金属材料力学性能及金相检验基础知识共54页

2、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力 表达。 如：120HBS 500HBW 600HBS1/30/20 3、优缺陷
（1）测量值较精确，反复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）（2） 可测旳硬度值不高（3）不测试成品与薄件（4）测量费时，效率低
4、测量范围
用于测量调质钢、铸铁、非金属材料及有色金属材料等.
6
第一章 金属旳力学性能
引言：
第二节 硬度
1、定义：指材料局部体积内抵抗弹性、塑性变形、压 痕和划痕旳能力。它是衡量材料软硬程度旳指标，其物 理含义与试验措施有关。
2、硬度旳测试措施 （1）布氏硬度 （2）洛氏硬度 （3）维氏硬度
7
§1-2 硬度
一、布氏硬度
1、布氏硬度试验（布氏硬度计）
原理:用一定直径旳球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应旳试验力 压入待测材料表面，保持要求时间并到达稳定状态后卸除试验力，测量 材料表面压痕直径，以计算硬度旳一种压痕硬度试验措施。
布氏硬度计
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16
洛氏硬度计
返回
17
维氏硬度计
返回
18
布洛维氏硬度计
19
8
§1-2 硬度
二、洛氏硬度
1、洛氏硬度试验（洛氏硬度计）
原理: 用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力旳作用下压入试样表面， 经要求时间后卸除试验力，用测量旳残余压痕深度增量来计算硬度旳一
种压痕硬度试验。
2、洛氏硬度值 出。如：50HRC 3、优缺陷
用测量旳残余压痕深度表达。可从表盘上直接读
（1）试验简朴、以便、迅速（2）压痕小，可测成品、薄件（3）数据 不够精确，应测三点取平均值（4）不能测组织不均匀材料，如铸铁。
4、测量范围

的使用性能可以满足生产和生活上的各种需要；而优良的工艺性 能则可使金属材料易于采用各种加工方法，制成各种形状、尺寸 的零件和工具。
1.1 强度、塑性
材料的力学性能：是指材料在外加载荷作用 下所表现出 来的性能。
静载荷 根据载荷作用性质不同 冲击载荷
疲劳载荷 静载荷是指外力的大小和方向不变或变化很缓慢的载荷； 冲击载荷是指突然增加的载荷； 疲劳载荷则是指大小和方向随时间作周期性变化的载荷。
。此块云版用生铁铸成，上下两端勾卷如云，故名
。
几种新兴材料简介
1.镁合金 magnesium
● 密度低、比强度和比刚度较高。
镁
铝钛铁
密度 1.74 2.7 4.5 7.8
● 镁、铝合金和复合材料 —— 汽车轻量化的材料 —— 减少油耗
镁合金汽车轮 毂
镁合金汽缸 镁合金方向盘骨架盖
2.形状记忆合金
试样的分类
长试样(L0 =10d0) ，100mm和200mm 短试样(L0 =5d0) ，50mm和80mm
拉伸试验曲线
弹性变形阶段（Op-pe段）卸除载荷，立即恢复 原状。
屈服阶段（es-ss′段）卸除载荷，部分变形恢复， 还有一部分不能恢复。
强化阶段（s′b段）随着塑性变形的增大，材料 的变形抗力增加.
力学性能
金属材料性能
使用性能 工艺性能
物理性能 化学性能
使用性能 是指金属材料在使用条件下所表现出来的力学性能（指刚度、强
度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等）、物理性能（指熔点、导热 性、导电性、热膨胀性、磁性等）和化学性能（指抗氧化性、与其 他物质发生化学反应的性能等）等。
工艺性能 是指金属材料在制造加工过程中表现出来的各种性能。优良

认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
铁碳合金的基本组织
渗碳体
渗碳体是铁与碳的化合物，常用Fe3C表示。 渗碳体的含碳量为6.69%，熔点约为1227度，晶体结构复杂，
硬度很高，脆性极大，几乎没有塑性。 一般来说，在铁碳合金中，渗碳体越多，合金就越硬，越脆。
体，上、下底面的中心也各有一个原子，晶胞内有6个原子。
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相图
❖ 相图是表达合金系中成分、温度与合金相状态关系的图解。
通过合金相图可以确定各种 成分的合金在不同温度下存 在的相、相的成分及其含量。
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
铁碳合金的基本组织
奥氏体
碳溶于r-Fe中的间隙式固溶体称为奥氏体，常用A表示。 因为面心立方晶格的r-Fe总的间隙量虽比a-Fe的小，但 空隙半径比较大，所以能溶解较多的碳。碳在r-Fe中的 溶解度随温度升高而增加，在727度时为0.77%，在1148 度时达到最大值2.11%。 奥氏体塑性很好，强度和硬度也比铁素体高。
晶格的分类
面心立方晶格 面心立方晶格晶胞的8个角上各有一个原子，构成立方体。在立方
体的6个面的中心各有一个原子。
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开Байду номын сангаас 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目

为塑性变形。
F F F
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
拉伸试验
d0
F
F
l0
L 拉伸前
dk
lk
拉伸后
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
标准冲击试样有两种，一种是Ｕ形缺口试样，另一种是Ｖ
形缺口试样。它们的冲击韧度值分别以a KU和a KV。
材料的a K值愈大，韧性就愈好；材料的a K值愈小，材料
的脆性愈大
通常把a K值小的材料称为脆性材料 研究表明，材料的a K值随试验温度的降低而降低。
加载速度越快，温度越低，表面及冶金质量越差， a K在值
Fe
e
k
4、s’b曲线：弹性变形+均匀塑性变
形
5、b点出现缩颈现象，即试样局部
o
截面明显缩小试样承载能力降低，
拉伸力达到最大值，而后降低，但
变形量增大，K点时试样发生断裂。
F S0 拉伸曲线
l l0
应力—应变曲线
l
e — 弹性极限点 S — 屈服点 b — 极限载荷点
K — 断裂点
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
3) 维氏硬度
维氏硬度试验原理
维氏硬度压痕
维氏硬度计
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第三节 冲击韧度
一、冲击韧度试验方法及原理
一次冲击弯曲试验通常是在摆锤式冲击试验机上进行的，其 试验原理如图１-７所示。
试验时将带有缺口的标准试样(按GB/T 229-1994规定，冲击 试样有V型缺口试样和U型缺口试样两种。两种试样的尺寸及加工 要求如图1一8所示)。背向摆锤方向放在试验机两支座上，将质量 为m的摆锤抬到规定高度H，使摆锤具有的势能为m Hg。摆锤落 下冲断试样后升至h高度，这时摆锤具有的势能为mHg。根据功能 原理可知:摆锤冲断试样所消耗的功AK=mg (H-h)，AK称为冲击吸 收功。
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第二节 硬 度
洛氏硬度试验测量硬度范围大，操作简便、迅速，效率高， 可直接从硬度计上读出硬度值。由于压痕小，不会损伤试件表面， 故可直接测量成品或较薄工件。但因压痕小，对内部组织和硬度 不均匀的材料，所测结果不够准确。因此，需在试件不同部位测 定数次（一般为３处以上），取其平均值作为该材料的硬度值。
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第一节 强度与塑性
—伸长曲线 在拉伸试验过程中，试验机可自动记录载荷与伸长量之间的
关系，并得出以载荷为纵坐标、伸长量为横坐标的图形，即力－ 伸长曲线。如图１-２所示为退火后的低碳钢力—伸长曲线。
由图可看出，低碳钢在拉伸过程中，其载荷与伸长量关系可 分为以下几个阶段： （１）弹性变形阶段 （２）微量塑性变形阶段 （３）屈服阶段 （４）均匀塑性变形阶段 （５）局部塑性变形及断裂阶段
试验原理如图１-５所示。用顶角为１２０°的金刚石圆锥体 或直径为φ１．５８８ｍｍ的淬火钢球做压头，以规定的试验力使 其压入试样表面。试验时，先加初试验力，然后加主试验力。在 保留初试验力的情况下，根据试样表面压痕深度，确定被测金属 材料的洛氏硬度值。

评级图 级别
0.5
A总长μm 37
B总长μm 17
夹杂物类别 C总长μm 18
D数量个 1
DS直径μm 13
1
127
77
76
4
19
1.5
261
184
176
9
27
2
436
343
320
16
38
2.5
649
555
510
25
53
3
9
898 ＜1181
822 ＜1147
746 ＜1029
36 ＜49
76 ＜107
19
渗碳体的晶胞示意图
金相组织识别——珠光体
▪ 在727℃时,
奥氏体（0.77%C） — 铁素体 0.02%C +渗碳体Fe3C 6.67%C
▪ 奥晶断核氏的,体供F碳过e3C使冷是它到高长7碳2大7相℃，必以随须下F依在e3C靠奥核（氏的Z体H横O晶向U）界长围首大的先在奥形它氏成两体F侧e不3C的
24
金相组织识别——贝氏体
下贝氏体
下贝氏体在350℃~230℃形成,从图11可见在光学显微镜呈黑色针状,针的 基体是铁素体，内部分布着细小的碳化物，
25
金相组织识别——贝氏体
贝氏体转变的基本规律
根据实验的结果,贝氏体相变有如下的规律： 贝氏体转变也是形核与长大的过程,因相变是由一种成分的奥氏体分解
色随MnS量而变，MnS 少时呈淡黄色，增多时 变深蓝色，再变深为深 灰色
深灰色，球体中的环圈 反光而中心有亮点。
不透明
各向异性，不透明
透明，色由淡黄 各向异性，透明呈玻
到褐色
璃状时各向同性

硬度
• 所谓硬度，就是材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压 痕或划痕的能力，是衡量金属材料软硬程度的一种性能指 标，也是金属材料力学性能的一个重要指标。 • 硬度试验的方法很多，硬度值也没有明确的物理意义，而 是人为规定的在特定试验条件下的一种工程量或技术量。 • 硬度试验主要包括：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖 氏硬度和里式硬度试验。 • 硬度试验由于设备简单，操作迅速方便，同时又能敏感地 反映出材料的化学成分或组织结构的差异，因而被广泛用 来检查原材料的质量及零件或工具热加工和热处理的性能。 • 由于硬度试验仅在金属表面局部体积内产生很小的压痕， 因而对大多数零件和工具可用产品试验，而无需专门加工 试样。同时，硬度试验也易于检查金属表面层情况，如脱 碳与增碳、表面淬火以及化学热处理后的表面硬度等。
金属材料 力学性能及金相检验基础知识
力学性能
• 金属材料的力学性能，以前叫做机械性能。 • 常用的金属材料力学性能指标有：强度、 硬度、塑性、韧性、疲劳和蠕变等。它们 的具体指标都能通过各种专用试验机测定 出来，以适用设计、制造和使用的需要。 • 这些试验大都是用“取样” 的办法来进行 的，只有在必要时才会模拟零部件的实际 受力状态进行破坏试验。
强度
• 强度是指在外力作用下，金属材料抵抗变形和破 断的能力。根据受力状态，有扭转、抗弯、剪切、 抗压和抗拉强度之分，其中应用最为普遍的是抗 拉强度。 • 强度用单位横截面上的内力，即应力来表示，其 单位是N/mm2 （1 N/mm2 =1 MPa ）。 • 抗拉强度通过拉伸试验来测定，拉伸试验可测定 金属材料的屈服强度、抗拉强度，还可测定材料 的伸长率和断后收缩率。 • 拉伸试验方法的国家标准是GB/T228《金属材料 拉伸试验方法》
拉伸பைடு நூலகம்线的类型

即用一定直径的球体（钢球或硬质合金球）以 相应的试验力压入试样表面，经规定保持时间后 卸除试验力，用测量的表面压痕直径计算硬度的 一种压痕硬度试验。
金属材料的主要性能课件
布氏硬度值用球面压痕单位表面积上所承受的平均压力表示：
H(B HS B )0 W .102 2F
D (D D 2d2)
式中：F—试验力（N）； D—球体直径（mm）； d—压痕平均直径（mm）。
➢ 金属材料的力学性能：金属
材料在外力作用下表现出来
塑性
的特性，如弹性、塑性、强 弹性
刚度
度、硬度和韧性等。 ➢ 力学性能判据（指标）：用
来表征材料力学性能的各种 临界值或规定值，可通过试
强度
金属力 学性能
韧性
硬度
验测定。
金属材料的主要性能课件
１.弹性
弹性： 即物体在外力 作用下改变其形状 和尺寸，当外力卸 除后物体又回复到 原始形状和尺寸的 特性。
HRA(HRC)=100-h
HRB=130-h
h —— 残余压痕深度增量，用0.002mm为单位 表示。 100,130 ——相应标尺满量程值。
金属材料的主要性能课件
优点：操作简便，压痕小，用于成品和薄形件
缺点：测量数值分散
应用：淬火钢，调质钢批量生产零件
当HRC为20-67时有效 例如：50HRC
伸长率
压缩率
塑性
断面收缩率
金属材料的主要性能课件
（1）伸长率
➢ 即试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。
δ=(L1 - L0)/ L0 ×100%
式中
δ——伸长率（%）；
L1——试样拉断后标距（mm)； L0 ——试样原始标距（mm)。

抗拉强度: 在拉断前试样所能承受的最大应力 为该试样的抗拉强度，用符号σb 表示，计算公式为。
σb=
Fb So
二、 塑性
➢概念
塑性是指金属材料在外力作用下，产生永久性变形而不断裂的能 力。
➢ 衡量指标
伸长率：试样被拉断后，标距的伸长量与原始标距的百分比 称为伸长率，用符号δ表示。计算公式为：
δ= l1 l0 ×100% l0
δ ψ
性能指标
名称
抗拉强度 屈服点 规定残余伸长应力
伸长率 断面收缩率
硬度 冲击韧性
HBS(HBW) HRC HRB HRA 标尺洛氏硬度值 A标尺洛氏硬度值 维氏硬度值
冲击韧度
疲劳强度 σ-1
疲劳极限
单位 MPa MPa MPa
J/cm2 MPa
含义
试样拉断前所能承受的最大应力 拉伸过程中，力不增加（保持恒定）试 样仍能继续伸长时的应力 规定残余伸长率达0.2%时的应力
部永久性积累损伤经一定循环次数后产生裂纹或突发完全断 裂的过程称为金属疲劳。
五、疲劳强度
➢疲劳破坏可分为微观裂纹、宏 观裂纹和瞬时断裂三 个过程。
五、疲劳强度
➢疲劳曲线 ：疲劳曲线是指交变应力σ与循 环次数N的关系曲线，如下图所示。
常用金属材料的力学性能指标及其含义
力学性能
符号
强度 塑性
σb σs σ0.2
0.1
e 0.2
一、强度—拉伸曲线
1.弹性变形阶段 2.屈服阶段 3.强化阶段 4.缩颈阶段
低碳钢的应力-应变曲线
一、强度—衡量指标
屈服点： 用符号σs表示，计算公式为
σs=
Fs So
式中：Fb——试样断裂前所承受的最大拉力， 单位为N；

《金属材料力学性能》PPT课件
• 金属材料力学性能概述 • 金属材料的拉伸性能 • 金属材料的冲击韧性 • 金属材料的硬度与耐磨性 • 金属材料的疲劳性能 • 金属材料的断裂韧性
01
金属材料力学性能概述
定义与分类
定义
金属材料的力学性能是指金属材料在受到外力作用时所表现出来的性能，包括 弹性、塑性、韧性、强度等。
屈服阶段
屈服阶段是金属材料在受到外力作用后发生屈服现象的阶段，此时金属材料开始 发生塑性变形，应力与应变不再呈线性关系。
屈服强度是描述金属材料在屈服阶段的力学性能指标，反映了金属材料抵抗屈服 现象的能力。
强化阶段
强化阶段是金属材料在屈服阶段之后发生强度增高的阶段， 此时金属材料的应力与应变关系呈上升趋势。
通过改变材料的内部结构来提高韧性，如通过退火或淬火处理。
提高金属材料断裂韧性的方法
冷加工
通过塑性变形提高材料的韧性，如轧 制、拉拔或挤压。
提高金属材料断裂韧性的方法
表面处理
VS
通过喷丸、碾压或渗碳淬火等表面处 理技术提高材料的韧性。
THANKS
感谢观看
金属材料的力学性能与经济发展密切 相关，高性能的金属材料能够推动产 业升级和经济发展。
科学研究
金属材料的力学性能是科学研究的重 要领域之一，对于深入了解金属材料 的本质特性和发展新型金属材料具有 重要意义。
02
金属材料的拉伸性能
拉伸试验与拉伸曲线
拉伸试验
通过拉伸试验可以测定金属材料的拉 伸性能，包括抗拉强度、屈服强度、 延伸率等指标。
冲击试验与冲击韧性指标
冲击试验
通过在试样上施加冲击负荷，测定材 料抵抗冲击断裂的能力。
冲击韧性指标

绪论金相分析是研究金属及其合金内部组织及缺陷的主要方法之一，它在金属材料研究领域中占有很重要的地位。

利用金相显微镜在专门制备的试样上放大100～1500倍来研究金属及合金组织的方法称为金相显微分析法，它是研究金属材料微观结构最基本的一种实验技术。

显微分析可以研究金属及合金的组织与其化学成分的关系；可以确定各类合金材料经过不同的加工及热处理后的显微组织；可以判别金属材料的质量优劣，如各种非金属夹杂物－－氧化物、硫化物等在组织中的数量及分布情况以及金属晶粒度的大小等。

在现代金相显微分析中，使用的主要仪器有光学显微镜和电子显微镜两大类。

本书以常用的光学金相显微镜为例进行介绍。

第一章金相试样的制备§1.1取样和镶嵌一、纯金属的晶体结构一、取样（一）取样部位和磨面方向的选择取样部位必须与检验目的和要求相一致，使所切取的式样具有代表性。

例如：上图中1用于检验非金属夹杂物的数量、大小、形状；2用于检验晶粒的变形程度；3用于检验钢材的带状组织消除程度。

（二）取样方法1.金相式样的形状①Φ12×12mm的圆柱体。

②12×12×12mm的立方体。

③其他不规则的形状。

式样的棱边应倒圆，防止在磨制中划破砂纸和抛光织物。

2.取样方法①硬度较低的材料如低碳钢、中碳钢、灰口铸铁、有色金属等。

用锯、车、刨、铣等机械加工。

②硬度较高的材料如白口铸铁、硬质合金、淬火后的零件等。

用锤击法，从击碎的碎片中选出大小适当者作为试样。

③韧性较高的材料用切割机切割。

④大断面和高锰钢等用氧乙炔焰气割。

二、试样的热处理取下来的试样有的可直接进行磨制，有的尚需按照相应的标准经热处理后才能进行磨制，如检验钢的本质晶粒度、非金属夹杂物、碳化物不均匀等。

1.本质晶粒度试样的热处理（1）渗碳法——用于低碳钢。

（2）网状铁素体法——用于中碳钢。

（3）网状屈氏体法——用于共析钢。

（4）网状渗碳体法——用于过共析钢。

（5）氧化法——1°木炭氧化法将抛光试样用木炭覆盖，加热至930℃，保温3h后再将木炭抖掉，在炉膛中氧化5min后水淬。