金属材料的机械性能

宁夏绿水试验仪器有限公司 2019-07-22 11:31:45 519  浏览

• 金属零件受一定外力作用时，对金属材料有一定的破坏作用。因此要求金属材料具有抵抗外力的作用而不被破坏的性能，这种性能称为机械性能。金属材料的机械性能主要包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度等。它们的具体数值是在专门的试验机上测定出来的。

  1、金属材料的变形和应力

  金属材料受外力作用时引起的形状改变称为变形。变形分为弹性变形（当外力取消后，变形消失并恢复到原来形状）和塑性变形（当外力除去后，不能恢复到原来形状，保留一部分残余形变match）。

  当金属材料受外力作用时，其内部还将产生一个与外力相对抗的内力，它的大小与外力相等，方向相反。单位截面上的内力称为应力。在拉伸和压缩时应力用符号σ表示。

  σ=P/F

  式中：

  σ — 应力，MPa;

  P — 拉伸外力，N；

  F — 试样的横截面积，mm2。

  2、强度

  
  

  强度是金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力。强度可通过拉力试验来测定。将图（a）所示标准样安装在拉力试验机上，对其施加一个平稳而无冲击逐渐递增的轴向拉力，随着拉力的增加试样产生形变如图（B）直到断裂如图（C）。

  
  

  以试样的受拉力P为纵坐标，伸长值⊿L为横坐标，给制出拉伸曲线。

  
  

  金属材料由弹性变形过渡到塑性变形时的应力称为弹性极限，用σe表示。

  σe=Pe/Fo

  式中：  

  σe— 弹性极限，MPa；

  Pe — 材料开始塑性变形时的负荷，N；

  Fo — 试样原横截面积，mm2 。

  
  

  OE段的负荷与伸长成线性关系，是材料的弹性变形阶段。当负荷超过E点，试样开始产生塑性变形，这一段曲线几乎呈水平，表明试样在拉伸过程中，负荷不增加甚至有降低，试样继续塑性形变，材料丧失了抵抗变形的能力。这种现象称为屈服。

  
  

  产生现象时的应力称为屈服点，用σs表示。

  σs=Ps/Fo

  式中： 

  σs — 屈服点，Mpa ；

  Ps — 材料产生明显形变时的负荷，N；

  Fo — 试样原横截面积，mm2。

  
  

  负荷超过S点后，形变量随负荷增加而急剧增加，当过B点，形变部位出现缩颈现象，试样已不能抵抗外力作用，在K点发生断裂。试样拉断前能承受的Z大负荷 Pb所对应的应力称为抗拉强度，用σb表示。

  σb=  Pb/Fo

  式中： 

  σb — 抗拉强度，Mpa ；

  Pb — 试样拉断前的Z大拉力，N；

  Fo — 原横截面积，mm2。

  
  

  屈服强度（σs），抗拉强度（σb）和屈强比（屈服强度与抗拉强度的比σs/σb）是评定金属材料质量的重要机械性能指标，是设计和选材的主要依据之一。

  3、塑性

  
  

  塑性是金属材料受外力作用时断裂前产生塑性变形的能力。通常用两种方法来表示。

  
  

  （1）  伸长率：

  试样拉断后标距部分所增加的长度与原标距长度的百分比，用δ表示。

  δ=（L1－L0）/L0×

  式中：

  δ — 试样的伸长率，%；

  L1 — 试样拉断后标距长度，㎜；

  L0 — 试样原标距长度，㎜。

  
  

  （2）  断面收缩率：

  试样拉断后缩颈处横截面积的Z大缩减量与原截面积的百分比，用φ表示。

  φ=（F0-F1）/F0

  式中：

  φ — 试样的断面收缩率，%；

  F0 — 试样原横截面积，mm2 ；

  F1 — 试样拉断后缩颈处的Z小横截面积，mm2 。

  
  

  δ、φ的数值越大，说明金属材料的塑性越好，反之亦然。良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。

  4、硬度

  
  

  硬度是金属材料抵抗外物压入其表面的能力，一般说，硬度高的材料耐磨性较好，强度也比较高。硬度是评价金属材料质量的机械性能指标，也是机械零件设计要求的技术条件之一。

  
  

  生产中有不同的测定方法，常用的有布氏硬度和洛氏硬度。

  
  

  (1) 布氏硬度：

  用一定直径的钢球或硬质合金球，以相应的试验力压入试样表面，经规定保荷时间后卸除试验力，测量试样表面压痕直径。以压痕球状表面积所承受的平均负荷作为布氏硬度值，用符号HBS（HBW）表示。

  式中：

  HBS（HBW）— 布氏硬度值，kgf－mm2  ;

  
  

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