常用力学性能公式和含义

科技   2024-10-31 20:01   广东  

在紧固件制造中,力学性能是衡量产品在外力作用下所表现出的行为特性,是材料选型、产品锻造以及结构安全评估的关键依据。了解并掌握常用力学性能公式及其含义,对于紧固件师傅而言至关重要。这些公式不仅能够帮助我们量化材料的强度、硬度、韧性及弹性等关键指标,还能揭示材料在拉伸、压缩、弯曲、冲击等不同加载条件下的响应机制。接下来,让我们一起来学习常用力学性能公式和含义吧!
Part.01
抗拉强度


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积之比成为抗拉强度


σb = Pb / Fo


式中:

Pb —— 试样拉断前的最大负荷

Fo —— 试样原横截面积


Part.02
抗弯强度


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应力


对圆试样 σbb = 8PL / πd³

对矩形试样 σbb = 3PL / 2bh²


式中:

P —— 试样所受最大集中载荷

L —— 两支承点间的跨距

d —— 圆试样截面之外径

b —— 矩形截面试样之宽度

h —— 矩形截面试样之高度


Part.03
抗压强度


材料在压力作用下不发生碎、裂所能承受的最大正应力


σbc = Pbc / Fo


式中:

P —— 试样所受最大集中载荷

L —— 两支承点间的跨距

d —— 圆试样截面之外径

b —— 矩形截面试样之宽度

h —— 矩形截面试样之高度


Part.04
屈服点


金属试样在拉伸过程中,负荷不再增加,而试样扔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


Part.05
屈服强度


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


Part.06
弹性极限


金属能保持弹性变形的最大应力


Part.07
比例极限


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


σp = Pp / Fo


式中:

Pp —— 规定比例极限负荷

Fo —— 试样原横截面积


Part.08
断面收缩率


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


Part.09
伸长率


金属材料在拉伸时,试样拉断后,其标距部分所增加的长度与原标距长度的百分比。δ5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


Part.010
泊松比


对于各向同性的材料,泊松比表示:试样在单向拉伸时,横向相对收缩量与轴向相对伸长量之比


μ = E / 2G - 1


式中:

E —— 弹性模量

G —— 切变模量 


Part.011
冲击值


金属材料对冲击负荷的抵抗能力称为韧性,通常用冲击值来度量。用一定尺寸和形状的试样,在规定类型的试验机上受一次冲击负荷折断时,试样刻槽处单位面积上所消耗的功


ak = Ak / F


式中:

Ak —— 冲击试样所消耗的冲击功

F —— 试样缺口处的横截面积


Part.012
抗剪强度


试样剪断前,所承受的最大负荷下的受剪截面具有的平均剪应力


双剪:σr = P / 2Fo

单剪:σr = P / Fo


式中:

P —— 剪切时的最大负荷

Fo —— 受剪部位的原横截面积


Part.013
持久强度


指金属材料在给定温度下,经过规定时间发生断裂时,所承受的应力值


Part.014
蠕变极限


金属材料在给定温度下和在规定的试验时间内,使试样产生一定蠕变变形量的应力值


Part.015
疲劳极限


材料试样在对称弯曲应力作用下,经受一定的应力循环数N而扔不发生断裂时所能承受的最大应力。对钢来说,如应力循环数N达106~107次扔不发生疲劳断裂时,则可认为随循环次数的增加,将不再发生疲劳断裂。因此常采用N=(0.5~1)×107为基数,确定钢的疲劳极限


Part.016
松弛


由于蠕变,金属材料在总变形量不变的条件下,其所受的应力随时间的延长而逐渐降低的现象称为应力松弛,简称松弛


Part.017
弹性模量


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叫弹性。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例关系时,这个比列系数就成为弹性模量,也叫正弹性模数


Part.018
剪切模量


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例关系时,这个比例系数就称为剪切弹性模量


Part.019
硬度


硬度是指材料抵抗外物压入其表面的能力。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


Part.020
布氏硬度


用钢球(淬硬的)压入试样表面,并在规定载荷作用下保持一定时间,以其压痕面积除以载荷所得的商表示材料的布氏硬度。它只适用于测量硬度小于HB450的退火、正火、调质状态下的钢、铸铁及有色金属的硬度


Part.021
洛氏硬度


利用金刚石圆锥或淬硬钢球,在一定压力下压入试件表面,然后根据压痕深度表示材料的硬度。分HRA,HRB,HRC三种;

HRC系用圆锥角位120°的金刚石压头加1470N(150kg)的载荷进行试验所得到的硬度值,适用于测量调质钢、淬火钢等较硬的金属;


HRB系用直径为1.59mm的淬硬钢球加980N(100kgf)的载荷进行试验所得的硬度值,适用于测量有色金属、退火和正火钢等较软的金属;


HRA系用顶角为120°的金刚石圆锥加588N(60kg)的载荷进行试验得到的硬度值,适用于测量表面淬火层、渗碳层或硬质合金材料;


Part.022
表面洛氏硬度


试验原理同HR洛氏硬度。不同的是试验载荷较轻。HRN的压头是顶角为120°金刚石圆锥体。载荷分为15kgf,30kgf,45kgf,标注为:HRN15,HRN30,HRN45。HRN的压头是直径为1.5875mm的淬硬钢球,载荷分别为15kgf,30kgf,45kgf。标注为:HRN15,HRN30,HRN45。表面洛氏硬度只适用于钢材表面渗碳、渗氮等处理的表面层硬度,以及较薄、较小试件的硬度的测定


Part.023
维氏硬度


用夹角α为136°的金刚石四棱椎压头,压入试件,以单位压痕面积上所受载荷表示材料的硬度,维氏硬度的压痕线,广泛用来测定金属薄镀层或化学热处理后的表面层硬度,以及小型、薄型工件的硬度


Part.024
显微硬度


其原理与维氏硬度一样,只是用小的负荷【小于9.8N(1kg)的力】,仪器上装有金相显微镜。用于测量金属和合金的显微组织和极薄表面层的硬度值


Part.025
肖氏硬度


利用压头(撞针)在一定高度落于被测试样的表面,以其撞针回跳的高度表示材料的硬度。适用于不易搬动的大型机件如大的钢结构、轧辊等


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