第一章 金属的性能解析
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第1章金属材料的性能与结构
1．晶体结构的基本知识
由于晶体原子排列呈周期性，因此， 可以从晶格中选取一个能够完全反应晶 格中原子排列特征的最小的几何单元， 来分析晶体中原子排列的规律性，这个 最小的几何单元称为晶胞 。
1．晶体结构的基本知识
晶格
晶胞
1．晶体结构的基本知识
Z c
α
β a
X a γ
b
Y
图1-9 晶胞的晶格常数和轴间夹角的表示法
（）
MPa
b
s
e
b
s
e
应变（%）
图1-2 单轴拉伸曲线示意图
2、金属的力学性能的指标一般有哪些？ 怎样获得这些指标？ 塑性是指金属材料在外力作用下，发生 永久变形而不破坏的能力。在工程中常用 塑性指标来判断金属材料的可成形性，常 用伸长率和断面收缩率来表征。 伸长率指试样在拉伸过程中，拉断标距长 度的延长值（见图1-1）与原始标距长度的 比值，即：
1.2.1 金属
在固态金属中，吸引力与排斥力的大 小以及它们的结合能量都随原子间距离 的变化而发生改变。这样就存在一个原 子间距，此时原子间相互排斥力与吸引 力相等，原子处于稳定平衡状态，该原 子间距即为平衡距离，这时原子之间的 结合能为最低，系统此时最稳定。
1.2.2 金属的晶体结构
1．晶体结构的基本知识 2. 常见金属的晶体结构 3. 晶面指数和晶向指数
第1章 金属材料的性能与结构
§1.1 金属材料的性能 §1.2金属的晶体结构
§1.3合金的相结构
1.1 金属材料的性能
金属材料是金属元素或以金属元素为 主构成的具有金属特性的材料的统称。 金属材料一般分为：黑色金属和有色 金属，黑色金属有钢、铸铁、铬、锰； 其他的金属，如铝、镁、铜、锌等及其 合金都为有色金属。 金属材料的性能包括：力学性能、物 理化学性能、工艺性能、经济性能等。
第一章2金属材料的性能特点
四、切削加工性能 用切削后的表面粗糙度 和刀具寿命来表示。
切削加工
金属材料具有适当的硬度(170 HBS～230 HBS) 和足够的脆性时切削性良好。 改变钢的化学成分(加少量铅、磷)和进行适当 的热处理(低碳钢正火，高碳钢球化退火)可提高钢 的切削加工性能。 铜有良好的切削加工性能。
五、热处理工艺性能 钢的热处理工艺性能主要考虑其淬透性, 即钢接受淬火的能力。 含Mn、Cr、Ni等合金元素的合金钢淬透 性比较好, 碳钢的淬透性较差。
断后伸长率
A
A
11.3
δ5 δ10
ψ
%
%
断面收缩率
Z
三、硬度 硬度：材料抵抗另一硬物体压入其内的能力。 即材料受压时抵抗局部塑性变形的能力。 1、布氏硬度 一定直径的硬质合金球（或钢球）在一定载 荷作用下压入试样表面。测量压痕直径, 计算硬 度值。 用钢球压头时硬度 用HBS表示 用硬质合金球时硬 度用HBW表示
布氏硬度计
布氏硬度计的使用
2、洛氏硬度 采用金刚石压头(或硬质合金球压头)， 加预载荷F0 ，压入深度h0 。再加主载荷F1 。 卸去主载荷F1，测量其残余压入深度h。 用h与h0之差△h来计算洛氏硬度值。 硬度直接从硬度计表盘上读得。 根据压头的种类和 总载荷的大小洛氏硬度常 用表示方式有: HRA、HRB、HRC
金属材料的强度与其化学成分和工艺有 密切关系。 纯金属的抗拉强度较低； 合金的抗拉强度较高。 纯铜抗拉强度： 60MPa 铜合金抗拉强度：600MPa～700MPa 纯铝抗拉强度： 40MPa 铝合金抗拉强度：400MPa～600MPa
退火状态的三种铁碳合金： 碳质量分数0.2%，抗拉强度为350MPa 碳质量分数0.4%，抗拉强度为500MPa 碳质量分数0.6%，抗拉强度为700MPa
第一章 金属材料的力学性能
度
A、C标尺为100
B标尺为130
机 械 制
造
基
础
§1.2 硬度
第一章 金属材料的力学性能
二、洛氏硬度
标注——用符号HR表示， A标尺HRA B标尺HRB C标尺HRC
如： 42 HRA
机
械
硬度值 A标尺
制
造
基
础
§1.2 硬度
第一章 金属材料的力学性能
三、维氏硬度 测定原理——基本上和布氏硬度相同，只是所用 压头为金刚石正四棱锥体
冲击韧度高
机
•冲击能量高时， --材料的冲击韧度主要取决于材料的塑性，塑性高则
韧度高
械 制
造
基
础
第一章 金属材料的力学性能
第一章 金属材料的力学性能
§1.1 强度和塑性
§1.2 硬度
§1.3 冲击韧度
§1.4 疲劳强度
本章小结
机
械
制
造
基
础
§1.4 疲劳强度
第一章 金属材料的力学性能
疲劳强度
Sl110000%%Sl10lS0 110100%0%
Sl 二者的值越大塑性越好 00
lS0 0
机 械 制
原始原横始截标面距积
试样拉试断样后断的裂标处距截面积
造 基
础
第一章 金属材料的力学性能
第一章 金属材料的力学性能
§1.1 强度和塑性
§1.2 硬度
§1.3 冲击韧度
§1.4 疲劳强度
本章小结
第一章 金属材料的力学性能
由主金要属内材容料：制成的零、部件，在工作过
程中金都属要材承料受的外力力学性(或能称指载标荷和) 测作试用方而法产，
金属材料的主要性能
定义： HR=k-(h1-h0)/0.002 常用标尺有：B、C、A三种
① HRA 硬、薄试件，如硬质合金、表面淬火层和渗碳层。 ② HRB 轻金属，未淬火钢，如有色金属和退火、正火钢等 ③ HRC 较硬，淬硬钢制品；如调质钢、淬火钢等。 洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。
②弹性：材料不产生塑性变形的情况下，所能承受的最 大应力。
弹性极限：σe=Fe/So 不产永久变形的最大抗力。
2）屈服强度s：材料发生微量塑性变形时的应力值。即 在拉伸试验过程中，载荷不增加，
试样仍能继续伸长时的应力。
s = Fs/So
s
条件屈服强度0.2：高碳钢等无屈服点， 国家标准规定以残余变形量为0.2%时的 应力值作为它的条件屈服强度，以0.2 来表示。
影响因素：循环应力特征、温度、材料成分和组织、夹 杂物、表面状态、残余应力等。
二、塑性 金属材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。
1.延伸率
延伸率与试样尺寸有关：δ5、δ10 (L0=5d,10d)
2.断面收缩率 ψ=△S/So=(So-Sk)/So x 100%
> 时，无颈缩，为脆性材料表征； < 时，有颈缩，为塑性材料表征。
0.2
3)抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大 应力值。（材料抵抗外力而不致断裂的极 限应力值）。
b = Fb/So
（5）灰铸铁拉伸时的力学性能 灰口铸铁是典型的脆性材料,其σ-曲线是一段微弯曲 线,如图a)所示,没有明显的直线部分,没有屈服和颈 缩现象,拉断前的应变很小,延伸率也很小。强度极限 σb是其唯一的强度指标。 铸铁等脆性材料的抗拉强度 很低,所以不宜作为受拉零 件的材料。
无论是塑性材料还是脆性材料,断裂时都不产生明显的 塑性变形,而是突然发生,具有很大的危险性,有相当多 零件的破坏属于疲劳破坏,对此必须引起足够的重视。
① HRA 硬、薄试件，如硬质合金、表面淬火层和渗碳层。 ② HRB 轻金属，未淬火钢，如有色金属和退火、正火钢等 ③ HRC 较硬，淬硬钢制品；如调质钢、淬火钢等。 洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。
②弹性：材料不产生塑性变形的情况下，所能承受的最 大应力。
弹性极限：σe=Fe/So 不产永久变形的最大抗力。
2）屈服强度s：材料发生微量塑性变形时的应力值。即 在拉伸试验过程中，载荷不增加，
试样仍能继续伸长时的应力。
s = Fs/So
s
条件屈服强度0.2：高碳钢等无屈服点， 国家标准规定以残余变形量为0.2%时的 应力值作为它的条件屈服强度，以0.2 来表示。
影响因素：循环应力特征、温度、材料成分和组织、夹 杂物、表面状态、残余应力等。
二、塑性 金属材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。
1.延伸率
延伸率与试样尺寸有关：δ5、δ10 (L0=5d,10d)
2.断面收缩率 ψ=△S/So=(So-Sk)/So x 100%
> 时，无颈缩，为脆性材料表征； < 时，有颈缩，为塑性材料表征。
0.2
3)抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大 应力值。（材料抵抗外力而不致断裂的极 限应力值）。
b = Fb/So
（5）灰铸铁拉伸时的力学性能 灰口铸铁是典型的脆性材料,其σ-曲线是一段微弯曲 线,如图a)所示,没有明显的直线部分,没有屈服和颈 缩现象,拉断前的应变很小,延伸率也很小。强度极限 σb是其唯一的强度指标。 铸铁等脆性材料的抗拉强度 很低,所以不宜作为受拉零 件的材料。
无论是塑性材料还是脆性材料,断裂时都不产生明显的 塑性变形,而是突然发生,具有很大的危险性,有相当多 零件的破坏属于疲劳破坏,对此必须引起足够的重视。
初中化学金属的性质与用途知识点总结
初中化学金属的性质与用途知识点总结
一、金属的性质
1. 密度：金属的密度较大，通常比非金属大。
2. 导电性：金属具有良好的导电性能，能够传导电流。
3. 导热性：金属能够快速传导热量。
4. 延展性：金属具有良好的延展性，能够制成薄片或丝线。
5. 韧性：金属具有一定的韧性，能够在受力下发生形变而不断裂。
6. 熔点：金属的熔点一般较高。
7. 反应性：金属具有不同程度的化学反应性，可以与非金属发生反应。
二、金属的用途
1. 金属材料：金属广泛应用于制造工业中，例如建筑、汽车、机械等领域。
2. 电器与电子设备：金属用作导线与电子元件的材料，能够帮助电流传导与电子信号传输。
3. 装饰材料：一些金属具有良好的光泽，可以用于装饰建筑或制作珠宝首饰。
4. 食品包装：某些金属具有较好的耐腐蚀性能和防潮性能，适合用于食品包装材料。
5. 药品与化妆品：金属可以作为医药和化妆品中的某些成分，具有特定的疗效或美容功效。
这些是初中化学中金属的性质与用途的一些知识点总结，希望对你有所帮助。
第一章 金属材料的性能
表示直径为10mm的钢球在1000kgf 9.807kN） 10mm的钢球在1000kgf（ 如120HBS10/1000/30 表示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN） 载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120 30s测得的布氏硬度值为120。 载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。
洛氏硬度压痕
维氏硬度
维氏硬度试验原理
维HV表示，符号前的数字为硬度值， 维氏硬度用符号HV表示，符号前的数字为硬度值，后面的数字按顺序 HV表示 分别表示载荷值及载荷保持时间。 分别表示载荷值及载荷保持时间。 根据载荷范围不同，规定了三种测定方法—维氏硬度试验 、小负荷 根据载荷范围不同，规定了三种测定方法— 维氏硬度试验、显微维氏硬度试验。 维氏硬度试验、显微维氏硬度试验。 维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点。 维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点。
第一节 金属的力学性能
使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。 使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。包括力学性 能、物理性能和化学性能。 物理性能和化学性能。 工艺性能：材料在加工过程中所表现的性能。包括铸造、 工艺性能：材料在加工过程中所表现的性能。包括铸造、 锻压、焊接、热处理和切削性能等。 锻压、焊接、热处理和切削性能等。 材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。 材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。 外力去除后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去除后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去除后不能恢复的变形称为塑性变形。 外力去除后不能恢复的变形称为塑性变形。
洛氏硬度HR 洛氏硬度HR HR=（ HR=（k-h）/0.002 根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺， 根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺 为A、B、C。
中职金工实训第一章金属材料的力学性能剖析
教案二【教学组织】1．提问5分钟2．讲解75分钟3．小结5分钟4．布置作业5分钟【教学内容】第一章金属材料的力学性能金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。
●使用性能是指金属材料为保证机械零件或工具正常工作应具备的性能，即在使用过程中所表现出的特性。
使用性能包括力学性能（或机械性能）、物理性能和化学性能等。
●工艺性能是指金属材料在制造机械零件或工具的过程中，适应各种冷、热加工的性能，也就是金属材料采用某种成形加工方法制成成品的难易程度。
工艺性能包括铸造性能、锻压性能、焊接性能、热处理性能及切削加工性能等。
第一节金属材料的强度与塑性一、力学性能的概念●金属材料的力学性能是指金属材料在力作用下所显示的与弹性和非弹性反应相关或涉及应力—应变关系的性能，又称机械性能，主要包括强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等。
●物体受外力作用后导致物体内部之间相互作用的力称为内力。
●单位面积上的内力称为应力σ(N/mm2或Mpa）。
●应变є是指由外力所引起的物体原始尺寸或形状的相对变化(%)。
二、拉伸试验过程分析●拉伸试验是指用静（缓慢）拉伸力对试样进行轴向拉伸，通过测量拉伸力和伸长量，测定试样强度、塑性等力学性能的试验。
圆柱形拉伸试样分为短圆柱形试样和长圆柱形试样两种。
长圆柱形拉伸试样L0=10d0；短圆柱形拉伸试样L0=5d0。
●在进行拉伸试验时，拉伸力F和试样伸长量△L之间的关系曲线，称为力-伸长曲线。
a）拉伸前 b）拉断后图1-1 圆柱形拉伸试样图1-2 退火低碳钢的力—伸长曲线完整的拉伸试验和力一伸长曲线包括弹性变形阶段、屈服阶段、变形强化阶段、颈缩与断裂四个阶段。
三、强度●强度是金属材料抵抗永久变形和断裂的能力。
金属材料的强度指标主要有屈服强度（或规定残余伸长强度）、抗拉强度等。
1.屈服强度和规定残余伸长应力●屈服强度是指拉伸试样在拉伸试验过程中拉力（或载荷）不增加(保持恒定)仍然能继续伸长(变形)时的应力。
第一章金属力学性能与工艺性能
σ
s
：屈服强度
b：最大应力点 “缩颈” σb ：抗拉强度
3.断裂点（k）
强度指标：
1.弹性极限ζe ：是指材料由弹性过 渡到弹-塑性变形的最大应力。 2.屈服强度ζs ：是指材料产生明显 塑性变形时的应力。 需要注意的是，对于高碳钢等一 些相对脆性的金属材料往往没有 明显的屈服平台，规定产生0.2% 残余应变时所对应的应力值作为 其屈服极限，称为条件屈服强度， 记作ζ0.2。 3.抗拉强度ζb ：是指材料拉伸时所 能承受的最大应力。
σ-应力；F-轴向拉力； S-试样原始横截面积
ε =ΔL/L0=(L1-L0)/L0
ε-应变； L0-试样标距； L1-试样拉伸 后长度
应力-应变关系曲线特点（σ-ε曲线）
1.弹性变形阶段（oe） 2.塑性变形阶段（eb） 3.断裂点（k）
应力-应变关系曲线特点（σ-ε曲线）
1.弹性变形阶段（oe）
塑性指标：一般用伸长率(δ)或断面收缩率(Ψ)来反
映材料塑性的好坏。
1.伸长率： δ =(L1-L0)/L0
2.断面收缩率： Ψ=(S0-S1)/S0
三、硬度：
定义：硬度反映了材料表面抵抗其他硬物 压入的能力。 意义：硬度能较敏感地反映材料的成分与 组织结构的变化，与强度、耐磨性以及工艺 性能往往存在一定对应关系，故可用来检验 原材料和控制冷热加工质量。
测量方法：静载压入法
根据压头和载荷的不同，主要有布氏硬度(HB)、 洛氏硬度(HR)和维氏硬度 (HV) 等。
布氏硬度：1900年瑞典工程师布利涅尔
（Brinell）提出
将一定直径的淬火钢球或硬质合金球，在规定载荷下压入被 测金属的表面，并保持一定时间，然后卸除载荷，以金属表面球 形压痕单位面积上所承受载荷的大小来表示被测金属材料的硬度。
第一章 金属材料的力学性能(1)
压痕小，适用范围广。
缺点：测量结果分散度大。
洛氏硬度压痕
维氏硬度
维氏硬度试验原理
维氏硬度压痕
维氏硬度计
维氏硬度用符号HV表示，符号前的数字为硬度值， 后面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。 根据载荷范围不同，规定了三种测定方法—维氏硬 度试验 、小负荷维氏硬度试验、显微维氏硬度试验。 维氏硬度保留了布氏硬度和
原理：
Ak mg ( H h)
二、冲击试验的应用 1.评定材料的低温变脆倾向
冷脆的含义：
韧脆转变温度
材料的冲击韧性随温 度下降而下降。在某 一温度范围内冲击韧 性值急剧下降的现象
称韧脆转变。发生韧
脆转变的温度范围称
韧
韧脆转变温度。材料
的使用温度应高于韧 脆转变温度。
体心立方金属具有韧脆转 变温度，而大多数面心立
l1 l 0 100% l0 F0 F1 100% F0
断裂后
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称 为变形。 外力去除后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去除后不能恢复的变形称为塑性变形。
五万吨水压机
说明：
① 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变 形。 ② 直径d0 相同时，l0，。只有当l0/d0 为常 数时，塑性值才有可比性。
持时间。如 120HBS10/1000/30 表 示直径为 10mm 的钢球在 1000kgf （ 9.807kN ）载荷
作用下保持30s测得的布氏硬度值为1稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头 还硬的材料。 适于测量退火、正火、调质钢, 铸铁及有色金属的硬度。
缺点：测量结果分散度大。
洛氏硬度压痕
维氏硬度
维氏硬度试验原理
维氏硬度压痕
维氏硬度计
维氏硬度用符号HV表示，符号前的数字为硬度值， 后面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。 根据载荷范围不同，规定了三种测定方法—维氏硬 度试验 、小负荷维氏硬度试验、显微维氏硬度试验。 维氏硬度保留了布氏硬度和
原理：
Ak mg ( H h)
二、冲击试验的应用 1.评定材料的低温变脆倾向
冷脆的含义：
韧脆转变温度
材料的冲击韧性随温 度下降而下降。在某 一温度范围内冲击韧 性值急剧下降的现象
称韧脆转变。发生韧
脆转变的温度范围称
韧
韧脆转变温度。材料
的使用温度应高于韧 脆转变温度。
体心立方金属具有韧脆转 变温度，而大多数面心立
l1 l 0 100% l0 F0 F1 100% F0
断裂后
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称 为变形。 外力去除后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去除后不能恢复的变形称为塑性变形。
五万吨水压机
说明：
① 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变 形。 ② 直径d0 相同时，l0，。只有当l0/d0 为常 数时，塑性值才有可比性。
持时间。如 120HBS10/1000/30 表 示直径为 10mm 的钢球在 1000kgf （ 9.807kN ）载荷
作用下保持30s测得的布氏硬度值为1稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头 还硬的材料。 适于测量退火、正火、调质钢, 铸铁及有色金属的硬度。
金属的力学性能
(2)抗拉强度：试样在断裂前所能承受的最大应力。 抗拉强度：试样在断裂前所能承受的最大应力。 抗拉强度
1）、它表示材料抵抗断裂的能力。 ）、它表示材料抵抗断裂的能力。 ）、它表示材料抵抗断裂的能力 2）、是零件设计的重要依据；也是评定 ）、是零件设计的重要依据； ）、是零件设计的重要依据 金属强度的重要指标之一。 金属强度的重要指标之一。
拉伸试样
第一节 强度和塑性
• 2.拉伸过程 拉伸过程
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
拉伸试验机
3.拉伸曲线 拉伸曲线
F
e p s b k
拉伸的四个阶段
1、oe段: 弹性变形阶段。(op段：比 例 弹性变形阶段；pe段：非比例弹性变 形阶段；) 2、es段：屈服阶段。平台或锯齿。 3、sb段：强化阶段。均匀塑性变形阶段。 *b点：形成了“缩颈”。 ∆l
σe σs σb
F σb = A
b
试样断裂前的最大载荷(N) 试样断裂前的最大载荷 ( M Pa )
0
试样原始横截面积( 试样原始横截面积 mm2)
三、塑性: 塑性
是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。 是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。 1、断面收缩率: 是指试样拉断处横截面积的收 、断面收缩率 与原始横截面积A 缩量∆ A与原始横截面积 0之比。 与原始横截面积 之比。 A0 - A 1 ψ = ——-—× 100% × A0 2、伸长率 是指试样拉断后的标距伸长量∆ L 、伸长率: 与原始标距L 之比。 与原始标距 0之比。 l 1 - l0 δ = ——-—× 100% × l0
e
σe 3.弹性极限 弹性极限: 弹性极限 Fe σe = A0 弹性极限载荷( 弹性极限载荷 N ) ( M pa ) 试样原始横截面积( 试样原始横截面积 mm2)
金属材料的性能
疲劳曲线上没有水平直线部分。如图曲线2所示
这种情况要根据零件的工作条件及使用寿命确定 一个疲劳极限的循环周次，并以此所对应的应力σN
作为疲劳极限，亦称条件疲劳极限。
一般规定：铸铁取N=107，非铁金属取N=108
金属的疲劳曲线
金属材料的性能
二、塑性
金属材料的性能
三、硬度
金属材料的性能
概念：硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或 划痕的能力，是衡量金属软硬的判据。
对于无明显屈服现象的金属材料可用规定残余伸长应力表示，
条件屈服强度
金属材料的性能
工业上使用的某些金属材料，如高碳钢、铸铁等，在拉伸过程中，没有明显
的屈服现象，无法确定其屈服点σs ，为此人为的专门规定，把当试样 产生的残余塑性变形量为标距长度的0.2%时所对应的应力值(σ0.2)定 为该材料的屈服强度（条件屈服强度）
度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等。
根据工作温度分为：低温强度、常温强度、高温强度；
根据力的性质分为：静力强度、疲劳强度；
(三)强度指标
（1）弹性极限σe
定义：表示材料保持弹性变形，不产生永久变形的最大应力，是弹性零件的设 计依据。
计算公式： σe=Fe/Ao Fe—— 材料产生弹性变形所承受的最大拉伸力，N； Ao——试样原始横截面积， m㎡ ；
劳和冲击等，通过这些实验可以测出相应的机械性能指标，最常见的是拉伸 实验、硬度实验和冲击实验。
金属材料的性能
• 载荷的概念及分类：
定义：金属材料在加工及使用过程中所受的外力称变或变化过程缓慢的载荷 。 • ②冲击载荷：在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。 • ③交变载荷 ：是指大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变
这种情况要根据零件的工作条件及使用寿命确定 一个疲劳极限的循环周次，并以此所对应的应力σN
作为疲劳极限，亦称条件疲劳极限。
一般规定：铸铁取N=107，非铁金属取N=108
金属的疲劳曲线
金属材料的性能
二、塑性
金属材料的性能
三、硬度
金属材料的性能
概念：硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或 划痕的能力，是衡量金属软硬的判据。
对于无明显屈服现象的金属材料可用规定残余伸长应力表示，
条件屈服强度
金属材料的性能
工业上使用的某些金属材料，如高碳钢、铸铁等，在拉伸过程中，没有明显
的屈服现象，无法确定其屈服点σs ，为此人为的专门规定，把当试样 产生的残余塑性变形量为标距长度的0.2%时所对应的应力值(σ0.2)定 为该材料的屈服强度（条件屈服强度）
度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等。
根据工作温度分为：低温强度、常温强度、高温强度；
根据力的性质分为：静力强度、疲劳强度；
(三)强度指标
（1）弹性极限σe
定义：表示材料保持弹性变形，不产生永久变形的最大应力，是弹性零件的设 计依据。
计算公式： σe=Fe/Ao Fe—— 材料产生弹性变形所承受的最大拉伸力，N； Ao——试样原始横截面积， m㎡ ；
劳和冲击等，通过这些实验可以测出相应的机械性能指标，最常见的是拉伸 实验、硬度实验和冲击实验。
金属材料的性能
• 载荷的概念及分类：
定义：金属材料在加工及使用过程中所受的外力称变或变化过程缓慢的载荷 。 • ②冲击载荷：在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。 • ③交变载荷 ：是指大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变
金属材料的力学性能
2、Fe-FH段：曲线、弹性变形+塑性变形
3、FL 段：水平线（略有波动）明显的 塑性变形屈服现象，作用的力基本不变， 试样连续伸长。
4、FL-FM曲线：弹性变形+均匀塑性变形
5、M点：出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低， 拉伸力达到最大值，试样即将断裂。 6、K点：试件在缩颈处拉断
19
§1-4 冲击韧度
一般来说，强度、塑性均好的材料，韧度值也高。在实 际工作中常见的是承受多次小能量冲击。对多次冲击 问题： •
•
1） 如果冲击能量低，冲击周次较多时，α KV主 要取决于材料的强度，强度高则冲击韧度较好；
2） 如果冲击能量高，则主要取决于材料的塑性， 材料塑性越高则冲击韧度较好。
1、洛氏硬度试验（洛氏硬度计）
原理: 用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面， 经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一 种压痕硬度试验。
12
§1-3 硬度
2、洛氏硬度表示方法
洛氏硬度直接在符号前面写出硬度值。可从表盘上直接读出。
如：50HRC 3、优缺点
（1）试验简单、方便、迅速（2）压痕小，可测成品、薄件（3）数据 不够准确，应测三点取平均值（4）不能测组织不均匀材料，如铸铁。
20
§1-5 疲劳强度
1.5 一、概念
疲劳强度
什么是金属的疲劳？ 疲劳强度：在指定寿命下使试样失效的应力水平。
交变应力：大小和方向随时间作周期性变化的应力。 通常规定钢铁材料的循环基数取107，有色金属取108。
21
§1-5 疲劳强度
金属的疲劳强度曲线
22
S0:试件原横截面积。 S1:断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。
3、FL 段：水平线（略有波动）明显的 塑性变形屈服现象，作用的力基本不变， 试样连续伸长。
4、FL-FM曲线：弹性变形+均匀塑性变形
5、M点：出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低， 拉伸力达到最大值，试样即将断裂。 6、K点：试件在缩颈处拉断
19
§1-4 冲击韧度
一般来说，强度、塑性均好的材料，韧度值也高。在实 际工作中常见的是承受多次小能量冲击。对多次冲击 问题： •
•
1） 如果冲击能量低，冲击周次较多时，α KV主 要取决于材料的强度，强度高则冲击韧度较好；
2） 如果冲击能量高，则主要取决于材料的塑性， 材料塑性越高则冲击韧度较好。
1、洛氏硬度试验（洛氏硬度计）
原理: 用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面， 经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一 种压痕硬度试验。
12
§1-3 硬度
2、洛氏硬度表示方法
洛氏硬度直接在符号前面写出硬度值。可从表盘上直接读出。
如：50HRC 3、优缺点
（1）试验简单、方便、迅速（2）压痕小，可测成品、薄件（3）数据 不够准确，应测三点取平均值（4）不能测组织不均匀材料，如铸铁。
20
§1-5 疲劳强度
1.5 一、概念
疲劳强度
什么是金属的疲劳？ 疲劳强度：在指定寿命下使试样失效的应力水平。
交变应力：大小和方向随时间作周期性变化的应力。 通常规定钢铁材料的循环基数取107，有色金属取108。
21
§1-5 疲劳强度
金属的疲劳强度曲线
22
S0:试件原横截面积。 S1:断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。
金属材料的力学性能
• •
ae =1/2×ζ e× ε e 弹簧是典型的弹性零件，要求有较大 的弹性比功。弹簧在实际工作中起缓冲和 存储能量作用。 • 实际设计时通过提高弹性极限ζ e ，提 高弹簧的弹性比功。
• 三、强度 • 强度是金属材料在外力的作用下，抵
抗变形和断裂的能力。根据零件的工作状 态不同分为:抗拉强度、抗压强度、抗弯强 度和抗剪强度等。 • 1、屈服强度和条件屈服强度 • 拉伸试样产生屈服现象（塑变）时的 应力。 ζ s=Fs/A0 • 对于许多没有明显屈服现象的金属材 料，工程中常以产生0.2%塑性变形时的应 力，作为该材料的条件屈服强度，用ζ 表示。
• §1—4 断裂韧度 • 机械零件的传统设计一般为强度设计、
刚度校核。强度设计标准为屈服强度。 • 零件在许用应力的条件下工作，不会发 生塑性变形和断裂。 • 实际工作情况往往不同。某些零件在远 远低于屈服强度条件下工作时会发生脆性 断裂，这种情况非常危险，称为低应力脆 断。 • 研究表明低应力脆断是由宏观裂纹扩展 引起的。
• 一、裂纹扩展的基本形式 • 裂纹扩展一般分为张开型、滑开型、撕
开性三种。其中以张开型最为危险。 • 二、应力场强度因子KI • 零件表面是凹凸不平的，在凸点和凹点 最容易引起应力集中，形成应力场。裂纹 的扩展与应力场有直接的关系。衡量应力 场的大小用应力场强度因子KI。
• 三、断裂韧度KIC及其应用 • KI随着和a的增大而增大。达到一定值
• §1—1 强度、刚度、弹性及塑性 • 金属材料的强度、刚度、弹性及塑性用
拉伸试验来测量。 • 一、拉伸曲线与 应力-应变曲线 • 1、拉伸曲线 • 拉伸过程分为 弹性变形、塑性变形和 断裂三个阶段。
• 几点说明：（书中图1-2） • 试件总伸长of，其中gf为弹性变形，og
金属材料的结构与性能
第一章材料的性能第一节材料的机械性能一、强度、塑性及其测定1、强度是指在静载荷作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。
材料的强度越大，材料所能承受的外力就越大。
常见的强度指标有屈服强度和抗拉强度，它们是重要的力学性能指标，是设计，选材和评定材料的重要性能指标之一。
2、塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。
塑性指标用伸长率δ和断面收缩率ф表示。
二、硬度及其测定硬度是衡量材料软硬程度的指标。
目前，生产中测量硬度常用的方法是压入法，并根据压入的程度来测定硬度值。
此时硬度可定义为材料抵抗表面局部塑性变形的能力。
因此硬度是一个综合的物理量，它与强度指标和塑性指标均有一定的关系。
硬度试验简单易行，有可直接在零件上试验而不破坏零件。
此外，材料的硬度值又与其他的力学性能及工艺能有密切联系。
三、疲劳机械零件在交变载荷作用下发生的断裂的现象称为疲劳。
疲劳强度是指被测材料抵抗交变载荷的能力。
四、冲击韧性及其测定材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力被称为冲击韧性。
为评定材料的性能，需在规定条件下进行一次冲击试验。
其中应用最普遍的是一次冲击弯曲试验，或称一次摆锤冲击试验。
五、断裂韧性材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力称为断裂韧性。
它是材料本身的特性。
六、磨损由于相对摩擦，摩擦表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使接触表面不断发生尺寸变化与重量损失，称为磨损。
引起磨损的原因既有力学作用，也有物理、化学作用，因此磨损使一个复杂的过程。
按磨损的机理和条件的不同，通常将磨损分为粘着磨损、磨料磨损、接触疲劳磨损和腐蚀磨损四大基本类型。
第二节材料的物理化学性能1、物理性能：材料的物理性能主要是密度、熔点、热膨胀性、导电性和导热性。
不同用途的机械零件对物理性能的要求也各不相同。
2、化学性能：材料的化学性能主要是指它们在室温或高温时抵抗各种介质的化学侵蚀能力。
第三节材料的工艺性能一、铸造性能：铸造性能主要是指液态金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析的倾向。
工程材料第一章--金属材料的力学性能
即，裂纹产生扩展的临界状态时其尖端的应力场大小
数值越大，表明材料的断裂韧性越好！
压痕法
试样表面抛光成镜面，在显微硬度仪上，以10Kg负 载在抛光表面用硬度计的锥形金刚石压头产生一压 痕，这样在压痕的四个顶点就产生了预制裂纹。根 据压痕载荷P和压痕裂纹扩展长度C计算出断裂韧性 数值（KIC）。
第一章 金属材料的力学性能
机械零部件在使用过程中一般不允许发生塑性变形，所以 屈服强度是零件设计时的主要依据，也是评定材料强度的 重要指标之一
（三）抗拉强度
表明试样被拉断前所能承载的最大应力
σb＝ Fb / A0
Fb :试样在破断前所承受的最大载荷
➢ 表示塑性材料抵抗大量均匀塑性变形的能力，也 表示材料抵抗断裂的强度，即断裂强度。
若F 确定，硬度值只与压痕投影的两对角线的平均长 度d有关，d越大，HV越小。
维氏硬度值一般只写数值。 硬度值+硬度符号+试验力大小（kgf）及试验力保持时 间（10-15s不标注）
提问
640HV30的具体意义？
表示在30kgf的试验载荷作用下，保持10-15s时 测得的维氏硬度值为640。
640HV30/20的具体意义？
布氏硬度值单位为N/mm2，但一般只写数值。 硬度值+硬度符号+球体直径+试验力大小及试验力保持 时间（10-15s不标注）
提问
170HBW10/1000/30的具体意义？
表示用直径10mm的硬质合金球，在9807 N(1000 kgf) 的试验载荷作用下，保持30s时测得的布氏硬度值为170。
530HBW5/750的具体意义？
➢ 抗拉强度是零件设计时的重要依据，也是评定金 属材料的强度重要指标之一。
数值越大，表明材料的断裂韧性越好！
压痕法
试样表面抛光成镜面，在显微硬度仪上，以10Kg负 载在抛光表面用硬度计的锥形金刚石压头产生一压 痕，这样在压痕的四个顶点就产生了预制裂纹。根 据压痕载荷P和压痕裂纹扩展长度C计算出断裂韧性 数值（KIC）。
第一章 金属材料的力学性能
机械零部件在使用过程中一般不允许发生塑性变形，所以 屈服强度是零件设计时的主要依据，也是评定材料强度的 重要指标之一
（三）抗拉强度
表明试样被拉断前所能承载的最大应力
σb＝ Fb / A0
Fb :试样在破断前所承受的最大载荷
➢ 表示塑性材料抵抗大量均匀塑性变形的能力，也 表示材料抵抗断裂的强度，即断裂强度。
若F 确定，硬度值只与压痕投影的两对角线的平均长 度d有关，d越大，HV越小。
维氏硬度值一般只写数值。 硬度值+硬度符号+试验力大小（kgf）及试验力保持时 间（10-15s不标注）
提问
640HV30的具体意义？
表示在30kgf的试验载荷作用下，保持10-15s时 测得的维氏硬度值为640。
640HV30/20的具体意义？
布氏硬度值单位为N/mm2，但一般只写数值。 硬度值+硬度符号+球体直径+试验力大小及试验力保持 时间（10-15s不标注）
提问
170HBW10/1000/30的具体意义？
表示用直径10mm的硬质合金球，在9807 N(1000 kgf) 的试验载荷作用下，保持30s时测得的布氏硬度值为170。
530HBW5/750的具体意义？
➢ 抗拉强度是零件设计时的重要依据，也是评定金 属材料的强度重要指标之一。
金属材料的力学性能
(a)试样 (b)伸长 (c)产生缩颈 (d)断裂
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
（一）强度
1. 定义:强度是指金属材料抵抗塑性变形和断 裂的能力，是工程技术上重要的力学性能指 标。由于材料承受载荷的方式不同，其变形 形式也不同，分为抗拉、抗扭、抗压、抗弯、 抗剪等的强度。
最常用的强度是抗拉强度或强度极限σb。
1.变动载荷和循环应力
金属疲劳产生的原因
1.变动载荷
——引起疲劳破坏的外力，指载荷大小、甚至方
向均随时间变化的载荷，其在单位面积上的平均
值即为变动应力。
变动应力可分为规则周期变动应力(也称循环应力) 和无规则随机变动应力两种。
GB/T 228-2002新标准 名称 屈服强度① 符号 －
GB/T 228-1987旧标准 名称 屈服点 符号 σs
上屈服强度
下屈服强度 规定残余延伸 强度 抗拉强度 断后伸长率
ReH
ReL Rr Rm A或A11.3
上屈服点
下屈服点
σsU
σsL
规定残余延伸 σr 应力 抗拉强度 断后伸长率 σb δ5或δ10
第一章 金属材料的力学性能
概 述
使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。包括力学性能、
物理性能和化学性能。
工艺性能：材料在加工过程中所表现的性能。包括铸造、锻 压、焊接、热处理和切削性能等。
金属材料的力学性能是指在承受各种外加载荷（拉伸、压缩、 弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时，对变形与断裂的抵抗
冲击试样
原理
冲击韧性可以通过一次摆锤冲击试验来测定，试验 时将带有U型或V型缺口的冲击试样放在试验机架 的支座上，将摆锤升至高度H1，使其具有势能 mgH1；然后使摆锤由此高度自由下落将试样冲断， 并向另一方向升高至H2，这时摆锤的势能为mgH2。 所以，摆锤用于冲断试样的能量
金属材料及热处理
(4)稀有金属
一般是指在自然界中含量较少、分布稀散及研究应用较少的有 色金属。稀有金属包括稀土金属、放射性稀有金属、稀有贵金属、 稀有轻金属、难溶稀有金属及稀有分散金属等。
第一章 金属的性能
三、 特种金属
特种金属包括不同用途的结构金属和功能金属，其中有通 过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、 纳米晶金属材料等;还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、 减振阻尼等特殊功能合金，以及金属基复合材料等。
常用金属的物理性能
第一章 金属的性能
二、有色金属
有色金属是指除了铁、铬、铬以外的所有金属及其合金，通 常又将其分为轻金属、重金属、贵金属、稀有金属等。有色 金属中除了金为黄色，铜为赤红色以外，多数呈银白色。有 色金属合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电 阻温度系数小。
(1)重金属 一般是指ρ>4.5 g/cm3的有色金属，包括元
素周期表中的大多数过渡元素，如铜(Cu)、锌( Zn)、镍(Ni)、 钴(Co)、钨( W)、钼(Mo)、镉( Cd)及汞(Hg)等，此外，锑 ( Sb)、铋( Bi)、铅(Pb)及锡( Sn)等也属于重金属。重金属主 要用作各种用途的镀层及多元合金。
第一章 金属的性能
(2)轻金属
ρ<4.5 g/cm3的有色金属称为轻金属，如铝( Al)、镁( Mg)、 钙( Ca)、钾(K)、钠( Na)、铯( Cs)等。工业上常采用电化学或化 学方法对Al、Mg及其合金进行加工处理，以获得各种优异的性 能。
疲劳曲线示意图
第一章 金属的性能
3．产生疲劳的原因
许多机械零件在工作中往往受到冲击载荷 的作用，如内燃机的活塞销、冲床的冲头、锻 锰的锰杆和锻模等。制造这类零件所采用的材 料，其性能指标不能单纯用强度、塑性、硬度 来衡量，而必须考虑材料抵抗冲击载荷的能力 ， 即韧性的大小。目前，工程上常用一次摆锰 冲击缺口试样来测定材料的韧性。材料韧性的 好坏是用冲击韧度来衡量的。
一般是指在自然界中含量较少、分布稀散及研究应用较少的有 色金属。稀有金属包括稀土金属、放射性稀有金属、稀有贵金属、 稀有轻金属、难溶稀有金属及稀有分散金属等。
第一章 金属的性能
三、 特种金属
特种金属包括不同用途的结构金属和功能金属，其中有通 过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、 纳米晶金属材料等;还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、 减振阻尼等特殊功能合金，以及金属基复合材料等。
常用金属的物理性能
第一章 金属的性能
二、有色金属
有色金属是指除了铁、铬、铬以外的所有金属及其合金，通 常又将其分为轻金属、重金属、贵金属、稀有金属等。有色 金属中除了金为黄色，铜为赤红色以外，多数呈银白色。有 色金属合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电 阻温度系数小。
(1)重金属 一般是指ρ>4.5 g/cm3的有色金属，包括元
素周期表中的大多数过渡元素，如铜(Cu)、锌( Zn)、镍(Ni)、 钴(Co)、钨( W)、钼(Mo)、镉( Cd)及汞(Hg)等，此外，锑 ( Sb)、铋( Bi)、铅(Pb)及锡( Sn)等也属于重金属。重金属主 要用作各种用途的镀层及多元合金。
第一章 金属的性能
(2)轻金属
ρ<4.5 g/cm3的有色金属称为轻金属，如铝( Al)、镁( Mg)、 钙( Ca)、钾(K)、钠( Na)、铯( Cs)等。工业上常采用电化学或化 学方法对Al、Mg及其合金进行加工处理，以获得各种优异的性 能。
疲劳曲线示意图
第一章 金属的性能
3．产生疲劳的原因
许多机械零件在工作中往往受到冲击载荷 的作用，如内燃机的活塞销、冲床的冲头、锻 锰的锰杆和锻模等。制造这类零件所采用的材 料，其性能指标不能单纯用强度、塑性、硬度 来衡量，而必须考虑材料抵抗冲击载荷的能力 ， 即韧性的大小。目前，工程上常用一次摆锰 冲击缺口试样来测定材料的韧性。材料韧性的 好坏是用冲击韧度来衡量的。
金属工艺学电子教学教案——第一章 金属的性能01(高教版 王英杰主编)
第一章金属的性能教学重点与难点1．重点强度与塑性、布氏硬度2．难点应力与布氏硬度教学方法与教学手段1．利用试样、挂图等教具。
2．利用多媒体资料进行短时演示拉伸过程和硬度测试过程。
教学组织1.讲解85分钟2.小结5分钟教学内容第一章金属的性能♦金属材料的性能分为使用性能和工艺性能。
♦使用性能——是指金属材料为保证机械零件或工具正常工作应具备的性能，即在使用过程中所表现出的特性。
♦工艺性能——是指金属材料在加工过程中所表现出的特性。
♦使用性能包括：力学性能、物理性能和化学性能等。
♦工艺性能包括：铸造性能、焊接性能、锻造性能及切削性能等。
第一节金属的力学性能♦金属的力学性能——是指金属在力作用下所显示的与弹性和非弹性反应相关或涉及应力──应变关系的性能，如弹性、强度、硬度、塑性、韧性等。
♦弹性——是指物体在外力作用下改变其形状和尺寸，当外力卸除后物体又回复到其原始形状和尺寸的特性。
♦内力——物体受外力作用后导致物体内部之间相互作用的力称为内力。
♦应力——单位面积上的内力则为应力σ(N/mm2)。
金属材料的强度指标就是用应力来度量的。
♦应变є——是指由外力所引起的物体原始尺寸或形状的相对变化(%)。
♦金属力学性能的高低表征金属抵抗各种损害作用的能力大小，它是评定金属材料质量的主要判据，也是金属构件设计时选材和进行强度计算的主要依据。
♦金属力学性能主要有：强度、刚度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。
一、强度与塑性♦强度——是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。
♦塑性——是指金属在断裂前发生不可逆永久变形的能力。
♦永久变形——是指物体在力的作用下产生的形状、尺寸的改变，外力去除后，变形不能恢复到原来的形状和尺寸。
这种不能恢复到原始的形状和尺寸的变形称永久变形或塑性变形。
金属材料的强度和塑性指标可以通过拉伸试验测得。
(一)拉伸试验拉伸试验是指用静拉伸力对试样进行轴向拉伸，测量拉伸力和相应的伸长，并测其力学性能的试验。
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在交变应力作用下，虽然零件所承受的应 力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工 作而产生裂纹、或突然发生断裂。这种过程 称为金属的疲劳。
交变应力越小，材料断裂时应力循环次数 N越大。
当应力低于一定值时, 试样可以经受无限 周期循环而不破坏，此应力值称为材料的疲 劳强度 (疲劳极限)，用σ-1 表示。
采用金刚石压头(或钢球压头)，
加预载荷F0 ，压入深度h0 。再加主载荷F1 。 卸去主载荷F1，测量其残余压入深度h, 用h与h0之差△h来计算洛氏硬度值。
硬度直接从硬度计表盘上读得。
根据压头的种类和总 载荷的大小洛氏硬度常用 表示方式有:
HRA、HRB、HRC
洛氏硬度计
洛氏硬度计的使用
四、冲击韧度（ak）
性能较好。
碳含量和合金元素含量越高, 焊接性能越差。
四、切削加工性能
用切削后的表面粗糙度 和刀具寿命来表示。
切削加工
金属材料具有适当的硬度(170 HBS～230 HBS) 和足够的脆性时切削性良好。
改变钢的化学成分(加少量铅、磷)和进行适当的 热处理(低碳钢正火，高碳钢球化退火)可提高钢的 切削加工性能。
铜有良好的切削加工性能。
五、热处理工艺性能
钢的热处理工艺性能主要考虑其淬透性, 即钢接受淬火的能力。
含Mn、Cr、Ni等合金元素的合金钢淬透 性比较好, 碳钢的淬透性较差。
铝合金的热处理要求较严。 铜合金只有几种可以用热处理强化。
1.2 金属材料的机械性能 金属材料的机械性能，即是指金属材料在外力
件的能力。
铸造
1. 流动性
熔2. 融收金缩属性的流动能力。 完铸3. 整件偏、 在析尺 凝寸 固精 和确 冷、却轮过廓程清中晰，的其铸体件积。 和尺寸减少 的现金象属。凝固后，铸锭或铸件化学成分和组织的 不均铸匀件现收象缩。不仅影响尺寸，还会使铸件产生缩孔、 疏松偏、析内大应使力铸、件变各形部和分开的裂力等学缺性陷能。有很大的差 异，铸降造低用铸金件属的材质料量的。收缩率越小越好。
4. 导电性
传导电流的能力称导电性。
用电阻率来衡量。
5电. 阻热率膨越胀小性，金属材料导电性越好。 材金料属随导温电度性变以化银而为膨最胀好、，收铜缩、的铝特次性之。。 膨合胀金系的数导大电的性材比料纯制金造属的差零。件, 温度变化时, 尺 寸和电形阻状率变小化的较金大属。(纯铜)适于制造导电零件和电 线轴。和轴瓦之间根据膨胀系数来控制间隙尺寸； 在电热阻加率工大和的热金处属理或时合要金考(钨虑、材钼料、的铁热铬膨铝胀合影金响), 减适少于工做件电变热形元和件开。裂。
第一章 金属材料的性能
金属材料的性能：工艺性能 使用性能。
工艺性能 制造工艺过程中材料适应加工的性 能。
铸造性能、锻压性能、焊接性能、 切削加工性能、热处理性能 使用性能 材料在使用条件下表现出来的性能。 力学性能、物理性能、化学性能
1.1 金属材料的工艺性能
一、铸造性能
金属材料铸造成形获得优良铸
现象, 用产生0.2%残余应变时的应力值表示。
二、塑性
断裂前材料产生永久变 形的能力称为塑性。
1. 伸长率（δ）
(a)原始试样 （b)拉伸后试样
试样拉断后,率。
2. 断面收缩率（ψ） 试样拉断后, 缩颈处截面积的最大缩减量与原 横断面积的百分比称为断面收缩率。
（载荷）作用时表现出来的性能。 强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度
载荷的形式
一、强度
金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力。 材料的强度用拉伸试验测定。
(a)原始试样 （b)拉伸后试样 圆形拉伸试样
拉伸试验
拉伸曲线
1. 弹性极限σe 材2.料屈保服持极弹限性（变屈形服,强不度产）生σ永s 久变形的最大 应力3金.。属强开度始极发限生(抗明拉显强塑度性σ变b )形的抗力。 金条属件受屈拉服时极所限能σ0承.2 受铸的铁最等大材应料力没。有明显的屈服
三、硬度
材料抵抗另一硬物体压入其内的能力叫硬度。 即材料受压时抵抗局部塑性变形的能力。 1. 布氏硬度（HB) 一定直径的钢球或硬质合金球在一定载荷作用 下压入试样表面。测量压痕直径, 计算硬度值。
钢球压头用HBS表示 硬质合金球用HBW表 示
布氏硬度计
布氏硬度计的使用
2. 洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)
二、锻造性能
锻造性 金属材料用锻压加工方法成形的适 应能力。
锻造
冷冲
金属材料的塑性越好，变形抗力越小， 金属的锻造性能越好。
三、焊接性能
焊接性 金属材料对焊接加工的适应性。 获得优质焊接接头的难易程度。
电弧焊
气焊
钢材的碳含量是焊接性好坏的主要因素。
低碳钢和碳的质量分数低于0.18 %的合金钢焊接
材料抵抗冲击载荷作用的能力称冲击韧性。 用摆锤冲击弯曲试验来测定。
测得试样冲击吸收功，用符号Ak表示。 用冲击吸收功除以试样缺口处截面积S0 , 得到 材料的冲击韧度ak。
冲击试样
冲击吸收功的测定
五、疲劳强度
轴、齿轮、叶片、弹簧等零件，在工作过 程中各点的应力随时间作周期性的变化，这 种应力称为交变应力(也称循环应力)。
六、断裂韧性
桥梁、船舶、大型轧辊、转子等有时会发生 低应力脆断。
工作应力低于材料的屈服强度。 原因：构件或零件存在裂纹。裂纹在应力作 用下失稳扩展，导致机件破断。
断裂韧性 :材料抵抗裂纹失稳扩展 断裂的能力。
裂纹尖端应力场大小用应力场强度因子 K表I 示。
Y ：系数 σ ：外加应力
a ：裂纹半长
裂纹扩展的临界状态所对应的应力场强
度因子称为临界应力场强度因子，用K1C表
示，单位为MN/m3/2，它代表材料的断裂 韧性。
1. 3 金属材料的理化性能
一、金属的物理性能
1. 密度 单2. 位熔体点积物质的质量称为该物质的密度。 3密金. 度 属导小 从热于 固性态5×向10液3态kg转/m变3时的的金温属度称称为为轻熔金点属。, 如铝导熔、热点镁性高、用的钛热金及导属它率称们衡难的量熔合。金金热属。导，用率如于越钨航大、天,钼导航、热空钒性器等越上。好。。 银制导造密热耐度性高大最温于好零5,件×铜1，0、如3铝k火g次箭/之m、3。的导合金弹金属、的称燃导为气热重轮性金机比属和纯,喷金 属如气差铁飞。、机铅等、零钨、等部。件。 在熔热点加低工的和金热属处称理为时易，熔防金止属材如料锡加、热铅或等冷，却可时用 形于成制导过造热大保性的险好内丝的应和金力防属，火材以安料免全制零阀造件零散变件热形等器或。、开热裂交。换器与 活塞等零件。
交变应力越小，材料断裂时应力循环次数 N越大。
当应力低于一定值时, 试样可以经受无限 周期循环而不破坏，此应力值称为材料的疲 劳强度 (疲劳极限)，用σ-1 表示。
采用金刚石压头(或钢球压头)，
加预载荷F0 ，压入深度h0 。再加主载荷F1 。 卸去主载荷F1，测量其残余压入深度h, 用h与h0之差△h来计算洛氏硬度值。
硬度直接从硬度计表盘上读得。
根据压头的种类和总 载荷的大小洛氏硬度常用 表示方式有:
HRA、HRB、HRC
洛氏硬度计
洛氏硬度计的使用
四、冲击韧度（ak）
性能较好。
碳含量和合金元素含量越高, 焊接性能越差。
四、切削加工性能
用切削后的表面粗糙度 和刀具寿命来表示。
切削加工
金属材料具有适当的硬度(170 HBS～230 HBS) 和足够的脆性时切削性良好。
改变钢的化学成分(加少量铅、磷)和进行适当的 热处理(低碳钢正火，高碳钢球化退火)可提高钢的 切削加工性能。
铜有良好的切削加工性能。
五、热处理工艺性能
钢的热处理工艺性能主要考虑其淬透性, 即钢接受淬火的能力。
含Mn、Cr、Ni等合金元素的合金钢淬透 性比较好, 碳钢的淬透性较差。
铝合金的热处理要求较严。 铜合金只有几种可以用热处理强化。
1.2 金属材料的机械性能 金属材料的机械性能，即是指金属材料在外力
件的能力。
铸造
1. 流动性
熔2. 融收金缩属性的流动能力。 完铸3. 整件偏、 在析尺 凝寸 固精 和确 冷、却轮过廓程清中晰，的其铸体件积。 和尺寸减少 的现金象属。凝固后，铸锭或铸件化学成分和组织的 不均铸匀件现收象缩。不仅影响尺寸，还会使铸件产生缩孔、 疏松偏、析内大应使力铸、件变各形部和分开的裂力等学缺性陷能。有很大的差 异，铸降造低用铸金件属的材质料量的。收缩率越小越好。
4. 导电性
传导电流的能力称导电性。
用电阻率来衡量。
5电. 阻热率膨越胀小性，金属材料导电性越好。 材金料属随导温电度性变以化银而为膨最胀好、，收铜缩、的铝特次性之。。 膨合胀金系的数导大电的性材比料纯制金造属的差零。件, 温度变化时, 尺 寸和电形阻状率变小化的较金大属。(纯铜)适于制造导电零件和电 线轴。和轴瓦之间根据膨胀系数来控制间隙尺寸； 在电热阻加率工大和的热金处属理或时合要金考(钨虑、材钼料、的铁热铬膨铝胀合影金响), 减适少于工做件电变热形元和件开。裂。
第一章 金属材料的性能
金属材料的性能：工艺性能 使用性能。
工艺性能 制造工艺过程中材料适应加工的性 能。
铸造性能、锻压性能、焊接性能、 切削加工性能、热处理性能 使用性能 材料在使用条件下表现出来的性能。 力学性能、物理性能、化学性能
1.1 金属材料的工艺性能
一、铸造性能
金属材料铸造成形获得优良铸
现象, 用产生0.2%残余应变时的应力值表示。
二、塑性
断裂前材料产生永久变 形的能力称为塑性。
1. 伸长率（δ）
(a)原始试样 （b)拉伸后试样
试样拉断后,率。
2. 断面收缩率（ψ） 试样拉断后, 缩颈处截面积的最大缩减量与原 横断面积的百分比称为断面收缩率。
（载荷）作用时表现出来的性能。 强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度
载荷的形式
一、强度
金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力。 材料的强度用拉伸试验测定。
(a)原始试样 （b)拉伸后试样 圆形拉伸试样
拉伸试验
拉伸曲线
1. 弹性极限σe 材2.料屈保服持极弹限性（变屈形服,强不度产）生σ永s 久变形的最大 应力3金.。属强开度始极发限生(抗明拉显强塑度性σ变b )形的抗力。 金条属件受屈拉服时极所限能σ0承.2 受铸的铁最等大材应料力没。有明显的屈服
三、硬度
材料抵抗另一硬物体压入其内的能力叫硬度。 即材料受压时抵抗局部塑性变形的能力。 1. 布氏硬度（HB) 一定直径的钢球或硬质合金球在一定载荷作用 下压入试样表面。测量压痕直径, 计算硬度值。
钢球压头用HBS表示 硬质合金球用HBW表 示
布氏硬度计
布氏硬度计的使用
2. 洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)
二、锻造性能
锻造性 金属材料用锻压加工方法成形的适 应能力。
锻造
冷冲
金属材料的塑性越好，变形抗力越小， 金属的锻造性能越好。
三、焊接性能
焊接性 金属材料对焊接加工的适应性。 获得优质焊接接头的难易程度。
电弧焊
气焊
钢材的碳含量是焊接性好坏的主要因素。
低碳钢和碳的质量分数低于0.18 %的合金钢焊接
材料抵抗冲击载荷作用的能力称冲击韧性。 用摆锤冲击弯曲试验来测定。
测得试样冲击吸收功，用符号Ak表示。 用冲击吸收功除以试样缺口处截面积S0 , 得到 材料的冲击韧度ak。
冲击试样
冲击吸收功的测定
五、疲劳强度
轴、齿轮、叶片、弹簧等零件，在工作过 程中各点的应力随时间作周期性的变化，这 种应力称为交变应力(也称循环应力)。
六、断裂韧性
桥梁、船舶、大型轧辊、转子等有时会发生 低应力脆断。
工作应力低于材料的屈服强度。 原因：构件或零件存在裂纹。裂纹在应力作 用下失稳扩展，导致机件破断。
断裂韧性 :材料抵抗裂纹失稳扩展 断裂的能力。
裂纹尖端应力场大小用应力场强度因子 K表I 示。
Y ：系数 σ ：外加应力
a ：裂纹半长
裂纹扩展的临界状态所对应的应力场强
度因子称为临界应力场强度因子，用K1C表
示，单位为MN/m3/2，它代表材料的断裂 韧性。
1. 3 金属材料的理化性能
一、金属的物理性能
1. 密度 单2. 位熔体点积物质的质量称为该物质的密度。 3密金. 度 属导小 从热于 固性态5×向10液3态kg转/m变3时的的金温属度称称为为轻熔金点属。, 如铝导熔、热点镁性高、用的钛热金及导属它率称们衡难的量熔合。金金热属。导，用率如于越钨航大、天,钼导航、热空钒性器等越上。好。。 银制导造密热耐度性高大最温于好零5,件×铜1，0、如3铝k火g次箭/之m、3。的导合金弹金属、的称燃导为气热重轮性金机比属和纯,喷金 属如气差铁飞。、机铅等、零钨、等部。件。 在熔热点加低工的和金热属处称理为时易，熔防金止属材如料锡加、热铅或等冷，却可时用 形于成制导过造热大保性的险好内丝的应和金力防属，火材以安料免全制零阀造件零散变件热形等器或。、开热裂交。换器与 活塞等零件。