1、金屬材料力學性能培訓(xùn)第1頁，共25頁，2022年，5月20日，22點12分，星期三一、力學性能的定義力學性能是指材料在外加載荷與環(huán)境因素聯(lián)合作用下表現(xiàn)的行為，也就是材料抵抗外加載荷引起變形和斷裂的能力。拉伸實驗是應(yīng)用最廣泛的力學性能實驗方法。拉伸實驗測定的力學性能指標稱為拉伸性能，是材料的基本力學性能，是各種材料結(jié)構(gòu)強度設(shè)計的主要依據(jù)，是評定、選定材料的主要依據(jù)。對于某些脆性材料，一般采用彎曲或壓縮實驗測定材料力學性能。第2頁，共25頁，2022年，5月20日，22點12分，星期三二、拉伸試驗中的基本概念應(yīng)力：應(yīng)力是在它所作用面積上的力，用N/mm2表示。 在米制單位中，用千帕（kPa）或兆帕

2、（MPa）表示。1)圓形截面2)矩形截面l0ab第3頁，共25頁，2022年，5月20日，22點12分，星期三第4頁，共25頁，2022年，5月20日，22點12分，星期三拉應(yīng)力是能夠使材料伸長的應(yīng)力。壓應(yīng)力是能使材料縮短的應(yīng)力。剪切應(yīng)力是能使材料沿應(yīng)力平行方向產(chǎn)生位移的應(yīng)力。扭轉(zhuǎn)應(yīng)力是能使材料的兩個底面沿相反方向產(chǎn)生扭動的應(yīng)力。四種形式的應(yīng)力第5頁，共25頁，2022年，5月20日，22點12分，星期三應(yīng)變是被測試材料尺寸的變化率，它是加載后應(yīng)力引起的尺寸變化。由于應(yīng)變是一個變化率，所以它沒有單位。應(yīng)變的計算第6頁，共25頁，2022年，5月20日，22點12分，星期三有關(guān)拉伸試樣的基本術(shù)語

3、原始標距(Lo)：施力前的試樣標距。斷后標距(Lu)：試樣斷裂后的標距。平行長度(Lc)：試樣兩頭部或兩夾持部分(不帶頭試樣)之間平行部分的長度。斷后伸長率(A)：是斷后標距的殘余伸長(Lu-Lo)與原始標距(Lo)之比的百分率。斷面收縮率(Z)：斷裂后試樣橫截面積的最大縮減量(So-Su)與原始橫截面積(So)之比的百分率。第7頁，共25頁，2022年，5月20日，22點12分，星期三低碳鋼的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線O 應(yīng)力應(yīng)變彈性階段下屈服強度 ReL屈服階段強化階段頸縮階段斷裂抗拉強度(Rm)：tensile strength 相應(yīng)最大力(Fm)的應(yīng)力。 S0：試樣原始橫截面積屈服強度：yie

4、ld strength當金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時，在試驗期間達到塑性變形發(fā)生而力不增加的應(yīng)力點，應(yīng)區(qū)分上屈服強度和下屈服強度。上屈服強度(ReH)：upper yield strength試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最高應(yīng)力。下屈服強度(ReL)：lower yield strength在屈服期間，不計初始瞬時效應(yīng)時的最低應(yīng)力。根據(jù)低碳鋼應(yīng)力-應(yīng)變曲線不同階段的變形特征，整個拉伸過程依次分為：彈性階段、屈服階段、強化階段、頸縮階段。第8頁，共25頁，2022年，5月20日，22點12分，星期三彈性階段：當外力解除后變形能夠全部消除、恢復(fù)原狀，為彈性變形。屈服階段：開始產(chǎn)生塑性變形，即當外力解除后

5、，變形不能完全恢復(fù)，而殘留下一部分變形。強化階段：經(jīng)過屈服階段后，材料又恢復(fù)了抵抗變形的能力，要使它繼續(xù)變形必須增加拉力。頸縮階段：在試件某一薄弱的橫截面處發(fā)生急劇的局部收縮，橫截面面積迅速減小，塑性變形迅速增加。a)試樣 b)拉伸 c)頸縮 d)斷裂頸縮第9頁，共25頁，2022年，5月20日，22點12分，星期三 上屈服點的數(shù)值與試樣形狀、加載速度等因素有關(guān)，一般是不穩(wěn)定的；下屈服點則有比較穩(wěn)定的數(shù)值，能夠反映材料的性能。通常就把下屈服點稱為屈服點，而下屈服點對應(yīng)的應(yīng)力值稱為屈服強度。第10頁，共25頁，2022年，5月20日，22點12分，星期三規(guī)定非比例延伸強度(Rp) 非比例延伸率等

6、于規(guī)定的引伸計標距百分率時的應(yīng)力。使用的符號應(yīng)附以下腳注說明所規(guī)定的百分率，例如RP0.2， 表示規(guī)定非比例延伸率為0.2%時的應(yīng)力。 其他金屬材料的拉伸實驗和低碳鋼拉伸實驗方法相同，但材料所顯示出來的力學性能有很大差異。下圖給出了錳鋼、硬鋁、退火球墨鑄鐵和45 鋼的應(yīng)力-應(yīng)變圖。這些材料都是塑性材料，但前三種材料沒有明顯的屈服階段。對于沒有明顯屈服階段的塑性材料，通常規(guī)定以產(chǎn)生0.2%塑性應(yīng)變時所對應(yīng)的應(yīng)力值作為材料的名義屈服極限，以RP0.2表示。第11頁，共25頁，2022年，5月20日，22點12分，星期三抗拉強度Rm抗拉強度(Rm) -試樣拉伸過程中最大試驗力所對應(yīng)的應(yīng)力。第12頁，

7、共25頁，2022年，5月20日，22點12分，星期三斷后伸長率-試樣拉斷后，標距部分的殘余伸長與原始標距的百分比。斷后伸長率A的測定：將拉斷后的試樣的斷裂部分在斷裂處緊密對接在一起，測出試樣斷裂后標距間的長度L。第13頁，共25頁，2022年，5月20日，22點12分，星期三第14頁，共25頁，2022年，5月20日，22點12分，星期三斷面收縮率 Z -試樣拉斷后，頸縮處橫截面的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。斷面收縮率Z的測定：測出斷裂后試樣頸縮處最小橫截面積 Su。頸縮第15頁，共25頁，2022年，5月20日，22點12分，星期三第16頁，共25頁，2022年，5月20日，22點1

8、2分，星期三鑄鐵的拉伸實驗方法與低碳鋼的拉伸實驗相同，但是鑄鐵在拉伸時的力學性能明顯不同于低碳鋼，其應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖25所示。鑄鐵從開始受力直至斷裂，變形始終很小，既不存在屈服階段，也無頸縮現(xiàn)象。斷口垂直于試樣軸線，這說明引起試樣破壞的原因是最大拉應(yīng)力。第17頁，共25頁，2022年，5月20日，22點12分，星期三第二節(jié)：硬度硬度( hardness ):是指材料抵抗其他硬物體壓入其表面的能力常用測量硬度的方法布氏硬度HB 洛氏硬度HR 維氏硬度HV第18頁，共25頁，2022年，5月20日，22點12分，星期三布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )布氏硬度計 第19頁，共

9、25頁，2022年，5月20日，22點12分，星期三適用范圍: 450HBS; 650HBW;第20頁，共25頁，2022年，5月20日，22點12分，星期三 符號HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值，符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時間。如:120HBS10/1000/30表示直徑為10mm的鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持30s測得的布氏硬度值為120。第21頁，共25頁，2022年，5月20日，22點12分，星期三洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness )h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計第22頁，共25頁，2022年，5月20日，22點12分，星期三維氏硬度 HV ( diamond penetrator hardness )適用范圍: 測量薄板類 ; HVHBS ;第23頁