金属学与热处理教案（何霞）.doc

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1、金属学与热处理第一章金属材料的力学性能　　金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用下表现出来的特性，如强度、塑性、硬度、冲击韧度等。§1.1强度和塑性一、强度强度是指材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。以屈服强度σs和抗拉强度σb最为常用。材料或零件受载时,抵抗变形与破坏的能力。根据外力性质不同，可分为抗拉强度、抗压强度、抗扭强度、抗剪强度。式中F——外力（N）；A——试件断面面积（m2）（一）低碳钢的拉伸曲线1、拉伸试样（1）圆形试样L0=10d0；L0=5d0标距l0d0（2）方形试样532、拉伸曲线σbOσåσ

2、eσpσs线弹性阶段屈服阶段强化阶段颈缩阶段应力-应变（σ-ε）图····3、强度指标（1）弹性极限σe这是表示金属最大弹性的指标，即在弹性变形阶段，试样不产生塑性变形时所能承受的最大应力。（2）屈服点（屈服强度）σs 金属承受载荷时，当载荷不再增加，但金属本身的变形却继续增加的现象称为屈服，产生屈服现象时的应力叫屈服点；53条件屈服点σ0.2 金属发生屈服现象时，为便于测量，通常按其产生永久残余变形量等于试样原长0.2%时的应力，作为屈服强度3）抗拉强度σbN/mm2        指外力是拉力时的强度极限，它是衡量

3、金属材料强度的主要性能指标;二、塑性塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力，常用延伸率(δ)和断面收缩率(ф)作为材料的塑性指标。1、延伸率(δ)2、断面收缩率(ф)§1.2硬度硬度是指金属材料抵抗硬物压入其表面的能力。工程上常用的有布氏硬度和洛氏硬度。图1 布氏硬度试验原理图一、布氏硬度（HB）布氏硬度试验是用一定的载荷P，将直径为D的淬火钢球，在一定压力作用下，压入被测金属的表面(图1)，保持一定的时间后卸去载荷，以载荷与压痕表面积的比值作为布氏硬度值，用HB表示。HB值愈大，材料愈硬。53用布氏硬

4、度试验测材料的硬度值，其测试数据比较准确，但不能测太薄的试样和硬度较高的材料。二、洛氏硬度（HR）洛氏硬度试验是用一定的载荷将顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球压入被测试样表面，然后根据压痕的深度来确定它的硬度值。　用洛氏硬度计可以测量从软到硬的各种不同材料，这是因为它采用了不同的压头和载荷，组成各种不同的洛氏硬度标度，如HRA、HRB、HRC。三、维氏硬度（HV）材料的屈服点大多情况下可用HV近似地估算：σs=HV（0.1）n/3式中：n—材料加工硬化系数对于高强度材料，可以近似的认为n=0

5、，σs=HV/3四、硬度测定方法1、布氏硬度测定方法。图2为HB－3000布氏硬度计。测定硬度时其基本操作和程序如下：图2 HB－3000布氏硬度计531—指示灯2—压头3—工作台4—立柱5—丝杠6—手轮7—载荷砝码8—压紧螺钉9—时间定位器10—加载按钮1）将试样平稳放在工作台上，转动手轮使工作台徐徐上升使试样与压头接触（应注意压头固定是否可靠），到手轮打滑为至,此时初载荷已加上。2）按下加载按钮，加荷指示灯亮，自动加载并卸载指示灯灭。3）逆时针转动手轮，使工作台下降，取下试样。4）用读数放大镜测量压痕直径，测得压痕

6、直径后从表中查出布氏硬度值。2、洛氏硬度测定方法。以HRC测试为例（图3a），它是采用顶角为120°金刚石圆锥压头，总载荷为1500N。测试时先加预载荷100N，压头从起始位置0—0到1—1位置，压入试件深度为h1，后加总载荷1500N（实为主载荷1400N加上预载荷100N），压头位置为2一2，压入深度为h2，停留数秒后，将主载荷1400N卸除，保留预载荷100N。由于被测试件弹性变形恢复，压头略为提高，位置为3—3，实际压入试件深度为h3，因此在主载荷作用下，压头压入试件的深度h=h3一h1。为了便于从硬度计表盘上

7、直接读出硬度值，一是规定表盘上每一小格相当于0．002mm压深，二是将HRC值用HRC=100一的公式表示，从而符合人们的习惯概念，即材料越硬，硬度值（HRC）越高。洛氏硬度试验过程如图3b所示。图3a 洛氏硬度测定原理示意图53图3b 洛氏硬度测定过程§1.3韧性一、冲击韧度冲击韧度是指材料抵抗冲击载荷的能力。金属材料韧性的好坏用冲击韧度值衡量。1、冲击吸收功Ak=F（H1-H2）2、冲击韧度αk=Ak/SNJ/cm2冲击韧度除与材料本身的成分、组织及品质外，还与温度有关。3、韧脆转变温度Αk随温度的降低而减小，某一

8、温度范围内，材料的αk值急剧下降，表明材料由韧性状态向脆性状态转变，此时的温度称为韧脆转变温度。二、断裂韧度1、裂纹尖端应力场、应力分析532、应力场强度因子KI裂纹尖端区域各点的应力分量除了决定其位置(γ,θ)外,还与强度因子KⅠ有关,对于确定的一点,其应力分量就由KⅠ决定.KI可以反映应力场的强弱。∴称之为应力场强度因子。通式