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第一章 金属材料的力学性能 第一节：静载荷条件下材料的力学性能 第二节：非静载荷时材料的力学性能 第三节：金属材料的断裂韧度 第四节：高温下材料的力学性能 金属材料的性能 1）使用性能：在使用过程中表现出的性能——力学性能、物理性能、化学性能等。 力学性能（又称机械性能）——是指材料抵抗外力（载荷）作用的能力。设计零件时是由力学性能作为主要设计依据的。 2）工艺性能：在各种加工过程中表现出来的性能。如：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削性能等。 第一节 静载荷条件下 材料的力学性能 静载荷——是指对材料缓慢地施加载荷，使材料的相对变形速度较小时的载荷（一般是小于0.01mm/s）。 动载荷——（1）是指加载速度比较快，使材料的塑性变形速度也较快的冲击载荷。（2）作用力大小与方向作周期性变化的交变载荷。 一、静拉伸试验及材料的强度与塑性 标准拉伸试样（GB228—87） 静拉伸试验机原理 一、静拉伸试验及材料的强度与塑性 低碳钢应力——应变曲线 （一）弹性极限和刚度1、弹性极限 弹性变形——是指当外力解除后变形能够全部消除恢复原状的变形。 弹性极限 σe=Fe/A0 物理意义——材料保持完全弹性变形所承受的最大应力。表征材料对（极）微量塑性变形的抗力。 （一）弹性极限和刚度2、材料刚度E 材料刚度（弹性模量） E=σ/ε=tgα 物理意义——材料产生单位弹性的相对变形所需的应力。它是表征材料抵抗弹性变形能力的力学性能指标。 （二）材料强度1、屈服点σs 材料强度——是指在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。 屈服点（屈服强度）： σs=Fs/A0 物理意义——是指材料在外力作用下开始产生明显塑性变形的最小应力。表征材料抵抗微量塑性变形的能力。 （二）材料强度2、抗拉强度 抗拉强度 σb=Fb/A0 物理意义——材料断裂前所承受的最大应力。 屈强比 σs/σb 材料的屈强比愈小，构件的可靠性愈高。 （三）材料的塑性1、伸长率δ 材料塑性：是指材料在外力作用下产生塑性变 形而不发生断裂的能力。 伸长率δ：是指试样拉断后其标距长度的相对伸长值。定义为： 短试样的伸长率记为δ5（L0=5d0） 长试样的伸长率记为δ10或δ（L0=10d0） 对于同一种塑性材料δ5δ10 （三）材料的塑性2、断面收缩率ψ 断面收缩率ψ：是指试样拉断后断口处横截面积的相对收缩值。定义为： 断面收缩率与试样尺寸无关； 金属材料只有具备足够的塑性才能承受各种变形加工。 二、硬度 硬度是衡量材料软硬程度的一种力学性能指标。是材料抵抗局部塑性变形的能力，或者说抵抗其它硬物压入的能力。 硬度计种类：布氏硬度（HB）、 洛氏硬度（HR）、 维氏硬度（HV） 重要零件或零件的重要部位大多规定材料的硬度值。因为：（1）硬度测量简便迅速，不需做试样，也不需破坏试件；（2）多数金属材料的抗拉强度可以根据其硬度值进行估算。所以硬度是一个很重要的力学性能指标。 （一）布氏硬度（HB） 设备：布氏硬度计 方法：用规定直径的淬火刚球或硬质合金球以一定的试验力压入所测材料的表面，保持规定时间后，卸除试验力，测量表面压痕直径，然后根据布氏硬度的定义公式计算出布氏硬度值。 其物理意义是压痕表面上单位面积所承受的压力。 布氏硬度测量原理及计算 布氏硬度的表示方法 标准写法：布氏硬度值 ，布氏硬度符号，测试条件（压头直径mm/试验力kgf/试验力作用时间s）。如：200HBS2.5/187.5/30 简单写法：200HBS 淬火刚球作压头HBS——最大有效测量值为450HBS 硬质合金压头HBW——最大有效测量值为650HBW （二）洛氏硬度（HR） 洛氏硬度是以压头压入金属材料的压痕深度来表征材料的硬度。 压头：1）锥角为120°的圆锥金刚石； 2）Ф1.588mm的淬火刚球 压痕的深度直接可用百分表测出来，还需另外的测量和计算，十分方便，效率高，是实际生产中使用最普遍的一种硬度测量方法。 洛氏硬度测量原理 三种洛氏硬度试验条件 （三）维氏硬度（HV） 三种硬度测试方法优缺点 布氏硬度——压痕面积大，代表性好（准确），效率低；适合测试硬度较低的材料；不适合测量薄件和成品件。 洛氏硬度——压痕面积小，代表性较差，所以通常要取三点平均值作为测试结果；测试极为方便，是实际生产中最为常用的一种测试方法；一般用于较高硬度的测量。 维氏硬度——非常准确；从低硬度到高硬度均可测量；测试设备昂贵，科学研究用该方法较多。 各种硬度值可进行粗略