船舶柴油机大证考试金属材料及其工艺复习资料讲述.doc

知识点34金属材料的机械性能 金属材料的室温机械性能指标绝大部分都是在实验室通过各种实验获得的，常用的有拉伸试验、硬度试验、冲击试验和疲劳试验等。 室温下的机械性能指标包括刚度、强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度。 a) 拉伸前 b)拉伸后 图1-1 标准拉伸试样 图1-2 低碳钢的应力－应变图 图1-2 横坐标是应变，纵坐标为应力，构成了应力应变图。对应力应变图分析： （1）oa——弹性变形阶段。 （2）ak——从弹性阶段后到断裂前，为塑性变形阶段。 其中分为：sc ——屈服阶段；cb ——强化阶段；bk ——劲缩阶段。 （3）k点——试样断裂。 图1-2中几个重要的参数：σp——比例极限；σs ——屈服极限；σb ——强度极限。 不同的金属材料，其试样得到的拉伸曲线（即应力应变）曲线是不同的；塑性好的材料，在断裂前有明显的塑性变形，其断裂被称为韧性断裂；塑性差的材料断裂前没有明显的塑性变形称为脆性断裂。 根据材料的应力－应变曲线，可以归纳以下的力学性能。 1）刚度（rigid） 刚度是指金属材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力。衡量材料刚度的指标是指材料的弹性模量Ｅ。Ｅ的大小反映材料弹性变形的难易程度，材料的弹性模量值可以在相关的手册中查取。在弹性变形阶段内，弹性模量E为应力与应变之比，即E=σ/ε。Ｅ越大，材料的刚度越大，即在相同的应力作用下，产生的弹性变形越小。一般机械零件大都在弹性变形状态下工作，故应具有一定刚度。材料如果刚度不足，在使用中将会由于发生过大的弹性变形而失效。材料的Ｅ值取决于材料的本性，而构件或零件的刚度除与采用的材料刚度有关外，还与构件或零件的截面积有关，截面积大，刚度大，截面积小，刚度小。 2）强度（strength） 强度是材料在外力作用下抵抗产生塑性变形或断裂的能力。零件承受拉力时的强度指标有屈服强度(s和抗拉强度(b。 （1）屈服强度（yield limit） 屈服强度又称屈服极限，它是屈服阶段内的最低应力，用(s表示。屈服强度是材料抵抗微量塑性变形的能力，也是材料在外力作用下刚刚开始产生塑性变形的应力。 (MPa) 式中：Ps——材料产生屈服时的外力，Ｎ。 Fo——标准试样的原始截面积，mm2。 除退火或热轧的低碳钢和中碳钢有屈服现象外，大多数金属材料都没有屈服点和屈服现象。图1-3为铸铁的应力－应变图，它表示铸铁没有屈服和颈缩现象。对于这些没有屈服点和屈服现象的材料，工程中通常以卸载后产生数值为0.2%的残余应变所对应的应力值作为屈服强度或名义屈服极限，并用(0.2表示。 ( 0.2和(s都是表征金属材料产生微量塑性变形的抗力，是机械设计和选材的主要依据。 （2）抗拉强度（tensile strength） 抗拉强度又称强度极限，用(b表示。抗拉强度是表示材料抵抗断裂的能力，也就是材料从开始受力到断裂为止所能承受的最大应力值。在图1-2表现为b点相应的应力。 (MPa) 式中：Pb——试样从开始受力到断裂为止所能承受的最大拉力，Ｎ。 F0——标准试样的原始截面积，mm2。 工程上将称为屈强比。屈强比越小，表示材料达到时还有比较大的储备强度，可以避免由于超载而突然断裂，因此工作可靠性越大，但是材料潜力未能充分发挥。一般制造弹性零件的材料应具有较高的屈强比，通常。 3）塑性（plasticity） 塑性是材料在外力作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。常用的衡量材料塑性的指标有延伸率和断面收缩率。 式中：——分别为试样的原始标准长度和拉断后的标准长度，mm。 F0,F1——分别为试样的原始截面积和拉断之后的截面积，mm2。 显然，材料的δ和越大，其塑性越好。塑性材料的。脆性材料的。塑性好的材料，在轧制或冷压成型时不易断裂，并能承受较大的冲击载荷。结构钢与硬铝等位塑性材料；而工具钢、灰口铸铁与陶瓷等则属于脆性材料。 对于标距长度为其截面直径５倍的短试样，测得的结果用表示，一般，是用标距长度为其直径10倍的长试样测得。 4）硬度（hardness） 硬度金属表面抵抗局部塑性变形（压痕、划痕、擦伤或划破）的能力。是衡量金属材料软硬程度的指标。通常硬度越高，耐磨性越好。 材料硬度的测量方法都是采用一定形状和材质的压头，在一定力的作用下压入材料表面，测定压痕面积或深度，通过计算获得硬度值。压痕越大或越深，材料的硬度值越低。常用的硬度指标有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）、维氏硬度（HV）等。 （1）布氏硬度（brinell hardness） 布氏硬度值在布氏硬度计上测定。布氏硬度是把一定直径（一般为10mm）的淬火钢球或