1、第二章 金属材料的性能21 金属材料的损坏与塑性变形22 金属的力学性能23 金属的工艺性能24 力学性能实验21 金属材料的损坏与塑性变形一、与变形相关的几个概念二、金属的变形三、金属材料的冷塑性变形与加工硬化一、与变形相关的几个概念一、与变形相关的几个概念 （1 1）静载荷）静载荷大小不变或变化过程缓慢的载荷。（2 2）冲击载荷）冲击载荷在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。（3 3）交变载荷）交变载荷大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化的载荷。1 1载荷载荷 载荷载荷金属材料在加工及使用过程中所受的外力。根据载荷作用性质的不同分：载荷的作用形式载荷的作用形式 内力内力工件或材料在
2、受到外部载荷作用时，为保持其不变形，在材料内部产生的一种与外力相对抗的力，称为。2 2内力内力 应力应力假设作用在零件横截面上的内力大小均匀分布，单位横截面积上的内力。3 3应力应力SFR R：应力，Pa；F：外力，N；S：横截面面积，m2。二、金属的变形二、金属的变形弹性变形弹性变形弹塑性变形弹塑性变形断裂断裂滑移与位错滑移与位错金属变形实验金属变形实验金属塑性变形的影响因素：金属塑性变形的影响因素：1晶粒位向的影响2晶界的作用3晶粒大小的影响 三、金属材料的冷塑性变形与加工硬化三、金属材料的冷塑性变形与加工硬化 形变强化（加工硬化）形变强化（加工硬化）冷塑性变形除了使晶粒的外形发生变化外，
3、还会使晶粒内部的位错密度增加，晶格畸变加剧，从而使金属随着变形量的增加，使其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降。塑性变形后的金属组织 金属的塑性变形，在外形变化的同时，晶粒的形状也会发生变化。通常晶粒会沿变形方向压扁或拉长。22 金属的力学性能一、强度二、塑性三、硬度四、冲击韧性*五、疲劳强度 任何机械零件或工具，在使用过程中，往往要受到各种形式外力的作用，这就要求金属材料必须具有一种承受机械载荷而不超过许可变形或不破坏的能力，这种能力就是材料的力学性能力学性能。一、强度一、强度 强度强度金属在静载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。其大小用应力表示。l 抗拉强度拉伸实验测定l 抗压强度l 抗剪强
4、度l 抗扭强度l 抗弯强度 1 1拉伸试样拉伸试样 d试样直径 Lo标距长度低碳钢拉伸实验低碳钢拉伸实验2 2力伸长曲线力伸长曲线 l 弹性变形阶段l 屈服阶段l 强化阶段l 缩颈阶段力拉伸曲线力拉伸曲线3 3强度指标强度指标 （1 1）屈服强度）屈服强度当金属材料出现屈服现象时，在实验期间发生塑性变形而力不增加的应力点。屈服强度分为上屈服强度ReH和下屈服强度ReL。ReL 试样的下屈服强度，N/mm2；FeL 试样屈服时的最小载荷，N；So 试样原始横截面面积，mm2。规定产生0.2残余伸长时的应力为条件屈服强度条件屈服强度Rp0.2，替代ReL，称为条件（名义）屈服强度条件（名义）屈服强
5、度。2 2抗拉强度抗拉强度R Rm m 抗拉强度抗拉强度材料在断裂前所能承受的最大的应力。Rm 抗拉强度，MPa；Fm 试样在屈服阶段后所能抵抗的最大力（无明显屈服的材料，为试验期间的最大力），N；So 试样原始横截面面积，mm2。二、塑性二、塑性塑性塑性材料受力后在断裂前产生塑性变形的能力。1 1断后伸长率断后伸长率A A 试样拉断后，标距的伸长量与原始标距之比的百分率。uooLLAL2 2断面收缩率断面收缩率Z Z 试样拉断后，缩颈处面积变化量与原始横截面面积比值的百分率。ouo100%SSZSouo100%SSZS 【例例】有一直径 d=10mm，Lo=100mm 的低碳钢试样，拉身实验
6、时测得FeL=21kN，Fm=29kN，du=5.65mm，Lu=138mm。求此试样的ReL、Rm、A11.3、Z。解题过程解题过程三、硬度三、硬度 硬度硬度材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。硬度是通过在专用的硬度试验机上实验测得的。布氏硬度试验机 洛氏硬度试验机 维氏硬度试验机 1 1布氏硬度布氏硬度 布氏硬度值布氏硬度值用球面压痕单位面积上所承受的平均压力来表示，单位为MPa，但一般均不标出，用符号HBW表示：2220.102()FFHBWSD DDd布氏硬度原理布氏硬度原理表示方法：表示方法：布氏硬度用硬度值、硬度符号、压头直径、实验力及实验力保持时间表示。当保持时间
7、为1015s时可不标。例：例：170HBW10/1000/30：直径10mm的压头，在9807N（1000kg）的试验力作用下，保持30 s时测得的布氏硬度值为170。600HBW1/30/20：直径为1mm压头，在294.2N（30kg）的实验力作用下，保持20 s时测得的布氏硬度值为600。应用范围：应用范围：主要用于测定铸铁、有色金属及退火、正火、调质处理后的各种软钢等硬度较低的材料。2 2洛氏硬度洛氏硬度 洛氏硬度计表盘 洛氏硬度试验原理 洛氏硬度原理洛氏硬度原理HR=100 002.0h002.0h表示方法：表示方法：符号HR前面的数字表示硬度值。HR后面的字母表示不同的洛氏硬度标尺
8、。例：例：45HRC表示用C标尺测定的洛氏硬度值为45。常用的三种洛氏硬度标尺的试验条件和适用范围常用的三种洛氏硬度标尺的试验条件和适用范围 硬度标尺压头类型总测试力(N)硬度值有效范围应用举例HRC120金刚石圆锥体1471.02067HRC一般淬火钢HRB1.5875mm 硬质合金球980.725100HRB软钢、退火钢、铜合金等HRA120金刚石圆锥体588.46085HRA硬质合金、表面淬火钢等四、冲击韧性四、冲击韧性 冲击韧性冲击韧性金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。材料的冲击韧性用夏比摆锤冲击弯曲试验来测定。冲击试样 用试样所吸收的能量用试样所吸收的能量K的大小来作为衡量材料
9、韧性好坏的的大小来作为衡量材料韧性好坏的指标，称为指标，称为冲击吸收能量冲击吸收能量。用。用U形和形和V形缺口试样测得的冲形缺口试样测得的冲击吸收能量分别用击吸收能量分别用KU和和KV表示。表示。冲击实验冲击实验*五、疲劳强度五、疲劳强度 由于所承受的载荷为交变载荷，零件承受的应力虽低于材料的屈服强度，但经过长时间的工作后，仍会产生裂纹或突然发生断裂。金属这样的断裂现象称为疲劳疲劳断裂断裂。金属材料抵抗交变载荷作用而不产生破坏的能力称为疲劳强度疲劳强度。疲劳极限用符号R1表示。23 金属的工艺性能金属材料的一般加工过程金属材料的一般加工过程 金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能金属材料对不同加
10、工工艺方法的适应能力。它包括铸造性能、锻造性能、切削加工性能和焊接性能、热处理性能等。冶炼铸造铸件铸锭热锻热轧焊接机加工冷轧、冷拔、冷冲板料、棒材、型材、管材机加工机加工零件一、铸造性能二、锻压性能三、焊接性能四、切削加工性能五、热处理性能一、铸造性能一、铸造性能 铸造成形过程中获得外形准确、内部健全铸件的能力，主要取决于金属的流动性、收缩性流动性、收缩性和偏析倾向偏析倾向等。1 1流动性流动性 熔融金属的流动能力。2 2收缩性收缩性 铸造合金由液态凝固和冷却至室温的过程中，体积和尺寸减小的现象。3 3偏析倾向偏析倾向 金属凝固后，内部化学成分和组织不均匀现象。二、锻压性能二、锻压性能 用锻压
11、成形方法得优良锻件的难易程度。常用塑性塑性和变形抗力变形抗力两个指标来综合衡量。三、焊接性能三、焊接性能 金属材料对焊接加工的适应性，也就是在一定焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。对碳钢和低合金钢而言，焊接性能主要与其化学成分化学成分有关（其中碳的影响最大）。四、切削加工性能四、切削加工性能 切削加工性能切削加工性能切削金属材料的难易程度。一般用工件切削时的切削速度、切削抗力的大小、断屑能力、刀切削速度、切削抗力的大小、断屑能力、刀具的耐用度具的耐用度以及加工后的表面粗糙度表面粗糙度来衡量。表表面加工硬化面加工硬化切削塑性金属材料时，工件在加工表面层的硬度明显提高而塑性下降的现象。五、热处理性能五、热处理性能 l 淬透性l 淬硬性l 过热敏感性l 变形开裂倾向l 回火脆性倾向l 氧化脱碳倾向24 力学性能实验实验1 拉伸实验实验2 硬度测试液压式万能试验机液压式万能试验机拉伸实验拉伸实验布氏硬度测试步骤布氏硬度测试步骤洛氏硬度测试步骤洛氏硬度测试步骤
