钢铁材料的力学性能.docx

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钢铁材料的力学性能

序号

名称

量的符号

单位符号

含义

一

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

σb

MPa

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：

Pb

σb＝——

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

σbb

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

　　　　　　　　8PL

对圆试样：

σbb＝——

　　　　　　　　πd3

　　　　　　　　8PL

对矩形试样：

σbb＝——

　　　　　　　　2bh2

式中P——试样所承受最大集中载荷（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——矩形截面试样之宽度（mm）

3

抗压强度

σbc

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

　　　　　　　　　Pbc

　　　　　　σbc＝——

　　　　　　　　　Fo

式中Pbc——试样所受最大集中载荷（N）

　　Fo——试样原横截面积（mm²）

4

抗剪强度

r、σr

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应力：

　　　　　P

双剪:

σr＝——；

　　　　　2Fo

　　　　P

单剪:

σr＝——；

　　　　　Fo

式中P——剪切时的最大负荷（N）

　　Fo——受剪部位的横截面积（mm²）

5

抗扭强度

τb

MPa

指外力是扭转力的强度极限

　　　3Mb

　τb≈——（适用于钢材）

　　　4Wp

　　　Mb

　τb≈——（适用于铸铁）

　　　Wp

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

σs

MPa

金属度样在拉伸过程中，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：

　　Ps

　σs=——

　　　Fo

式中Ps——屈服载荷（N）

　　Fo——试样原横截面积（mm²）

7

屈服强度

σ0.2

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0.2%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：

　　　P0.2

　σ0.2=——

　　　　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

σ0.2/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105h后的断裂强度。

9

蠕变强度

　温度

σ——

　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，使试样生产一定蠕变变形量的应力称为蠕变强度，例如：

　500

σ——=100MPa，

　1/100000

表示材料在500℃温度下，105h后应变量为1%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。

二

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。

1

弹性模量

E

GPa

在弹性范围内，金属拉伸试验时，外力和变形成比例增长，即应力与应变成正比关系时，这个比例系数就称为弹性模量，也叫正弹性模数。

2

切变模量

G

GPa

金属在弹性范围内，当进行扭转试验时，外力和变形成比例地增长，即应力与应变成正比关系时，这个比例系数就称为弹性模量，也叫正弹性模量。

3

弹性极限

σe

MPa

金属能保持弹性变形的最大应力，称为弹性极限。

4

比例极限

σp

MPa

在弹性变形阶段，金属材料所承受的和应变能保持正比的最大应力，称为比例极限：

　　　Pp

　σ0.2=——

　　　　Fo

式中Pp——规定比例极限负荷（N）

　　Fo——试样原横截面积（mm²）

三

塑性

所谓塑性是指金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致破裂的能力。

1

伸长率

δ

%

金属材料在拉伸时，试样拉断后，其标距分部所增加的长度与原标距长度的百分比。

δs是标距为5倍直径时的伸长率，δ10是标距为10倍直径时的伸长率。

2

断面收缩率

ψ

%

金属试样拉断后，其缩颈处横截面积的最大缩减量与原横截面积的百分比。

3

泊松比

μ

/

对于各向同性的材料，泊松比表示：

试样在单相拉伸时，横向相对收缩量与轴向相对伸长量之比：

　　E

　μ=—-1

　　2G

式中E——弹性模量（GPa）

　　G——切变模量（GPa）

四

韧性

所谓韧性是指金属材料在冲击力（动力载荷）的作用下而不破坏的能力。

1

冲击韧度

αKU或αKV

J/cm2

冲击韧度是评定金属材料于动载荷下受冲击抗力的力学性能指标，通常都是以大能量的一次冲击值（αKU或αKV）作为标准的，它是采用一定尺寸和形状的标准试样，在摆锤式一次冲击试验机上来进行试验。

试验结果，以冲断试样上所消耗的功（AKU或AKV）与断面处横截面积（F）之比值大小来衡量。

2

冲击吸收功

AKU或AKV

J

由于αK值的大小，不仅取决于材料本身，同时还随试样尺寸、形状的改变及试验温度的不同而变化，因而αK值只是一个相对指标。

目前国际上许多国家直接采用冲击吸收功AK作为冲击韧度的指标。

　　　　AKU

　αKU=——；

　　　　F

　　　　AKU

　αKV=——；

　　　　F

式中αKU——夏比U形缺口试样冲击值（J/cm2）

　　αKV——夏比V形缺口试样冲击值（J/cm2）

　　AKU——夏比U形缺口试样冲断时所消耗的功（J）

　　AKV——夏比V形缺口试样冲断时所消耗的功（J）

　　F——试样缺口处的横截面积（cm²）

五

疲劳

金属材料在极限强度以下，长期承受交变负荷（即大小、方向反复变化的载荷）的作用，在不发生显著塑性变形的情况下而突然断裂的现象，称为疲劳。

1

疲劳极限

σ-1

MPa

金属材料在重复或交变应力作用下，经过周次（N）的应力循环仍不发生断裂时所能承受的最大应力称为疲劳极限。

2

疲劳强度

σN

MPa

金属材料在重复或交变应力作用下，经过周次（N）后断裂时所能承受的最大应力，叫作疲劳强度。

此时，N称为材料的疲劳寿命。

某些金属材料在重复或交变应力作用下，没有明显的疲劳极限，常用疲劳强度表示。

六

硬度

硬度就是指金属抵抗更硬物体压入其表面的能力。

硬度不是一个单纯的物理量，而是反映弹性、强度、塑性等的一个综合性能指标。

1

布氏硬度

HBS

/

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，经规定的保持时间后，卸除试验力，测表面压痕直径计算的硬度值。

使用钢球测定硬度小于等于450HBS；使用硬质合金球测定硬度大于450HBW

2

洛氏硬度

HRA

HRB

HRC

HRD

HRE

HRF

HRG

HRH

HRK

/

用金刚石圆锥或钢球压头以初始试验力和总试验力作用下，压入试样表面，经规定的保持时间后，卸除主试验力，测残余压痕深度增量计算的硬度值。

洛氏硬度试验分A、B、C、D、E、F、G、H、K标尺。

3

维氏硬度

HV

/

用金刚石正四棱体压头以49.03-980.7N的试验力压力试样表面，经规定的保持时间后，卸除试验力，测压痕对角线长度的计算的硬度值。

4

肖氏硬度

HSC

HSD

/

用金刚石或钢球冲头一定高度落到试样表面，测冲头回跳高度计算硬度值。

用目测型硬度计的硬度符号为HSC，指示型硬度计的硬度符号为HSD。

七

减摩、耐磨性

1

摩擦因数

μ

/

相互接触的物体，当作相对移动时就会引起摩擦，引起摩擦的阻力称为摩擦力。

根据摩擦定律，通常把摩擦力（F）与施加在摩擦部位的垂直载荷（N）的比值，称为摩擦因数。

　　F

　μ=—

　　N

式中：

F——摩擦力（N）

　　　N—施加在摩擦部件上的垂直载荷（N）

2

磨耗量

W

V

g

cm3

试样在规定试验条件下经过一定时间或一定距离摩擦之后，以试样被磨去的重量（g）或体积（cm3）之量，称为磨耗量（或磨损量），以磨去体积表示者称为体积磨耗V。

3

相对耐磨系数

ε

/

在模拟耐磨试验机上，采用65Mn（52-53HRC）作为标准试样，在相同条件下，标准试样磨耗量与被测定材料的绝对磨耗量之比，称为被测材料的相对耐磨系数。

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