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(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、疲勞等知識應(yīng)用選擇來幫助同學(xué)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(xué)會對知識的遷移應(yīng)用。（二）（二）、知識準(zhǔn)備、知識準(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(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)力為對稱循環(huán)時，疲勞極限用符號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)算相對較為復(fù)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(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、個壓痕為球面，一個壓痕為四正棱表面；一個試驗(yàn)力大，一個試驗(yàn)力小，測試時對工件的損傷也不一樣，故在應(yīng)用上也不同。【解題結(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?！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(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硬度單位，故無單位。當(dāng)壓頭為球體時常數(shù)為130，當(dāng)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(biāo)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(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(jié)果比

8、實(shí)際硬度低，故當(dāng)布氏硬度值大于450時必須采用硬質(zhì)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(jié)果較能真實(shí)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(jìn)行測量以防造成工件報(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(jié)果不能真實(shí)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(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，也就是說明能測量更硬的材料。一般來講，HRA標(biāo)尺用來測量硬質(zhì)合金或表面淬火鋼的硬度，HRC標(biāo)尺用來測量一般淬為鋼的硬度。通過對比可知，當(dāng)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(yàn)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(jìn)行，且維氏硬度計(jì)根據(jù)工件的實(shí)際狀況對試驗(yàn)力的調(diào)整較為方便、對測試結(jié)果影響也較小。【解題結(jié)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(yàn)，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?！就卣?/p>