金属材料与热处理31金属的力学性能力学性能又称为机械性能.PDF

第第 33 章 章 金属材料与热处理金属材料与热处理 第第 33 章章 金属材料与热处理金属材料与热处理 3.1 金属的力学性能 力学性能又称为机械性能，是金属在外力作用时表现出来的性能。它是机 械设备、工具设计、制造中选材的主要依据。力学性能包括强度、硬度、塑性 冲击韧性和疲劳强度等。 3.1.1 力学性能 1.强度 指金属抵抗塑性变形或断裂的能力。 1）拉伸曲线 强度是通过拉伸试验确定的。如图 3－1 所示为低碳钢的拉 伸曲线图，图中分为四个变形阶段。 图3 －1 低碳钢的拉伸曲线 (1)弹性变形阶段oe。在这个阶段，试样的伸长与所加载荷成正比。此时若 卸除载荷，试样能够恢复到原来的尺寸。这种随载荷的存在而存在、随载荷消 失而消失的变形叫弹性变形，材料的这种性质，称为弹性。材料抵抗弹性变形 的能力称为刚度，也就是材料的弹性模量。 (2)屈服阶段 es。当载荷超过 Fe 后，试样将进一步伸长，此时如果卸载， 1 试样则不能恢复到原来的尺寸，这种不能随载荷的去除而消失的变形称为塑性 变形,又称永久变形。当载荷超过 Fs 时，拉伸曲线出现水平或锯齿状，这说明 在载荷保持基本不变的情况下，试样还继续伸长，这种现象称为屈服。引起试 样屈服的载荷为屈服载荷。 (3)强化阶段sb。此时试样又随载荷的增加而伸长。随着塑性变形的增加， 试样的变形抗力也逐渐加大，这种现象称为形变强化 （或加工硬化）。 (4)缩颈阶段bz。当载荷增加到 Fb 时，试样出现局部截面缩小，称为 “颈 缩”。由于试样局部截面的逐渐缩小，故载荷也逐渐降低，当达到 Fz 时，试样 断裂。 2)强度指标 (1)弹性极限σ。金属材料能保持弹性变形的最大应力。σ ＝F ／S e e e 0 式中 F ——弹性变形范围内的最大载荷，N； e 2 S ——试样原始横截面积,mm 。 0 (2)屈服强度σs。又称屈服点，是材料产生屈服现象时的最小应力。 σs＝Fs／S 0 式中 Fs——使材料产生屈服的最小载荷 （N）。 对于低塑性材料或脆性材料，由于屈服现象不明显，国标规定以 “残余应 变伸长量达到 0.2％时的应力值”来表征材料抵抗微量塑性变形的能力，称为屈 服强度，用σ0.2 表示。 (3)抗拉强度σ。试样断裂前能够承受的最大应力。σ ＝F ／S b b b 0 式中 Fb——试样断裂前所能承受的最大载荷 （N）。 零件在工作中所承受的应力，不能超过它们的强度指标。即弹性零件所承 受的应力不应超过其弹性极限；用塑性材料制造的零件，所承受的应力不应超 过其屈服强度；脆性材料制造的零件所承受的应力不应超过其抗拉强度，否则， 机械零件就不能正常工作。 2.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。 目前生产中测定硬度方法最常用的是压入法，它是用一定几何形状的压头 在一定载荷下压入被测试的金属材料表面，根据被压入程度来测定其硬度值。 按照实验方法的不同分为布氏硬度 HB 洛氏硬度 HR 维氏硬度 HV 三种。 2 硬度是金属材料的重要的力学性能之一，机械制造业 中所用的刀具、量具 和模具等，都应具备足够的硬度，才能保证使用性能和寿命 。 3.塑性 断裂前材料产生永久变形的能力。塑性