鑄件力學性能試驗

1、鑄件力學性能試驗鑄鋼件生產(chǎn)技術(shù)課程n材料性能材料性能性）高溫。氧化性（熱穩(wěn)定化學性能：耐蝕性、抗密度、熔點等性、導(dǎo)熱性、熱膨脹、物理性能：電學性、磁、塑性、韌性、鋼度等力學性能：強度、硬度切削加工焊接性壓力加工（沖壓性）鑄造性可鍛性使用性能使用性能工藝性能工藝性能力學性能力學性能 機械性能（力學性能）：機械性能（力學性能）： 機械性能是指金屬材料在外力作用下所機械性能是指金屬材料在外力作用下所表現(xiàn)出來的特性。表現(xiàn)出來的特性。n 力學性能力學性能 n金屬材料在一定的溫度條件和受外力作用下，抵抗變形、斷裂的能力稱材料的力學性能又稱為機械性能。n主要有四大指標：n強度指標： 抗拉強度 屈服強度：（疲

2、勞強度、屈強比）強度：材料在外力（載荷）作用下，抵抗變形和斷裂的能力。材強度：材料在外力（載荷）作用下，抵抗變形和斷裂的能力。材料單位面積受載荷稱應(yīng)力。料單位面積受載荷稱應(yīng)力。 屈服點（屈服點（ss）：稱屈服強度，指材料在拉抻過程中，材料所）：稱屈服強度，指材料在拉抻過程中，材料所受應(yīng)力達到某一臨界值時，載荷不再增加變形卻繼續(xù)增加或產(chǎn)受應(yīng)力達到某一臨界值時，載荷不再增加變形卻繼續(xù)增加或產(chǎn)生生0.2%L0.2%L時應(yīng)力值，單位用牛頓時應(yīng)力值，單位用牛頓/ /毫米毫米2 2（N/mmN/mm2 2）表示。表示。 抗拉強度（抗拉強度（bb）也叫強度極限指材料在拉斷前承受最大應(yīng)力）也叫強度極限指材料在

3、拉斷前承受最大應(yīng)力值。單位用牛頓值。單位用牛頓/ /毫米毫米2 2（N/mmN/mm2 2）表示。）表示。 1. 1. 定義定義2. 2. 應(yīng)用應(yīng)用 強度是機械零件（或工程構(gòu)件）在設(shè)計、加工、使用過強度是機械零件（或工程構(gòu)件）在設(shè)計、加工、使用過程中的主要性能指標，特別是選材和設(shè)計的主要依據(jù)。程中的主要性能指標，特別是選材和設(shè)計的主要依據(jù)。（一）強度的概念（一）強度的概念3. 拉伸試樣（拉伸試樣（GB6397-86）長試樣：長試樣：L0=10d0短試樣：短試樣：L0=5d04.拉伸試驗拉伸試驗 在開始的在開始的Oe階段，載荷階段，載荷F與伸長量與伸長量l l為線性關(guān)系，為線性關(guān)系，并且，去除載

4、荷，試樣將恢復(fù)到原始長度。在此階段并且，去除載荷，試樣將恢復(fù)到原始長度。在此階段試樣的變形試樣的變形稱為彈性變形。稱為彈性變形。載荷超過載荷超過Fe之后，試樣之后，試樣除發(fā)生彈性變形外還將發(fā)生塑性變形。除發(fā)生彈性變形外還將發(fā)生塑性變形。 當載荷增大到當載荷增大到Fe之后，拉伸圖上出現(xiàn)了水平線之后，拉伸圖上出現(xiàn)了水平線段，這表示載荷雖未增加，但試樣繼續(xù)發(fā)生塑性變形段，這表示載荷雖未增加，但試樣繼續(xù)發(fā)生塑性變形而伸長，這種現(xiàn)象稱為而伸長，這種現(xiàn)象稱為“屈服屈服”，s點稱為屈服點。點稱為屈服點。當載荷超過當載荷超過Fb以后，試樣上某部分開始變細，出現(xiàn)以后，試樣上某部分開始變細，出現(xiàn)了了縮頸縮頸”，由

5、于其截面縮小，使繼續(xù)變形所需載，由于其截面縮小，使繼續(xù)變形所需載荷下降。載荷到達荷下降。載荷到達Fk時，試樣在縮頸處斷裂。時，試樣在縮頸處斷裂。拉伸試驗拉伸試驗LF0 0脆性材料的拉伸曲線（與低碳鋼試樣相對比）脆性材料的拉伸曲線（與低碳鋼試樣相對比）脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象。脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象。 強度指標強度指標1.1.屈服點屈服點2.2.抗拉強度抗拉強度 在拉伸試驗過程中，載荷不增加，試樣仍能繼續(xù)伸在拉伸試驗過程中，載荷不增加，試樣仍能繼續(xù)伸長時的應(yīng)力，用符號長時的應(yīng)力，用符號s s表示。表示。 材料在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力，用符號材料在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力，

6、用符號b b表表示。示。脆性材料的屈服點：脆性材料的屈服點： 試樣卸除載荷后，其標距部分的殘余伸長率達到試試樣卸除載荷后，其標距部分的殘余伸長率達到試樣標距長度的樣標距長度的0.2%0.2%時的應(yīng)力，用符號時的應(yīng)力，用符號0.20.2表示。表示。FsA0s=1.1.屈服點屈服點 應(yīng)用應(yīng)用：s和和0.2常作為零件選材和設(shè)計的依據(jù)。常作為零件選材和設(shè)計的依據(jù)。脆性材料的屈服點脆性材料的屈服點LF0 0F0.20.2%L0F0.2A00.2=計算公式計算公式 b=FbA02.2.抗拉強度抗拉強度 應(yīng)用：脆性材料制作機械應(yīng)用：脆性材料制作機械零件和工程構(gòu)件時的選材和設(shè)零件和工程構(gòu)件時的選材和設(shè)計的依據(jù)

7、。計的依據(jù)。計算公式計算公式2.衡量指標衡量指標（二）（二） 塑塑 性性金屬材料斷裂前發(fā)生永久變形的能力。金屬材料斷裂前發(fā)生永久變形的能力。斷面收縮率：斷面收縮率：伸長率：伸長率：試樣拉斷后，標距的伸長與原始標距的百分比。試樣拉斷后，標距的伸長與原始標距的百分比。試樣拉斷后，頸縮處的橫截面積的縮減量與試樣拉斷后，頸縮處的橫截面積的縮減量與原始橫截面積的百分比。原始橫截面積的百分比。1. 定義定義伸長率（伸長率（ ）l1-l0l0100%=l1試樣拉斷后的標距試樣拉斷后的標距,mm;l0試樣的原始標距試樣的原始標距,mm。 必須指出，伸長率的數(shù)值與試樣尺寸有關(guān)，因而試驗時應(yīng)對所選必須指出，伸長率

8、的數(shù)值與試樣尺寸有關(guān)，因而試驗時應(yīng)對所選定的試樣尺寸作出規(guī)定，以便進行比較如定的試樣尺寸作出規(guī)定，以便進行比較如l lo o =10do時，用時，用 10或或 表表示；示； l lo o =5do時，用時，用 5表示。表示。金屬材料的塑性也可用斷面收縮率金屬材料的塑性也可用斷面收縮率表示：表示：=A0-A1A0X100% Ao試樣的原始截面積，mm2 ； A1試樣拉斷后，斷口處截面積，mm2 。 和值愈大，材料的塑性愈好。良好的塑性不僅是金屬材料進行軋制、鍛造、沖壓、焊接的必要條件，而且在使用時萬一超載，由于產(chǎn)生塑性變形，能夠避免突然斷裂。斷面收縮率（斷面收縮率（ ）S0-S1S0=100%S

9、0試樣原始橫截面積試樣原始橫截面積,mm2；S1頸縮處的橫截面積頸縮處的橫截面積,mm2 。 金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕的能力，稱為硬度硬度。硬度是衡量金屬軟硬的判據(jù)。硬度硬度直接影響到材料的耐磨性及切削加工性，直接影響到材料的耐磨性及切削加工性，因為機械制造中的刃具、量具、模具及工件的耐磨表面都應(yīng)具有足夠高的硬度，才能保證其使用性能和壽命。若所加工的金屬坯料的硬度過高時，則給切削加工帶來困難。顯然，硬度也是重要的力學性能指標，應(yīng)用十分廣泛。 金屬材料的硬度是在硬度計上測定的。常用的有常用的有布布氏硬度法氏硬度法和和洛氏硬度法洛氏硬度法，有時還采用，有時還采用維氏硬度法維氏硬度

10、法。（三）（三） 硬硬 度度1. 原理原理布氏硬度布氏硬度= F A凹凹=2FDD-（D-d ）布氏硬度布氏硬度布氏硬度的測試原理如下圖所示。以直徑為以直徑為D的淬火鋼球或硬的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球為壓頭，在載荷質(zhì)合金球為壓頭，在載荷F的靜壓力下，將壓頭壓入被的靜壓力下，將壓頭壓入被測材料的表面測材料的表面(圖圖1-3a)；停留若干秒后，卸去載荷停留若干秒后，卸去載荷(圖圖1-3b)。然后，采用帶。然后，采用帶刻度的專用放大鏡測出壓痕刻度的專用放大鏡測出壓痕直徑直徑d，并依據(jù)，并依據(jù)d的數(shù)值從的數(shù)值從專門的硬度表格中查出相應(yīng)專門的硬度表格中查出相應(yīng)的的HB值。值。 布氏硬度計的壓頭直徑有聲布氏硬

11、度計的壓頭直徑有聲 10mm、 5mm、 2.5mm三種，而載荷有三種，而載荷有30 000 N、7 500 N、1 870N等等數(shù)種，供不同材料和不同厚度試樣測試時選用。其中常用的數(shù)種，供不同材料和不同厚度試樣測試時選用。其中常用的壓頭直徑壓頭直徑10 mm，載荷為，載荷為30 000N。 布氏硬度法因壓痕面積較大、其硬度值比較穩(wěn)定，布氏硬度法因壓痕面積較大、其硬度值比較穩(wěn)定，故測試數(shù)據(jù)重復(fù)性好，準確度較洛氏硬度法高。缺故測試數(shù)據(jù)重復(fù)性好，準確度較洛氏硬度法高。缺點是測量費時，且因壓痕較大，不適于成品檢驗。點是測量費時，且因壓痕較大，不適于成品檢驗。由于測試過硬的材料可導(dǎo)致鋼球的變形，因此布

12、氏由于測試過硬的材料可導(dǎo)致鋼球的變形，因此布氏硬度通常用于硬度通常用于HB值小于值小于450的材料，如灰鑄鐵、非的材料，如灰鑄鐵、非鐵合金及較軟的鋼材。必須看到，新型布氏硬度計鐵合金及較軟的鋼材。必須看到，新型布氏硬度計設(shè)計有硬質(zhì)合金球壓頭，從而可用于測試淬火鋼等設(shè)計有硬質(zhì)合金球壓頭，從而可用于測試淬火鋼等較硬金屬的硬度，使布氏硬度法的適用范圍擴大。較硬金屬的硬度，使布氏硬度法的適用范圍擴大。 為了區(qū)別不同壓頭測出的硬度值，將鋼球壓頭測為了區(qū)別不同壓頭測出的硬度值，將鋼球壓頭測出的硬度值標以符號出的硬度值標以符號HBS，而將硬質(zhì)合金球壓頭測，而將硬質(zhì)合金球壓頭測出的硬度值標以出的硬度值標以HB

13、W。洛氏硬度洛氏硬度(HR) 1.原理：原理：洛氏硬度的測試洛氏硬度的測試原理是以頂角為原理是以頂角為120金剛石金剛石圓錐體圓錐體(或或 1.588mm淬火鋼淬火鋼球球)為壓頭，在規(guī)定的載荷下，為壓頭，在規(guī)定的載荷下，垂直地壓入被測金屬表面，卸垂直地壓入被測金屬表面，卸載后依據(jù)壓入深度載后依據(jù)壓入深度h，由刻度盤，由刻度盤上的指針直接指示出上的指針直接指示出HR值值(圖圖1-4)。 為使洛氏硬度計能夠測試從軟到硬各種材料的硬度，其壓為使洛氏硬度計能夠測試從軟到硬各種材料的硬度，其壓頭及載荷可以變更，而刻度盤上也有三個不同的硬度標尺。頭及載荷可以變更，而刻度盤上也有三個不同的硬度標尺。下表列出

14、了各個硬度標尺的壓頭、總載荷及其適用材料。下表列出了各個硬度標尺的壓頭、總載荷及其適用材料。其中，其中，HRC在生產(chǎn)中應(yīng)用最廣。在生產(chǎn)中應(yīng)用最廣。2. 應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍常用洛氏硬度標度的試驗范圍常用洛氏硬度標度的試驗范圍標尺標尺 壓壓 頭頭 總載荷總載荷/N 適用測試教材適用測試教材 有效植有效植HRA 120金剛石圓錐體金剛石圓錐體 600 硬質(zhì)合金、表面淬火鋼硬質(zhì)合金、表面淬火鋼 7085HRB 1.588mm淬火鋼球淬火鋼球 1000 退火鋼、非鐵合金退火鋼、非鐵合金 25 100HRC 120金剛石圓錐體金剛石圓錐體 1500 一般淬火件一般淬火件 20 67 優(yōu)點：操作簡便、迅速，效

15、率優(yōu)點：操作簡便、迅速，效率 高，可直接測量成品件高，可直接測量成品件 及高硬度及高硬度 的材料。的材料。3. 優(yōu)缺點優(yōu)缺點缺點：壓痕小，測量不準確，缺點：壓痕小，測量不準確， 需多次測量。需多次測量。 （四）四）沖擊韌性沖擊韌性金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。沖擊韌性（沖擊韌性（Ak）：材料抵）：材料抵抗沖擊載荷的能力，單位為焦耳抗沖擊載荷的能力，單位為焦耳/厘米厘米2（J/cm2）.3.沖擊試驗原沖擊試驗原 理及方法理及方法1.定義定義2.沖擊試樣沖擊試樣力力學學性能性能- -衝擊韌性衝擊韌性材料在材料在衝擊負衝擊負荷作用下抵抗荷作用下抵抗斷斷裂的一裂的一種種能力能力，用用標準試樣受衝擊器作用所