第五章 金屬材料的力學性能及其檢測

1、第五章 金屬材料的力學性能及其檢測,4-1金屬材料的基本性能基本性能：使用性能：使用過程中表現(xiàn)的性能。（力學性能、物理性能、化學性能等） 工藝性能：材料在加工過程表現(xiàn)的性能。,4-1-1金屬材料的使用性能一、金屬材料的力學性能 金屬材料的力學性能指在機械零件設計選材和制造中主要考慮的性能。1）基本力學性能：強度、硬度、彈性變形、塑性變形、抗沖擊性、斷裂韌性等。,2）與材料工作零件相關的力學

2、性能：低溫脆性、蠕變、疲勞等。3）環(huán)境作用下的力學性能等。金屬材料受力時其原子的相對位置發(fā)生改變，宏觀表現(xiàn)為形狀、尺寸的變化稱為變形。,材料受到的外力稱為載荷（負荷、負載）金屬材料的力學性能指標是在專門的實驗機上實驗和測定。根據所加載荷的不同，試驗可分為：靜力試驗：試驗時緩慢而均勻地增加載荷的試驗。,動力試驗：指試驗時快速地增加載荷的試驗。交變載荷試驗：試驗中載荷的大小交變，方向交變，或大小和方向都發(fā)生周期性變化的

3、試驗。,二、金屬的變形與靜載拉伸力學性能指標A、強度 指金屬材料在外力作用下，抵抗永久變形和斷裂的能力。常用材料單位面積上的抗力來表示，稱為應力，符號為σ。 σ= F/S0 σ：應力，MPa F：外力，N S0：原始橫截面積，mm2。,工程上常用兆帕（MPa）作強度單位。也可用牛/毫米2（N/mm2）。它們與工程單位制中的強度單位“公斤力/毫米2”（Kgf/mm2）

4、的關系是：1Kgf/mm2=9.80665N/mm2=9.80665Mpa,測定金屬強度的主要方法是拉伸試驗。將拉伸試棒放在拉伸試驗機上拉伸，得到外力—伸長量關系曲線（拉伸曲線） 為了消除試樣尺寸影響，使試樣結果能反應材料的性質，以應力σ= F/S0來衡量材料的受力情況。,將標距的絕對伸長△L除以標距原有長度L0。即應變ε=△L/ L0來衡量材料的變形情況。標距：試驗過程中用以測量試樣應變或長度變化的兩標記間的距離。,彈

5、性變形：卸去載荷后，試樣能恢復到原狀的變形。 塑性變形：卸去載荷后，試樣不能恢復到原狀的變形。,在應力—應變曲線（拉伸曲線）上可以確定以下強度性能指標。（1）強度指標彈性極限σe：材料在外力作用下產生彈性變形時所能承受的最大應力。,比例極限σp：材料承受應力與應變成正比時的最大應力。屈服強度：應力幾乎不變，應變卻不斷增加，產生明顯塑性變形的現(xiàn)象，稱為屈服現(xiàn)象。試樣產生屈服時的應力稱為材料的屈服強度或屈服極限，通常用屈

6、服點σs或條件屈服點σ0.2表示。屈服點σs：試樣在試驗過程中力不增加（保持恒定）仍能繼續(xù)伸長時的應力。,如力發(fā)生下降，齒狀屈服，應區(qū)分上、下屈服點。屈服階段中，試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最大應力稱為上屈服點。（σsu）當不計初始瞬時效應時，屈服階段中的最小應力稱為下屈服點。σsL。規(guī)定用下屈服點表示該材料的屈服點。,某些金屬材料（如高碳鋼等）在拉伸試驗中沒有明顯的屈服現(xiàn)象發(fā)生，無法確定屈服極限σs，國家標準規(guī)定：當卸除拉

7、伸力后，其標距部分殘余伸長為原始標距0.2%作為“規(guī)定殘余伸長應力”，條件屈服點σ0.2表示。對于應力應變不成直線關系的脆性材料，由于其斷裂后的變形很小，可以近似認為，在工程實際中所使用的應力范圍內，應力應變仍成直線關系，用一條割線來代替曲線，此時虎克定律近似可以使用。,一般零件都不許產生塑性變形，因此材料的屈服強度是進行機械零件及構件設計的主要依據?？估瓘姸?試樣拉斷前承受的最大應力。即應力—應變曲線所能達到的最大應力。強度極

8、限σb σb=Fb/S0,抗拉強度 σb的實際意義：1） σb代表實際機件在靜拉伸條件下的最大承載能力，易于測定，重現(xiàn)性好，所以σb工程上金屬材料的重要力學性能指標之一，廣泛用于產品規(guī)格說明。2） σb對脆性金屬材料而言，一旦拉伸到最大值，材料便迅速斷裂，所以σb就是脆性材料的斷裂強度，用于產品設計，其許用應力便以σb為判據。,3） σb的高低決定于屈服強度和應變硬化指數(shù)。在屈服強度一定時，應變

9、硬化指數(shù)越大， σb也越高。所以如果知道材料的σS 和σb值，可以間接知道應變硬化情況，σS /σb對材料形成加工極為重要，較小的σS /σb值幾乎對所有沖壓成形都是有利的。4） σb與布氏硬度HBW有一定經驗關系。σb=1/3HBW,試樣出現(xiàn)塑性變形后，由于產生加工硬化，要是試樣繼續(xù)變形，外力就要繼續(xù)增加，這種現(xiàn)象稱為材料的強化。 cd段為強化階段，試樣的變形是均勻的。強化階段的任意一點f處若慢慢卸去外力，此時應力應變關系

10、將沿著與oa幾乎平行的直線of回到o1.這說明材料的變形已不能完全消失，oo1為塑性變形。試樣在強化階段產生很大的塑性變形。,當應力到d點的相應值后，試樣的變形開始集中于某一小段范圍內，橫截面積出現(xiàn)局部迅速收縮，頸縮現(xiàn)象。由于局部的截面收縮，使試樣繼續(xù)變形所需的拉力逐漸減小，直到e點 試樣斷裂。de段稱為局部變形階段。當應力到達屈服點σs時，材料會產生顯著的塑性變形；到達抗拉強度σb時，材料會由于局部變形而導致斷裂。這在工程實際中都

11、是不允許的因為構件的斷裂喪失了工作能力，而過大的變形也會影響構件的正常工作，斷裂和屈服都是破壞現(xiàn)象。因此，屈服點σs和抗拉強度σb是反映材料強度的兩個重要的性能指標。,,,“鳥巢”鋼結構最大跨度達到343米，如果使用普通鋼材，受力厚度要達到220毫米，這樣“鳥巢”鋼材重量將超過8萬噸。如果鋼板太厚，焊接技術要求就更高，焊接難度就會更大。 2005年7月，為“鳥巢”準備的110毫米厚的Q460E鋼板經過舞陽鋼廠的反復實驗，軋制成功

12、并進入批量生產。400噸Q460E鋼材，成了“鳥巢”鋼筋鐵骨中最堅硬的一部分。,首鋼、鞍鋼等企業(yè)也接下了GJ345D、345C、420C等高強度鋼材生產的訂單。在鳥巢整個施工期間，國產化鋼材經受住了考驗。這是一次了不起的飛躍，在鳥巢逐漸呈現(xiàn)在人們面前的同時，中國鋼材界也寫下了濃重的一筆。,（2）彈性指標彈性模量 E 材料抵抗彈性變形的能力。彈性變形范圍內，應力與應變的關系成線性。 σ=Eε這

13、是虎克定律。E的值與材料的性質有關，稱為材料的彈性模量。在國際制單位中為Pa。,工程上彈性模量 E被稱為材料的剛度，表征材料對彈性變形的抗力，其值越大，則在相同應力下產生的彈性變形就越小。 E值越大，材料在彈性變形范圍內能承擔的外力越大，變形越小，材料抵抗彈性變形的能力越強。,金屬材料的彈性模量隨溫度的升高而降低。溫度升高，原子間的距離增大，作用力減弱，E值下降。 剛度是金屬材料重要的力學性能指標之一。

14、 機器零件或構件的剛度與材料的剛度不完全相同，機器零件或構件的剛度與其截面形狀和尺寸及載荷作用的方式有關。,(3)塑性指標塑性：金屬斷裂前材料發(fā)生不可逆轉永久變形的能力。常用伸長率和斷面收縮率表示。伸長率：試樣拉伸斷裂前后的相對伸長。δn=（L1－L0）/L0×100% L0 ：試樣的原始標距。 L1：拉斷后試樣的標距。它是試樣的均勻伸長和產生“頸縮”后總伸長的總和。,n：長、短比例試樣的標志，長比例試樣n=10；

15、短比例試樣n=5。我國規(guī)定δ10表示L0=10d（d為試樣的直徑）長度一般為100mm，直徑為10mm。同理δ5表示L0=5d。同一材料δ5＞δ10。,δn＞5%的材料稱為塑性材料，象青銅、碳素鋼、低合金鋼；δn＜5%的材料稱為脆性材料，象鑄鐵等。相同材料不同尺寸的試樣，得到同樣的伸長率，規(guī)定S01/2/L0為常數(shù),凡試樣的標距與其橫截面積有下列關系，其標距稱為比例標距，試樣稱為比例試樣。

16、 L0=KS01/2我國規(guī)定：短比例試樣L0=5 d0，L0/ S01/2=5.65 長比例試樣L0=10 d0 L0/ S01/2=11.3,斷面收縮率：試樣斷裂前后試樣橫截面的相對收縮量。ψ= （S0－S1）/ S0×100%式中：S0—試樣原始截面積。 S1—試樣拉斷后細頸處的截面積。斷面收縮率不受試樣標距長度的影響，因

17、此更能反映材料的塑性。 δ、ψ的值越大，材料的塑性越好，越容易進行軋制和鍛造等壓力加工。,拉伸試驗：用靜拉伸力對試樣軸向拉伸，一般拉至斷裂，測定其力和相應的伸長的實驗GB 228—87 與 ISO 6692—84方法類似，應嚴格遵守。彈性性能多為彈性特征常數(shù)。強度性能實質為應力—應變曲線圖上各不同階段的特征應力。塑性性能實質上為應力—應變曲線圖上各不同階段的特征應變或變形極限。,試樣：凡試樣的標距與其橫截面積存在下列關系

18、，其標距稱為比例標距，試樣稱為比例試樣。否則稱為非比例試樣。,L0 = KL0——原始標距，mmS0——原始橫截面積，mm2K——比例系數(shù)。若試樣為圓形。 L0 =10d0 d0試樣的原始直徑。 K=11.3 長比例試樣。L0 =5d0 K=5.65 短比例試樣。國內外標準中，推薦優(yōu)先采用此試樣。屈服點、上下屈服點的測定(一)圖示法1）原理：依據拉伸曲線圖，查找對應的屈服點。2）條件： a.力軸每毫米代表的

19、應力值應大于10Mpa.b曲線高度應使屈服力處于力軸量程的一半以上。c拉伸曲線的繪制應在屈服階段結束。屈服點：σs= 上屈服點：σsun = 下屈服點：σus=,,,,,,(二)指針法原理：試驗過程中指針首次回轉保持恒定力為Fs，或指針首次回轉前指針的最大應力為Fsu，或不考慮第一次回轉的最低力為FsL, 然后計算σsσsuσsL3.抗拉強度的測定(一)圖示法抗拉強度：試樣拉斷前承受的最大應力。σb=

20、 (二)指針法將試樣裝卡在試驗機上，連續(xù)施加拉力直至拉斷。計算抗拉強度。σb= 要求操作者密切注意指針的指示,,,4.塑性指標測定（一）斷后伸長率δδn=（L1－L0）/L0×100%測定有兩步：先用沖擊器對試樣平行標距進行等距劃點，確定L0值；試樣拉斷后L1值的確定。,(一) 低碳鋼拉伸實驗 （含碳量<0.3%的碳素鋼）要反映同試件幾何尺寸無關的特性要標準化—

21、— 形狀尺寸 試件的 加工精度 試驗條件,,國家標準規(guī)定《金屬拉伸試驗方法》（GB228-87）,試驗方法 —— 拉力 F 從 0 漸增,標距 的伸長 隨之漸增,得 曲線（拉伸圖）,為使材料的性能同幾何尺寸無關： 〈將 F 除以 A〉 = 名義應力 〈將伸長 除

22、以標距 〉= 名義應變從而得 應力應變圖，即,曲線,3、強化階段 ——,4、局部變形階段 ——出現(xiàn)徑縮,1、彈性階段 ——,2、屈服階段 ——,延伸率 ——,截面收縮率 ——,這兩個值——材料塑性標志,值越大，塑性越強,塑性,脆性,對于低碳鋼,,,5、延伸率和截面收縮率,1.測定試樣直徑：拉伸時取試樣三個截面（兩端及中間），在相互垂直兩個方向各測量一次直徑，取其算術平均值表示該處直徑，取三次算術平均值中的最小值作為試樣計算

23、直徑。,2.將試樣放在金屬拉伸試樣標距儀上打標記每１０mm打一個標記，共打１１個標記。,拉伸實驗步驟：,3.選擇測力范圍： ＷＥ－１０Ａ萬能材料試驗機共有１００ＫＮ、５０ＫＮ、２０ＫN三個讀盤。根據附錄Ⅱ查得低碳鋼（Ｑ２３５Ａ級）的強度極限為３７５-４６０ＭＰ 可估算出拉伸試驗最大載荷在３０ＫＮ-40ＫＮ之間,因此，做拉伸試驗時選擇５０ＫＮ的讀數(shù)盤，并在擺桿上配置相應的擺錘使與所選用的測力度盤相匹配。,４．裝好繪圖儀：

24、 選擇合適的繪圖比例，將記錄筆裝在筆架上，記 錄紙卷于卷紙筒上。,5.指針調零：①先開動油泵電動機，打開送油閥，將活動平臺上升起少許，然后關閉油閥。②轉動擺桿上的平衡鉈，使擺桿保持鉛垂位置。③再轉動水平齒桿，使指針對準“零”點。,6.安裝試樣：拉伸時先將試樣安裝在試驗機的上夾頭內，此時下夾頭不得夾住試樣，再開動下夾頭升降電動機，調整下夾頭位置，把試樣夾緊。,7.進行試驗： 控制試驗機進油閥，用適當?shù)乃俣葘υ嚇蛹恿Α?

25、注意觀察測力指針的轉動，自動繪圖的情況和相應的實驗現(xiàn)象。 讀取屈服荷載ＦＳ和極限荷載Ｆb。,首先將斷裂試樣對接，然后確定L1值。直接法；斷裂處距試樣一端距離＞ L0，用游標卡尺直接量。位移法：斷裂處距試樣一端距離≤ L0，在長段上從拉斷處O取基本等于短段格數(shù)，得B點，取等于長段所余偶數(shù)格數(shù)的一半得C點；或所余奇數(shù)格數(shù)分別減1或加1的一半，得C和C1點。則L1=AB+2BC 和 L1=AB+BC+ BC1,(三)斷面收縮

26、率ψ實驗前應測定試樣原始橫截面積S0測定精度±1%以內。圓形試樣在縮頸最小處兩個相互垂直的方向上測量其直徑，,用兩者的算術平均值求其橫截面積S1S1=d1 平均直徑ψ= （S0－S1）/ S0×100%試樣斷在機械刻劃的標記上或標距外。結果無效。試驗后試樣出現(xiàn)兩個或兩個以上縮頸，以及顯示出肉眼可見的冶金缺陷應注明。,,B、硬度硬度表示固體材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。按加載

27、方式不同分類： 壓入法（按加載速度分）靜載壓入法：布氏、洛氏、維氏硬度等。運載壓入法：肖氏硬度等刻劃（切斷法）法：莫氏硬度等。,1、布氏硬度試驗（GB231—84）1）原理：用一定直徑的鋼球或硬質合金球，以相應的實驗力壓入試樣表面，經規(guī)定保持時間后，卸除試驗力，測量試樣表面的壓痕直徑。布氏硬度值是實驗力除以壓痕球形表面積所得的商。布氏硬度=F：實驗力，kgf(N)S：壓痕表面積mm2,,,,實際試驗中，測

28、量壓痕直徑比測量壓痕表面積要容易。布氏硬度=D：球體壓頭直徑mm d：壓痕mm,2）布氏硬度符號說明：壓頭為鋼球時用HBS表示。適用于布氏硬度值450以下的材料；壓頭為硬質合金球時用HBW表示，適用于布氏硬度值650以下的材料。符號HBS或HBW之前為硬度值，后面按以下順序用數(shù)值表示適用條件。球體直徑；試驗力；試驗力保持時間（10～15S不標注）,例： 120HBS10/1000/30 表示用直徑10m鋼球在

29、1000kgf（9810N）載荷作用下保持30S，布氏硬度值為120。 500HBW5/750 表示用直徑5mm硬質合金球在750kgf（7360N）載荷作用下保持10-15S，布氏硬度值為500。,3）試驗及其條件溫度 一般在10~350C，溫度要求較高的試驗在23±50C之內。硬度計的檢查：選擇與試樣硬度值相近的標準硬度塊，檢查測值誤差和示值重復性,試驗力及壓頭直徑選擇：為

30、了保證能使同一材料所測得的布氏硬度值相同，對不同材料硬度值具有可比性，必須使F/D2的比值保持一定。由硬度計算公式知道：當載荷F與球體直徑D選定時，硬度值只與壓痕直徑d有關。實際工作中，一般用刻度放大鏡測出壓痕直徑d，根據d值查表，即可求得材料的硬度。,4）試驗力施加和保持的時間：黑色金屬的試驗力保持時間為10—15S；有色金屬為30S±2S；布氏硬度＜35時為60S±2S,5）壓痕有效范圍：壓痕直徑應在0.2

31、4—0.6D之間，試驗數(shù)據才有效。硬度值修約：HB≥100 保留整數(shù)HB 10～100一位小數(shù) HB＜10 兩位小數(shù),2、洛氏硬度試驗1）原理：在初始試驗力及總試驗力的先后作用下將壓頭（頂角1200金鋼石圓錐體或鋼球）壓入試樣表面，保證壓頭與試樣表面接觸良好。經規(guī)定保持時間后，卸除主試驗力，用測量的殘余壓痕深度增量計算硬度值。,在初始試驗力F0作用下測量h0，此時測量壓痕深度的指針在表盤為零，在主試驗力

32、F1作用下測量h1經過規(guī)定時間將F1卸除，由于彈性變形恢復壓頭回升到一定高度，得到由主試驗力F1產生的壓痕深度的殘余增量e。顯然e值越大硬度越小，為了習慣上數(shù)值越大硬度越大，一般用常數(shù)K減去e 洛氏硬度=K－e,規(guī)定：F0=98.07N e的單位為0.002mm即壓入0.002mm為洛氏硬度計刻度盤上一個小格。 K（金鋼石圓錐體）=100 K（鋼球）=130 F1為490.3 ，882

33、.6和1373N三種標尺符號用九個字母；A、B…H、K不同載荷與不同壓頭搭配構成九種標尺。實際使用的硬度計已經換算成相應的硬度值直接讀出。,金屬的硬度可以認為是金屬材料表面在接觸應力作用下抵抗塑性變形的一種能力。硬度測量能夠給出金屬材料軟硬的數(shù)量概念。 由于在金屬表面以下不同深度的材料承受的應力和所發(fā)生的變形程度不同，因而硬度值可以綜合的反映壓痕附近局部體積內金屬的彈性、微量塑變抗力、塑變強化能力以及大量形變抗力。,硬度

34、值越高，表明金屬抵抗塑性變形的能力越大，材料所產生的塑性變形就越困難。另外，硬度與其它機械性能（如強度指標σb及塑性指標Ψ和δ）之間有著一定的內在聯(lián)系，所以從某種意義上說硬度的大小對于機械零件或工具的使用性能以及壽命具有決定性的意義。 硬度的試驗方法有很多：在機械工業(yè)中廣泛采用壓入法來測定硬度，壓入法又可以分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等。,壓入法硬度試驗的主要特征是： 1. 試驗時應力狀態(tài)最軟（即最大切應力

35、遠遠大于最大正應力），因而不論是塑性材料還是脆性材料均能發(fā)生塑性變形。      2. 金屬的硬度與強度指標之間存在如下近似的關系：σb＝K·HB ,   式中：σb －－－材料的抗拉強度值；            

36、60; HB－－－布氏硬度值；              K－－－系數(shù)；   退火狀態(tài)的碳鋼 K＝0.34～0.36         合金調質鋼 K＝0.33～0.35&

37、#160;     有色金屬合金 K＝0.33～0.53,3. 硬度值對材料的耐磨性、疲勞強度等性能也有定性的參考價值，通常情況下，當硬度值越高，這些性能也就越好。在機械零件設計圖紙上對性能的技術要求，往往只是標注硬度值，其原因就在于此。4. 硬度測定后由于僅在金屬表面局部體積內產生很小的壓痕，并不損壞零件，因而適合于成品檢驗。 5. 設備簡單，操作迅速方便。,實驗目的

38、：主要是了解硬度測定的基本原理及應用范圍；布氏、洛氏硬度試驗機的主要結構和操作方法。    實驗設備：HB－3000型布氏硬度試驗機和H－100型洛氏硬度試驗機以及相關的讀數(shù)放大鏡等儀器。 試樣：Ф20×10毫米的45鋼的淬火和調質狀態(tài)，Ф20×10毫米的硬鋁。,實驗注意事項：     1. 試樣兩端要平行，表面要平整，若有油污或氧化皮，

39、可用砂紙打磨，以免影響測試。 2. 圓柱型試樣應放在帶有“V”型槽的工作臺上操作，以免試樣滾動。,3. 加載時應細心操作，以免損壞壓頭。     4. 加預載荷（10kgf）時，若發(fā)現(xiàn)阻力太大，應停止加載，立即報告，檢查原因。     5. 測定硬度值，卸掉載荷后，必須使壓頭完全離開試樣后再取下試樣。,6. 金剛鉆壓頭系貴重物件，

40、質硬而脆，使用時要小心謹慎，嚴禁與試樣或其它物體碰撞。     7. 應根據硬度試驗機使用范圍，按規(guī)定合理選用不同的載荷和壓頭，超過使用范圍將不能獲得準確的硬度值。,C、韌度指標 沖擊韌度（韌性）指金屬在受沖擊載荷斷裂前吸收變形能量的能力。 綜合表現(xiàn)了強度和塑性，是一個能量指標。 通常隨加載速度提高、溫度降低、應力集中程度加劇而減小。,一般在急劇加載作

41、用下，塑性變形速度跟不上應力增加的速度，使強度指標（σS、σb）升高，塑性指標（δ、ψ）下降。 因此對于在沖擊負載下工作的設備及構件必須測定抵抗沖擊載荷的性能。,GB/T229-1994《金屬夏比缺口沖擊試驗辦法》 為評定材料在沖擊下脆性破壞的趨向，用一種擺錘沖斷帶缺口試樣，測定標準試樣在一次沖擊負荷作用下折斷，試樣缺口底部單位面積上所吸收的沖擊功（Ak）。 Ak直接從沖擊試驗機上讀出。,將重為G的擺錘

42、提到某一高度h0，擺錘具有位能Gh0，然后將擺錘自由落下將試樣沖斷，擺錘在消耗一部分位能后轉向另一側較低的高度h，位能為Gh。如不計其他能量損失，則沖斷時消耗的沖擊功 Ak = Gh0- Gh,作為衡量材料抗沖擊斷裂能力的性能指標，沖擊韌度（ak） ak = Ak/A (J/cm2)A：試樣缺口處的橫截面積（cm2） 沖擊韌度也可理解為一次沖斷帶缺口試樣所吸收的能量。這個能量包括裂紋

43、形成、擴展直到斷裂所需的總能量。,它隨試樣的形狀尺寸不同而顯著改變。因此由標準試樣測得的ak不能直接換算到實際構件上，只能作為比較材料抵抗斷裂能力的一個參考指標。,開缺口的目的是為了使缺口根部的材料在受沖擊時處于三向受拉的應力狀態(tài)，該處的材料更易于呈脆性斷裂。 鑄鐵等極易沖斷的材料，試樣可以不開缺口。 ak或Ak對材料的一些缺陷很敏感，能靈敏反映出材料的宏觀和顯微組織方面的微小變化，是檢驗冶煉、熱加工、熱處理工藝得

44、到的半成品的有效方法之一。,沖擊功沖斷試樣時實際為試樣發(fā)生變形的體積所吸收，將沖擊功用斷口面積除并無明確的物理意義。 因此實際應用中常直接以沖擊功表示材料抵抗沖斷的性能。,試驗設備及儀器： 標準打擊能量為300J（±10J）和150J（±10J），打擊的瞬間擺錘的沖擊速度應為5.0~5.5m/s范圍內。其他沖擊能量的試驗機沖擊速度有變化。 能量損失，試驗機由于摩擦阻力和空氣阻力產生的

45、能量損失不超過相應擺錘最大能量的0.5%。,四、金屬的高溫力學性能 當金屬承受恒定載荷或恒定應力時（尤其是在高溫），即使工作應力小于屈服點，經過一段時間后，也會緩慢產生塑性變形，這種現(xiàn)象叫蠕變。,蠕變：應力不變的條件下，應變隨時間延長而增加的現(xiàn)象。它與塑性變形不同，塑性變形通常在應力超過彈性極限之后才出現(xiàn)，而蠕變只要應力的作用時間相當長，它在應力小于彈性極限時也能出現(xiàn)。 各種金屬材料的蠕變溫度約為0.3

46、Tm，Tm為熔化溫度，以熱力學溫度表示。通常碳素鋼超過300-350攝氏度，合金鋼在400-450攝氏度以上時才有蠕變行為，對于一些低熔點金屬如鉛、錫等，在溫室下就會發(fā)生蠕變。,金屬的高溫力學性能用蠕變極限和持久強度極限表示 σ700 0.2/100=98MPa，表示工作溫度7000C，經100小時后蠕變的伸長率（總伸長率或塑性伸長率）為0.2%時的蠕變極限是98MPa.。,持久強度極限：在規(guī)定溫度下，材料達到規(guī)定時間而不斷

47、裂的最大應力。是衡量材料抵抗蠕變斷裂能力的性能指標。,其他使用性能的幾點說明 一、物理性能 密度：一般指體積密度。某物質單位體積的質量。 ρ=m/v ρ某物質密度（g/cm3，kg/m3） m某物質質量（g，kg） v某物質質量m所占的體積（cm3，m3）,根據密度的定義：只要測得試樣的質量和體積，就可以求得材料的密度。 試樣在液體中所受的浮力等于試樣在空氣中的重量W與全浸入液體時的重量W1之差。

48、,即：F = W – W1 =（m – m1)g式中 ：m、m1——該試樣在空氣及全浸入液體中平衡時相應的天平砝碼質量。g ——常數(shù)，一般取9.8,根據阿基米德原理，試樣在液體中所受的浮力等于它所排開液體的重量。 F = ρ0Vg Ρ0 液體的密度。 V：試樣體積，即浸沒液體中排開液體的體積。 故（m – m1)g =ρ0Vg,而ρ=m/v 整理后得： ρ= mρ0/（m – m1）

49、 一般把密度大于5g/cm3的金屬稱為重金屬；小于5g/cm3的金屬稱為輕金屬。,熔點：熔點是金屬從固態(tài)向液態(tài)轉變時的熔化溫度。K叫熱力學溫度（絕對溫度）。0C攝氏溫度。,導電性：金屬傳導電流的能力。衡量金屬材料導電性能的指標是電導率和電阻率。電導率的單位是西門子每米，s/m,,電阻率也叫電阻系數(shù)，為電阻（R）乘以橫截面積（S）與該導體長度（l）的比值。 ρ=R S/l Ωm2/m 簡寫為Ωm導

50、熱性：金屬傳導熱量的能力。,磁性：金屬材料在磁場中受磁化而呈現(xiàn)磁性的性能。鐵磁性材料：在外加磁場中，能強烈地被磁化到很大程度。順磁性材料：在外加磁場中，只是微弱地被磁化。,抗磁性材料：抗拒或削弱外加磁場對材料的磁化作用。衡量磁性材料磁化難易程度（即導磁能力）的性能指標是磁導率（磁導系數(shù)） 磁導率（μ）=B/H B：磁感應強度 H：磁場強度,二、化學性能 耐蝕性：金屬抗拒周圍各種介質侵

51、蝕或腐蝕的能力。 據統(tǒng)計世界每年因腐蝕而報廢的金屬設備和材料幾乎一億噸。,抗氧化性：金屬材料在加熱時抵抗氧氣氧化作用的能力?；瘜W穩(wěn)定性：金屬材料的抗腐蝕性和抗氧化性的總稱。,三、金屬材料的工藝性能 工藝性能表征材料承受不同工藝過程的能力。主要有：鑄造性、鍛壓性、焊接性、可切削性和熱處理工藝性能。 每種金屬和合金都有自己的熔點。工業(yè)上一般將低于7000C的金屬稱為易熔金屬。,熱膨脹性：熱膨脹性是指金屬及合金受熱

52、時體積增大冷卻時收縮的一種性能。一定的溫度范圍內，金屬各個線度的變化與溫度的變化成正比，這種膨脹叫線形膨脹。,線形膨脹范圍內，金屬材料溫度每升高10C時，其 線度的生長量與其在00C時的線度之比，叫金屬材料的線膨脹系數(shù)α。α= （1/度）△T：溫度的變量△L：相應△T的長度變量L：物體的原長度,計算體積膨脹的時候，必須注意，體膨脹系數(shù)等于線膨脹的三倍。流動性是指液態(tài)金屬充滿鑄型的能力，受金屬

53、化學成分和澆注溫度的影響；,收縮性是指金屬由液態(tài)向固態(tài)凝固后體積收縮的程度；偏析是指金屬凝固后內部產生化學成分和組織上的不均勻。鍛壓性（可鍛性、鍛造性）鍛壓性指金屬承受鍛壓后，改變自己的形狀而不產生破裂的性能。實際是金屬塑性好壞的一種表現(xiàn)。,焊接性：指金屬材料是否容易用焊接方法焊成優(yōu)良接頭的性能。 可切削加工性：（可切削性）：金屬是否易被刀具切削的性能。 熱處理工藝性：主要是指金屬材料在熱處理中的淬硬性和淬透性

54、。,淬硬性（可硬性）鋼在淬火后能夠達到的最高硬度， 取決于馬氏體的含碳量。馬氏體是鋼從高溫奧氏體狀態(tài)急冷（淬火）下來，得到的一種在α—Fe中的過飽和固溶體，碳位于α—Fe晶格間隙。馬氏體中的含碳量就是原奧氏體中的含碳量。,淬透性（可淬性）鋼在淬火時能夠獲得馬氏體的能力。淬透性的大小是以一定淬火條件下淬透層深度來表示。即由淬火引起的硬化效應所達到的深度，實際采用自表面向里深入到半馬氏體層（50%馬氏體+50%屈氏體或其它分解產物）的距