金属材料检测第四单元--力学性能试验课件.ppt

1、洛氏硬度试验具有以下优点:（1）因洛氏硬度有许多不同的标尺，压头有硬质、软质多种，可以测出从极软到极硬金属材料的硬度，不存在压头变形问题。（2）压痕小，对一般工件不造成损伤。（3）操作简单迅速，立即得出数据，生产效率高，适用于大量生产中的产品检验。缺点是采用不同的硬度级测得的硬度无法统一进行比较，不像布氏硬度从小到大可以统一比较，此外，因压痕小，对于具有粗大组织的金属材料（如灰铸铁和粗晶材料等)，缺乏代表性，因此不宜采用此法进行试验。三、洛氏硬度试验法四、维氏硬度试验1、维氏硬度试验2、维氏硬度试验的注意事项和局限性1)载荷的选择 当压痕太小不能获得准确的读数时，应当加大载荷;如果压痕太大，应

2、当减小载荷。新金属材料做试脸时，经常需要对压头进行一些试验，以确定最佳载荷。2)压痕的间距 布氏和洛氏试验时的压痕间距的原则，也适用于维氏硬度试验。其基本原则为两压痕间距应大于两压痕产生任何应力变形范围的两倍，亦即保证硬度试验不受两压痕变形重至的影响。3)硬度值与载荷值的关系 由于维氏硬度试验压痕的几何形状相似，似乎硬度值与压头载荷值无关。但是随着显微硬度的广泛使用发现，硬度值随载荷值而变化。模块二 静拉伸试验一、静拉伸试验的特点与意义 静拉伸试验是一种最简单的力学性能试静拉伸试验是一种最简单的力学性能试验，在测试的范围（标距）内，受力均匀，应力验，在测试的范围（标距）内，受力均匀，应力应变及

3、其性能指标测试稳定、可靠，理论计算方应变及其性能指标测试稳定、可靠，理论计算方便。通过静拉伸试验，可以测定金属材料弹性变便。通过静拉伸试验，可以测定金属材料弹性变形、塑性变形和断裂过程中最基本的力学性能指形、塑性变形和断裂过程中最基本的力学性能指标（如正弹性模量，屈服强度，抗拉强度、伸长标（如正弹性模量，屈服强度，抗拉强度、伸长率及断面收缩率等）。静拉伸试验中获得的力学率及断面收缩率等）。静拉伸试验中获得的力学性能指标是金属材料固有的基本属性和工程设计性能指标是金属材料固有的基本属性和工程设计中的重要依据。中的重要依据。二、试样二、试样 灰铸铁和球墨铸铁拉伸试样 a）灰铸铁拉伸试样 b）球墨铸

4、铁拉伸试样三、拉伸试验机三、拉伸试验机 拉伸试验机一般由机身、加载机构、测力机构、载荷伸长记录装置和夹持机构五部分组成。其中加载机构和测力机构是试验机的关键部位，这两部分的灵敏度及精度的高低能正确反映试验机质量的优劣。四、应力四、应力应变曲线及其力学性能指标应变曲线及其力学性能指标 典型的静拉伸试样采用标长为L0，截面积为A0的光滑圆柱试棒进行轴向拉伸试验，低碳钢负荷F与变形L曲线如图1所示，由图1可得应力和应变曲线（如图2所示）。五、抗拉强度（五、抗拉强度（Rm）抗拉强度（又称强度极限）Rm是在试验过程试样所承受的最大载荷Fm与试样原始截面积S0的比值，即。它代表最大均匀变形的抗力。对于无缩

5、颈的脆性材料，它还表示材料的断裂抗力。由于它表征着一定截面的材料所能承受的最大载荷，故它有着重大的实用价值。六、几种常用钢材的静拉伸数据六、几种常用钢材的静拉伸数据七、影响拉伸试验性能数据的主要因素七、影响拉伸试验性能数据的主要因素1、试样取样位置与方向的影响2、试样形状与尺寸的影响3、应变速率、表面粗糙度和金属材料脆性的影响模块三模块三 压缩、弯曲及扭转试验压缩、弯曲及扭转试验一、压缩试验一、压缩试验 压缩试验是拉伸试验的反向加载。因此拉伸试验时所定义的各种性能指标和相应的计算公式对压缩试验都保持相同的形式。所不同的是压缩试样的变形不是伸长而是缩短。截面积不是缩小而是横向增大。压缩试验时，试

6、样端部的摩擦阻力对试验结果影响很大。因此。试脸端面应通过精整加工、涂油或涂石墨粉予以润滑，或者采用特殊设计的压头。使端面的摩擦阻力减至最小程度。另外，在进行脆性金属材料的压缩试验时，在压缩破坏时易发生碎片飞出，为了防止危险，应加防护罩装置。二、弯曲试验二、弯曲试验 弯曲试验不受试样偏斜的影响，可以稳定地测定脆性和低塑金属材料的抗弯强度，同时用挠度表示塑性，能明显地显示脆性或低塑性金属材料的塑性。所似这种试验很适用评定脆性或低塑性金属材料，如铸铁、工具钢、渗碳钢，硬质合金及陶瓷等。另外，许多机件是在弯曲载荷下工作，需要对这些机件的金属材料进行弯曲试验评定。弯曲试验具有试样形状简单（一般有圆形、方

7、形和矩形三种）、操作不便、不受试样偏斜影响等优点。由于弯曲试验对表面缺陷比较敏感，所以常用它来比较和鉴定渗碳等表面化学热处理、高频淬火等表面处理的零件的金属材料质量和表层强度等性能的差异。对于普通碳素钢及低合金钢板、管、线、型材等弯曲试验，可参考有关国标和冶标。三、静扭转试验三、静扭转试验 金属室温静扭转试验方法在国标GB10128-2007中有详细规定。静扭转试验具有以下特点：（1）扭转时应力状态较软，在拉伸试验中表现为脆性的金属材料（如淬火低温回火的工具钢和某些结构钢）有可能处于韧性状态，便于进行各种力学性能指标的测定和比较。（2）用圆柱形试样进行扭转试验时，试样始终保持均匀圆柱形，其截面

8、和工作长度基本上保持原有大小不变，这样便有可能很好地测定高塑性金属材料直至断裂前的形变能力和变形抗力。图4-29表示退火低碳钢的扭转力矩（扭矩）M和扭角关系曲线。（3）对于低塑性金属材料，扭转试验对反映其缺陷，特别 是表面缺陷很敏感。如渗碳悴火低温回火后检验表面渗碳质量，淬火低温回火工具钢检验其表面微裂纹等。（4）扭转试验时截面上的应力分布不均匀，在表面处最大，愈往心部愈小。对于显示金属体积性缺陷。特别是心部缺陷不敏感。四、剪切试验四、剪切试验 1)双剪切试验 2)单剪切试验 3)冲压剪切试验 模块四模块四 冲击试验冲击试验一、冲击试验的意义一、冲击试验的意义 冲击试验是把要试验的金属材料制成

9、规定形状和尺寸的试样，在冲击试验机上一次冲断，用冲断试样所消耗的功或试样断口形貌特点，经过整理得到规定定义的冲击性能指标。例如冲击韧度、冲击吸收功以及纤维断口所占断口面积的百分比等。冲击试验所得性能指标没有明确物理意义，所得性能数值也不能用于对所测性能做定量评价或设计计算。但冲击试验简单方便，是最容易获得的材料动态性能的试验方法，迄今巳积累了大量的冲击试验数据和评价这些数据的经验。冲击试验对金属材料使用中至关重要的脆性倾向问题和金属材料冶金质量、内部缺陷情况极为敏感，是检查金属材料脆性倾向和冶金质量的非常方便的办法。因此，这种试验方法在产品质量检验、产品设计和科研工作中仍然得到广泛应用。近年来

10、，断裂力学和断裂金属学的飞速发展表明，冲击试验得到的冲击值与断裂韧度有比较密切的关系，可用简单的冲击试验值来估计断裂韧度，或直接用冲击试验的方法来侧量金属材料动态断裂韧度和止裂韧度。还发展了带有冲击示波装置和电子计算机的冲击试验机，用以显示和记录冲击变形过程中弹性变形、塑性变形、裂纹萌生和裂纹扩展诸阶段的能量分配，对于测定金属材料断裂性能和研究断裂过程具有重要意义。二、冲击试验与冲击试验机二、冲击试验与冲击试验机 试样尺寸是10mrn 10mm 55rnm方形试样，中间单面加工出V形或U形缺口 三、冲击试验的应用三、冲击试验的应用 1到现在为止，冲击试验是工程上获得金属材料动态强度和变形能力最

11、方便、最简单的方法，所以习惯上用冲击值来表示金属材料抵抗冲击载荷能力的大小。冲击抗力有明显的体积效应和波传导特点，与载荷和变形速度有很大关系。2经验表明，冲击试验在检验金属材料品质、内部缺陷、工艺质量等方面非常敏感。模块五模块五 疲劳实验疲劳实验一、疲劳失效特点一、疲劳失效特点 疲劳源、疲劳裂纹扩展区（一般呈细致的瓷状，有时可看到平行裂纹前沿的海滩状线条）和静断区（裂纹发展到一定深度后，剩下的面积在一次或很少几次循环中断开，形成粗糙的静断区，呈纤维或结晶状）在交变载荷作用下机器零件的断裂称为疲劳。统计表明机器零件约80%毁于疲劳。疲劳损坏具有如下特点：（1）导致疲劳破坏的应力水平低，疲劳极限低

12、于抗拉强度，甚至低于屈服强度，并且须经过多次应力循环，一般须经历数千次以至数百万次后才失效。（2）疲劳断裂后，不显示宏观塑性变形。（3）疲劳破坏对缺陷具有很大的敏感性，疲劳裂纹一般起源与零件高度应力集中的部分或表面缺陷处，如表面裂纹、软点、夹杂、突变的转角处及刀痕等。二、疲劳性能指标二、疲劳性能指标 关于疲劳的基本规律及基本性能指标叙述如下：1、疲劳极限与过载持久线疲劳曲线表明，应力水平高时，疲劳寿命N短；低时N长。2、曲线 由于疲劳试验数据的分散性，试样的疲劳寿命与应力水平间的关系，并不是一一对应的单值关系，而是与存活率p关系。3、不对称应力循环的疲劳图4、低周疲劳三、常用结构钢、球墨铸铁及热处理后的疲劳特征三、常用结构钢、球墨铸铁及热处理后的疲劳特征1)强度和冲击韧度的影响2)热处理的影响 3)疲劳极限主要决定于材料强度，而过载持值部分则与材料强度和塑性均有密切关系 4)表面热处理和形变热处理能明显提高零件疲劳强度