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物理力学性能的研究与分析

时间:2023-06-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:拉伸前的标距称为原始标距,用L0表示。表示此应力的符号用脚注说明,例如σp0.2表示规定非比例伸长率为0.2%时的应力。如力发生下降,还应区分上、下屈服点。它是弹性、塑性、塑性变形强化率、强度和韧性等一系列不同物理量的综合性能指标。对于有色金属,往往需经108周次或更多次的应力循环后,才能确定其疲劳极限。蠕变 在一定温度和一定应力作用下,随着时间的持续,金属产生不能恢复的变形,称为蠕变。

物理力学性能的研究与分析

(1)密度d 1cm3体积金属所具有的质量称为金属的密度,单位为g/cm3

(2)熔点 金属及合金由固态变为液态时的熔化温度称为熔点,单位为℃。

(3)热膨胀系数α 它是描述金属及合金热胀冷缩的参数。

通常广泛应用的是线膨胀系数α,是指温度变化1℃时,其长度的增减量与0℃时长度的比值,单位为℃-1。当温度区间不大时,可表示为

Lt=L0(1+αt) (9-1-11)

(4)热导率λ 厚1cm的物体两面的温度相差1℃时,每秒经1cm2表面所通过的热量即热导率λ,单位为W/(m·K)。纯金属的λ大多随温度的升高而减小,而合金的λ随温度的升高而加大。

(5)塑性 金属在外力作用下,破断前的永久变形能力叫作塑性。

(6)试样标距L 进行金属材料拉伸试验时,用以测量试样伸长的两标记间的长度称为拉伸试样的标距。拉伸前的标距称为原始标距,用L0表示。试样拉断后将断裂部分在断裂处对接在一起,使其轴线位于同一直线时的标距称为试样拉断后的标距,用L1表示。

(7)应力σ 金属材料在拉伸试验时,拉伸力除以试样原始截面积的商称为应力,单位为N/mm2

(8)规定非比例伸长应力σp 金属材料在拉伸试验过程中,试样标距部分的非比例伸长达到规定的原始标距百分比时的应力称为规定非比例伸长应力,用σp表示。表示此应力的符号用脚注说明,例如σp0.2表示规定非比例伸长率为0.2%时的应力。

(9)规定总伸长应力σt 金属材料在拉伸试验过程中,试样标距部分的总长,即弹性伸长加塑性伸长,达到规定的原始标距百分比时的应力,称为规定总伸长应力,用σt表示。表示此应力的符号用脚注说明,例如σt0.5表示规定总伸长率为0.5%时的应力。

(10)规定残余伸长应力σr 金属材料在拉伸试验过程中,试样卸除拉伸力后,其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力称为规定残余伸长应力,用σr表示。表示此应力的符号用脚注说明,例如σr0.2表示规定残余伸长率为0.2%时的应力。

(11)屈服点σs 金属材料承受载荷,当载荷不再增加或缓慢增加时,仍然发生明显塑性变形,这种现象称为“屈服”。呈现屈服现象的金属材料,在拉伸试验过程中,试样在拉伸力不增加(保持恒定)仍继续伸长时的应力称屈服点,用σs表示。如力发生下降,还应区分上、下屈服点。上、下屈服点分别用σsuσsl表示。有些金属屈服点不明显,工程上常规定以产生残余塑性变形量为0.2%时的应力作为屈服点。

(12)抗拉强度σb 金属材料在拉伸试验过程中,试样最大拉力所对应的应力称为抗拉强度,用σb表示,单位为N/mm2,有

式中 Fb——最大拉力;

S0——试样原始横截面积。

(13)断面收缩率ψ 金属材料在拉伸试验时,试样拉断后,缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率,用ψ(%)表示,即

式中 Fb——最大拉力;

S0——试样原始横截面积。

(13)断面收缩率ψ 金属材料在拉伸试验时,试样拉断后,缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率,用ψ(%)表示,即

式中 S0——试样原始横截面积;

S1——试样拉断后缩颈处的最小横截面积。

(14)断裂伸长率δ 金属材料在拉伸试验时,试样拉断后,标距的伸长与原始标距的百分比,称为断裂伸长率,用δ表示。在电线电缆线材拉伸试验时,常简称为伸长率,并采用定标距试样(即L0,通常取200mm或250mm),此时,伸长率应附以标距数值的脚注,例如δ200δ250(%)来区分表示,计算公式为

式中 S0——试样原始横截面积;

S1——试样拉断后缩颈处的最小横截面积。

(14)断裂伸长率δ 金属材料在拉伸试验时,试样拉断后,标距的伸长与原始标距的百分比,称为断裂伸长率,用δ表示。在电线电缆线材拉伸试验时,常简称为伸长率,并采用定标距试样(即L0,通常取200mm或250mm),此时,伸长率应附以标距数值的脚注,例如δ200δ250(%)来区分表示,计算公式为

式中 L0——试样原始标距;(www.xing528.com)

L1——试样拉断后的标距。

(15)疲劳极限 金属长期经受极多次反复负荷作用而不断裂时所承受的最大应力,称为疲劳极限。对于低、中碳钢,通常在经受107周次应力变动而不断裂的最大应力值,即作为该材料的疲劳极限。对于有色金属,往往需经108周次或更多次的应力循环后,才能确定其疲劳极限。

(16)蠕变 在一定温度和一定应力(弹性范围内)作用下,随着时间的持续,金属产生不能恢复的变形,称为蠕变。一般的蠕变曲线,即蠕变伸长量与持续时间的关系,呈抛物线,即伸长随时间越来越慢,最后趋向一定值。温度越高,施加应力越大,则蠕变速率越快。

(17)硬度 金属材料软硬的程度,用硬度表示。硬度值的大小,不仅取决于金属的成分和组织结构,而且还取决于测量的方法和条件。它是弹性、塑性、塑性变形强化率、强度和韧性等一系列不同物理量的综合性能指标。

硬度试验方法,应用最多的是采用压入硬度试验方法,即布氏法、洛氏法和维氏法,其实质是标志金属局部表面抵抗外物压入时所产生塑性变形的能力。

采用不同试验方法获得的硬度值之间,没有一个较精确的换算关系,只能利用长期的实践摸索,获得一些近似经验换算公式。

1)布氏硬度HBW。布氏硬度是用一定直径的钢球,以规定负荷压入试样表面,经规定的保荷时间后卸除负荷,然后测量试样表面的压痕直径,据此计算压痕的球形表面积。单位面积上所承受的力,称为布氏硬度值,以HBW表示,计算公式为

式中 L0——试样原始标距;

L1——试样拉断后的标距。

(15)疲劳极限 金属长期经受极多次反复负荷作用而不断裂时所承受的最大应力,称为疲劳极限。对于低、中碳钢,通常在经受107周次应力变动而不断裂的最大应力值,即作为该材料的疲劳极限。对于有色金属,往往需经108周次或更多次的应力循环后,才能确定其疲劳极限。

(16)蠕变 在一定温度和一定应力(弹性范围内)作用下,随着时间的持续,金属产生不能恢复的变形,称为蠕变。一般的蠕变曲线,即蠕变伸长量与持续时间的关系,呈抛物线,即伸长随时间越来越慢,最后趋向一定值。温度越高,施加应力越大,则蠕变速率越快。

(17)硬度 金属材料软硬的程度,用硬度表示。硬度值的大小,不仅取决于金属的成分和组织结构,而且还取决于测量的方法和条件。它是弹性、塑性、塑性变形强化率、强度和韧性等一系列不同物理量的综合性能指标。

硬度试验方法,应用最多的是采用压入硬度试验方法,即布氏法、洛氏法和维氏法,其实质是标志金属局部表面抵抗外物压入时所产生塑性变形的能力。

采用不同试验方法获得的硬度值之间,没有一个较精确的换算关系,只能利用长期的实践摸索,获得一些近似经验换算公式。

1)布氏硬度HBW。布氏硬度是用一定直径的钢球,以规定负荷压入试样表面,经规定的保荷时间后卸除负荷,然后测量试样表面的压痕直径,据此计算压痕的球形表面积。单位面积上所承受的力,称为布氏硬度值,以HBW表示,计算公式为

式中 p——施加的负荷;

D——钢球压头直径;

d——压痕直径。

2)洛氏硬度HR。洛氏硬度试验和布氏硬度试验同属于静压入试验。洛氏硬度试验用金刚石圆锥体或钢球作压头,在初负荷p0及总负荷pp=初负荷p0+主负荷p1)的先后作用下,将压头压入试件。洛氏硬度值是以在卸除主负荷而保留初负荷时,压入试件的深度与在初负荷作用下的压入深度之差来计算。差数越大,表示试样越软,反之则试样越硬。洛氏硬度试验采用不同的压头及总负荷,以适应各种硬度测量范围和软硬不同的材料,将洛氏硬度分成若干标尺,在符号HR之后加以注明,其常用标尺有A、B、C,其符号为HRA、HRB、HRC。

3)维氏硬度HV。维氏硬度试验也属静力压入试验,它采用对面夹角为136°的正四棱锥金刚石压头,其特点是硬度值与负荷选择无关、压痕轮廓清晰、压痕对角线测量精度高、试验范围比布氏硬度试验广、测量压痕对角线较测量压痕深度的误差小。所以,维氏硬度适用于软金属、硬金属及硬质合金,特别适用于试验面很小、硬度值极高的金属材料。

式中 p——施加的负荷;

D——钢球压头直径;

d——压痕直径。

2)洛氏硬度HR。洛氏硬度试验和布氏硬度试验同属于静压入试验。洛氏硬度试验用金刚石圆锥体或钢球作压头,在初负荷p0及总负荷pp=初负荷p0+主负荷p1)的先后作用下,将压头压入试件。洛氏硬度值是以在卸除主负荷而保留初负荷时,压入试件的深度与在初负荷作用下的压入深度之差来计算。差数越大,表示试样越软,反之则试样越硬。洛氏硬度试验采用不同的压头及总负荷,以适应各种硬度测量范围和软硬不同的材料,将洛氏硬度分成若干标尺,在符号HR之后加以注明,其常用标尺有A、B、C,其符号为HRA、HRB、HRC。

3)维氏硬度HV。维氏硬度试验也属静力压入试验,它采用对面夹角为136°的正四棱锥金刚石压头,其特点是硬度值与负荷选择无关、压痕轮廓清晰、压痕对角线测量精度高、试验范围比布氏硬度试验广、测量压痕对角线较测量压痕深度的误差小。所以,维氏硬度适用于软金属、硬金属及硬质合金,特别适用于试验面很小、硬度值极高的金属材料。

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