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1、第第1章章 金属材料的性能金属材料的性能 金属材料的性能一般分为工艺性能和运用性金属材料的性能一般分为工艺性能和运用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制造能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏，确定现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏，确定了它在制造过程中加工成形的适应实力。由于加了它在制造过程中加工成形的适应实力。由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性能、可焊性、可锻性
2、、热处理性能、切削加工性等。所谓运用性能是指机械零件在运用条件下，性等。所谓运用性能是指机械零件在运用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括机械性能、物金属材料表现出来的性能，它包括机械性能、物理性能、化学性能等。金属材料运用性能的好坏，理性能、化学性能等。金属材料运用性能的好坏，确定了它的运用范围与运用寿命。确定了它的运用范围与运用寿命。1.1金属材料的力学性能金属材料的力学性能金属材料的力学性能是指金属材料在不同的环境金属材料的力学性能是指金属材料在不同的环境因素（温度、介质）下，承受外加载荷作用时所因素（温度、介质）下，承受外加载荷作用时所表现的性能，这种性能通常表现为变形和断裂。表现的
3、性能，这种性能通常表现为变形和断裂。因此，金属材料的力学性能可以理解为金属材料因此，金属材料的力学性能可以理解为金属材料反抗外加载荷引起的变形和断裂的实力，也称为反抗外加载荷引起的变形和断裂的实力，也称为金属材料的机械性能。金属材料的机械性能是零金属材料的机械性能。金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的主要依据。外加载荷性质不件的设计和选材时的主要依据。外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、剪切、扭转和弯曲等），同（例如拉伸、压缩、剪切、扭转和弯曲等），对金属材料要求的机械性能也将不同。常用的机对金属材料要求的机械性能也将不同。常用的机械性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多械性能包括：强度、
4、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲惫极限等。下面将分别探讨各种次冲击抗力和疲惫极限等。下面将分别探讨各种机械性能。机械性能。一、一、强度与塑性强度与塑性1 1、强度强度 强度是指金属材料在静荷作用下反抗强度是指金属材料在静荷作用下反抗永久变形和断裂永久变形和断裂 的实力。由于载荷的作用方式有的实力。由于载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，所以强度也分拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，所以强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。各种强度间常有确定的联系，运用中一般以抗拉各种强度间常有确定的联系，运用中一般以抗拉强度作为最基本的强度
5、指标。强度作为最基本的强度指标。2 2、塑性塑性 塑性是指金属材料在载荷作用下发生塑性是指金属材料在载荷作用下发生不行逆变形的实力，也就是金属材料在断裂前发不行逆变形的实力，也就是金属材料在断裂前发生塑性变形的实力。衡量金属材料塑性实力的指生塑性变形的实力。衡量金属材料塑性实力的指标是延长率和断面收缩率。标是延长率和断面收缩率。金属材料的强度与塑性指标一般是在材料试金属材料的强度与塑性指标一般是在材料试验机上通过拉伸试验测得验机上通过拉伸试验测得 液压式万能材料试验机液压式万能材料试验机拉伸试样的形态通拉伸试样的形态通常有圆形和板状两常有圆形和板状两种类。在国家标准种类。在国家标准GB6397
6、1986金属拉伸试样金属拉伸试样中，对试样的形态、中，对试样的形态、尺寸及加工要求均尺寸及加工要求均有明确规定。有明确规定。长试样：长试样：L0=10d0,短试样：短试样：L0=5d0拉伸曲线低碳钢力低碳钢力低碳钢力低碳钢力-伸长曲线伸长曲线伸长曲线伸长曲线FesbkLFsFbO屈服屈服弹弹性性变变形形缩颈缩颈断裂断裂塑塑性性变变形形塑性变形塑性变形:外力外力去除后不能消逝去除后不能消逝的变形的变形拉伸试样的颈缩现象试件从拉伸到断裂经过试件从拉伸到断裂经过 的的4个阶段个阶段1、弹性变形阶段（试件变形随载荷的作用而产生，、弹性变形阶段（试件变形随载荷的作用而产生，随载荷的去除而消逝。在弹性阶段
7、中，应力与应随载荷的去除而消逝。在弹性阶段中，应力与应变成正比，呈线性关系，这种关系称胡克定理。变成正比，呈线性关系，这种关系称胡克定理。当载荷超过当载荷超过FP 时材料还将产生微量的塑性变形，时材料还将产生微量的塑性变形，它不能随载荷去除而消逝）它不能随载荷去除而消逝）2、屈服变形阶段（当载荷增加到、屈服变形阶段（当载荷增加到FS 时保持不变，时保持不变，试件的变形接着增加，这种现象称为材料的屈服。试件的变形接着增加，这种现象称为材料的屈服。这时在拉伸曲线上出现锯齿形水平线段）这时在拉伸曲线上出现锯齿形水平线段）3、冷变形强化阶段（材料过屈服阶段后，又重新、冷变形强化阶段（材料过屈服阶段后，
8、又重新出现了反抗变形的实力。这时接着增加应力，应出现了反抗变形的实力。这时接着增加应力，应变也增加，但已不成正比关系不再听从虎克定律，变也增加，但已不成正比关系不再听从虎克定律，到达最高点到达最高点b时，试件局部变细形成颈缩现象）时，试件局部变细形成颈缩现象）4、缩颈与断裂阶段（由于颈缩，局部截面将快速、缩颈与断裂阶段（由于颈缩，局部截面将快速减小，拉力起先下降，直至减小，拉力起先下降，直至k点试件断裂。点试件断裂。Fb 是是试件拉断前能承受的最大载荷，称为极限载荷）试件拉断前能承受的最大载荷，称为极限载荷）1、强度指标、强度指标金属材料的强度是用应力来表示的，即材料承受载荷后内部产生一个与载
9、荷相平衡的内力，我们将单位面积上的内力称应力，用表示。为了保证机械零件的正常工作，我们必需知道金属材料的强度指标，它通常是指金属材料的弹性极限、屈服点和抗拉强度。（这些参数可以计算，也可以查阅相关技术资料）（1）弹性极限 即金属材料不产生塑性变形时所能承受的最即金属材料不产生塑性变形时所能承受的最大应力。拉伸曲线大应力。拉伸曲线e e点对应的应力点对应的应力 e e为弹性极限：为弹性极限：e=Fe/S0式中式中e弹性极限（弹性极限（MPa）；）；F e 试样产生完全弹性变形时的最大载荷试样产生完全弹性变形时的最大载荷（N）；）；S0 试样原始横截面积（试样原始横截面积（mm 2）。）。MPa与
10、与Pa的换算的换算我国法定压力单位为帕斯卡（简称帕），我国法定压力单位为帕斯卡（简称帕），符号为符号为Pa,1Pa=1N/m2。由于。由于Pa太小，工太小，工程上常用其倍数单位程上常用其倍数单位MPa（兆帕）来表示。（兆帕）来表示。1兆帕兆帕(MPa)1000000帕帕(Pa)。Mpa,也是也是压强单位，读作兆帕，也就是百万（压强单位，读作兆帕，也就是百万（M）帕）帕斯卡（斯卡（Pa）。）。1MPa1000000Pa1.00牛牛平方毫米（平方毫米（19.8=0.102）千克力）千克力平方毫米平方毫米。（2）屈服点）屈服点屈服点：即试样在拉伸过程中力不增加屈服点：即试样在拉伸过程中力不增加（保持
11、恒定）仍能接着伸长（变形）时的（保持恒定）仍能接着伸长（变形）时的应力。在拉伸曲线上应力。在拉伸曲线上s点对应的应力为屈服点对应的应力为屈服点。点。s=Fs/S0式中式中 s屈服点（屈服点（MPa）；）；Fs试样起先产生屈服现象时试样起先产生屈服现象时的载荷（的载荷（N）；）；S0试样原始横截面积，（试样原始横截面积，（mm 2）。）。条件屈服强度 高碳钢、铸铁等脆性材料在拉伸图中没高碳钢、铸铁等脆性材料在拉伸图中没有明显的水平阶段（即屈服现象），也不有明显的水平阶段（即屈服现象），也不产生颈缩，而干脆被拉断。为了衡量这些产生颈缩，而干脆被拉断。为了衡量这些材料的屈服特性材料的屈服特性,规定产
12、生永久残余变形等规定产生永久残余变形等于确定值于确定值(一般为原长度的一般为原长度的0.2%)0.2%)时的应力时的应力,称为条件屈服强度或简称屈服强度，用符称为条件屈服强度或简称屈服强度，用符号号0.20.2表示。表示。计算公式计算公式:F0.2S00.2=b=FbS0 应用：制作机械零件和工应用：制作机械零件和工程构件时的选材和设计的依据。程构件时的选材和设计的依据。计算公式计算公式:（3）抗拉强度（强度极限）抗拉强度（强度极限）:材料承受最大载荷时的应力。用b表示。2 2、塑性指标、塑性指标 即断裂前材料发生不行逆永久变形的实力，即断裂前材料发生不行逆永久变形的实力，称塑性。塑性是金属材
13、料的主要力学性能指称塑性。塑性是金属材料的主要力学性能指标。标。衡量塑性的依据是伸长率和断面收缩率。衡量塑性的依据是伸长率和断面收缩率。伸长率伸长率断面收缩率断面收缩率压缩率压缩率塑性塑性（1 1）伸长率）伸长率 即试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。即试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。=(L=(L1 1-L-L0 0)/L)/L0 0 100%100%式中式中 伸长率（伸长率（%）；）；L L1 1试样拉断后标距（试样拉断后标距（mm)mm)；L L0 0 试样原始标距（试样原始标距（mm)mm)。（2 2）断面收缩率）断面收缩率 即试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原即试样
14、拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始的横截面积的百分比。始的横截面积的百分比。=（S S0 0-S-S1 1）/S/S0 0100%100%式中式中 断面收缩率（断面收缩率（%）；）；S S1 1试样的原始截面积（试样的原始截面积（mm mm2 2）S S0 0试样拉断后缩颈处的最小横截面积（试样拉断后缩颈处的最小横截面积（mmmm2 2)材料的塑性指标对机械零件的加工材料的塑性指标对机械零件的加工和运用具有重要意义。金属材料的和运用具有重要意义。金属材料的延长率和断面收缩率数值越大，表延长率和断面收缩率数值越大，表示材料的塑性越好。示材料的塑性越好。二、硬度二、硬度（Hardnss、代号
15、、代号H）硬度是材料反抗硬的物体压入其内的实力,是材料性能的一个综合物理量。表示材料在一个小的体积范围内反抗弹性变形、塑性变形或破断的实力。在产品设计图样的技术条件中，硬度是一顶主要技术指标。金属材料的硬度可用硬度仪来测试，常用的硬指标有布氏硬度、洛氏硬度等。（硬度视频演示）1.1.布氏硬度（布氏硬度（HBHB）布氏硬度（布氏硬度（HBHB）=载荷与压痕面积之比。单位为载荷与压痕面积之比。单位为Kmf/mm2Kmf/mm2（N/mm2),1kgf/9.806N=0.102.N/mm2),1kgf/9.806N=0.102.用直径用直径D D的淬火钢球或硬质合金球的淬火钢球或硬质合金球,在确定压
16、力在确定压力P P下下,将钢球垂直地压入金属表面将钢球垂直地压入金属表面,并保持压力并保持压力到规定的时间后卸荷到规定的时间后卸荷,测压痕直径测压痕直径d.d.HB=F/S(N/mm2)HB=F/S(N/mm2)单位一般不写单位一般不写FF载荷，载荷，N(kgf)N(kgf)S-S-压痕面积压痕面积.布氏硬度试验原理图布氏硬度试验原理图布氏硬度试验的布氏硬度试验的F/D2值的选择值的选择依据被测金属材料的种类和试样厚度、选用不同大小的球依据被测金属材料的种类和试样厚度、选用不同大小的球体直径体直径D D，施加的试验力，施加的试验力F F和试验力保持时间，按表和试验力保持时间，按表1111所所列
17、的布氏硬变试验规范正确选择列的布氏硬变试验规范正确选择 。材材 料料布氏硬度布氏硬度0.102F/D0.102F/D2 2备备 注注钢及铸铁1401401030F单位：ND单位：mm铜及其合金353520013051030轻金属及其合金35358080251010铅、锡1布氏硬度试验规范布氏硬度试验规范布氏硬度试验规范布氏硬度试验规范淬火钢球做压头时，符号用淬火钢球做压头时，符号用HBS表示；表示；硬质合金球做压头时，符号用硬质合金球做压头时，符号用HBW表示；表示；布氏硬度标注布氏硬度标注 符号符号HBSHBS或或HBWHBW之前的数字表示硬度值，之前的数字表示硬度值，除了接受钢球直径除了接
18、受钢球直径D D为为10mm,10mm,试验力为试验力为3000kgf,3000kgf,保持时间为保持时间为10sr 10sr 试验条件外，在其试验条件外，在其它试验条件下，符号后面的数字按依次分别它试验条件下，符号后面的数字按依次分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如:150HBS10/1000/30:150HBS10/1000/30表示直径为表示直径为10mm10mm的钢球在的钢球在1000kgf1000kgf载荷作用下保持载荷作用下保持30s30s测得的布氏硬度测得的布氏硬度值为值为150150。布氏硬度的特点及应用布氏硬度的特点及应用优点：试验时运
19、用的压头直径较大，在试样表面上留下压痕也较大，优点：试验时运用的压头直径较大，在试样表面上留下压痕也较大，所测得值也较精确。所测得值也较精确。HBHB与与bb之间有确定的近似关系，因此可以按布之间有确定的近似关系，因此可以按布氏硬度值近似确定金属材料抗拉强度：氏硬度值近似确定金属材料抗拉强度：bKHB bKHB（k=0.360.34k=0.360.34）缺点：对金属表面的损伤较大，不易测试太薄工件的硬度，也不适于缺点：对金属表面的损伤较大，不易测试太薄工件的硬度，也不适于测定成品件硬度。适用测定测定成品件硬度。适用测定HBHB450450的金属材料。的金属材料。应用：布氏硬度试验应用：布氏硬度
20、试验应用：布氏硬度试验应用：布氏硬度试验常用来测定原材料、常用来测定原材料、常用来测定原材料、常用来测定原材料、半成品和性能不匀整半成品和性能不匀整半成品和性能不匀整半成品和性能不匀整材料（如铸铁、有色材料（如铸铁、有色材料（如铸铁、有色材料（如铸铁、有色金属）等的硬度。在金属）等的硬度。在金属）等的硬度。在金属）等的硬度。在实际应用中，布氏硬实际应用中，布氏硬实际应用中，布氏硬实际应用中，布氏硬功硬度一般不用计算功硬度一般不用计算功硬度一般不用计算功硬度一般不用计算法求得，而是用特地法求得，而是用特地法求得，而是用特地法求得，而是用特地的放大镜量出压痕直的放大镜量出压痕直的放大镜量出压痕直的
21、放大镜量出压痕直径，从特地的硬度表径，从特地的硬度表径，从特地的硬度表径，从特地的硬度表中查出相应的硬度值。中查出相应的硬度值。中查出相应的硬度值。中查出相应的硬度值。（见附表（见附表（见附表（见附表1 1）2、洛氏硬度（、洛氏硬度（HR）洛氏硬度试验是用一个锥角为洛氏硬度试验是用一个锥角为120的金刚的金刚石锥体或直径为石锥体或直径为1.588mm（1/16）的淬）的淬火钢球，在规定的载荷作用下压入被测金火钢球，在规定的载荷作用下压入被测金属表面，由压头在金属表面所形成的压痕属表面，由压头在金属表面所形成的压痕深度来确定其硬度值。洛氏硬度试验是简深度来确定其硬度值。洛氏硬度试验是简便、快速的
22、硬度测试方法。洛氏硬度试验便、快速的硬度测试方法。洛氏硬度试验方法广泛应用于生产制造、科学探讨的各方法广泛应用于生产制造、科学探讨的各个领域。个领域。洛氏硬度计洛氏硬度计00112332h0h1h2e1-1 1-1 初载初载10kg h010kg h02-2 2-2 总载总载150kg h1150kg h13-3 3-3 卸载卸载140kg h2140kg h2最终测得：最终测得：残余压痕深度增量残余压痕深度增量 e eHR=k-e/0.002e=h2-h0e=h2-h0试验方法洛氏硬度试验是用标准型压头,先后两次对被试材料表面施加试验力（初试验力F0与总试验力F0+F1），在试验力的作用下压
23、头压入试样表面。在总试验力保持确定时间后，卸除主试验力F1，保留初始试验力F0的状况下测量压入深度，以总试验力下压入深度与在初试验力下的压入深度之差（即所谓的残余压入深度）来表征硬度的凹凸，残余压入深度值越大，硬度值越低，反之亦然。洛氏硬度试验时，硬度值可以从硬度计上的刻度盘干脆读出。洛氏硬度洛氏硬度HR=K-e/s式中式中 K为给定标尺的硬度常数，为给定标尺的硬度常数，用金刚锥体压头驻用金刚锥体压头驻 时，时，k=0.2mm,用钢球压头时，用钢球压头时，k=0.26mm；S为给定标尺的单位，通常以为给定标尺的单位，通常以0.002为一个硬为一个硬 度单位。度单位。硬度标尺硬度标尺洛氏硬度试验
24、接受三种试验力，三种压头，它们洛氏硬度试验接受三种试验力，三种压头，它们共有共有9种组合，对应于洛氏硬度的种组合，对应于洛氏硬度的9个标尺：个标尺：HRA、HRB、HRC、HRD、HRE、HRF、HRG、HRH和和HRK。这。这9个标尺的应用涵盖了几乎全部常用个标尺的应用涵盖了几乎全部常用的金属材料。最常用标尺是的金属材料。最常用标尺是HRC、HRB和和HRF，其中其中HRC标尺用于测试淬火钢、回火钢、调质钢标尺用于测试淬火钢、回火钢、调质钢和部分不锈钢。这是金属加工行业应用最多的硬和部分不锈钢。这是金属加工行业应用最多的硬度试验方法。度试验方法。HRB标尺用于测试各种退火钢、正标尺用于测试各
25、种退火钢、正火钢、软钢、部分不锈钢及较硬的铜合金。火钢、软钢、部分不锈钢及较硬的铜合金。HRF标尺用于测试纯铜、较软的铜合金和硬铝合金。标尺用于测试纯铜、较软的铜合金和硬铝合金。HRA标尺尽管也可用于大多数黑色金属，但是实标尺尽管也可用于大多数黑色金属，但是实际应用上一般只限于测试硬质合金和薄硬钢带材际应用上一般只限于测试硬质合金和薄硬钢带材料。料。洛氏硬度的分类及应用洛氏硬度的分类及应用洛氏硬度标注洛氏硬度标注洛氏硬度的特点洛氏硬度的特点洛氏硬度值为一无名数，依据国家标准规定，硬度数值写洛氏硬度值为一无名数，依据国家标准规定，硬度数值写在符号在符号HR的前面，的前面，HR后面为运用的标尺，如
26、后面为运用的标尺，如50HRC，表，表示用示用C标尺测定的洛氏硬度值为标尺测定的洛氏硬度值为50。洛氏硬度试验是生产中广泛应用的一种硬度试验。其特点洛氏硬度试验是生产中广泛应用的一种硬度试验。其特点是，硬度试验压痕小，对试件表面损伤小，常用来干脆检是，硬度试验压痕小，对试件表面损伤小，常用来干脆检验成品或半成品的硬度；试验操作快速简便，可以干脆从验成品或半成品的硬度；试验操作快速简便，可以干脆从试验机上读出硬度值。当接受不同标尺时，可测量出从极试验机上读出硬度值。当接受不同标尺时，可测量出从极软到极硬材料的硬度。主要缺点是，由于压痕小，对内部软到极硬材料的硬度。主要缺点是，由于压痕小，对内部组
27、织和硬度不匀整的材料，所测结果不够精确，因此，在组织和硬度不匀整的材料，所测结果不够精确，因此，在测试时在被测金属的不同三点测出硬度，取其平均数。洛测试时在被测金属的不同三点测出硬度，取其平均数。洛氏硬度各标尺之间没有干脆的对应关系。氏硬度各标尺之间没有干脆的对应关系。3 3、维氏硬度（、维氏硬度（HVHV）基本原理基本原理 维氏硬度试验也是一种压痕试验方法，是将一个维氏硬度试验也是一种压痕试验方法，是将一个相对面夹角为相对面夹角为136136的正四棱锥体金刚石压头以选的正四棱锥体金刚石压头以选定的试验力（定的试验力（F F）压入试验表面，经规定保持时间）压入试验表面，经规定保持时间后卸除试验
28、力，测量压痕两对角线平均长度后卸除试验力，测量压痕两对角线平均长度d,d,计计算出压痕面积算出压痕面积S S，求出单位面积上的平均压力，称，求出单位面积上的平均压力，称维氏硬度，用符号维氏硬度，用符号HVHV表示。表示。表示方法表示方法 维氏硬度值用符号维氏硬度值用符号“HV”表示。表示。HV前面为前面为硬度值，后面按硬度值，后面按“试验载荷试验载荷/载荷保持时间载荷保持时间（1015S不标注）不标注）”的依次用数值表示试的依次用数值表示试验条件。验条件。例如：例如：640HV30/20 表示用表示用294.21N（30kgf）试验载荷，保持）试验载荷，保持20S，测定的维氏硬度值为测定的维氏
29、硬度值为640。布氏硬度常用试验力及其适用范围布氏硬度常用试验力及其适用范围维维氏氏硬硬度度试试验验所所用用试试验验力力视视其其试试样样大大小小、薄薄厚厚及及其其他他条条件件，可可在在49.03980.7N49.03980.7N的的范范围围内内选选择择试试验验力力。常常用用的的试试验验力力有有49.03N49.03N、98.07N98.07N、196.1N196.1N、294.2N294.2N、490.3N490.3N、980.7N980.7N。维维氏氏硬硬度度试试验验适适用用范范围围宽宽，尤尤其其适适用用测测定定金金属属镀镀层层、薄薄片片金金属属及及化化学学热热处处理理的的表表面面层层（渗渗
30、碳碳层层、渗渗氮氮层层等等）硬硬度度，其结果精确牢靠。其结果精确牢靠。试验优缺点试验优缺点优优点点：与与布布氏氏、洛洛氏氏硬硬度度试试验验比比较较，维维氏氏硬硬度度试试验验不不存存在在试试验验力力与与压压头头直直径径有有确确定定比比例例关关系系的的约约束束；也也不不存存在在压压头头变变形形问问题题，压压痕痕轮轮廓廓清清晰晰，接接受受对对角角线线长长度度计计量量，精精确确牢牢靠，硬度值误差较小。靠，硬度值误差较小。缺缺点点：其其硬硬度度值值须须要要先先测测量量对对角角线线长长度度，然然后后经经计计算算或或查查表确定，故效率不如洛氏硬度试验高。表确定，故效率不如洛氏硬度试验高。三、冲击韧性三、冲击
31、韧性以加速度作用于工件上的载荷，称冲击载荷。很以加速度作用于工件上的载荷，称冲击载荷。很多机械零件和工具在工作时要承受确定的冲击载多机械零件和工具在工作时要承受确定的冲击载荷，如冲床的冲模、锻造的锻模、内燃机的活塞荷，如冲床的冲模、锻造的锻模、内燃机的活塞销、风动工具等。对这些零件，不仅要满足在静销、风动工具等。对这些零件，不仅要满足在静载荷下的强度、塑性、硬度等要求，还必需具有载荷下的强度、塑性、硬度等要求，还必需具有足够的反抗冲击载荷的实力。足够的反抗冲击载荷的实力。金属材料反抗冲击载荷的实力，称冲击韧性。为金属材料反抗冲击载荷的实力，称冲击韧性。为了评定金属材料的冲击韧性，须要进行大能量
32、一了评定金属材料的冲击韧性，须要进行大能量一次冲击试验。一次冲击试验通常在摆锤式冲击机次冲击试验。一次冲击试验通常在摆锤式冲击机上进行。上进行。摆摆锤锤式式冲冲击击实实验验机机冲击试样冲击试样冲击试样有夏比V型缺口试样和夏比U型缺口试样两种:试试验验时时，将将试试样样放放在在试试验验机机两两支支座座上上，把把质质量量为为G G的的摆摆锤锤抬抬到到高高H H，使使摆摆锤锤自自由由落落下下，摆摆锤锤落落下下冲冲断断试试样样后后升升至至h h高高度度。则则摆摆锤锤冲冲断断试试样样推推动动的位能，就是试样变形和断裂所消耗的功称为冲击吸取功的位能，就是试样变形和断裂所消耗的功称为冲击吸取功AKAK，即，
33、即AK=Gg(H-h)AK=Gg(H-h)用用试试样样的的断断口口处处截截面面积积SNSN（cm2cm2）去去除除AKAK（J J）即即得得到到冲冲击击韧韧度度，用用AkAk表示，单位为表示，单位为J J（焦耳）（焦耳）/cm2./cm2.aK=AK/SaK=AK/S式中式中 S S试样缺口处面积，试样缺口处面积，cm2.cm2.冲击试验的实际意义冲击试验的实际意义1、韧脆转变温度材料在低于某温度时，AK值急剧下降，使试样的断口由韧性断口过渡为脆性断口。因此，这个温度范围称为韧脆转变温度范围。韧脆转变温度的凹凸是金属材料质量指标之一，韧脆转变温度愈低，材料的低温冲击性能就愈好，对于在寒冷地区和
34、低温下工作的机械和工程结构。如运输机械、桥梁、输送管道尤为重要。冲击吸收功冲击吸收功温度曲线温度曲线2 2、衡量原材料的冶金质量和热加工产品质量、衡量原材料的冶金质量和热加工产品质量冲击吸取功对原材料内部结构、缺陷等具冲击吸取功对原材料内部结构、缺陷等具有较大敏感性，很简洁揭示出材料中某些有较大敏感性，很简洁揭示出材料中某些物理现象，如晶粒粗化、冷脆、回火脆性物理现象，如晶粒粗化、冷脆、回火脆性及夹渣、气泡、偏析等。及夹渣、气泡、偏析等。目前常用冲击试验来检验冶炼、热处理及目前常用冲击试验来检验冶炼、热处理及各种热加工工艺和产品的质量。各种热加工工艺和产品的质量。冲击韧性试验除了大能量冲击试验
35、外，冲击韧性试验除了大能量冲击试验外，有时还须要进行小能量多次冲击试验。有时还须要进行小能量多次冲击试验。小能量多次冲击试验是在落锤式试验机上进小能量多次冲击试验是在落锤式试验机上进行的行的。试验时带有双冲点的锤头以确定的。试验时带有双冲点的锤头以确定的冲击频率冲击试样，直至冲断。多次冲击冲击频率冲击试样，直至冲断。多次冲击抗力指标一般是以在某冲击功抗力指标一般是以在某冲击功Ak作用下的作用下的冲击断次数冲击断次数N，或在某一冲击断次数，或在某一冲击断次数N时的时的冲击功冲击功Ak来表示。来表示。四、疲惫四、疲惫1、疲惫现象机械零件在循环应力作用下工作时，经过确定周期工作，发生突然断裂的现象，
36、称为金属的疲惫现象。疲惫破坏具有很大的危急性，也是机械零件失效的主要缘由之一。这种现象称为疲惫断裂。对称循环交变应力对称循环交变应力据统计，机械零件断裂据统计，机械零件断裂中有中有80%80%是由于疲惫是由于疲惫引起。引起。提问提问:疲惫断裂是如何产生的？疲惫断裂是如何产生的？疲惫断裂是由于零件中存在缺陷，如裂纹、疲惫断裂是由于零件中存在缺陷，如裂纹、夹杂、刀痕等疲惫源，在循环应力作用下夹杂、刀痕等疲惫源，在循环应力作用下疲惫源处产生疲惫裂纹，这种疲惫裂纹不疲惫源处产生疲惫裂纹，这种疲惫裂纹不断扩展，减小了零件的有效承载面积，最断扩展，减小了零件的有效承载面积，最终当截面减小到不能承受外力时，
37、零件即终当截面减小到不能承受外力时，零件即发生突然断裂。发生突然断裂。2、疲惫强度、疲惫强度 试验证明，金属材料所受最大交变应力试验证明，金属材料所受最大交变应力max max 愈愈大，则断裂前所受的循环周次大，则断裂前所受的循环周次N N（定义为疲惫寿命）（定义为疲惫寿命）愈少，这种交变应力愈少，这种交变应力max max 与疲惫寿命与疲惫寿命N N的关系曲的关系曲线称疲惫曲线或线称疲惫曲线或SNSN曲线曲线 工程上规定，材料经受相当循环周次不发生断裂工程上规定，材料经受相当循环周次不发生断裂的最大应力称为疲惫极限，以符号的最大应力称为疲惫极限，以符号-1-1表示。表示。疲劳曲线-1Nn21
38、N1N2NnNc钢铁材料：107次非铁合金：108次实际生产中提高疲惫强度的方法：实际生产中提高疲惫强度的方法：1、避开或削减材料在冶炼和加工过程中造、避开或削减材料在冶炼和加工过程中造成的裂纹、夹杂、疏松、气孔、表面刀痕和成的裂纹、夹杂、疏松、气孔、表面刀痕和碰伤等缺陷；碰伤等缺陷；2、零件结构设计时，尽可能避开出现尖角、零件结构设计时，尽可能避开出现尖角、沟槽、圆角过小和截面突变等，以削减应力沟槽、圆角过小和截面突变等，以削减应力集中。集中。3、对零件表面接受喷丸、冷滚压、表面淬、对零件表面接受喷丸、冷滚压、表面淬火和渗、镀处理等工艺，以强化零件表面。火和渗、镀处理等工艺，以强化零件表面。总总 结结1.2 金属材料的其它性能（自学部分）金属材料的其它性能（自学部分）一、金属材料的物理性能一、金属材料的物理性能二、金属材料的化学性能二、金属材料的化学性能三、金属材料的工艺性能三、金属材料的工艺性能课外作业课外作业教材第教材第1章，复习思索题章，复习思索题16题。题。