拉伸曲线的类型
不同类型曲线上的上屈服强度和下 屈服强度（ReH和ReL）
塑性
• 是指在外力作用下，能引起金属永久变形而不发 生破断，在外力取消后仍能保持变形后的形状的 能力。 • 材料的塑性值也可以通过拉伸试验，在测得金属 材料强度的同时确定出来。通常塑性的高低用伸 长率（A、δ）和断面收缩率（Z、ψ）来衡量，其 单位为%。 • 伸长率表示拉断后试样的伸长量与原来标距长度 相比的百分数。 • 截面收缩率表示拉断后试样在断裂处的收缩面积 与原来横截面积相比的百分数。
压缩、弯曲、剪切试验
• 压缩试验与拉伸试验相似，只是受力方向相反。通常只用 于生铁、水泥等较脆的材料。抗压强度的符号是σbc ，单 位也是MPa（N/mm2）。 • 弯曲试验主要用于测定材料在弯曲力矩作用下的强度和塑 性，通常有两种加载方法：三点加载和四点加载，弯曲试 验的对象主要是对塑性变形很小或较脆的材料，在拉伸时 不易进行塑性变形测量的材料，如铸铁、硬质合金、工具 钢等，测量指标是抗弯强度和挠度。弯曲强度的符号是 σbb ，单位也是MPa（N/mm2），挠度符号是f，单位mm。 对于塑性很好的材料，弯曲试验没有什么意义，只在评定 材料工艺性能时进行冷弯试验，以观察其在弯曲到规定角 度时有无裂缝或断裂，借此评定材料的工艺质量，不进行 应力计算。试验方法是GB/T232《金属材料 弯曲试验方 法》。 • 剪切试验的对象是铆钉、销子等，其试验材料为塑性很好 的金属。剪切试验的目的是测出材料的最大错动力和相应 的应力，即剪切强度。
维氏硬度
• 表示方法：如，225HV1/20表示用1kgf（9.807N）试验力 保持20秒，测定的维氏硬度值为225。 • 对试样要求：试验面的制备要求较高，一般要求粗糙度不 大于0.2μm，但对于小负荷和显微维氏硬度试验，则要求 在0.1μm以下；而且试验面的加工也必须确保使表面产生 形变硬化。 • 优点：试验力可任意选择，可测厚薄不同的试样的厚度， 是测量最精确的一种试验方法。 • 缺点：试样制备与压痕测量较费时间，工作效率较低，只 适用于在试验室中进行，不适用大批量生产中的常规检验， 压痕较小，代表性差，受成分偏析和组织不均匀等缺陷影 响较大，因此所测硬度值的重复性差，分散度大。 • 虽然试验力可任意选择，硬度值可任意比较，但因压痕大 小不同，测量误差也不同，因此，在进行硬度值比较时， 应尽可能选择与原先测试那些试样硬度时相同的试验力。
拉伸试验过程简介
• 拉伸试验的全部过程是：把试样夹持在拉伸试验 机上，把拉伸载荷逐渐缓慢地施加在试样上，观 察测定出由于载荷而引起的长度变化，直到试样 拉断为止。 • 拉伸载荷与试样伸长量的对应关系可用下图表示 出来，图中纵坐标表示试验力F，单位为N；横坐 标表示伸长量，单位为mm。这个图叫拉伸图， 这条拉伸曲线也叫外力—伸长曲线，可在试验机 的记录装置上自动绘制出来。
布氏硬度
• 表示方法如下：120HBW10/1000/30,表示用直径为10mm 的硬质合金球压头在1000kgf（9.807kN）试验力的作用 下，保持30秒测得布氏硬度值为120。 • 当压头直径为10mm，试验力为3000kgf，保持10秒进行 测试时，可以省略试验条件，只在硬度符号前标出硬度值 即可，如230HBW。 • 对试样的要求：试验面应光滑、无氧化皮及外来污物，粗 糙度一般不大于1.6μm；支撑面应平整、平行，有足够的 厚度；试验面不得因受热、加工硬化而影响原来的硬度。 • 硬度值的比较：一般较硬的材料选较大的F/D2值进行试验， 只有当F/D2值相同时，才可进行比较。 • 优点：由于压痕较大，所测得的硬度值代表性和重复性较 好。 • 缺点：效率较低，因压痕较大，不宜在产品表面进行试验。 • 适用范围：适合于测定组织粗大且不均匀的的金属材料的 硬度，如铸铁、铸钢、有色金属及其合金以及各种退火、 正火或调质处理后的钢材。
பைடு நூலகம்
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里氏硬度
• 与肖氏硬度相似，也是一种动载荷试验法。其原理是：用规定质量的冲 击体在弹力的作用下以一定速度冲击试样表面，用冲头距离试样表面 1mm处的回弹速度与冲击速度的比值计算硬度值。 • 表示方法，例： 600HLD表示用D型里氏冲击装置测定的里氏硬度值为600。 对于用里氏硬度换算的其它硬度，应在里氏硬度符号之前附以相应的硬 度符号，例如：400HVHLG表示用G型冲击装置测定的里氏硬度值换算的 维氏硬度值为400。 • 试样要求： 试样必须有足够的质量和刚性以保证在冲击过程中不产生位移和弹动； 试样质量和粗糙度的要求高于肖氏硬度，粗糙度应不低于1.6（D、DC型） 或6.3（G型）。 试样表面不应有氧化皮和外力污物，尤其不应有油脂；试样不应带有磁 性。 • 试验时，冲击装置尽可能垂直向下，对于其它方向所测定的硬度值，应 按规定进行修正。 • 优缺点和应用范围与肖氏硬度相同。
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》
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。
取样试验有如下几种情况
• 从材料（板材、型材、棒材、管材、线材）直接 取样的试验，即从钢材上直接取样做拉伸、弯曲、 冲击等试验。 • 从产品的重要部位（最薄弱、最危险的部位）截 取试样进行试验，这种试验和实验与应力分析相 配合，可进一步校核设计计算的正确性，也可检 验产品热处理和加工等效果是否符合预期要求。 • 对于铸件，根据技术条件要求，可以直接浇注成 试样或单铸试棒进行试验，也可以浇注成连体试 块、附铸试块等进行试验，还可以在本体上取样 进行试验。 • 对实物零件直接进行试验，如螺丝、螺栓、圆环 或链条的拉伸试验等。
洛氏硬度
• 表示方法：如，50HRC表示用洛氏硬度C标尺测 定的洛氏硬度值为50；90HRBW表示用球形硬质 合金压头B标尺测得的洛氏硬度值为90。 • 对试样要求：与布氏硬度相近，但支撑面的平整 要求更高。 • 优点：操作简便迅速，硬度值可直接读出，压痕 较小，可在工件表面进行试验，广泛应用于半成 品或成品的质量检验。 • 缺点：测量误差大，不够精确，压痕较小，代表 性差，重复性差，分散度大，不同标尺之间的硬 度值没有联系，不能进行比较。
拉伸试验几个主要测试指标的符号
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冲击韧性
• 所谓冲击韧性，就是在冲击力量的作用下，金属抵制变形和断裂的能 力。也是金属材料力学性能的一个重要特性，金属材料的韧性是通过 冲击试验来测定的。 • 冲击试验的简要过程是：将规定几何形状和尺寸的缺口试样，置于冲 击试验机的两支座之间，试样的缺口背向打击面放置，摆锤自一定的 高度自由落下，一次把试样打断，测定摆锤打断试样所消耗的能量也 就是试样的冲击吸收能量（冲击功、冲击吸收功），其单位为焦耳J。 更早期的标准中是以冲击韧性值来表示的，是将冲击功除以试样缺口 底部原横截面积，符号是ak，单位是J/cm2 。 • 冲击试验的国家标准是GB/T229《金属材料 夏比摆锤冲击试验方法》 • 冲击试样的缺口有——V型，深度2mm，表示符号为KV2或KV8； • U型，深度2mm，表示符号为KU2(2mm）或 • KU8(2mm） • U型，深度3mm，表示符号为KU2(3mm）或 • KU8(3mm）或DVM或KU(DVM)等 • 旧版标准的表示符号是：Akv、Aku2、 Aku3，等。
疲劳
• 金属材料在周期性的交变载荷作用下，经过一段时 间产生破坏的现象，称为金属的疲劳。疲劳最容易 发生在旋转或往复运动时受载的机械零件和部件， 如轴、弹簧、活塞杆、连杆、轧辊等。这些工件在 工作时，截面上所受的力随时发生或大或小、时拉 时压的周期性变化，尽管所受的力还远低于材料的 抗拉强度，甚至屈服强度，也会因疲劳而引起断裂。 • 疲劳的型式很多，有弯曲疲劳、旋转弯曲疲劳、扭 转疲劳、轴向载荷疲劳、接触疲劳、腐蚀疲劳等， 所以相对应的试验方法也很多。疲劳强度用符号σ1表示。
硬度与强度的换算
• 金属的硬度与静强度等其它力学性能指标之间没有严格的 对应关系，但可根据大量试验数据进行粗略的换算，换算 数据也在有关的国家标准或行业标准中进行了“规定”， 但并不赞成使用这种换算。 • 硬度与强度、硬度与硬度换算的标准有： GB/T1172《黑色金属及强度换算值》 GB/T 3771《铜合金硬度与强度换算值》 GB/T 13313《轧辊肖氏、里氏硬度试验方法》附录A、B GB/T 17394《金属里氏硬度试验方法》附录B、C、D GBn