第一章力学性能介绍说课材料

保持一定时间后卸除试验力
测量压痕平均直径，求出球形面积 用试验力除以球冠面积
HB 0.102
2P
D(D D2 d 2 )
布 氏 硬 度 计
压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用 于布氏硬度值在450以下的材料。 压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用 于布氏硬度在650以下的材料。
布氏硬度的应用：
适于测量退火、正火、调质钢、有色金属、铸铁和轴承合金等具有 粗大晶粒或组成相的金属材料的硬度。
（2）洛氏硬度（HR）
表盘
主试验力
预试验力 压头 试样
F1
F0
1200
h0
F1 F0
h1
F1
F0
h
洛氏硬度＝（常数－h）/ S=N-h/S
• 符号HR前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。 最常用的标尺有A,B,C
的力学性能试验方法。
测量方法
➢弹性回跳法—肖氏硬度 布氏硬度HB
➢压入法
洛氏硬度HR 维氏硬度HV
➢划痕法—莫氏硬度
仅在金属表面产生很小压痕，可在成品上试验不需专门加工试样 易于检查金属表面层的质量（如脱碳、表面淬火和化学热处理后的表面性能） 设备简单，操作方便迅速。
（1）布氏硬度（HB）
D=10、5、2.5的淬火钢球或硬质合金球 压入试样表面
2.强度与塑性
强度
——指材料在外力作用下抵抗永久变形和破坏的能力，最常 用的是拉伸实验测得的抗拉强度σb＝Fb/A
屈服强度s：材料发 σ 生微量塑性变形时的 σb
应力值。
条件屈服强度0.2： 残余变形量为0.2%
σs σe σp
s e
p
时的应力值。
抗拉强度b：材料
断裂前所承受的最大
应力值.
O
σ
bb
HRA用于测量高硬度材料, 如 硬质合金、表淬层和渗碳层。
钢球压头与 金刚石压头
HRB用于测量低硬度材料, 如 有色金属和退火、正火钢等。
HRC用于测量中等硬度材料， 如调质钢、淬火钢等。
洛氏硬度压痕
洛氏硬度计的压头有两种，当测定硬度较高的材料时，选 用120°的金刚石圆锥压头；测定硬度较低的材料时，选用淬 火钢压头。
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2014-2015学年第1学期材料力学性能
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2014-2015学年第1学期材料力学性能
2. 试验设备
低碳钢的应力-应变曲线
应力 = F/A0 应变 = (l-l0)/l0
拉 伸 试 验 机
拉伸试样
σ
σb
σs
s
σe
e
b
塑性变形
弹性变形
O
ε
1.弹性与刚度
弹性极限 ——e点对应的应力σe。应力
维氏硬度
维氏硬度试验原理 维氏硬度压痕
维氏硬度计
HV的特点及应用： d2
d1
维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏
硬度的优点，既可测量由极软到极
硬的材料的硬度，又能互相比较。
TEM of Al85Ni10Ce5
既可测量大块材料、表面硬化层的硬度，又可测量金相组织中不
同相的硬度。但是，要测量对角线，工作效率低 。维氏硬度用符
σ0.2
ε
ε O 0.2％塑性变形
塑性 ——指材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力
断后伸长率
l1l010% 0l10% 0
来自百度文库
l0
l0
断面收缩率 A0A110% 0A10% 0
A0
A
拉
伸
试
样
的
颈
缩
断裂后
现
象
说明： ① 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实 变形。
② 直径d0 相同时，l0，。只有当l0/d0 为
洛氏硬度的特点：
操作简便迅速，硬度值可直接读出，压痕较小，可在工件上进行试验； 缺点是压痕小，代表性差，所测硬度值重复性差，分散度大。
洛氏硬度的应用：
广泛用于热处理质量的检验
（3）维氏硬度（HV）
测试原理与布氏相同，根据压痕面积计算硬 度值。压头为两对面夹角α为136o的金刚石四棱 锥体，测定压痕对角线长度进行查表。
度下降而下降。在某 一温度范围内冲击韧 性值急剧下降的现象 称韧脆转变。发生韧 脆转变的温度范围称 韧脆转变温度。材料 的使用温度应高于韧 脆转变温度。
韧
体心立方金属具有韧脆转 变温度，而大多数面心立 方金属没有。
TITANIC的沉没 与船体材料的质量 直接有关
TITANIC
Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图） 的冲击试验结果
号HV表示，符号前的数字为硬度值，后面的数字按顺序分别表示
载荷值及载荷保持时间。
4.韧性
（1）冲击韧性 （2）断裂韧性
（1）冲击韧性 ——材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力（ak）。
a．摆锤式一次冲击实验 b.小能量多次冲击实验
指标为冲击 韧性值ak(通 过冲击实验 测得)。
韧脆转变温度 • 材料的冲击韧性随温
Titanic
近代船用钢板
（2）断裂韧性——材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。
符号HBS或HBW之前的数字表示硬
布 氏
度值, 符号后面的数字按顺序分别表
硬 度
压
示球体直径、载荷及载荷保持时
痕
间。如 120HBS10/1000/30 表 示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作
用下保持30s测得的布氏硬度值为120。
布氏硬度的特点：
压痕面积大，其硬度值能反映金属在较大范围内各组成相的平均性能， 而不受个别组成相及微小不均匀性的影响，测量误差小，试验数据稳定， 重复性强；压痕大，不能用于小件、成品件及比压头还硬的材料。
第一章力学性能介绍
静态拉伸实验
2013-2014学年第1学期材料力学性能
1.1 实验方法 1. 试样制备
中华人民共和国国标GB/T228-2002《金属材料室温拉伸实 验方法》
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2014-2015学年第1学期材料力学性能
夹持部分
工作部分
过渡部分
试样表面光洁
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2014-2015学年第1学期材料力学性能
常数时，塑性值才有可比性。
当l0=10d0 时，伸长率用10 表示； 当l0=5d0 时，伸长率用5 表示。显然5> 10 ③ > 时，无颈缩，为脆性材料表征
< 时，有颈缩，为塑性材料表征
3.硬度
——材料对局部塑性变形、压痕或划痕的抗力。
是表现材料软硬程度的一种性能。金属硬度试验也是应用最广泛
低于e点时，产生弹性变形，超过e点时，产
e
生塑性变形。
比例极限 ——p点对应的应力 σp。Oe
线上Op部分为一条斜直线，应力与应变始终
成比例。
弹性模数
——材料在弹性范围内，应力与应变的比值σ/ε（Mp）称
为弹性模数E，表示材料抵抗弹性变形的能力，用来表示材料的刚度。E值
主要取决于各种材料的本性，而工艺参数对它的影响很小。