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第2章 金属的力学性能 金属工艺学 第2章 金属的力学性能 金属的力学性能是指金属在不同环境因素 的行为。这种行为通常表现为金属的变形和断裂。 因此，金属材料的力学性能可以表述为金属抵抗 （温度、介质）下，承受外加载荷作用时所表现 外加载荷引起的变形和断裂的能力。 金属的力学性能是设计和制造机械零件或工 具的主要依据，也是评定金属材料质量的重要判 据。当外加载荷的性质、环境因素不同时，对金 属材料要求的力学性能也将不同。常用的力学性 能主要有：强度、塑性、硬度、韧度和疲劳等。 2.1???????强度与塑性 强度是指金属材料在外力作用下抵抗 永久变形和断裂的能力。塑性是金属材料 在外力作用下，产生变形而不破坏的能 力。 强度和塑性的判据通过拉伸试验测 定。拉伸试验是指在静拉伸力作用下，对 试样进行轴向拉伸，直到拉断。通过拉伸 试验绘制出力—伸长曲线，计算出强度和 塑性的性能指标。 　 　　　　　　　　　 　　　　　　　　拉伸试验 　 1.弹性极限—试样产生完全弹性变形时所能承受的最大拉应力。 2.屈服点—试样在试验过程中力示增加（保持恒定）仍能继续伸长（变形）时 的应力。 3.抗拉强度——试样拉断前所能承受的最大应力值。 2.1.2 塑性的主要指标 塑性是指断裂前材料发生不可逆永久变 形的能力。 1.断后伸长率—试样拉断后标距的伸长量 与原始标距的百分比，用符号δ表示。即 式中 l1—试样拉断后对接的标距长度； l 0—试样原始标距长度。 拉伸试样的原始标距l0与原始直径d0 之间通常有一定的比例关系。l0=10d0时， 称为长试样；l0=5d0时，称为短试样。使 用长试样测定的断后伸长率用符号δ10表 示，通常写成δ；使用短试样测定的断后 伸长率用符号δ5表示。同一种材料的短试 样断后伸长率δ5大于长试样断后伸长率 δ10。 2.断面收缩率——试样拉断后，缩颈处 横截面积的最大缩减量与原始横截面积的比 值，用符号Ψ表示。即 式中 S0—试样原始横截面积； S1—试样拉断后缩颈处最小横截面 积。 断面收缩率不受试样尺寸的影响，比较 确切地反映了金属材料的可塑性。 2.2 硬 度 硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。 是指金属抵抗局部变形，特别是塑性变形、 压痕或划痕的能力。 硬度是各种零件和工具必须具备的力学 性能指标。机械制造业中所用的各种刃具、 量具、模具都应具备足够的硬度，才能满足 使用性能的要求和寿命。机械零件中的齿 轮、凸轮、曲轴等也必须具备一定的硬度， 以保证足够的耐磨性。 硬度是一项综合力学性能指标，它既反映了 金属材料的硬度（抵抗局部塑性变形的能力）， 也反映了金属材料的塑性（压痕的大小或深浅）。 硬度试验和拉伸试验都是在静载荷作用下进行的， 但硬度试验在生产中应用更为广泛。拉伸试验属 于破坏性试验，测定方法比较复杂。硬度试验则 简便快速，基本上不损伤金属材料，甚至不需要 做专门的试样，可以直接在工件上测试。因此， 常常把硬度指标作为技术要求标注在零件工作图 上。 测试硬度的方法较多，常用有的布氏硬度试 验法、洛氏硬度试验法和维氏硬度试验法三种。 2.2.1 布 氏 硬 度 用直径为D的硬质合金球，在规定试验力 F的作用下压入被测试金属的表面，保持规 定时间后卸除载荷，测量试样表面压痕的直 径d，用压痕单位面积的平均压力（F/S）表 示为布氏硬度值。用符号HBW表示： 式中 F—试验力（N） D—球体直径（mm） d—压痕平均直径（mm） 　 布氏硬度试验原理图 布氏硬度习惯上只写明硬度的数值而 不标出单位。符号HBW前面的数值为硬度值， 符号后面的数值表示试验条件的指标，依 次为球体直径、试验力大小及试验力保持 时间（10 ～ 15s时不标注）。例如：600 HBW1/30/20表示用直径为1mm的硬质合金 小球，在294N（30kgf）试验力作用下保持 20s，测得的布氏硬度值为600。 在进行布氏硬度试验时，应根据被测试 金属材料的种类和试样厚度，选择不同大小 的球体直径D、施加载荷F和载荷保持时间。 按GB/T 231.1—2002规定，球体直径有10mm、 5mm、2.5mm和1mm四种；试验力（单位N）与 球体直径平方的比