第二節(jié) 金屬材料的力學性能

1、第二節(jié)第二節(jié)金屬材料的力學性能（硬度、韌性、疲勞）及工藝性金屬材料的力學性能（硬度、韌性、疲勞）及工藝性能一、復習要求一、復習要求1、知道硬度的概念；2、熟悉硬度測試的方法及原理；3、知道各種硬度測試的表示方法；4、知道各種硬度測試方法的特點并能根據(jù)特點進行合理選用；5、知道沖擊韌性的概念并了解其測試原理、方法及適用；6、知道疲勞的概念并了解其特征和產(chǎn)生疲勞的原因；7、知道疲勞曲線和疲勞極限的概念并了解影響疲勞極限的因素；8、了解工藝性

2、能的種類及影響因素。二、課前自主復習二、課前自主復習（一）（一）、復法指導、復法指導1、復習內容、復習內容1）、硬度、韌性、疲勞概念；2）、硬度、韌性、疲勞的測試方法及應用場合；3）、影響硬度、韌性、疲勞的因素。2、怎么復、怎么復1）、抓住載荷特性及衡量指標結合強度、塑性的概念對硬度、韌性、疲勞的概念進行比較記憶；2）、課堂以探究解析硬度、韌性、疲勞等知識應用選擇來幫助同學理解知識為主；3）、提出問題、分析問題、解決問題并及時鞏固問題并

3、學會對知識的遷移應用。（二）（二）、知識準備、知識準備1）、硬度是指金屬材料在靜載荷的作用下抵抗局部變形特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。2）、硬度的測試方法有很多，最常用的有布氏硬度測試法、洛氏硬度測試法和維氏硬度測試法。分別用HB、HR、HV表示。3）、布氏硬度值根據(jù)所采用的壓頭材料不一樣，分別用符號HBS（鋼球）和HBW（硬質合金球）表示。4）、洛氏硬度有HRA、HRB、HRC三種標尺，壓頭型式分為1200的金剛石圓錐體和直徑為Φ

4、1.588mm的鋼球兩種。5）、維氏硬度用的是1360的正四棱錐體金鋼石壓頭。6）、沖擊韌性在指金屬材料在沖擊載荷的作用下而不破壞的能力。常用的測試方法有大能量一次沖擊試驗和小能量多次沖擊試驗，測試結果分別用沖擊韌度αk和規(guī)定沖擊載荷下沖擊的次數(shù)N表示的。7）、疲勞是金屬材料在交變載荷作用下雖然承受小于或遠遠小于屈服點的應力但在較長的時間后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的現(xiàn)象。8）、疲勞曲線指的是作用的交變應力與循環(huán)次數(shù)的關系曲線。曲線表明

5、金屬承受的交變應力越小則斷裂前的應力循環(huán)次數(shù)越多。9）、疲勞極限是無限多次交變應力作用下而不破壞的最大應力。當應力為對稱循環(huán)時，疲勞極限用符號σ1表示。算也均以應力公式FS來計算的，單位也均以Mpa為單位。由于面積的計算相對較為復雜，也均測量壓痕的直徑（維氏硬度測量的是正方形的對角線長度也稱正方形直徑）來通過硬度表中查出。表中查出的數(shù)值即為應力公式中計算出來的數(shù)值所以說硬度值可以間接的金屬的強度，但試驗比拉伸試驗簡單易行。二者不同點是一

6、個壓痕為球面，一個壓痕為四正棱表面；一個試驗力大，一個試驗力小，測試時對工件的損傷也不一樣，故在應用上也不同?！窘忸}結論】：二者均以壓痕單位面積上所承受的平均壓力來表示硬度值?！締栴}3】：為什么洛氏硬度沒有單位？【解析過程】：洛氏硬度測試法是以壓痕的深度來計算硬度值的大小的，計算方法是用常數(shù)減壓入的硬度單位來計算的，以每壓入0.002mm的壓痕深度作為一個硬度單位，故無單位。當壓頭為球體時常數(shù)為130，當壓頭為金剛石圓錐體時常數(shù)為100

7、。常數(shù)也即為最高理想硬度值。例用洛氏硬度C標尺來測量材料硬度時測量的壓痕深度為0.12mm時硬度值HRC=100－0.120.002=40，即40HRC。還注意的是洛氏硬度的測試結果可以直接從硬度計上讀出來而勿需查表?！窘忸}結論】：可由洛氏硬度的計算公式推導?！締栴}4】：測試法與工件材料的關系如何？【解析過程】：布氏硬度主要適用于測定灰鑄鐵、有色金屬、各種軟鋼等硬度不是很高的材料，如果測試硬度較高的材料時壓頭變形比較明顯從而使測量結果比

8、實際硬度低，故當布氏硬度值大于450時必須采用硬質合金壓頭，但測試材料布氏硬度值仍不能高于650。由于布氏硬度的測試力大，壓痕較大，故測量結果較能真實反映材料的硬度，同時也對材料有了一定程度的破壞，所有不能對成品或薄件進行測量以防造成工件報廢。洛氏硬度由于采用的試驗力較小，故選用了小徑鋼球或金鋼石圓錐體作為壓頭，對材料的破壞較小，適用于測量各種成品或半成品。但由于材料組織的不均勻性，測試結果不能真實反映出材料性能，需多次測量取平均值。在

9、三種洛氏硬度中，HRB標尺采用的是直徑為1.588mm的鋼球較HRA、HRC標尺采用金鋼石圓滿錐體壓頭相比較難壓入材料，故適用于軟鋼、退火鋼、銅合金等較軟的材料。通過HRA、HRC標尺對比，雖采用同樣的壓頭但試驗力HRC標尺是HRA標尺的2.5倍，也就是說明能測量更硬的材料。一般來講，HRA標尺用來測量硬質合金或表面淬火鋼的硬度，HRC標尺用來測量一般淬為鋼的硬度。通過對比可知，當某工件用布氏或洛氏硬度均可測量時優(yōu)先選用的是布氏硬度。但

10、不管哪種測試方法均由于試驗力的問題不能對較薄件和表層硬度測量，不然不是對工件造成了破壞就是測量的整體硬度而非表層硬度。對較薄件和表層硬度的測量一般采用維氏硬度進行，且維氏硬度計根據(jù)工件的實際狀況對試驗力的調整較為方便、對測試結果影響也較小。【解題結論】：布氏硬度主要適用于測定灰鑄鐵、有色金屬、各種軟鋼等硬度不是很高的坯料或破壞性試驗，洛氏硬度主要用于測量各種成品硬度，維氏硬度主要適用于測量前兩種方法不宜測量的薄件或工件的表層硬度。【拓展