第二節(jié) 金屬材料的力學(xué)性能

1、第二節(jié)第二節(jié)金屬材料的力學(xué)性能（硬度、韌性、疲勞）及工藝性金屬材料的力學(xué)性能（硬度、韌性、疲勞）及工藝性能一、復(fù)習(xí)要求一、復(fù)習(xí)要求1、知道硬度的概念；2、熟悉硬度測(cè)試的方法及原理；3、知道各種硬度測(cè)試的表示方法；4、知道各種硬度測(cè)試方法的特點(diǎn)并能根據(jù)特點(diǎn)進(jìn)行合理選用；5、知道沖擊韌性的概念并了解其測(cè)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(fù)習(xí)二、課前自主復(fù)習(xí)（一）（一）、復(fù)法指導(dǎo)、復(fù)法指導(dǎo)1、復(fù)習(xí)內(nèi)容、復(fù)習(xí)內(nèi)容1）、硬度、韌性、疲勞概念；2）、硬度、韌性、疲勞的測(cè)試方法及應(yīng)用場合；3）、影響硬度、韌性、疲勞的因素。2、怎么復(fù)、怎么復(fù)1）、抓住載荷特性及衡量指標(biāo)結(jié)合強(qiáng)度、塑性的概念對(duì)硬度、韌性、疲勞的概念進(jìn)行比較記憶；2）、課堂以探究解析硬度、韌性、疲勞等知識(shí)應(yīng)用選擇來幫助同學(xué)理解知識(shí)為主；3）、提出問題、分析問題、解決問題并及時(shí)鞏固問題并

3、學(xué)會(huì)對(duì)知識(shí)的遷移應(yīng)用。（二）（二）、知識(shí)準(zhǔn)備、知識(shí)準(zhǔn)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(cè)試方法有很多，最常用的有布氏硬度測(cè)試法、洛氏硬度測(cè)試法和維氏硬度測(cè)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(hào)HBS（鋼球）和HBW（硬質(zhì)合金球）表示。4）、洛氏硬度有HRA、HRB、HRC三種標(biāo)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(cè)試方法有大能量一次沖擊試驗(yàn)和小能量多次沖擊試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)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(yuǎn)遠(yuǎn)小于屈服點(diǎn)的應(yīng)力但在較長的時(shí)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(yīng)力與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線。曲線表明

5、金屬承受的交變應(yīng)力越小則斷裂前的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)越多。9）、疲勞極限是無限多次交變應(yīng)力作用下而不破壞的最大應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)時(shí)，疲勞極限用符號(hào)σ1表示。算也均以應(yīng)力公式FS來計(jì)算的，單位也均以Mpa為單位。由于面積的計(jì)算相對(duì)較為復(fù)雜，也均測(cè)量壓痕的直徑（維氏硬度測(cè)量的是正方形的對(duì)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(yīng)力公式中計(jì)算出來的數(shù)值所以說硬度值可以間接的金屬的強(qiáng)度，但試驗(yàn)比拉伸試驗(yàn)簡單易行。二者不同點(diǎn)是一

6、個(gè)壓痕為球面，一個(gè)壓痕為四正棱表面；一個(gè)試驗(yàn)力大，一個(gè)試驗(yàn)力小，測(cè)試時(shí)對(duì)工件的損傷也不一樣，故在應(yīng)用上也不同?！窘忸}結(jié)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。【問題3】：為什么洛氏硬度沒有單位？【解析過程】：洛氏硬度測(cè)試法是以壓痕的深度來計(jì)算硬度值的大小的，計(jì)算方法是用常數(shù)減壓入的硬度單位來計(jì)算的，以每壓入0.002mm的壓痕深度作為一個(gè)硬度單位，故無單位。當(dāng)壓頭為球體時(shí)常數(shù)為130，當(dāng)壓頭為金剛石圓錐體時(shí)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(biāo)尺來測(cè)量材料硬度時(shí)測(cè)量的壓痕深度為0.12mm時(shí)硬度值HRC=100－0.120.002=40，即40HRC。還注意的是洛氏硬度的測(cè)試結(jié)果可以直接從硬度計(jì)上讀出來而勿需查表?！窘忸}結(jié)論】：可由洛氏硬度的計(jì)算公式推導(dǎo)?！締栴}4】：測(cè)試法與工件材料的關(guān)系如何？【解析過程】：布氏硬度主要適用于測(cè)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(cè)試硬度較高的材料時(shí)壓頭變形比較明顯從而使測(cè)量結(jié)果比

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

9、三種洛氏硬度中，HRB標(biāo)尺采用的是直徑為1.588mm的鋼球較HRA、HRC標(biāo)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(biāo)尺對(duì)比，雖采用同樣的壓頭但試驗(yàn)力HRC標(biāo)尺是HRA標(biāo)尺的2.5倍，也就是說明能測(cè)量更硬的材料。一般來講，HRA標(biāo)尺用來測(cè)量硬質(zhì)合金或表面淬火鋼的硬度，HRC標(biāo)尺用來測(cè)量一般淬為鋼的硬度。通過對(duì)比可知，當(dāng)某工件用布氏或洛氏硬度均可測(cè)量時(shí)優(yōu)先選用的是布氏硬度。但

10、不管哪種測(cè)試方法均由于試驗(yàn)力的問題不能對(duì)較薄件和表層硬度測(cè)量，不然不是對(duì)工件造成了破壞就是測(cè)量的整體硬度而非表層硬度。對(duì)較薄件和表層硬度的測(cè)量一般采用維氏硬度進(jìn)行，且維氏硬度計(jì)根據(jù)工件的實(shí)際狀況對(duì)試驗(yàn)力的調(diào)整較為方便、對(duì)測(cè)試結(jié)果影響也較小?！窘忸}結(jié)論】：布氏硬度主要適用于測(cè)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(yàn)，洛氏硬度主要用于測(cè)量各種成品硬度，維氏硬度主要適用于測(cè)量前兩種方法不宜測(cè)量的薄件或工件的表層硬度?！就卣?/p>