系部：机械工程学院教师：张玲

系部：机械工程学院教师：张玲 机械制造基础

本章主要内容 第一节强度和塑性第二节硬度第三节冲击韧度第四节疲劳强度

第一节强度与塑性 一、强度：所谓强度，是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。

a) b) 图1.1圆形拉伸试样

△L/mm 力一伸长曲线图1.2 低碳钢力-伸长曲线

应力弹性极限强度指标屈服强度抗拉强度

应力： 强度指标是用应力值来表示的。单位截面积上的内力，称为应力，用符号σ表示。

弹性极限 金属材料能保持弹性变形的最大应力，用σe表示。

屈服强度 使材料产生屈服现象的最小应力，用σs表示 • 抗拉强度试样断裂前能够承受的最大应力，称为抗拉强度，用σb表示。

二、塑性 金属材料的载荷作用下，断裂前材料发生不可逆久变形的能力称为塑性。

1.伸长率 试样拉伸断裂时的绝对伸长量与原始长度值的百分率，用符号δ表示 2.断面收缩率试样拉断后，试样断口处横截面积的缩减量与原始横截面积之比值的百分度，用符号ψ表示。

第二节硬度 一、布氏硬度二、洛氏硬度三、维氏硬度

硬度是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。硬度是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。可用硬度试验机测定，常用的硬度指标有布氏硬度HBW、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和维氏硬度HV。

1.原理 一、布氏硬度 2.标注３.应用

1.原理 P—试验力（N）； d—压痕平均直径（mm）； D—硬质合金球直径（mm）图1.3 布氏硬度原理图

2.标注 当压头为淬火钢球时，用HBS表示，适合于布氏硬度值在450以下的材料；当压头为硬质合金球时，用HBW表示，适合于布氏硬度值为450-650的材料。 3.应用布氏硬度试验常用来测定原材料、半成品和性能不均匀材料（如铸铁）的硬度。

1.原理 二、洛氏硬度 2.常用洛氏硬度标尺及适用范围 3.试验优缺点

1.原理 图2.4 洛氏硬度试验原理

2.常用洛氏硬度标尺及适用范围

3.试验优缺点 • 优点：操作简单迅速，效率高，直接从指示器上读出硬度值；压痕小，故可直接测量成品或较薄工件的硬度；对于HRA和HRC采用金刚石压头，可测量高硬度薄层和深层的材料。

缺点由于压痕小，测得的数值不够准确，通常要在试样不同部位测定四次以上，取其平均值为该材料的硬度值。

1.原理 2.常用试验力及其适用范围三、维氏硬度 3.试验优缺点

1.原理 维氏硬度值用四棱锥压痕单位面积上所承受的平均压力表示，符号HV。

图1-5 维氏硬度试验原理示意图

2.常用试验力及其适用范围 维氏硬度试验所用试验力视其试样大小、薄厚及其他条件，可在49.03—980.7N的范围内选择试验力。维氏硬度试验适用范围宽，尤其适用测定金属镀层、薄片金属及化学热处理的表面层（渗碳层、渗氮层等）硬度，其结果精确可靠。

3.试验优缺点 优点：与布氏、洛氏硬度试验比较，维氏硬度试验不存在试验力与压头直径有一定比例关系的约束；也不存在压头变形问题，压痕轮廓清晰，采用对角线长度计量，精确可靠，硬度值误差较小。

缺点： 其硬度值需要先测量对角线长度，然后经计算或查表确定，故效率不如洛氏硬度试验高。

一、概念 二、冲击试验冲击韧度：三、冲击韧度指标

1.冲击载荷 加载速度很快而作用时间很短的突发性载荷。 2.冲击韧度金属抵抗冲击载荷而不破坏的能力。一、概念

二、冲击试验 1.原理目前常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定金属材料的韧度,其试验原理如图2.6所示。 2.试样试样缺口有U和V两种

图1-6 摆锤式冲击试验示意图

a） b）图1-7 冲击试验原理 a）试样安放位置 b）冲击示意图

三、冲击韧度指标 冲击韧度值分别以αKU和αKV表示。α KV值越大，材料的冲击韧度越好; αKV值越小，材料的冲击韧度越差。

第四节疲劳强度 1、交变载荷一、概念： 2、金属的疲劳 3、疲劳强度二、疲劳曲线与疲劳极限

1.交变载荷 大小和方向随时间作用期性变化的载荷。 2.金属的疲劳在交变载荷作用下经过长时间工作发生的破坏现象。

3.疲劳强度 材料在无数次交变载荷作用下而不破坏的最大应力。在对称弯曲循环载荷作用下的疲劳强度用σ-1表示。

1.交变应力σmax与疲劳寿命N的关系曲线称疲劳曲线或S—N曲线1.交变应力σmax与疲劳寿命N的关系曲线称疲劳曲线或S—N曲线 2.材料经受相当循环周次不发生断裂的最大应力称为疲劳极限，以符号σ-1表示。

 1 2 n -1 N1 N2 Nn Nc N 图1-7 金属的疲劳曲线应力循环周次N

系 部：机械工程学院 教 师：张玲