钢铁材料的力学性能

钢铁材料的力学性能

  • 2014年08月26日 10:13
  • 来源：中国铁合金网

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[导读]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

 

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
cm 3		     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（cm 3）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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