卸除后物體又恢復(fù)到其原始形狀和尺寸的特性。研究力學(xué)性能意義研究力學(xué)性能意義：是選擇和使用金屬材料的重要依據(jù)2、內(nèi)力：金屬受到外力時(shí)為保其不變形，在材料內(nèi)部作用、內(nèi)力：金屬受到外力時(shí)為保其不變形，在材料內(nèi)部作用者與外

5、力相對抗的力稱為內(nèi)力。者與外力相對抗的力稱為內(nèi)力。3、應(yīng)力：單位面積上的內(nèi)力。、應(yīng)力：單位面積上的內(nèi)力。4、應(yīng)變：指由外力所引起的物體原始尺寸或形狀的相對變、應(yīng)變：指由外力所引起的物體原始尺寸或形狀的相對變化；通常以百分比（化；通常以百分比（%）表示）表示5、載荷：金屬材料在加工及使用過程中所受的外力。、載荷：金屬材料在加工及使用過程中所受的外力。按作用性質(zhì)分：按作用性質(zhì)分： 靜載荷：指大小不變或變化過程緩慢的載荷。靜載荷：指大小不變或變化過程緩慢的載荷。沖擊載荷：在短時(shí)間內(nèi)以較高速度作用于零件上的載荷。沖擊載荷：在短時(shí)間內(nèi)以較高速度作用于零件上的載荷。循環(huán)載荷：指大小、方向隨時(shí)間發(fā)生周期性變

6、化的載荷循環(huán)載荷：指大小、方向隨時(shí)間發(fā)生周期性變化的載荷按作用形式不同分：按作用形式不同分：6、變形：材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，、變形：材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化， 稱為變形。分為彈性變形與塑性變形稱為變形。分為彈性變形與塑性變形 外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形。外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形。 外力去處后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。外力去處后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。 機(jī)械設(shè)計(jì)中，材料的選擇是按結(jié)構(gòu)機(jī)械設(shè)計(jì)中，材料的選擇是按結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能即機(jī)械性能來進(jìn)行選材料的力學(xué)性能即機(jī)械性能來進(jìn)行選擇的。擇的。 材料的力學(xué)性能（機(jī)械性能）：材材料的力學(xué)性能（機(jī)

7、械性能）：材料在外力（靜載荷、動(dòng)載荷、交變載荷）料在外力（靜載荷、動(dòng)載荷、交變載荷）作用下，所表現(xiàn)出的性能。包括強(qiáng)度、作用下，所表現(xiàn)出的性能。包括強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度等塑性、硬度、沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度等,是是選擇、使用金屬材料的重要依據(jù)。選擇、使用金屬材料的重要依據(jù)。第一節(jié)第一節(jié) 靜載時(shí)材料的機(jī)械性能靜載時(shí)材料的機(jī)械性能- 剛度、強(qiáng)度、塑性剛度、強(qiáng)度、塑性 剛度、強(qiáng)度、塑性可用靜拉伸試驗(yàn)測定。剛度、強(qiáng)度、塑性可用靜拉伸試驗(yàn)測定。1. 拉伸試樣（拉伸試樣（GB6397-86）長試樣：長試樣：L0=10d0 拉伸實(shí)驗(yàn)拉伸實(shí)驗(yàn)（金屬的抗拉強(qiáng)度和塑性都是通過拉伸試驗(yàn)測定）（金屬的抗拉強(qiáng)度

8、和塑性都是通過拉伸試驗(yàn)測定）（GB/T228-2002） 萬能材料試驗(yàn)機(jī) a) WE系列液壓式 b) WDW系列電子式拉伸過程拉伸過程2. 拉伸過程：拉伸過程：1 1）op/peop/pe段：直線段：直線( (彈性變性彈性變性) )2 2）eses段：曲線段：曲線( (彈性變形彈性變形+ +塑性變形塑性變形) )5 5）b b點(diǎn)：出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，即試樣局點(diǎn)：出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，即試樣局部截面明顯縮小試樣承載能力降低，部截面明顯縮小試樣承載能力降低，拉伸力達(dá)到最大值，試樣即將斷裂。拉伸力達(dá)到最大值，試樣即將斷裂。3 3）s ss s段：水平線（略有波動(dòng)），段：水平線（略有波動(dòng)），塑性變形塑性變形, ,

9、作用的力基本不變，試作用的力基本不變，試樣連續(xù)伸長。樣連續(xù)伸長。4 4）sbsb曲線：彈性變形曲線：彈性變形+ +塑性變形塑性變形 拉伸試驗(yàn)中得出的拉伸力與伸長量的關(guān)系曲線：拉伸試驗(yàn)中得出的拉伸力與伸長量的關(guān)系曲線：彈性變形階段彈性變形階段塑性變形階段塑性變形階段頸縮現(xiàn)象至斷裂頸縮現(xiàn)象至斷裂拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象低碳鋼拉伸過程變化的三個(gè)階段：低碳鋼拉伸過程變化的三個(gè)階段：LF0 0另，另， 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(xiàn)象。脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象。 由實(shí)驗(yàn)得出試樣橫截面上的應(yīng)力由實(shí)驗(yàn)得出

10、試樣橫截面上的應(yīng)力：試樣的應(yīng)變：試樣的應(yīng)變：0LL 一、彈性和剛度一、彈性和剛度 彈性：在應(yīng)力、應(yīng)變圖上，如加載后彈性：在應(yīng)力、應(yīng)變圖上，如加載后應(yīng)力不超過應(yīng)力不超過 ，卸載后試樣即可完全恢，卸載后試樣即可完全恢復(fù)原狀，這種不產(chǎn)生永久變形的性能，復(fù)原狀，這種不產(chǎn)生永久變形的性能，稱為彈性。稱為彈性。e 彈性極限彈性極限 ：（圖：（圖 11）上）上E點(diǎn)的應(yīng)力點(diǎn)的應(yīng)力值，即不產(chǎn)生永久變形的最大應(yīng)力值。值，即不產(chǎn)生永久變形的最大應(yīng)力值。 比例極限比例極限 ：（圖：（圖 11）上）上P點(diǎn)的應(yīng)力點(diǎn)的應(yīng)力值，即保持應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系的最值，即保持應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系的最大應(yīng)力值。大應(yīng)力值。* 與與 ，實(shí)

11、用中常取相同值。，實(shí)用中常取相同值。e P P e 剛度：在圖剛度：在圖 11上，上，OP直線的斜直線的斜 率，率，是材料的彈性模量是材料的彈性模量E，彈性模量，彈性模量E又稱為剛度，又稱為剛度，它是表征材料抵抗產(chǎn)生彈性變形的能力（即它是表征材料抵抗產(chǎn)生彈性變形的能力（即衡量材料產(chǎn)生變形難易程度的指標(biāo)衡量材料產(chǎn)生變形難易程度的指標(biāo)。）。）。 其定義式為：其定義式為： E愈大，使其產(chǎn)生愈大，使其產(chǎn)生彈性彈性變形的應(yīng)力亦愈大，變變形的應(yīng)力亦愈大，變形愈困難。形愈困難。 E注：注： E為材料本身的指標(biāo)，隨材料不同而不同。為材料本身的指標(biāo)，隨材料不同而不同。 故故各種各種鋼材的彈性模量均為：鋼材的彈性

12、模量均為： E190000220000 （ ） E 只取決于材料本身，基本只取決于材料本身，基本不受不受熱處理、熱處理、 合金化、冷熱加工方式的影響。合金化、冷熱加工方式的影響。 E的值，隨溫度的值，隨溫度T的升高而降低。的升高而降低。 aMP2/mmN二、強(qiáng)度二、強(qiáng)度強(qiáng)度：外力作用下，材料抵抗變形與斷強(qiáng)度：外力作用下，材料抵抗變形與斷 裂的能力。分為：裂的能力。分為： 拉力拉力屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度 壓力壓力抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度 彎曲力彎曲力抗彎強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度 剪切力剪切力抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度衡量強(qiáng)度的指標(biāo)為：衡量強(qiáng)度的指標(biāo)為： 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度 ，抗拉強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度s b 1.1. 屈

13、服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度 ： 即（圖即（圖 1 11 1）上，）上，S S點(diǎn)的應(yīng)力，點(diǎn)的應(yīng)力，表示表示 材料在外力作用下開始產(chǎn)生塑性變形的最材料在外力作用下開始產(chǎn)生塑性變形的最 低應(yīng)力值。低應(yīng)力值。 零（構(gòu)）件在工作中一般零（構(gòu)）件在工作中一般不允許不允許產(chǎn)生產(chǎn)生 塑性變形。塑性變形。 因此因此, 是零（構(gòu)）件設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)的是零（構(gòu)）件設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)的主主 要參數(shù)，是材料選擇的重要指標(biāo)。要參數(shù)，是材料選擇的重要指標(biāo)。 s s 條件屈服強(qiáng)度0.2 有些材料在拉伸圖中沒有明顯的水平階段。為了衡量這些材料的屈服特性,規(guī)定產(chǎn)生永久殘余變形等于一定值(一般為原長度的0.2%)時(shí)的應(yīng)力,稱為條件屈服強(qiáng)度或簡稱屈服強(qiáng)度0.

14、2 。 脆性材料脆性材料拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)的屈服點(diǎn)：的屈服點(diǎn)：試樣卸除載荷后，其標(biāo)距部分的殘余伸長率達(dá)到試樣標(biāo)距試樣卸除載荷后，其標(biāo)距部分的殘余伸長率達(dá)到試樣標(biāo)距長度的長度的0.2%0.2%時(shí)的應(yīng)力，用符號時(shí)的應(yīng)力，用符號0.20.2表示。表示。FsS0s= 應(yīng)用應(yīng)用：s和和0.2常作為零件選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)。常作為零件選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)。脆性材料的屈服點(diǎn)脆性材料的屈服點(diǎn)LF0 0F0.20.2%L0F0.2S00.2=計(jì)算公式計(jì)算公式:2. 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 ： 即圖即圖 （11）上，）上，B點(diǎn)的應(yīng)力，是試樣點(diǎn)的應(yīng)力，是試樣在拉斷前的最大應(yīng)力值，即材料承受最大載在拉斷前的最大應(yīng)力值，即材料承受最大

15、載荷時(shí)的應(yīng)力。同樣是零（構(gòu)）件設(shè)計(jì)、選材荷時(shí)的應(yīng)力。同樣是零（構(gòu)）件設(shè)計(jì)、選材的重要指標(biāo)。的重要指標(biāo)。注：注： 的比值稱為屈強(qiáng)比。屈強(qiáng)比的比值稱為屈強(qiáng)比。屈強(qiáng)比 愈小，構(gòu)件可靠性愈高愈小，構(gòu)件可靠性愈高, 但材料利但材料利 用率愈低。用率愈低。 熱處理、熱處理、 合金化、合金化、 冷熱加工等對冷熱加工等對 的數(shù)值的數(shù)值會產(chǎn)生很大的影響會產(chǎn)生很大的影響。 b bs /bs , b=FbS0 應(yīng)用：制作機(jī)械零件和工應(yīng)用：制作機(jī)械零件和工程構(gòu)件時(shí)的選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)程構(gòu)件時(shí)的選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)。計(jì)算公式計(jì)算公式: 屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度在機(jī)械設(shè)計(jì)和選擇、評定金屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度在機(jī)械設(shè)計(jì)和選擇、評定金屬材料

16、時(shí)有重要意義，材料不能在超過其屬材料時(shí)有重要意義，材料不能在超過其s的條的條件下工作，否則會引起機(jī)件的塑性變形；更不能件下工作，否則會引起機(jī)件的塑性變形；更不能超過其超過其 b的條件下工作，否則會導(dǎo)致機(jī)件的破的條件下工作，否則會導(dǎo)致機(jī)件的破壞。壞。三、塑性三、塑性 塑性：產(chǎn)生塑性變形但不斷裂的性能稱為塑性：產(chǎn)生塑性變形但不斷裂的性能稱為塑性。塑性大小，用伸長率塑性。塑性大小，用伸長率 ，斷面收縮率，斷面收縮率 表示：表示： 注：注： ， 的值愈大，材料塑性愈好。的值愈大，材料塑性愈好。 需需承受各種變形加工承受各種變形加工與與沖擊沖擊載荷的零件應(yīng)具載荷的零件應(yīng)具 有一定的塑性有一定的塑性 。

17、00001100 LLL 00010100 FFF ， 雖然與 ， ， 一樣，是材料的力學(xué)性能指標(biāo)，但在零（構(gòu)） 件的設(shè)計(jì)中，卻不參與強(qiáng)度計(jì)算過程。 另： ， ， ， ， 均為材料的整體強(qiáng)度標(biāo)。 e P bs , e P bs ,第二節(jié)第二節(jié) 動(dòng)載時(shí)材料的機(jī)械性能動(dòng)載時(shí)材料的機(jī)械性能-沖擊韌性沖擊韌性動(dòng)載荷主要有兩種形式：動(dòng)載荷主要有兩種形式： 沖擊：以較高速度施加到零件上的載荷。沖擊：以較高速度施加到零件上的載荷。 交變載荷：其大小與方向作周期性變化的交變載荷：其大小與方向作周期性變化的載荷。載荷。擺錘式?jīng)_擊實(shí)驗(yàn)機(jī)擺錘式?jīng)_擊實(shí)驗(yàn)機(jī) 計(jì)算公式計(jì)算公式 A Ak k= =GHGH1 1 - GH

18、- GH2 2 =G=G（H H1 1 - H- H2 2） 試驗(yàn)原理：試樣被試驗(yàn)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的勢能差。的勢能差。試驗(yàn)過程如圖所示。試驗(yàn)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。a ak k = A = AK K/S/S （JcmJcm-2-2）A Ak k沖斷試樣所消耗的沖擊功（沖斷試樣所消耗的沖擊功（J J）SS試樣斷口處的原始截面積（試樣斷口處的原始截面積（cmcm2 2）在沖在沖擊載荷下工作的零件，很少是

19、受大能量一次沖擊擊載荷下工作的零件，很少是受大能量一次沖擊而破壞的；往往是受小能量多次重復(fù)沖擊而破壞的。而破壞的；往往是受小能量多次重復(fù)沖擊而破壞的。試驗(yàn)表明：在沖擊能量不太大的情況下，其承受反復(fù)試驗(yàn)表明：在沖擊能量不太大的情況下，其承受反復(fù)沖擊的能力主要取決于強(qiáng)度，而不是很高的沖擊韌性沖擊的能力主要取決于強(qiáng)度，而不是很高的沖擊韌性a ak k 。材料韌性判據(jù)為沖擊韌性材料韌性判據(jù)為沖擊韌性a ak k ，低值為脆性材料，低值為脆性材料，高值為韌性材料。高值為韌性材料。 沖擊韌性（沖擊韌性（ ） 定義：即指材料抵抗沖擊的能力，用定義：即指材料抵抗沖擊的能力，用 的值表示。由其測量方法（見圖的值

20、表示。由其測量方法（見圖13）確定的）確定的計(jì)算式為計(jì)算式為 ： J/cm 式中單位：式中單位： 1 J/cm 0.1kgf、m/cm 沖擊韌性（沖擊韌性（ ）的大小，除取決于材）的大小，除取決于材料本身外，還受溫度，試樣大小，缺口形狀等料本身外，還受溫度，試樣大小，缺口形狀等的影響。的影響。 kv kv kv 8 . 921 FGHGH222kv 說明：說明： 1. 不參與零（構(gòu)）件的設(shè)計(jì)計(jì)算過程。不參與零（構(gòu)）件的設(shè)計(jì)計(jì)算過程。 2. 工作時(shí)受沖擊的零件，進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)工作時(shí)受沖擊的零件，進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí),應(yīng)按經(jīng)驗(yàn)選擇有一定應(yīng)按經(jīng)驗(yàn)選擇有一定 值的材料。如：值的材料。如： 受沖擊的零件，選材

21、受沖擊的零件，選材 49 J/cm 一般載荷零件，選材一般載荷零件，選材 2949 J/cm 3. 實(shí)際中，常用沖擊試驗(yàn)來檢驗(yàn)實(shí)際中，常用沖擊試驗(yàn)來檢驗(yàn): 材料的組織均勻性、白點(diǎn)、裂紋等。材料的組織均勻性、白點(diǎn)、裂紋等。 用來檢驗(yàn)材料的熱處理質(zhì)量如：回火用來檢驗(yàn)材料的熱處理質(zhì)量如：回火 脆性，晶粒大小等。脆性，晶粒大小等。kv kv kv kv 22第三節(jié)第三節(jié) 疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度 許多零件如曲軸、齒輪、連桿、許多零件如曲軸、齒輪、連桿、彈簧等在交變載荷作用下工作，發(fā)彈簧等在交變載荷作用下工作，發(fā)生斷裂時(shí)的應(yīng)力遠(yuǎn)低于該材料的屈生斷裂時(shí)的應(yīng)力遠(yuǎn)低于該材料的屈服強(qiáng)度，這種現(xiàn)象叫疲勞破壞。據(jù)服強(qiáng)度，這

22、種現(xiàn)象叫疲勞破壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)，80%機(jī)件失效是由于疲勞破機(jī)件失效是由于疲勞破壞。壞。 疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度金屬材料在無數(shù)次交變金屬材料在無數(shù)次交變載荷作用下而不致于引起斷裂的最載荷作用下而不致于引起斷裂的最大應(yīng)力。大應(yīng)力。 疲勞斷裂現(xiàn)象：零件工作時(shí)承受交變載疲勞斷裂現(xiàn)象：零件工作時(shí)承受交變載荷，即使交變應(yīng)力往往低于荷，即使交變應(yīng)力往往低于 ，但經(jīng)，但經(jīng)一定一定循環(huán)次數(shù)循環(huán)次數(shù)后便發(fā)生的斷裂現(xiàn)象。后便發(fā)生的斷裂現(xiàn)象。 常用疲勞強(qiáng)度指標(biāo)為常用疲勞強(qiáng)度指標(biāo)為 ： 對稱循環(huán)疲勞強(qiáng)度對稱循環(huán)疲勞強(qiáng)度 脈動(dòng)循環(huán)疲勞強(qiáng)度脈動(dòng)循環(huán)疲勞強(qiáng)度 s 1 1 材料的疲勞強(qiáng)度通常在旋轉(zhuǎn)對稱彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)上測定疲勞曲線,即

23、交變應(yīng)力與斷裂前的循環(huán)次數(shù)N之間的關(guān)系。有色金屬N108，鋼材N107 不疲勞破壞 疲勞曲線疲勞破壞原因: 材料有雜質(zhì),表面劃痕,能引起應(yīng)力集中（指受力構(gòu)件由于幾何形狀、外形尺寸發(fā)生突變而引起局部范圍內(nèi)應(yīng)力顯著增大的現(xiàn)象）,導(dǎo)致微裂紋,裂紋擴(kuò)展致使零件不能承受所加載荷突然破壞.產(chǎn)生疲勞破壞的原因 材料有雜質(zhì)、表面劃傷等缺陷應(yīng)力集中 微裂紋 裂紋擴(kuò)展 破 壞 一定應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：即循環(huán)基數(shù)一定應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：即循環(huán)基數(shù)N（見后圖（見后圖14），），(鋼鋼 ,有色金屬有色金屬 )。 說明：說明： 沖擊韌性（沖擊韌性（ ），疲勞強(qiáng)度），疲勞強(qiáng)度 ， 都是材料的整體力學(xué)性能。疲勞強(qiáng)度指標(biāo)，是零都是材料的整

24、體力學(xué)性能。疲勞強(qiáng)度指標(biāo)，是零件強(qiáng)度計(jì)算、選擇材料的重要參數(shù)。件強(qiáng)度計(jì)算、選擇材料的重要參數(shù)。710 N810 Nkv 1 1 第四節(jié)第四節(jié) 硬度硬度硬度硬度-靜載時(shí)材料的局部機(jī)械（力學(xué)）性能指標(biāo)靜載時(shí)材料的局部機(jī)械（力學(xué)）性能指標(biāo)硬度：材料抵抗更硬的物體壓入其內(nèi)的能力硬度：材料抵抗更硬的物體壓入其內(nèi)的能力 ,是材料性是材料性能的一個(gè)綜合物理量。表示材料在一個(gè)小的體積范能的一個(gè)綜合物理量。表示材料在一個(gè)小的體積范圍內(nèi)抵抗彈性變形、塑性變形或破斷的能力。圍內(nèi)抵抗彈性變形、塑性變形或破斷的能力。工程上常用的硬度指標(biāo)有：布氏硬度工程上常用的硬度指標(biāo)有：布氏硬度HB，洛氏硬度，洛氏硬度HRC，肖氏硬度

25、，肖氏硬度HV，維氏硬度，維氏硬度HS等，各種硬度指等，各種硬度指標(biāo)的值之間，可以換算。標(biāo)的值之間，可以換算。 一、布氏硬度一、布氏硬度HB 用直徑用直徑D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球,在一定壓力在一定壓力P下下,將鋼球垂直地壓入金屬表面將鋼球垂直地壓入金屬表面,并保持壓力到規(guī)定并保持壓力到規(guī)定的時(shí)間后卸荷的時(shí)間后卸荷,測壓痕直徑測壓痕直徑d. HB=F/S (N/mm2) 單位一般不寫單位一般不寫 S-壓痕面積壓痕面積. 布氏硬度試驗(yàn)原理圖布氏硬度試驗(yàn)原理圖 布氏硬度計(jì)布氏硬度計(jì) 2NHBmm壓入載荷（ ）壓痕的表面積（）2220.102()FD DDd壓頭是直徑為D的鋼球或

26、硬質(zhì)合金球。 HBS壓頭為鋼球，用于測量450HBW（ 650HBW）特點(diǎn)：特點(diǎn)： 布氏硬度因壓痕面積較大，布氏硬度因壓痕面積較大，HB值的代表性值的代表性較全面，而且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重復(fù)性也好。由于淬火較全面，而且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重復(fù)性也好。由于淬火鋼球本身的變形問題，不能試驗(yàn)太硬的材料，一鋼球本身的變形問題，不能試驗(yàn)太硬的材料，一般測般測HB450以下的材料；以下的材料；硬質(zhì)合金可測硬質(zhì)合金可測HB450以上以上的材料。的材料。 由于壓痕較大，不能進(jìn)行成品檢驗(yàn)。由于壓痕較大，不能進(jìn)行成品檢驗(yàn)。 通常用于測定鑄鐵、有色金屬、低合金結(jié)構(gòu)鋼通常用于測定鑄鐵、有色金屬、低合金結(jié)構(gòu)鋼等材料的硬度。等材料的硬度。

27、 對鋼鐵材料，對鋼鐵材料， 通常負(fù)荷采用通常負(fù)荷采用 3000kg3000kg，保持時(shí)間，保持時(shí)間 10 15 s;10 15 s; 對軟金屬，對軟金屬， 負(fù)荷可降至負(fù)荷可降至500kg500kg。 通常硬度和負(fù)荷的關(guān)系為：通常硬度和負(fù)荷的關(guān)系為： 3000kg BHN 96 - 6003000kg BHN 96 - 600 1500kg BHN 48 - 300 1500kg BHN 48 - 300 500kg BHN 16 - 100 500kg BHN 16 - 100 試樣厚度一般不小于壓痕深度的試樣厚度一般不小于壓痕深度的1010倍倍, , 試驗(yàn)后壓痕直徑的大小應(yīng)在試驗(yàn)后壓痕直徑的

28、大小應(yīng)在 0.25D d 0.6D, 0.25D d 0.6D, 否則試驗(yàn)結(jié)果無效否則試驗(yàn)結(jié)果無效. . 布氏硬度標(biāo)記例布氏硬度標(biāo)記例: : HB2.5/187.5/10=190 HB2.5/187.5/10=190 表示表示 2.5mm2.5mm鋼球鋼球 187.5kg187.5kg載荷保持載荷保持10s.10s. HB350 HB350 表示表示 10mm10mm鋼球鋼球 3000kg3000kg載荷保持載荷保持10s.10s.布氏硬度試驗(yàn)布氏硬度試驗(yàn) (GB231-63)(GB231-63) l 影響因素影響因素: 壓頭材料壓頭材料 鋼球直徑鋼球直徑 鋼球表面質(zhì)量鋼球表面質(zhì)量 負(fù)荷大小負(fù)

29、荷大小 負(fù)荷保持時(shí)間負(fù)荷保持時(shí)間 直徑測量直徑測量 試樣表面光潔度試樣表面光潔度布氏硬度試驗(yàn)布氏硬度試驗(yàn) (GB231-63)(GB231-63) 洛氏硬度計(jì)用金剛石洛氏硬度計(jì)用金剛石圓錐或鋼球?yàn)閴侯^，圓錐或鋼球?yàn)閴侯^，實(shí)驗(yàn)時(shí)是根據(jù)測量到實(shí)驗(yàn)時(shí)是根據(jù)測量到的壓入深度，轉(zhuǎn)變成的壓入深度，轉(zhuǎn)變成刻度盤上的數(shù)據(jù)?？潭缺P上的數(shù)據(jù)。二、二、 洛氏硬度洛氏硬度HR 用金剛石圓錐或鋼球作壓用金剛石圓錐或鋼球作壓頭，在規(guī)定的預(yù)載荷和總載頭，在規(guī)定的預(yù)載荷和總載荷下，壓入材料，卸載后，荷下，壓入材料，卸載后，測其深度，由公式求出，測其深度，由公式求出，可在洛氏硬度計(jì)上直接讀出，可在洛氏硬度計(jì)上直接讀出，無單位無

30、單位10()HRCHBS HBW()100,130HRA HRCe HRBe洛氏硬度計(jì)洛氏硬度計(jì)l l 測量測量 以金剛石圓錐或鋼球作壓頭壓入金屬表面以金剛石圓錐或鋼球作壓頭壓入金屬表面, , 先后兩先后兩次施加載荷次施加載荷: : 初負(fù)荷初負(fù)荷( (通常通常10kg)10kg)及總負(fù)荷及總負(fù)荷( (初負(fù)荷加主負(fù)初負(fù)荷加主負(fù)荷荷) 60) 60、100100、150kg, 150kg, 由兩次負(fù)荷壓痕深度之差由兩次負(fù)荷壓痕深度之差, , 求得洛求得洛氏硬度氏硬度. . 洛氏硬度按所選壓頭和負(fù)荷不同分為洛氏硬度按所選壓頭和負(fù)荷不同分為1515種種, , 以以HRAHRA、HRCHRC、HRBHR

31、B最為常用最為常用 洛氏硬度試驗(yàn)洛氏硬度試驗(yàn) (GB230-63) (GB230-63) 洛氏硬度試驗(yàn)洛氏硬度試驗(yàn) (GB230-63) (GB230-63) 洛氏硬度HRA HRC HRB 采用壓頭 金剛石圓錐(120O) 金剛石圓錐(120O) 1.588mm鋼球總負(fù)荷60kg150kg100kg常用范圍70 - 8520 6725 100大致相當(dāng)于維氏硬度390 900240 - 900 60 240應(yīng)用薄板、硬質(zhì)合金表面淬火等淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼等低中碳鋼、退火鋼、銅合金、硬鋁合金等l l 計(jì)算公式計(jì)算公式 h h0 0 - - 初負(fù)荷作用下的壓痕深度初負(fù)荷作用下的壓痕深度 mm.mm. h

32、 h1 1 - - 加上主負(fù)荷并卸除加上主負(fù)荷并卸除, , 而保留初負(fù)荷時(shí)的壓痕深度而保留初負(fù)荷時(shí)的壓痕深度 mm.mm. 洛氏硬度試驗(yàn)洛氏硬度試驗(yàn) (GB230-63) (GB230-63) 002. 010001hhHRA002. 013001hhHRB002. 010001hhHRCl l 影響因素影響因素: : 金剛石圓錐壓頭角度金剛石圓錐壓頭角度 金剛石圓錐壓頭頂端的球面半徑金剛石圓錐壓頭頂端的球面半徑 鋼球壓頭直徑鋼球壓頭直徑 初負(fù)荷總負(fù)荷負(fù)荷施加速度初負(fù)荷總負(fù)荷負(fù)荷施加速度 測深裝置的影響測深裝置的影響 總負(fù)荷保持時(shí)間的影響總負(fù)荷保持時(shí)間的影響. . 洛氏硬度試驗(yàn)洛氏硬度試驗(yàn) (

33、GB230-63) (GB230-63) 特點(diǎn)：洛氏硬度特點(diǎn)：洛氏硬度HRHR可以用于硬度很高的材料，而可以用于硬度很高的材料，而且壓痕很小，幾乎不損傷工件表面，故在鋼件且壓痕很小，幾乎不損傷工件表面，故在鋼件熱處理質(zhì)量檢查中應(yīng)用最多。熱處理質(zhì)量檢查中應(yīng)用最多。 但洛氏硬度由于壓痕較小，硬度代表性就但洛氏硬度由于壓痕較小，硬度代表性就差些，如果材料中有偏析或組織不均勻的情況，差些，如果材料中有偏析或組織不均勻的情況，則所測硬度值的重復(fù)性也差。則所測硬度值的重復(fù)性也差。 l l 測量測量采用采用136136o o 金剛石正方形角錐體壓頭。硬度值為所施加的金剛石正方形角錐體壓頭。硬度值為所施加的負(fù)荷除以壓痕的表面積負(fù)荷除以壓痕的表面積 P - P - 所施加的負(fù)荷所施加的負(fù)荷 （kgfkgf） d - d - 壓痕對角線的平均值壓痕對角線的平均值 （mm