45号钢与42crmo力学性能对比
45号钢
1、热处理
（1）正火处理：正火温度宜控制在860±10℃，出炉空冷
（2）调质处理：淬火温度840±10℃淬水或油（视产品型状复杂程度），回火温度600±10℃
（3）不能进行渗碳处理
2、热处理后的力学性能
抗拉强度σb (MPa)：≥650
屈服强度σs (MPa)：≥350
伸长率δ5 (%)：≥16
断面收缩率ψ (%)：≥60
冲击功Akv (J)：≥39
硬度：217HB~255HB
42crmo（注：MG450采用此种钢材）
1、热处理
（1）正火处理：正火温度宜控制在860±10℃，出炉空冷
（2）调质处理：淬火温度840±10℃淬水或油（视产品型状复杂程度），回火温度670±10℃
2、热处理后的力学性能
抗拉强度σb (MPa)：≥1080
屈服强度σs (MPa)：≥930 伸长率δ5 (%)：≥12
断面收缩率ψ (%)：≥45 冲击功Akv (J)：≥63
硬度：≤217HB
低碳钢和铸铁在拉伸和压缩时地力学性能 根据材料在常温，静荷载下拉伸试验所得地伸长率大小，将材料区分为塑性材料和脆性材料.它是由试验来测定地.工程上常用地材料品 种很多，下面我们以低碳钢和铸铁为主要代表，分析材料拉伸和压缩时地力学性能. .低碳钢拉伸实验 在拉伸实验中，随着载荷地逐渐增大，材料呈现出不同地力学性能：（）弹性阶段 在拉伸地初始阶段，σε曲线为一直线，说明应力与应变成正比，即满足胡克定理，此阶段称为线形阶段.线性段地最高点则称为材料地比例极限（σ），线性段地直线斜率即为材料地弹性摸量.线性阶段后，σε曲线不为直线，应力应变不再成正比，但若在整个弹性阶段卸载，应力应变曲线会沿原曲线返回，载荷卸到零时，变形也完全消失.卸载后变形能完全消失地应力最大点称为材料地弹性极限（σ），一般对于钢等许多材料，其弹性极限与比例极限非常接近. （2）屈服阶段 超过弹性阶段后，应力几乎不变，只是在某一微小范围内上下波动，而应变却急剧增长，这种现象成为屈服.使材料发生屈服地应力称为屈服应力或屈服极限（σ）.当材料屈服时，如果用砂纸将试件表面
打磨，会发现试件表面呈现出与轴线成°斜纹.这是由于试件地°斜截面上作用有最大切应力，这些斜纹是由于材料沿最大切应力作用面产生滑移所造成地，故称为滑移线. （）强化阶段 经过屈服阶段后，应力应变曲线呈现曲线上升趋势，这说明材料地抗变形能力又增强了，这种现象称为应变硬化.若在此阶段卸载，则卸载过程地应力应变曲线为一条斜线，其斜率与比例阶段地直线段斜率大致相等.当载荷卸载到零时，变形并未完全消失，应力减小至零时残留地应变称为塑性应变或残余应变，相应地应力减小至零时消失地应变称为弹性应变.卸载完之后，立即再加载，则加载时地应力应变关系基本上沿卸载时地直线变化.因此，如果将卸载后已有塑性变形地试样重新进行拉伸实验，其比例极限或弹性极限将得到提高，这一现象称为冷作硬化. 在硬化阶段应力应变曲线存在一个最高点，该最高点对应地应力称为材料地强度极限（σ），强度极限所对应地载荷为试件所能承受地最大载荷. （）局部变形阶段 试样拉伸达到强度极限σ之前，在标距范围内地变形是均匀地.当应力增大至强度极限σ之后，试样出现局部显著收缩，这一现象称为颈缩.颈缩出现后，使试件继续变形所需载荷减小，故应力应变曲线呈
1强度强度指金属在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力 1)抗拉强度ób 金属试样拉伸时，在拉断前所承受的最大负荷与试样原横截面面积之比称为抗拉强度 ób=Pb/Fo 式中Pb——试样拉断前的最大负荷(N) Fo——试样原横截面积(mm2) 2)抗弯强度óbb MPa 试样在位于两支承中间的集中负荷作用下，使其折断时，折断截面所 承受的最大正压力 对圆试样：óbb=8PL/Лd³; 对矩形试样：óbb=3PL/2bh² 式中P——试样所受最大集中载荷(N) L——两支承点间的跨距(mm) d——圆试样截面之外径(mm) b——矩形截面试样之宽度(mm) h——矩形截面试样之高度(mm) 3)抗压强度óbc MPa 材料在压力作用下不发生碎、裂所能承受的最大正压力，称为抗压强度 óbc=Pbc/Fo 式中Pbc—试样所受最大集中载荷（N） Fo—试样原截面积（mm²） 4)抗剪强度てMPa 试样剪断前，所承受的最大负荷下的受剪截面具有的平均剪应力 双剪：óて=P/2F;单剪：óて=P/Fo 式中P—剪切时的最大负荷（N） Fo—受检部位的原横截面积(mm²) 5)抗扭强度MPa 指外力是扭转力的强度极限 てb≈3Mb/4Wp(适用于钢材) てb≈Mb/Wp(适用于铸铁) 式中Mb—扭转力矩（N?mm） Wp—扭转时试样截面的极断面系数（mm²） 6)屈服点ós MPa 金属试样在拉伸过程中，负荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象称为“屈服”。发生屈服现象时的应力，称为屈服点或屈服极限 ós=Ps/Fo 式中Ps——屈服载荷(N) Fo——试样原横截面积(mm2) 7)屈服强度ó0.2 MPa 对某些屈服现象不明显的金属材料，测定屈服点比较困难，常把产生O．2％永久变形的应力定为屈服点，称为屈服强度或条件屈服极限 ó0.2=P0.2/Fo 式中P0. 2——试样产生永久变形为0.2％时的载荷(N) Fo——试样原横截面积(mm2) 8)持久强度ób/时间（h）MPa 金属材料在高温条件下。经过规定时间发生断裂时的应力称为持久强度。通常所指的持久强度，是在一定的温度条件下，试样经l05h后的断裂强度 9)蠕变强度温度ó应变量/时间 MPa 金属材料在高于一定温度下受到应力作 用，即使应力小于屈服强度，试件也会随着时间的增长而缓慢地产生塑性变形，此种现象称为蠕变。在给定温度下和规定的时间内，使试样产生一定蠕变变形量的应力称为蠕变强度，例如 500 ó----------------- =100MPa 1/100000 ，表示材料在500％温度下，105h后应变量为l％的蠕变强度为100MPa。蠕变强度是材料在高温下长期负荷下对塑性变形抗力的性能指标 2弹性弹性是指金属在外力作用下产生变形，当外力取消后又恢复到原来的形状和大小的一种特性
冷轧学习资料（轧机车间） 钢的力学性能 1拉力试验 按标准制备的拉力试样，安装在拉力试验机的夹头内，对试样缓慢施加单轴向拉伸应力，直至试样被拉断为止的试验称作拉力试验。 1．1强度 金属材料在外力作用下，抵抗变形和断裂的能力叫强度。强度指标包括：比例极限、弹性极限、屈服强度、抗拉强度等。 1．2比例极限 对金属施加拉力，金属存在着力与变形成直线比例的阶段，而这个阶段的最大极限负荷Pp除以试样的原横截面积即为比例极限，用σ P表示。 1．3弹性极限 金属受外力作用发生了变形，外力去掉后，能完全恢复原来的形状，这种变形称为弹性变形。金属能保持弹性变形的最大应力称为弹性极限，用σe表示。 1．4抗拉强度 试样拉伸时，在拉断前所承受的最大负荷除以原横截面积所得的应力，称作抗拉强度，用σb表示。当材料所受的外应力大于其抗拉强度时，将会发生断裂。因此σb越高，则表示它能承受愈大的外应力而不致于断裂。 国外标准的结构钢常按抗拉强度来分类，如SS400，其中400即表示σb的最小值为400MPa 超高强度钢是指σb≥1373 Mpa的钢。 1．5屈强比 屈强比即屈服强度与抗拉强度之比值（σS/σb）。屈服比值越高，则该材料的强度愈高，屈强比值愈低则塑性愈佳，冲压成形性愈好。如深冲钢板的屈强比值为≤0.65。 弹簧钢一般均在弹性极限范围内服役，受载荷时不允许产生塑性变形，因此要求弹簧钢经淬火、回火后具有尽可能高的弹性极限和屈强比值（σS/σb≥0.90）此外疲劳寿命与抗拉强度及表面质量往往有很大关连。 1．6塑性 金属材料在受力破坏前可以经受永久变形的性能称为塑性。塑性指标通常伸长率和断面收缩率表示。伸长率与断面收缩率越高，则塑性越好。 8、冲击韧性 用一定尺寸和形状的金属试样，在规定类型的冲击试验上受冲击负荷折断时，试样刻槽处单位横截面上所消耗的冲击功，称为冲击韧性以αk表示。 目前常用的10×10×55mm，带2 mm深的V形缺口夏氏冲击试样，标准上直接采用冲击功（J焦耳值）AK，而不是采用αK值。因为单位面积上的冲击功并无实际意义。 冲击功对于检查金属材料在不同温度下的脆性转化最为敏感，而实际服役条件下的灾难性破断事故，往往与材料的冲击功及服役温度有关。因此在有关标准中常常规定某一温度时的冲击功值为多少、还规定FATT（断口面积转化温度）要低于某一温度的技术条件。所谓FATT，即一组在不同温度下的冲击试样冲断后，对冲击断口进行评定，当脆性断裂占总面积的50%时所对应的温度。由于钢板厚度的影响，对厚度≤10mm的钢板，可取得3/4小尺寸冲击试样（7.5×10×55mm）或1/2小尺寸冲击试样（5×10×55mm）。但是一定要注意，同规格及同一温
课后答案 第一章 一、解释下列名词 材料单向静拉伸载荷下的力学性能 滞弹性：在外加载荷作用下，应变落后于应力现象。 静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。 弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。 包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)增加；反向加载时弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)降低的现象。 解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。晶体学平面－－解理面，一般是低指数，表面能低的晶面。 解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。 韧脆转变：材料力学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象（冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂，断口特征由纤维状转变为结晶状）。 静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。是一个强度与塑性的综合指标，是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。 二、金属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是一个对结构不敏感的力学性能? 答案：金属的弹性模量主要取决于金属键的本性和原子间的结合力，而材料的成分和组织对它的影响不大，所以说它是一个对组织不敏感的性能指标，这是弹性模量在性能上的主要特点。改变材料的成分和组织会对材料的强度(如屈服强度、抗拉强度)有显著影响，但对材料的刚度影响不大。 三、什么是包辛格效应，如何解释，它有什么实际意义? 答案：包辛格效应就是指原先经过变形，然后在反向加载时弹性极限或屈服强度降低的现象。特别是弹性极限在反向加载时几乎下降到零，这说明在反向加载时塑性变形立即开始了。包辛格效应可以用位错理论解释。 第一，在原先加载变形时，位错源在滑移面上产生的位错遇到障碍，塞积后便产生了背应力，这背应力反作用于位错源，当背应力(取决于塞积时产生的应力集中)足够大时，可使位错源停止开动。背应力是一种长程(晶粒或位错胞尺寸范围)内应力，是金属基体平均内应力的度量。因为预变形时位错运动的方向和背应力的方向相反，而当反向加载时位错运动的方向与原来的方向相反了，和背应力方向一致，背应力帮助位错运动，塑性变形容易了，于是，经过预变形再反向加载，其屈服强度就降低了。这一般被认为是产生包辛格效应的主要原因。 其次，在反向加载时，在滑移面上产生的位错与预变形的位错异号，要引起异号位错消毁，这也会引起材料的软化，屈服强度的降低。 实际意义：在工程应用上，首先是材料加工成型工艺需要考虑包辛格效应。其次，包辛格效应大的材料，内应力较大。另外包辛格效应和材料的疲劳强度也有密切关系，在高周疲劳中，包辛格效应小的疲劳寿命高，而包辛格效应大的，由于疲劳软化也较严重，对高周疲劳寿命不利。可以从河流花样的反“河流”方向去寻找裂纹源。解理断裂是典型的脆性断裂的代表，微孔聚集断裂是典型的塑性断裂。 5.影响屈服强度的因素与以下三个方面相联系的因素都会影响到屈服强度位错增值和运动晶粒、晶界、第二相等外界影响位错运动的因素主要从内因和外因两个方面考虑 （一）影响屈服强度的内因素 1．金属本性和晶格类型（结合键、晶体结构）单晶的屈服强度从理论上说是使位错开始运动的临界切应力，其值与位错运动所受到的阻力（晶格阻力－－派拉力、位错运动交互作用产生的阻力）决定。派拉力：位错交互作用力（a 是与晶体本性、位错结构分布相关的比例系数，L 是位错间距。） 2．2．晶粒大小和亚结构晶粒小→晶界多（阻碍位错运动）→位错塞积→提供应力→位错开动→产生宏
45钢： 特性 用中碳调质结构钢。该钢冷塑性一般，退火、正火比调质时要稍好，具有较高的强度和较好的切削加工性，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性，材料来源方便。适合于氢焊和氩弧焊，不太适合于气焊。焊前需预热，焊后应进行去应力退火。 正火可改善硬度小于160HBS毛坯的切削性能。该钢经调质处理后，其综合力学性能要优化于其他中碳结构钢，但该钢淬透性较低，水中临界淬透直径为12~17mm，水淬时有开裂倾向。当直径大于 80mm时，经调质或正火后，其力学性能相近，对中、小型模具零件进行调质处理后可获得较高的强度和韧性，而大型零件，则以正火处理为宜，所以，此钢通常在调质或正火状态下使用。 力学性能 正火：850 ；淬火：840 ；回火：600 ；抗拉强度：不小于600Mpa ；屈服强度：不小于355Mpa ；伸长率： 16[1] % ；收缩率：40% ；冲击功：39J ；钢材交货状态硬度[1]：热轧钢：≤229HB退火钢：≤197HB 成分 主要成分为Fe（铁元素），且含有以下少量元素：
C：0.42~0.50% Si：0.17~0.37% Mn：0.50~0.80% P：≤0.035% S：≤0.035% Cr：≤0.25% Ni：≤0.25% Cu：≤0.25%[1] 密度7.85g/cm3，弹性模量210GPa，泊松比0.269。 处理方法 热处理 推荐热处理温度：正火850，淬火840，回火600。 1. 45号钢淬火后没有回火之前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62)为合格。 实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58)。 2.45号钢不要采用渗碳淬火的热处理工艺。 渗碳处理 一般用于表面耐磨、芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质+表面淬火高。其表面含碳量0.8－－1.2%，芯部一般在0.1－－0.25%（特殊情况下采用0.35%）。经热处理后，表面可以获得很高的硬度(HRC58－－62)，芯部硬度低，耐冲击。
低碳钢和铸铁在拉伸和压缩时的力学性能根据材料在常温，静荷载下拉伸试验所得的伸长率大小，将材料区分为塑性材料和脆性材料。它是由试验来测定的。工程上常用的材料品种很多，下面我们以低碳钢和铸铁为主要代表，分析材料拉伸和压缩时的力学性能。 1.低碳钢拉伸实验 在拉伸实验中，随着载荷的逐渐增大，材料呈现出不同的力学性能：（1）弹性阶段 在拉伸的初始阶段，σ-ε曲线为一直线，说明应力与应变成正比，即满足胡克定理，此阶段称为线形阶段。线性段的最高点则称为材料的比例极限（σp），线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E。线性阶段后，σ-ε曲线不为直线，应力应变不再成正比，但若在整个弹性阶段卸载，应力应变曲线会沿原曲线返回，载荷卸到零时，变形也完全消失。卸载后变形能完全消失的应力最大点称为材料的弹性极限（σe），一般对于钢等许多材料，其弹性极限与比例极限非常接近。（2）屈服阶段 超过弹性阶段后，应力几乎不变，只是在某一微小范围内上下波动，而应变却急剧增长，这种现象成为屈服。使材料发生屈服的应力称为屈服应力或屈服极限（σs）。当材料屈服时，如果用砂纸将试件表面
打磨，会发现试件表面呈现出与轴线成45°斜纹。这是由于试件的45°斜截面上作用有最大切应力，这些斜纹是由于材料沿最大切应力作用面产生滑移所造成的，故称为滑移线。 （3）强化阶段 经过屈服阶段后，应力应变曲线呈现曲线上升趋势，这说明材料的抗变形能力又增强了，这种现象称为应变硬化。若在此阶段卸载，则卸载过程的应力应变曲线为一条斜线，其斜率与比例阶段的直线段斜率大致相等。当载荷卸载到零时，变形并未完全消失，应力减小至零时残留的应变称为塑性应变或残余应变，相应地应力减小至零时消失的应变称为弹性应变。卸载完之后，立即再加载，则加载时的应力应变关系基本上沿卸载时的直线变化。因此，如果将卸载后已有塑性变形的试样重新进行拉伸实验，其比例极限或弹性极限将得到提高，这一现象称为冷作硬化。 在硬化阶段应力应变曲线存在一个最高点，该最高点对应的应力称为材料的强度极限（σb），强度极限所对应的载荷为试件所能承受的最大载荷Fb。 （4）局部变形阶段 试样拉伸达到强度极限σb之前，在标距范围内的变形是均匀的。当应力增大至强度极限σb之后，试样出现局部显著收缩，这一现象称为颈缩。颈缩出现后，使试件继续变形所需载荷减小，故应力应变曲
304 不锈钢高温力学性能的物理模拟 关小霞田建军杨健 指导教师：杨庆祥胡宏彦博士 燕山大学材料科学与工程学院 摘要：采用Gleeble-3500热模拟试验机对304 不锈钢的高温力学性能进行了物理模拟。对模拟结果中应力-应变曲线进行分析，并结合断口附近组织形貌的观察，得出结论：金属的极限应力随温度升高呈下降趋势；在δ-Fe向γ-Fe转变的某一温度，金属塑性急剧下降；对断口附近金相组织及SEM分析，推测晶界处可能存在着元素偏聚或析出相现象。 关键词：304不锈钢；力学性能；物理模拟 1.前言： 双辊铸轧不锈钢薄带技术是目前冶金及材料领域的前沿技术之一[1]，是直接用钢水制成2-5mm厚薄带的工艺过程。该技术可以大大简化薄带钢的生产流程，降低生产成本，并形成低偏析、超细化的凝固组织，从而使带材具有良好的性能，被公认为钢铁工业的革命性技术[2、3]。但是，不锈钢经铸轧后，薄带表面会形成宏观的裂纹，从而降低不锈钢薄带的力学性能，影响其质量[4-6]。 国内外在双辊铸轧不锈钢薄带技术上已经开展了一些研究工作。文献[7]对比了铸轧铁素体和奥氏体不锈钢薄带；文献[8、9]对铸轧304不锈钢薄带过程中高温铁素体的溶解动力学进行了研究；文献[10]对不锈钢薄带铸轧过程中凝固热参数和组织进行了研究；文献[11-14]对不锈钢薄带铸轧过程中的流场和温度场进行了数值模拟；文献[15]对铸轧304不锈钢薄带的力学性能进行了研究。文献[16]对304不锈钢在加热过程中的高温铁素体形核与长大和夹杂物在固－液界面的聚集进行了原位观察；文献[17]对薄带铸轧溶池液面进行了物理模拟；文献[18]对铸轧不锈钢薄带过程的凝固组织、流场、温度场及热应力场进行了数值模拟。但是，缺少对铸轧不锈钢薄带表面与内部裂纹的生成机理、演变规律以及预防措施方面的研究。 在高温性能物理模拟方面，国内外也有不少研究。文献[19]应用THERMECMASTOR-Z热加工模拟机对奥氏体不锈钢的高温热变形进行了模拟试验；文献[20]利用Gleeble-1500试验机对铸态奥氏体不锈钢在1000-1200℃温度区间进行了热压缩试验；文献[21]从位错理论角度出发，对高钼不锈钢热加工特征与综合流变应力模型进行了研究。但是，对铸轧不锈钢薄带高温力学性能的物理模拟方面的研究却极少。
【课题】了解碳钢的力学性能（授课人：王竞男） 【授课类型】理论课 【教学目标】 【知识与技能目标】 1.了解碳钢常见的力学性能：强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度的含义及其衡量指标； 2.了解拉伸试验的原理、过程，常见的硬度测试方法及其指标； 3.进一步理解常见类型碳钢及其力学性能特点。 【过程与方法目标】 1. 通过学习碳钢常见的力学性能及其衡量指标，理解力学性能对碳钢应用的重要影响； 2. 通过学习拉伸试验的原理、观看拉伸试验过程的视频，了解碳钢强度、塑性衡量指标 的来源和含义； 3. 了解硬度测试方法和类型，能根据材料类型初步选择合适的硬度。 【情感态度与价值观目标】 1.通过对材料的拉伸试验、硬度测试方法的学习，形成科学严谨的学习态度； 2.通过对碳钢的力学性能与其衡量指标的学习，懂得方法的选择以合适、恰当为最好。 【教学重点】1. 碳钢常见的力学性能：强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度的含义及其衡量指标； 2. 拉伸试验过程和硬度测试方法。 3. 常见类型碳钢及其力学性能特点。 【教学难点】常见类型碳钢及其力学性能特点。 【教学方法】 学情分析：学生已经对碳钢及其成分有了一定的认识，但对碳钢力学性能及其衡量指标缺乏系统的认知，且由于学生在力学相关的物理学科知识方面基础薄弱，所以在学习力学性能部分时，应联系生活、生产中生动形象的实际例子帮助学生理解。 教法：读书指导法、问题引导法、小组讨论法 学法：以自学法为主，配合讨论法 【教学用具】多媒体设备及多媒体课件 【教学时间】2课时（90分钟） 【教学过程】 一、新课导入（7分） 师：同学们，本节课我们将进一步深入学习和了解碳钢的力学性能。假如你已经步入工作岗位，现在需要为一批订单选购适于数控车削的原材料，那么你会从哪些方面来挑选请简要说明原因。下面给大家半分钟思考时间，然后分别请几位同学为大家举例。 生：材料的软硬程度，这将决定其是否适宜车削加工…… 师：碳钢之所以获得广泛应用，是由于它具有良好的力学性能。碳钢的力学性能不但是设计零件、选用材料的重要依据，而且也是按验收标准来鉴定材料的依据以及对产品工艺进行质量控制的重要参数。 下面，就让我们进入到今天这节课的学习——碳钢的力学性能。 二、明确目标 结合PPT展示，明确本节课的学习目标和学习重、难点，让学生将任务了然于胸。 三、讲授新课
20号、35号、45号、A3钢性能对比 【牌号】20 【化学成分】 C：0.17%～0.23% Si：0.17%～0.37% Mn：0.35%～0.65% Cr≤0.25% Ni≤0.3% Cu≤0.25% 【力学性能】 试样毛坯尺寸25mm 推荐热处理正火910℃ 抗拉强度σb≥410MPa 屈服强度σs≥245MPa 断后伸长率δ5≥25% 断面收缩率ψ()≥55% 钢材交货状态硬度HBS10/3000，未热处理钢≤156 【主要特征】强度硬度稍高于15F，15钢，塑性焊接性都好，热轧或正火后韧性好。 【应用举例】 制作不太重要的中、小型渗碳、碳氮共渗件、缎压件，如杠杆轴、变速箱变速叉、齿轮，重型机械拉杆，钩环等。
【类型】碳素结构钢，GB/T700-1988 【牌号】Q235 （旧称A3） 【化学成分】C≤0.22% Mn≤1.4% Si≤0.35% S≤0.05% P≤0.045% 【力学性能】 厚度或直径≤16mm，屈服强度≥235N/mm^2 厚度或直径＞16～40mm，屈服强度≥225N/mm^2 厚度或直径＞40～60mm，屈服强度≥215N/mm^2 厚度或直径＞60～100mm，屈服强度≥215N/mm^2 厚度或直径＞100～150mm，屈服强度≥195N/mm^2 厚度或直径＞150mm，屈服强度≥185N/mm^2 抗拉强度375～500MPa厚度或直径≤40mm，伸长率≥26％厚度或直径＞40～60mm，伸长率≥25％ 厚度或直径＞60～100mm，伸长率≥24％ 厚度或直径＞100～150mm，伸长率≥22％ 厚度或直径＞150mm，伸长率≥21％ 【主要特征】 具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能，以及一定的
花岗岩高温力学性能 国内外学者对岩石在常温、高温高压下的各种物理力学性能进行了研究。Alm等考察了花岗岩受到不同温度热处理后的力学性质，并对花岗岩在温度作用下微破裂过程进行了讨论；张静华等对花岗岩弹性模量的温度效应和临界应力强度因子随温度的变化进行了研究；寇绍全等系统地研究了经过热处理的Stripa花岗岩的力学特性，得到了工程中需要的基本力学参数；林睦曾等研究了岩石的弹性模量随温度升高而变化的情况；Oda等研究了在温度作用下岩石的基本力学性质；Lau研究了较低围压下花岗岩的弹性模量、泊松比、抗压强度随温度的变化规律以及破坏准则；许锡昌等通过试验，初步研究了花岗岩在单轴压缩状态下主要力学参数随温度（20～600℃）的变化规律；朱合华等通过单轴压缩试验，对不同高温后熔结凝灰岩、花岗岩及流纹状凝灰角砾岩的力学性质进行了研究，分析比较3种岩石峰值应力、峰值应变及弹性模量随温度的变化规律，并研究了峰值应力与纵波波速、峰值应变与纵波波速的关系。 1.高温下花岗岩力学行为研究 张志镇在《花岗岩力学特性的温度效应试验研究研究》一文中以花岗岩（采自山东省兖州矿区济二井，主要成分为长石，以含钙钠长石为主，有部分钾长石，同时含有部分伊利石、辉石和少量其他矿物。加工成直径为25mm，高为50mm的圆柱体）为研究对象，在进行实时高温作用下（常温～850℃）单轴压缩试验。得到的应力－应变曲线亦大致经历4个阶段：压密阶段、线弹性阶段、弱化阶段和破坏阶段。由图1可以看出，实时高温作用下花岗岩的应力-应变曲线形状几乎一致，非弹性变形过程相对较短，当应力达到峰值时，岩样迅速破裂，呈脆性破坏；温度升高，直线段的斜率降低，表明弹性模量随着温度的升高而降低；温度超过550℃以后，峰值明显减小，轴向应变呈现出增大的趋势，主要是因为岩样的脆性减弱而延性增强。从热-力学的角度，当温度升高时，岩石晶体质点的热运动增强，质点间的结合力相对减弱，质点容易位移，故塑性增强而强度降低。
低碳钢和铸铁在拉伸试验中的力学性能 低碳钢具有良好的塑性，由R-ε曲线（图1-1)可以看出，低碳钢断裂前明显地分成四个阶段： 弹性阶段（OA)：试件的变形是弹性的。在这个范围内卸载，试样仍恢复原来的尺寸，没有任何残余变形。习惯上认为材料在弹性范围内服从虎克定律，其应力、应变为正比关系，即 比例系数E代表直线（OA) 的斜率，称作材料的弹性模量。 屈服（流动)阶段（BC)：R-ε曲线上出现明显的屈服点。这表明材料暂时丧失抵抗继续变形的能力。这时，应力基本上不变化，而变形快速增长。通常把下屈服点（Bˊ)作为材料屈服极限ReL。ReL是材料开始进入塑性的标志。结构、零件的应力一旦超过ReL，材料就会屈服，零件就会因为过量变形而失效。因此强度设计时常以屈服极限ReL作为确定许可应力的基础。从屈服阶段开始，材料的变形包含弹性和塑性两部分。如果试样表面光滑，材料杂质含量少，可以清楚地看到表面有45°方向的滑移线。 强化阶段（CD)：屈服阶段结束后，R-ε曲线又开始上升，材料恢复了对继续变形的抵抗能力，载荷就必须不断增长。如果在这一阶段卸载，弹性变形将随之消失，而塑性变形将永远保留下来。强化阶段的卸载路径与弹性阶段平行。卸载后若重新加载，加载线仍与弹性阶段平行，但重新加载后，材料的弹性阶段加长、屈服强度明显提高，而塑性却相应下降。这种现象称作为形变强化或冷作硬化。冷作硬化是金属材料极为宝贵的性质之一。塑性变形和形变强化二者联合，是强化金属材料的重要手段。例如喷丸，挤压，冷拨等工艺，就是利用材料的冷作硬化来提高材料强度的。强化阶段的塑性变形是沿轴向均匀分布的。随塑性变形的增长，试样表面的滑移线亦愈趋明显。D点是R-ε曲线的最高点，定义为材料的强度极限又称作材料的抗拉强度记作Rm。对低碳钢来说Rm是材料均匀塑性变形的最大抗力，是材料进入颈缩阶段的标志。
钢管力学性能 力学性能 钢材力学性能是保证钢材最终使用性能（机械性能）的重要指标，它取决于钢的化学成分和热处理制度。在钢管标准中，根据不同的使用要求，规定了拉伸性能（抗拉强度、屈服强度或屈服点、伸长率）以及硬度、韧性指标，还有用户要求的高、低温性能等。 ①抗拉强度（σb） 试样在拉伸过程中，在拉断时所承受的最大力（Fb），出以试样原横截面积（So）所得的应力（σ），称为抗拉强度（σb），单位为N/mm2（MPa）。它表示金属材料在拉力作用下抵抗破坏的最大能力。计算公式为： 式中：Fb--试样拉断时所承受的最大力，N（牛顿）； So--试样原始横截面积，mm2。 ②屈服点（σs） 具有屈服现象的金属材料，试样在拉伸过程中力不增加（保持恒定）仍能继续伸长时的应力，称屈服点。若力发生下降时，则应区分上、下屈服点。屈服点的单位为N/mm2（MPa）。 上屈服点（σsu）：试样发生屈服而力首次下降前的最大应力；下屈服点（σsl）：当不计初始瞬时效应时，屈服阶段中的最小应力。 屈服点的计算公式为： 式中：Fs--试样拉伸过程中屈服力（恒定），N（牛顿）So--试样原始横截面积，mm2。 ③断后伸长率（σ） 在拉伸试验中，试样拉断后其标距所增加的长度与原标距长度的百分比，称为伸长率。以σ表示，单位为%。计算公式为： 式中：L1--试样拉断后的标距长度，mm； L0--试样原始标距长度，mm。 ④断面收缩率（ψ） 在拉伸试验中，试样拉断后其缩径处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，称为断面收缩率。以ψ表示，单位为%。计算公式如下： 式中：S0--试样原始横截面积，mm2； S1--试样拉断后缩径处的最少横截面积，mm2。 ⑤硬度指标 金属材料抵抗硬的物体压陷表面的能力，称为硬度。根据试验方法和适用范围不同，硬度又可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度、显微硬度和高温硬度等。对于管材一般常用的有布氏、洛氏、维氏硬度三种。 A、布氏硬度（HB） 用一定直径的钢球或硬质合金球，以规定的试验力（F）压入式样表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径（L）。布氏硬度值是以试验力除以压痕球形表面积所得的商。以HBS（钢球）表示，单位为N/mm2(MPa)。 其计算公式为： 式中：F--压入金属试样表面的试验力，N； D--试验用钢球直径，mm； d--压痕平均直径，mm。 测定布氏硬度较准确可靠，但一般HBS只适用于450N/mm2（MPa）以下的金属材料，对于较硬的钢或较薄的板材不适用。在钢管标准中，布氏硬度用途最广，往往以压痕直径d来表示该材料的硬度，既直观，又方便。 举例：120HBS10/1000130：表示用直径10mm钢球在1000Kgf（9.807KN）试验力作用下，保持3 0s（秒）测得的布氏硬度值为120N/ mm2（MPa）。
工程力学实验报告 实验组别：组 实验者姓名：实验日期： 实验一金属的拉伸实验 一、实验目的及要求 1.观察材料拉伸时的负荷位移曲线，了解拉伸变形的几个阶段。 2.测定低碳钢材料的屈服强度，拉伸强度，延伸率和断面吸收率。 3.测定铸铁材科抗拉强度，延伸率，断面吸收率。 4.比较低碳钢与铸铁拉伸时的力学性质。 5.比较了解电子万能材料试验机构构造及工作原理。 二、实验原理 用拉伸力将试样拉伸，一般拉至断裂以便测定其力学性能。 三、实验设备 机器型号：CSS-44100电子万能材料试验机 量程：最大扭荷100KN 测量直径的量具：千分尺精度：0.01mm 测量长度的量具：游标卡尺精度：0.02mm 四、实验步骤 1.测量试样尺寸，在试样上做出标距标记 2.试验机准备 3.安装试样 4.进行试验 5.储存试验结果，并取下试样 6.测量断后试样尺寸 7.恢复原状 五、实验数据及计算结果
六、绘制低碳钢拉伸时的应力应变曲线铸铁拉伸时的应力应变曲线 七、画出低碳钢和铸铁的断口草图，并说明其特征 九、思考题 用统一材料制作的长、短比例制件各一根，拉伸试验所测得的屈服强度、抗拉强度、断面收缩率和延伸率都相同吗？ 答：相同，因为延伸收缩率与试件的标距长度有关，比例试件的横截面积和长度存在一定比例关系。 实验二金属的压缩实验 低碳钢铸铁
一、材料力学压缩试验目的及要求 1.测定压缩时低碳钢的屈服强度和铸铁的抗压强度 2.观察低碳钢和铸铁试样压缩时的变形和破坏特征 二、实验原理 用压缩力将试样压缩，一般延性材料压至屈服，脆性材料压至断裂以测定压缩时的力学性能 三、实验设备 1.电子万能材料试验机 2.游标卡尺 3.千分尺 四、实验步骤 1.测量试样尺寸 2.试验机准备 3.安装试样 4.进行试验 5.结束工作，恢复原样 五、实验数据及计算结果 3.试样破坏断面形状图及破坏原因分析
60M n 钢高温力学性能研究 吴宗双,包燕平 (北京科技大学,北京100083 )摘 要:在G l e e b l e -2000动态热/力模拟实验机上,采用凝固法对60M n 钢的高温力学性能进行了研究。测定了零塑性温度和零强度温度,在4×10-4/s 应变速率下,所测钢种在熔点至750℃之间存在两个脆性温度区域,即熔点至1250℃的第Ⅰ脆性温度区域和925～750℃的第Ⅲ脆性温度 区域。在第Ⅲ脆性温度区域,γ单相区的铝、钛、铌以A l N 和N b N 等氮化物及γ+α两相区先共析α相呈网膜状在γ晶界的析出是造成钢脆化的主要原因。通过控制钢中氮、铝含量,采用合理的二冷方式,提高钢种的内在质量。 关键词:断面收缩率;60M n 钢;高温性能塑性区 中图分类号:T G 113.25 文献标识码:A 文章编号:1001-4012(2006)03-0116-03 S T U D Y O N H I G H T E M P E R A T U R E M E C H A N I C A LP E R F O R MA N C E O F60M nS T E E L W UZ o n g -s h u a n g ,B A OY a n -p i n g (U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ,B e i j i n g 1 00083,C h i n a )A b s t r a c t :T h i s p a p e rs t u d i e s h i g h t e m p e r a t u r e m e c h a n i c a l p e r f o r m a n c e o f60M n s t e e lb y m e t h o d s o f s o l i d i f y i n g o n G l e e b l e -2000e x p e r i m e n t a l m a c h i n e .Z D T (z e r o d u c t i l i t y t e m p e r a t u r e )a n d Z S T (z e r os t r e n g t h t e m p e r a t u r e )h a v eb e e nd e t e r m i n e d .U n d e r t h e s t r a i n r a t e o f 4×10-4 /s ,t h e r e e x i s t t w o l o wd u c t i l i t y t e m p e r a t u r e r e g i o n s f o r t h et e s t e d w i t h i nt h et e m p e r a t u r er a n g ef r o m s t e e lm e l t i n gp o i n t st o750℃,i .e .R e g i o n Ⅰf r o mt h e m e l t i n gp o i n t s t o 1300℃a n dR e g i o n Ⅲf r o m925℃t o750℃.I nR e g i o n Ⅲ,t h ed u c t i l i t y l o s s i sm a i n l y r e s u l t e d f r o mt h e p r e c i p i t a t i o n so f n i t r i d e so fA l ,N b ,e t c .a t t h e a u s t e n i t eb o u n d a r i e s i ns i n g l e γp h a s e t e m p e r a t u r e r a n g e a n d t h e f o r m a t i o no f t h e f i l m -l i k e p r o e u t e c t o i d f e r r i t e s a l o n g t h e γg r a i nb o u n d a r i e s i n γ+αt w o -p h a s e t e m p e r a t u r e r a n g e .B y t a k i n g m e a s u r e so f p r e c i s e l y c o n t r o l l i n g s t e e lN ,A l c o n c e n t r a t i o n sa n da d o p t i n g r e a s o n a b l es e c o n d a r y c o o l i n gp a t t e r n i n t e r i o r q u a l i t y o f s t e e lw i l l b e a d v a n c e d .K e y w o r d s :S h r i n k a g e o n c r o s s s e c t i o n ;60M n s t e e l ;H i g h t e m p e r a t u r e p e r f o r m a n c e ;D u c t i l i t y r e g i o n 马钢圆坯连铸机能生产国内直径最大的圆坯 (Ф4 50m m ),主要用于生产60M n 钢。为提高钢的质量,笔者利用G L E E B L E -2000热/力模拟试验机对高碳钢的高温性能进行了一系列试验,其结果除了直接确定钢的高温强度和断面收缩率之外,还可为铸坯应力应变数值模拟提供基本物性参数(零强度温度、零塑性温度)。为改进60M n 钢的质量提供了可靠的数据。 收稿日期:2005-05-20 作者简介:吴宗双(1972-) ,男,工程师。1 试验方法 试验是在G L E E B L E -2000热/力模拟试验机上进行60M n 钢高温性能的测试,同时借助光学显微镜和扫描电镜对组织和断口形貌进行观察和分析。因凝固法测定钢的高温力学性能比加热法更接近生 产实际状况[ 1] ,试验采用凝固法。1.1 试验试样 高温性能测试用试样取自马钢连铸圆坯(Ф4 50m m ),在铸坯距表面1/4处取样,试样的长度方向沿铸坯径向,与柱状晶成长方向平行。试样尺 · 611 ·
第一章 包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限（σP）或屈服强度（σS）增加；反向加载时弹性极限（σP）或屈服强度（σS）降低的现象。 解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。晶体学平面－－解理面，一般是低指数，表面能低的晶面。 解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。 韧脆转变：材料力学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象（冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂，断口特征由纤维状转变为结晶状）。 静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。是一个强度与塑性的综合指标，是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。 可以从河流花样的反“河流”方向去寻找裂纹源。 解理断裂是典型的脆性断裂的代表，微孔聚集断裂是典型的塑性断裂。 5.影响屈服强度的因素 与以下三个方面相联系的因素都会影响到屈服强度 位错增值和运动 晶粒、晶界、第二相等 外界影响位错运动的因素 主要从内因和外因两个方面考虑 （一）影响屈服强度的内因素 1．金属本性和晶格类型（结合键、晶体结构）
单晶的屈服强度从理论上说是使位错开始运动的临界切应力，其值与位错运动所受到的阻力（晶格阻力－－派拉力、位错运动交互作用产生的阻力）决定。 派拉力： 位错交互作用力 （a是与晶体本性、位错结构分布相关的比例系数，L是位错间距。）2．晶粒大小和亚结构 晶粒小→晶界多（阻碍位错运动）→位错塞积→提供应力→位错开动→产生宏观塑性变形。 晶粒减小将增加位错运动阻碍的数目，减小晶粒内位错塞积群的长度，使屈服强度降低（细晶强化）。 屈服强度与晶粒大小的关系： 霍尔－派奇（Hall-Petch) σs= σi+kyd-1/2 3．溶质元素 加入溶质原子→（间隙或置换型）固溶体→（溶质原子与溶剂原子半径不一样）产生晶格畸变→产生畸变应力场→与位错应力场交互运动→使位错受阻→提高屈服强度（固溶强化）。 4．第二相（弥散强化，沉淀强化） 不可变形第二相 提高位错线张力→绕过第二相→留下位错环→两质点间距变小→流变应力增大。 不可变形第二相 位错切过（产生界面能），使之与机体一起产生变形，提高了屈服强度。 弥散强化：
钢材—含碳量对碳钢的组织和力学性能的影响 含碳量少，一般组织由铁素体和珠光体组成，淬火后多为板条马氏体；低碳钢韧性大，硬度低，耐磨性差含碳量高，组织一般由渗碳体跟珠光体组成，淬火后多为片状马氏体；高碳钢脆性大，硬度高，耐磨性好一般碳的含量越高硬度越大，韧性降低！ 以下是各种钢的特点的一些简介： 1 碳钢碳钢也叫碳素钢，是含碳量wc小于2％的铁碳合金。碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷。按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结构钢三类。碳素结构钢又可分为建筑结构钢和机器制造结构钢两种。按含碳量可以把碳钢分为低碳钢(wc≤0.25％)，中碳钢(wc 0.25％一0.6％)和高碳钢(wc >O．6％)按磷、硫含量可以把碳素钢分为普通碳素钢(含磷、硫较高)、优质碳素钢(含磷、硫较低)和高级优质钢(含磷、硫更低) 。一般碳钢中含碳量越高则硬度越高，强度也越高，但塑性降低。 2 碳素结构钢这类钢主要保证力学性能，故其牌号体现其力学性能，用Q+数字表示，其中“Q”为屈服点“屈”字的汉语拼音字首，数字表示屈服点数值，例如Q275表示屈服点为275MPa。若牌号后面标注字母A、B、C、D，则表示钢材质量等级不同，含s、P 的量依次降低，钢材质量依次提高。若在牌号后面标注字母“F”则为沸腾钢，标注“b”为半镇静钢，不标注“F，’或“b”者为镇静钢。例如Q235-A·F表示屈服点为235MPa的A 级沸腾钢，Q235-c表示屈服点为235MPa的c级镇静钢。碳素结构钢一般情况下都不经热处理，而在供应状态下直接使用。通常Q195、Q215、Q235钢碳的质量分数低，焊接性能好，塑性、韧性好，有一定强度，常轧制成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等结构和制造普通铆钉、螺钉、螺母等零件。Q255和Q275钢碳的质量分数稍高，强度较高，塑性、韧性较好，可进行焊接，通常轧制成型钢、条钢和钢板作结构件以及制造简单机械的连杆、齿轮、联轴节、销等零件。 3 优质结构钢这类钢必须同时保证化学成分和力学性能。其牌号是采用两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万分数(wс×10000)。例如45钢表示钢中平均碳的质量分数为0.45％；08钢表示钢中平均碳的质量分数为0.08％。优质碳素结构钢主要用于制造机器零件。一般都要经过热处理以提高力学性能。根据碳的质量分数不同，有不同的用途。08、08F、10、10F钢，塑性、韧性高，具有优良的冷成形性能和焊接性能，常冷轧成薄板，用于制作仪表外壳、汽车和拖拉机上的冷冲压件，如汽车身、拖拉机驾驶室等；15、20、25钢用于制作尺寸较小、负荷较轻、表面要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件，如活塞销、样板等；30、35、40、45、50钢经热处理(淬火+高温回火)后具有良好的综合力学性能，即具有较高的强度和较高的塑性、韧性，用于制作轴类零件，例如40、45钢常用于制造汽车、拖拉机的曲轴、连杆、一般机床主轴、机床齿轮和其他受力不大的轴类零件；55、60、65钢热处理(淬火+中温回火)后具有高的弹性极限，常用于制作负荷不大、尺寸较小(截面尺寸小于12～15mm)的弹簧，如调压和调速弹簧、柱塞弹簧、冷卷弹簧等。 4 碳素工具钢碳素工具钢是基本上不含合金元素的高碳钢，含碳量在0.65％～1.35％范围内，其生产成本低，原料来源易取得，切削加工性良好，处理后可以得到高硬度和高耐磨性，所以是被广泛采用的钢种，用来制造各种刃具、模具、量具但这类钢的红硬性差，即当工作温度大于250℃时，钢的硬度和耐磨性就会急剧下降而失去工作能力。另外，碳素工具钢如制成较大的零件则不易淬硬，而且容易产生变形和裂纹。 5 易切削结构钢易切削结构钢是在钢中加入一些使钢变脆的元素，使钢切削时切屑易脆断成碎屑，从而有利于提高切削速度和延长刀具寿命。使钢变脆的元素主要是硫，在普通低合金易切削结构钢中使用了铅、碲、铋等元素。这种钢的含硫量ws在0.08％一0.30％范围内，含锰量wMn在0.60％-1.55％范围内。钢中的硫和锰以硫化锰形态存在，硫化锰很脆并有润滑效能，从而使切屑容易碎断，并有利于提高加工表面的质量。 6 合金