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金属理化机械性能试验的项目与作用

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浏览:- 发布日期:2019-10-21 16:23:04【

金属材料的理化试验包含了广义上的所有力学检测检测项目。常见的机械性能,塑性、硬度以及冲击与韧性和疲劳强度。都需要在专业的理化试验机之中完成。具体检测项目以及检测作用我们进行一一解答。


金属材料的变形和应力

金属(shu)材料(liao)受外(wai)力作用(yong)时引起的形状改(gai)变(bian)称为变(bian)形。变(bian)形分(fen)为弹性变(bian)形(当外(wai)力取消(xiao)后,变(bian)形消(xiao)失并(bing)恢复(fu)到原来形状)和(he)塑性变(bian)形(当外(wai)力除去(qu)后,不能恢复(fu)到原来形状,保留一部分(fen)残(can)余形变(bian))。

当金属(shu)材(cai)料受外(wai)力(li)作(zuo)用时,其内部还将产生一个与(yu)(yu)外(wai)力(li)相对(dui)抗的(de)内力(li),它的(de)大小与(yu)(yu)外(wai)力(li)相等,方向相反。单位截面(mian)上的(de)内力(li)称(cheng)为应(ying)力(li)。在(zai)拉伸和压缩(suo)时应(ying)力(li)用符号σ表示。

σ=P/F

式中(zhong):

σ — 应力,MPa;

P — 拉伸外力,N;

F — 试(shi)样的横(heng)截面积,mm2。

2、

强度

强度是(shi)金属材料(liao)抵抗塑性变(bian)(bian)形或断(duan)(duan)裂的能力(li)(li)。强度可(ke)通过拉(la)力(li)(li)试验来(lai)测定。将图(tu)(a)所示标准(zhun)样安装在拉(la)力(li)(li)试验机上,对其施加一个平稳而无冲击逐渐递增(zeng)的轴向拉(la)力(li)(li),随着拉(la)力(li)(li)的增(zeng)加试样产生形变(bian)(bian)如图(tu)(B)直到(dao)断(duan)(duan)裂如图(tu)(C)。

以试样的受拉(la)力P为纵(zong)坐标,伸(shen)长值⊿L为横坐标,给制出拉(la)伸(shen)曲线(xian)。

拉伸试验曲线

金属(shu)材料由弹性变形过渡到塑(su)性变形时(shi)的应(ying)力称为弹性极限,用(yong)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(he),N;

Fo — 试(shi)样原(yuan)横截面积,mm2 。

OE段的(de)负(fu)荷(he)与(yu)伸长成(cheng)线(xian)性(xing)关(guan)系,是(shi)材(cai)料的(de)弹性(xing)变(bian)(bian)(bian)形(xing)阶段。当负(fu)荷(he)超过(guo)E点(dian),试(shi)样开始产生塑性(xing)变(bian)(bian)(bian)形(xing),这(zhei)一段曲线(xian)几(ji)乎呈水平,表明(ming)试(shi)样在拉伸过(guo)程(cheng)中(zhong),负(fu)荷(he)不增加甚(shen)至有降低,试(shi)样继续塑性(xing)形(xing)变(bian)(bian)(bian),材(cai)料丧失了抵(di)抗变(bian)(bian)(bian)形(xing)的(de)能力。这(zhei)种现象称(cheng)为(wei)屈服(fu)。

产生(sheng)现象(xiang)时(shi)的应力称为屈服点,用σs表(biao)示。

σs=Ps/Fo

式中:

σs — 屈服点(dian),Mpa ;

Ps — 材料产生明(ming)显形变时(shi)的负荷(he),N;

Fo — 试样原横截面积,mm2。

负荷超过(guo)S点(dian)后,形(xing)变量(liang)随负荷增加而急剧(ju)增加,当过(guo)B点(dian),形(xing)变部位出现(xian)缩颈现(xian)象,试样已不能抵抗外力(li)作用,在K点(dian)发生断(duan)裂。试样拉断(duan)前能承(cheng)受的最(zui)大负荷 Pb所(suo)对应(ying)的应(ying)力(li)称(cheng)为抗拉强度,用σb表示。

σb=  Pb/Fo

式中:

σb — 抗拉强度,Mpa ;

Pb — 试样拉(la)断前的最大拉(la)力,N;

Fo — 原横截面积,mm2。

屈(qu)服强(qiang)度(du)(du)(du)(σs),抗(kang)拉强(qiang)度(du)(du)(du)(σb)和屈(qu)强(qiang)比(屈(qu)服强(qiang)度(du)(du)(du)与抗(kang)拉强(qiang)度(du)(du)(du)的(de)比σs/σb)是(shi)评定金(jin)属材(cai)料质量的(de)重要机械性能指(zhi)标,是(shi)设计和选材(cai)的(de)主要依据之一(yi)。

3、塑性

塑性是(shi)金属材料受外力作用时断裂前(qian)产生塑性变形的能(neng)力。通(tong)常用两种方(fang)法来表示。

(1)  伸长率:

试样拉断后标(biao)距部分所增加(jia)的长度(du)(du)与原(yuan)标(biao)距长度(du)(du)的百分比,用δ表示。

δ=(L1-L0)/L0×100%

式中(zhong):

δ — 试样的伸长率,%;

L1 — 试样拉断(duan)后标距长度,㎜;

L0 — 试(shi)样原标距(ju)长度,㎜。

(2)  断面收缩率:

试样拉断后缩颈处横截面积的最(zui)大缩减量与原(yuan)截面积的百分比,用(yong)φ表(biao)示。

φ=(F0-F1)/F0

式(shi)中:

φ — 试样(yang)的断面收缩率,%;

F0 — 试样原横截(jie)面积(ji),mm2 ;

F1 — 试样拉断后缩颈处(chu)的最(zui)小横截面积,mm2 。

δ、φ的(de)数值越大(da),说明金(jin)属材(cai)料的(de)塑性越好(hao),反之亦然。良好(hao)的(de)塑性是金(jin)属材(cai)料进行塑性加(jia)工的(de)必要(yao)条件。

4、硬度

硬度(du)(du)(du)是金(jin)属(shu)材(cai)料抵抗外物压入其(qi)表面(mian)的(de)(de)能(neng)力,一般说,硬度(du)(du)(du)高的(de)(de)材(cai)料耐磨性较好,强(qiang)度(du)(du)(du)也比(bi)较高。硬度(du)(du)(du)是评价金(jin)属(shu)材(cai)料质量的(de)(de)机械性能(neng)指标,也是机械零件设计要(yao)求的(de)(de)技术条件之一。

生产中有不同的(de)测定方法,常(chang)用的(de)有布氏硬度(du)和洛氏硬度(du)。

硬度检测方法

(1) 布氏

用(yong)一定(ding)直径的(de)(de)钢球(qiu)(qiu)或(huo)硬(ying)质合金球(qiu)(qiu),以(yi)相应的(de)(de)试验(yan)力压(ya)入试样表面,经规定(ding)保荷(he)时间后卸除试验(yan)力,测(ce)量试样表面压(ya)痕直径。以(yi)压(ya)痕球(qiu)(qiu)状表面积所承受(shou)的(de)(de)平均负荷(he)作(zuo)为(wei)布氏硬(ying)度值,用(yong)符号HBS(HBW)表示(shi)。

HBW硬度值公式

式中:

HBS(HBW)— 布氏硬(ying)度值,kgf-mm2  ;

P — 加在(zai)淬火钢球上的负荷,kgf;

D — 淬(cui)火钢球直径,㎜。

压头(tou)为钢球时用HBS,适用于布氏硬度值(zhi)在(zai)450以下(xia)的(de)材(cai)(cai)料(liao),如铸铁和有(you)色金(jin)属。压头(tou)为硬质(zhi)合金(jin)球时用HBW,适用于布氏硬度值(zhi)在(zai)650以下(xia)的(de)材(cai)(cai)料(liao)。

(2)洛氏硬度

用压头压入的(de)压痕深度表(biao)(biao)示(shi)材料的(de)硬(ying)度值。压痕越(yue)深表(biao)(biao)示(shi)材料越(yue)软,硬(ying)度值越(yue)低(di)。两种硬(ying)度可以利用特制的(de)表(biao)(biao)格进行换算。

硬度表示金属材料在局部范围内对(dui)塑性(xing)变形的(de)抗力,所(suo)以硬度与强(qiang)度间有一定的(de)换算关(guan)系。

5、冲击韧性

冲(chong)(chong)击(ji)(ji)韧性是(shi)金属材(cai)料抗(kang)击(ji)(ji)冲(chong)(chong)击(ji)(ji)负荷(he)的能力。现在普通采用一(yi)次摆(bai)锤(chui)冲(chong)(chong)击(ji)(ji)试(shi)验来测定(ding)材(cai)料的冲(chong)(chong)击(ji)(ji)韧性。

实验表明,材料受小能量多次(ci)重复冲击(ji)的能力,主要取(qu)决于材料强度。强度越高,寿命越长,设计中可不必(bi)过分追(zhui)求高冲击(ji)值(zhi)。

6、强度

实(shi)际中许多(duo)工件(jian)所承(cheng)受负荷(he)(he)的(de)方向(xiang)和大小是周期变化(hua)的(de)。这(zhei)种周期变化(hua)的(de)负荷(he)(he)称为交(jiao)变负荷(he)(he)。金属工件(jian)在交(jiao)变负荷(he)(he)作用下,经长时间工作而发生断裂(lie)的(de)现(xian)象(xiang)称为金属疲(pi)劳。

在交变(bian)负荷(he)作(zuo)用(yong)(yong)下金属工(gong)件(jian)所(suo)受应(ying)力大(da)(da)小和断裂(lie)前应(ying)力交变(bian)循(xun)(xun)环(huan)的(de)次(ci)(ci)数(shu)(shu)有(you)关。应(ying)力越大(da)(da),则断裂(lie)前能随(sui)承受的(de)循(xun)(xun)环(huan)次(ci)(ci)数(shu)(shu)越低。当钢铁材(cai)料的(de)循(xun)(xun)环(huan)次(ci)(ci)数(shu)(shu)达到(dao)107,有(you)色金属的(de)循(xun)(xun)环(huan)次(ci)(ci)数(shu)(shu)达到(dao)108时(shi),若试样仍不发生(sheng)疲(pi)劳破坏,其(qi)最大(da)(da)应(ying)力称为该材(cai)料的(de)疲(pi)劳极限。当应(ying)力交变(bian)循(xun)(xun)环(huan)对称时(shi),疲(pi)劳极限用(yong)(yong)σ-1表(biao)示。

生产中多(duo)数金属(shu)工(gong)件(jian)是(shi)在交变负荷下工(gong)作的(de),疲(pi)劳(lao)破坏是(shi)破裂(lie)的(de)主要(yao)形(xing)式。因此疲(pi)劳(lao)强(qiang)度(du)设计是(shi)材料的(de)重要(yao)强(qiang)度(du)计算之(zhi)一。另外,改善零(ling)件(jian)结构形(xing)状避免应(ying)力集中;降低表面粗糙度(du);采取表面强(qiang)化处(chu)理等(deng)都能有效提高金属(shu)工(gong)件(jian)的(de)抗(kang)疲(pi)劳(lao)能力。

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