第01章金属材料的性能.PPTVIP

1.1.3 塑性 金属材料在外力作用下产生永久变形而不被破坏的能力称为“塑性”。塑性指标也是由拉伸试验测得的。常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率。 1.1.3.1 伸长率 试样在拉断后，其标距部分内所增加的长度与原标距长度的百分比称为伸长率。其计算公式如下： ×100% 式中 ——试样原标距长度，mm； ——拉断后试样标距长度，mm； ——伸长率，%。 标准试样有两种，长、短试样的伸长率分别用 和 表示，通常 直接写成 即可。同一材料的试样长短不同，测得的伸长率是不同的，即 。 1.1.3.2 断面收缩率 试样拉断后缩颈处横截面积的缩减量与原横截面积的百分比称为断面收缩率，用符号ψ表示。其计算公式如下： ×100% 式中 Ψ——断面收缩率，%； ——试样原始横截面积，mm2； ——试样拉断后缩颈处的横截面积，mm2。 一般来说，金属的伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好。塑性好的金属，可以采用多种压力加工方法进行加工，如轧制、锻造和冲压等。塑性差的金属一般不能进行塑性变形。 必须指出，塑性指标不能直接用于零件的设计计算，只能根据经验来选定材料的塑性。一般来说，长试样的伸长率达5%或断面收缩率达10%的材料，即可满足绝大多数零件的要求。 1.1.4 金属材料刚度指标 材料在受力时抵抗弹性变形的能力称为刚度。材料刚度的大小，通常用弹性模量E来评定。 材料在弹性范围内，应力 与应变 的关系符合虎克定律，即 =E。由公式中可以看出，材料的弹性模量E越大，材料的刚度越大，则弹性变形越难进行。因此在设计机械零件时，要求刚度大的零件，应选用具有高弹性模量的材料。而钢铁材料的弹性模量较大，所以在机械工程等领域通常选择钢铁材料。例如镗床的镗杆应具有足够的刚度，如果刚度不足，当进刀量大时镗杆的弹性变形就会越大，镗出的孔就会偏小且尺寸不准，因而影响加工精度。 要求在弹性范围内对能量有很大吸收能力的零件(如仪表弹簧)，应选择低弹性模量和极高的弹性极限的材料制造，如铍青铜和磷青铜等。 1.2 金属材料的硬度 硬度是材料抵抗局部变形、压痕或划痕的能力。硬度也是金属材料力学性能的一个重要指标。在金属材料制成的半成品或成品的质量检验中，硬度是标志产品质量的重要依据之一。 硬度值又可间接地反映出金属材料在强度、化学成分、金相组织和热处理工艺上的差异，而与拉伸试验相比，硬度试验简便易行，因而硬度试验应用十分广泛。 常用的硬度试验方法有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和肖氏硬度4种。 1.2.1 布氏硬度 1.2.1.1 布氏硬度试验法的原理 原理如图1-4所示。它是用规定的载荷，将一个直径为D的淬硬钢球或硬质合金球压入被测试件表面并停留一定时间，使塑性变形停留后，再卸除载荷。用读数显微镜测出试样表面上的压痕直径d，然后计算布氏硬度值。 计算公式如下： 式中 HBS(W)——用淬火钢球(硬质合金球)试验时的布氏硬度值； F——试验力，N； S——球面压痕表面积，mm2； D——压头球体直径，mm； d——压痕直径，mm。 1.2.1.2 布氏硬度的表示方法 在布氏硬度的表示方法中，符号HBS 或HBW 之前的数字为硬度值，符号后面依次用相应数值注明压头球体直径(mm)、试验力(kg)、试验力保持时间(s)(10～15s不标注)。例如，170HBS10/1?000/30表示直径10mm的钢球在980N(1?000kg)的试验力作用下，保持30s时测得的布氏硬度值为170。 淬火钢球用于测定布氏硬度小于450的金属材料，其硬度值符号为HBS；布氏硬度在450～650之间的材料，压头用硬质合金球，其硬度值符号为HBW。布氏硬度适宜测量灰铸铁、有色金属及退火、正火后的钢材。 在进行布氏硬度试验时，应根据测试金属材料的种类、性质和试样厚度，选用不同大小的球体直径、施加载荷和载荷保持时间。具体选择方法见表1-2。 按GB231—84规定，载荷的保持时间为：黑色金属10～15s，有色金属30s，布氏硬度值小于35时为60s；当条件允许时，压头应尽量选用10 mm球；载荷选择原则为P= KD2。 布氏硬度实验法的优点是：测定的数据准确、稳定。因其采用的试验力大，球体直径大，因而压痕直径也大，能较准确地反映金属材料的平均硬度。其缺点是：压痕较大，不宜测成品或薄片金属的硬度。此外，由于操作较缓慢，对大量逐件检验的