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金属的特性和破坏性试验 金属的特性－机械性能 机械性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的特性。 强度 (Strength) 延展性 (Ductility) 硬度 (Hardness) 韧性 (Toughness) 疲劳强度 (Fatigue Strength) 金属的特性－机械性能（强度） 1. 强度：材料在外力（载荷）作用下，抵抗变形和断裂的能力。 根据载荷的作用方式，强度分为抗拉强度、剪切强度、抗弯强度、冲击强度、疲劳强度等。各种强度间常有一定的联系，使用中一般较多以抗拉强度作为最基本的强度指标。 当测定金属特性时，通常以两种不同方式描述拉伸强度： 最大拉伸强度 σb (UTS－Ultimate Tensile Strength ) 屈服强度 σs (Yield Strength) – 弹性 塑性 金属的特性－机械性能（强度） 拉伸强度和屈服强度通常是由拉伸试验来确定的。（最精确） 例：拉伸试验的拉伸强度为60,000psi, 对于一个2in x 2in的部件 （截面积为4in2 ） 最大负荷＝60,000psi x 4in2 ＝240,000 磅 通过金属的拉伸强度，能够确定需要多大的横截面积才能承受住所 给定的载荷。 另外用硬度试验对强度进行非直接测量也是可能的。（估算） 对于碳钢和低合金钢，拉伸强度和硬度之间有一直接的关系： 硬度增加，拉伸强度也增加，反之亦然。 金属的特性－机械性能（延展性） 金属的温度对其强度也有影响： 温度上升 强度降低 2. 延展性：材料在承受载荷而没有失效情况下变形或伸长的能力。 延展性好的金属在受载下，通常会在慢慢地断裂； 延展性差的金属会在没有任何预兆的情况下突然断裂－脆性断裂。 （如：铸铁） 金属的延展性与温度有直接的关系： 温度上升，延展性增加；温度下降，延展性减小。 金属的特性－机械性能（延展性） 高延展性称为韧性； 低延展性称为脆性。 金属的特性－机械性能（延展性） 载荷的施加方向与材料的最初轧制方向会对延展性和强度有多大的影响？ 轧制金属具有特有的方向特性。 轧制使得晶体或颗粒沿轧制方向的伸长远远大于横向的伸长。 如：轧制钢板的韧性和强度沿其轧制方向X是最大。在其横向Y，相对于轧制方向的性能，强度要降低30％，延展性要减少50％。在厚度方向Z，其强度和延展性甚至更低。 金属的特性－机械性能（硬度） 3. 硬度：指材料抵抗表面局部塑性变形的能力。 究竟它表征哪一种抗力则决定于采用的试验方法，如刻划法型硬度试验则表征金属抵抗破裂的能力，而压入法型硬度试验则表征金属抵抗变形的能力。 生产中应用最多的是压入法型硬度，如布氏硬度（HB） 、洛氏硬度（HR） 、维氏硬度（HV）和显微硬度等。所得到的硬度值的大小实质上是表示金属表面抵抗外物压 入所引起的塑性变形的抗力大小。 由于压入法型加载方式属于极“软”性的应力状态，在这种加载方式下几乎所有金属材料都会发生塑性变形，而起始塑性变形抗力和继续塑性变形的抗力(即形变强化能力)就直接决定压 入硬度值的大小。 金属的特性－机械性能（硬度） 硬度试验，取决于所用压头的种类和形状及其所施加的载荷的大小。然而，材料的硬度是由压痕的大小和深度来确定的。 下图是通常使用的硬度试验的压头。 金属的特性－机械性能（硬度） 金属的特性－机械性能（硬度） 布氏硬度 ( HB - Brinell Hardness Test ) Dr. J. A. Brinell invented the Brinell test in Sweden in 1900. 选择一载荷P，把直径为D的淬火钢球压入试件表面并保持一定时间，然后卸去载荷，测量钢球在试样表面压出的压痕直径d，计算出压痕面积，算出载荷P与压痕面积的比值，这个比值所表示的硬度就是布氏硬度，用符号HB表示。 金属的特性－机械性能（硬度） 压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450N/mm2（MPa）以下的材料。对于较硬的钢或较薄的板材不适用。在钢管标准中，布氏硬度用途最广，往往以压痕直径d来表示该材料的硬度，既直观，又方便。 压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在650 N/mm2（MPa）以下的材料。 符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，之后的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载