孫海峰

【摘要】金屬材料在機(jī)械加工領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，由于它具有優(yōu)良的使用性能和工藝性能，其中使用性能主要包括物理性能、化學(xué)性能、力學(xué)性能，本論文主要針對(duì)金屬材料的力學(xué)性能及性能指標(biāo)做些簡(jiǎn)單闡述。

【關(guān)鍵詞】金屬材料；力學(xué)；性能

在機(jī)械加工領(lǐng)域，常研究的金屬材料的力學(xué)性能主要包括以下幾個(gè)方面：材料強(qiáng)度與塑性、材料硬度、沖擊韌性與疲勞強(qiáng)度。通過對(duì)金屬材料力學(xué)性能的研究，在滿足零部件加工性能的同時(shí)，更好更合理的選材。

一、強(qiáng)度與強(qiáng)度指標(biāo)

金屬材料在機(jī)械加工時(shí)，承受靜載荷的作用，其抵抗塑性變形或斷裂的能力稱之為強(qiáng)度。載荷就是金屬材料在使用及加工過程中所承受的各種外力，其中載荷分為靜載荷、沖擊載荷、交變載荷。顧名思義靜載荷就是力的大小和方向均不發(fā)生變化的載荷，而沖擊載荷就是沖擊力比較大，作用在工件上的時(shí)間比較短、速度比較快，交變載荷與靜載荷相反，力的大小和方向隨時(shí)間發(fā)生周期性的變化。我們所研究的強(qiáng)度指標(biāo)就是在靜載荷作用下研究的。

屈服強(qiáng)度是用來表示金屬材料強(qiáng)度指標(biāo)最有效的形式。當(dāng)金屬材料受力達(dá)到一定程度出現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)，發(fā)生塑性變形并且變形能力不隨力增加而改變，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱之為屈服強(qiáng)度。

在機(jī)械加工領(lǐng)域，常用到的材料一般不允許存在塑性變形，這就決定了屈服強(qiáng)度是我們?cè)O(shè)計(jì)零部件和選材的最主要依據(jù)。

二、塑性與塑性指標(biāo)

金屬材料在機(jī)械加工時(shí)承受載荷作用時(shí)發(fā)生變形，當(dāng)載荷增加一定程度時(shí)發(fā)生斷裂，在斷裂前所承受的最大塑性變形的能力我們稱之為材料塑性。拉伸試驗(yàn)是我們獲得金屬材料的強(qiáng)度和塑性指標(biāo)最有效的試驗(yàn)。首先把被測(cè)材料加工成標(biāo)準(zhǔn)試樣，將試樣安裝在拉伸試驗(yàn)機(jī)上通過緩慢施加拉伸載荷，獲得拉伸載荷與式樣伸長(zhǎng)量的關(guān)系，即拉伸曲線。

三、硬度和硬度試驗(yàn)

金屬材料的硬度就是指金屬材料抵抗局部塑性變形和破壞的能力。金屬材料的力學(xué)性能中最重要的指標(biāo)之一就是硬度。與拉伸試驗(yàn)相比，硬度試驗(yàn)相對(duì)操作比較簡(jiǎn)單，可以直接在零部件表面進(jìn)行試驗(yàn)，比較直觀，應(yīng)用比較廣泛。硬度試驗(yàn)方法種類比較多，最常用的有以下三種試驗(yàn)方法。

1、布氏硬度試驗(yàn)法

（1）布氏硬度試驗(yàn)原理

布氏試驗(yàn)就是先使用硬質(zhì)合金球做壓頭壓入金屬表面，在施加一定的壓力，在規(guī)定時(shí)間后消除試驗(yàn)力，最后測(cè)量壓痕表面直徑，根據(jù)試驗(yàn)壓力，作用時(shí)間，壓痕直徑，帶入公式，通過計(jì)算公式得出其硬度值。通過實(shí)驗(yàn)我們可以得出以下結(jié)論：布氏硬度值與壓痕直徑成正比例關(guān)系。

（2）布氏硬度特點(diǎn)及適用范圍

由于在布氏硬度實(shí)驗(yàn)過程中，所用到的試驗(yàn)力和壓頭直徑都比較大，所以壓痕也比較大，測(cè)量起來比較直觀準(zhǔn)確，故能準(zhǔn)確反映出硬度值。但是也存在一定缺陷，由于壓痕比較大，對(duì)金屬表面的損傷程度也比較大，對(duì)于測(cè)量零部件表面質(zhì)量要求比較高或薄壁零部件不適用布氏硬度試驗(yàn)。

2、洛氏硬度試驗(yàn)法

（1）洛氏硬度實(shí)驗(yàn)原理

洛氏硬度實(shí)驗(yàn)原理與布氏硬度試驗(yàn)相比，不同點(diǎn)在于把硬質(zhì)合金球形壓頭改為金剛石圓錐壓頭，不是通過壓痕直徑來測(cè)量，而是通過壓痕深度來測(cè)量硬度值。對(duì)于不同標(biāo)尺下的硬度值必須轉(zhuǎn)化為同一標(biāo)尺才能進(jìn)行比較。

（2）洛氏硬度特點(diǎn)及適用范圍

由于洛氏硬度試驗(yàn)壓頭采用金剛石錐頭，壓痕較小，對(duì)零部件的損壞程度比較小，適用于測(cè)量一些薄壁及表面質(zhì)量要求比較高的零部件，但存在一定的局限性，測(cè)量的硬度值不夠準(zhǔn)確。

3、維氏硬度試驗(yàn)法

維氏硬度試驗(yàn)壓頭區(qū)別于布氏和洛氏硬度，采用金剛石四棱錐體，維氏硬度試驗(yàn)壓痕比較不明顯，故可以測(cè)量薄壁零部件，但在實(shí)驗(yàn)過程中，對(duì)壓痕對(duì)角線的測(cè)量比較復(fù)雜，增加試驗(yàn)難度。

四、沖擊韌性與疲勞強(qiáng)度

由于金屬材料在實(shí)際使用加工過程中所承受的載荷是多樣的，也可能是多種載荷的疊加，常見的的載荷有靜載荷，動(dòng)載荷和交變載荷，只對(duì)靜載荷研究遠(yuǎn)不夠，對(duì)于沖擊和疲勞載荷的研究意義重大。

1、沖擊韌性

沖擊載荷的研究只要通過沖擊韌性來獲得，沖擊韌性主要通過彎曲試驗(yàn)獲得。沖擊抗力是通過沖擊韌度來衡量，主要由材料的強(qiáng)度和塑性決定。

2、疲勞強(qiáng)度

實(shí)際生產(chǎn)中常會(huì)遇到這種現(xiàn)象，雖然材料承受力遠(yuǎn)低于屈服極限，但較長(zhǎng)時(shí)間工作后也會(huì)發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象就是金屬疲勞。金屬材料出現(xiàn)疲勞破壞時(shí)會(huì)出現(xiàn)以下特征：（1）疲勞斷裂前不出現(xiàn)明顯征兆，突然破壞。（2）引起疲勞破壞的應(yīng)力并不是很大，往往遠(yuǎn)低于材料的屈服強(qiáng)度。（3）疲勞破壞需要經(jīng)過三個(gè)階段：裂紋形成、裂紋擴(kuò)展、整體斷裂。

五、結(jié)論

以上內(nèi)容主要針對(duì)金屬材料的力學(xué)性能及性能指標(biāo)，性能的測(cè)定方法做了一些簡(jiǎn)單闡述，這對(duì)于機(jī)械加工前的選材工作有著重要的意義，選材合理是零部件機(jī)械加工的前提，工藝過程是保證，最終才能得到質(zhì)量合格的產(chǎn)品。