§2-1 金属材料的主要性能指标

等大型钢铁基地。钢产量由49年的15.8万吨上升到现
在的一亿吨。
鞍钢
攀钢夜景
原子弹、氢
弹的爆炸， 卫星、飞船 的上天等都 说明了我国 在材料的开 发、研究及
中 国 造 第 卫 一 星 颗 人 中 国 第 一 颗 原 子 弹 爆 炸 中 国 第 一 颗 氢 弹 爆 炸
长 征 火 箭 大 家 族
应用等方面
铁器时代
铁器
石器
材料的发展水平和利用程度已成为人类文明进步的 标志。
材料的发展与人类社会简图

没有半导体材料的工业化生产，就不可能有目前
的计算机技术。
龙芯
联想计算机
没有高温高强度的结构材料，就不可能有今天的 航空工业和宇航工业。
飞机发动机叶片
波音客机
在航天飞机表面装陶瓷防护瓦片
没有低消耗的光导纤维，也就没有现代的光纤通讯。
青铜铸造
高133厘米
重875kg
饰纹优美
越王勾践剑
春秋晚期越国青铜兵器
出土于湖北江陵楚墓
长55.7厘米
剑锷锋芒犀利 锋能割断头发
古代剑刃制造中的特殊技术
梯 度 材 料 古 已 有 之 这 是 古 代 剑 刃 截 面 图
春秋战国时代的
青铜剑，剑身及
剑锋由不同成分 的青铜组成，是
复合材料很好的
例子
黄石铜矿遗址
二十世纪七十年代，人们把材料与能源和信息并列，
称作现代文明的三大支柱之一。

前苏联在1957年把第一颗人造卫星送 入太空，令美国人震惊不已，认识到在
前 导弹火箭技术上落后了。因此在其后的 苏 联 十年里，在十多所大学中陆续建立了材 第 一 颗 料科学研究中心，并把约2/3大学的冶 人 金系或矿冶系改建成了冶金材料科学系 造 卫 星 或材料科学与工程系。其涉及的材料由 及 其 金属扩展到了陶瓷和高分子聚合物材料。 运 载 火 可见，高技术需要先进材料的支持。 箭
近代工业技术的发展，同样与材料紧密相连， “能源、信息、材料”已成为现代技术的三大 支柱，而前二者的发展均离不开材料。
金属材料 陶瓷材料
工程材料
高分子材料
复合材料
铸铁 黑色金属 金属材料 碳钢 合金钢 铝合金
有色金属
铜合金
其它有色金属 塑料 高分子材料 橡胶 非金属材料 陶瓷材料 复合材料 合成纤维
中华民族在人类历史上为材料的发展和应用作
出过重大贡献。

早在公元前6000~ 5000 年的新石器时代，中华 民族的先人就能用黏土 烧制成陶器，到东汉时 期又出现了瓷器，并流 传海外。
4000年前的夏朝我们的祖先已经能够炼铜，到殷、
商时期，我国的青铜冶炼和铸造技术已达到很高水平。
司母戊鼎
河南安阳晚商遗址出土
力学性能是指金属在力或能的作用下，材料 所表现的性能。它反映了金属材料在各种外力作 用下抵抗变形和破坏的某些能力，是选用金属材 料的重要依据。 （1）拉伸试验
（2）硬度试验
（3）冲击韧度试验
拉伸试验
1、该试验中采用了什么设备和试样？ 2、该拉伸过程中经历了哪几个变形阶段？
3、该试验中可测得哪些性能指标？
表征金属发生明显塑性变形的抗力。
Fs s MPa S0 ②抗拉强度——材料在拉断前所承受的最大应力。
表示材料抵抗均匀塑性变形的最大能力。
Fb b MPa S0
2、塑性
—— 产生塑性变形而不断裂的能力。
（1）断后伸长率 A = [( Lu - L0 )/ L0 ]×100%
（2）断面收缩率
常用的硬度指标
洛氏硬度HR 维氏硬度HV
（1）布氏硬度 HB
布氏硬度计
①试验原理：
用一定直径的压头 （球体），以相应试验 力压入待测表面，保持 规定时间卸载后，测量 材料表面压痕直径，以 此计算出硬度值。
②计算公式：
HBS（HBW） = F/S = 2F/πD[D - (D2-d2)1/2] 不写单位：kgf/mm2 • 淬火钢球： HBS • 硬质合金钢球： HBW • 当F的单位取N时，加 系数0.102 布氏硬度实验原理
Z = [( S0 - Su )/S0 ]×100%
A和Z越大，材料的塑性越好。
塑性对材料的意义： 1. 提高安全性 2. 2. 便于压力加工成型 （板金件加工成型）
硬度试验
1、硬度测试的方法有哪些？
2、各测量方法可测得哪些性能指标？
3、它们有何区别？各应用在什么场合？
3、硬度
——指工程材料抵抗更硬的物体压入其表面 内的能力，表示材料抵抗局部塑性变形或破坏的 性能，是一个综合反映材料弹性、塑性、强度和 韧性的机械性能指标。 布氏硬度HB
有了飞跃的
发展。
中国的航天事业-“神舟”号飞船
“神舟”一号 发射成功 “ 神 舟 ” 一 号 飞 船
“ 神 往舟 发二 射号 工” 位飞 船 运
“神舟”二号发射成 功
中国的航天事业-“神舟”号飞 船
“神舟”三号 发射成功 “ 神 舟 ” 三 号 飞 船 “神舟”四号 发射成功
“ 神 舟 ” 四 号 飞 船
万能拉伸试验机
圆形拉伸试样
1、强度
—— 指金属抵抗永久变形（塑性变形）和断裂 破坏的能力。 （1）试样
圆形 矩形 长试样：L0=10d0； 短试样：L0=5d0
（2）拉伸曲线
低碳钢应力-应变图
强度极限B 颈缩阶段
屈服极限S
强化阶段 屈服阶段 弹性极限P 弹性阶段
（3）强度指标
①屈服点——材料产生屈服点的最小应力。
§2-1 金属材料的主要性能指标 一、金属材料的主要性能
1、使用性能 （1）物理性能
密度、熔点、热膨胀性、导电性、导热性、磁性等。
（2）化学性能
化学稳定性
耐腐蚀性 高温抗氧化性
（3）力学性能
强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度、断裂韧度
2、工艺性能
铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性、热处理性等
二、金属材料的力学性能

春秋晚期 矿井深达50m 炼铜炉渣多达40万吨
实属罕见
我国从春秋战国时 热处理等工艺。这说明早在欧洲工业革命之前，我国
在金属材料及热处理方面就已经有了较高的成就。
宋应星
生铁炒熟铁图
新中国成立后，先后建起了鞍山、攀枝花、宝钢
第2章 机械工程材料
§2-1 金属材料的主要性能指标
材料的应用及发展：
材料是人类生产和 生活所必须的物质基础。
“神舟”四号飞船成功返 回
锉刀
手 锤
国产涡喷-7涡轮喷气发动机
材料是人类进化的里程碑。由于材料的重要性，
历史学家根据人类所使用的材料来划分时代。

石器时代
青铜器时代
象形尊(西周)