刚度、强度和硬度,你真的懂了吗?

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刚度、强度和硬度都是材料的力学性能(或称机械性能)指标,为了理解三者的意义,我们首先要知道:

  • 弹性变形:当外力去掉后能恢复到原来的形状和尺寸的变形。

  • 塑性变形:当外力去掉后不能恢复到原来的形状和尺寸的变形。

接下来,再来理解刚度、强度和硬度,就比较容易了:

  • 刚度:金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力。

  • 强度:金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。

  • 硬度:金属材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。

其实,三者之间没有必然的联系,不过,硬度是一项综合力学性能指标,一般硬度高的材料,其强度也高。

金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。按外力作用的性质不同,主要有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等,工程常用的是屈服强度和抗拉强度,这两个强度指标可通过拉伸试验测出。

强度

是指零件承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力。也就是说,强度是衡量零件本身承载能力(即抵抗失效能力)的重要指标,是机械零部件首先应满足的基本要求。机械零件的强度一般可以分为静强、疲劳强度(弯曲疲劳和接触疲劳等)、断裂强度、强度、高温和低温强度、在腐蚀条件下的强度和蠕变、胶合强度等项目。强度的试验研究是综合性的研究,主要是通过其应力状态来研究零部件的受力状况,以及预测破坏失效的条件和时机。

硬度:

是材料局部抵抗硬物压入其表面的能力。试验钢铁硬度的最普通方法是用锉刀在工件边缘上锉擦,由其表面所呈现的擦痕深浅以判定其硬度的高低,这种方法称为锉试法,但不太科学。用硬度试验机来试验比较准确,是现代试验硬度常用的方法。常用的硬度测定方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等测试方法。硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要的性能指标,它既可理解为是材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力,也可表述为材料抵抗残余变形和反破坏的能力。硬度不是一个简单的物理概念,而是材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标。硬度试验根据其测试方法的不同可分为静压法(如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等)、划痕法(如莫氏硬度)、回跳法(如肖氏硬度)及显微硬度、高温硬度等多种方法。

刚度:

是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。零件的刚度(或称刚性)常用单位变形所需的力或力矩来表示,刚度的大小取决零件的几何形状和材料种类(即材料的弹性模量)。刚度求对于某些弹性变形量超过一定数值后,会影响机器工作质量的零件为重要,如机床的主轴、导轨、丝杠等。

最后,来一个简单的总结:

  • 延展性的能力叫韧性;

  • 抗拉抗压能力叫强度;

  • 工件的抗变形能力叫刚度;

  • 抗磨损能力叫硬度;

  • 韧度的典型指标是延伸率A(%);

  • 强度的典型指标是屈服强度Rp0.2(MPa)和抗拉强度Rm(MPa);

  • 刚度的典型指标是弹性模量E(MPa);

  • 硬度的典型指标是洛氏硬度HRB。

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首次发布时间:2020-09-12
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