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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
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:( 钢材网 www.gangcai.com
     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。
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
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)
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
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。
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。
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。( 钢材网 www.gangcai.com
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