1第一章 金属的性能
合集下载
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 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，
1.金属材料的性能
课外小知识： 1、金属的特性(密度、熔点、硬度等)
物理性质 物理性质比较
银 铜 金 铝 锌 铁 铅 100 99 74 61 27 17 7.9（良） （优） 铅 银 铜 铁 锌 铝 （小） 11.3 10.5 8.92 7.86 7.14 2.70 金 银 1064 962 金 铝 660 铝 锡 232（低） 铅
1.1金属材料的物理性能和化学性能
载荷是指零件或构件工作时所承受的 外力。 载荷的分类: 不随时间变化或变化较缓慢的载荷 称为静载荷， 如重力，锅炉中的压力，螺栓拧紧后 载 荷 受到的拉力; 随时间变化的栽荷称为冲击载荷， 如内燃机活塞杆受到的力，机器中的 齿轮受到的力等。 在工作过程中受到大小、方向随时 间呈周期性变化的载荷作用，这种载 荷称为交变载荷。 有许多机械零件，如轴、齿轮、连杆 和弹簧等，
1 耐腐蚀性 金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气及其他 化学介质腐蚀作用的能力，称为耐腐蚀 性。 常见的钢铁生锈，就是腐蚀现象。 2 抗氧化性 金属材料抵抗氧化作用的能力，称为抗氧 化性。 金属材料在加热时，氧化作用加速，
3 化学稳定性 化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗 氧化性的总称。 热稳定性 金属材料在高温下的化学 稳 定性。 制造在高温下工作的零件的 金属材料，要有良好的热稳定性。
一、金属材料的物理性能
2.熔点 定义 金属从固体状态向液体状态转变时的温度称为熔 点。熔点一般用摄氏温度（℃）表示。各种金属都有 其固定熔点。如铅的熔点为323 ℃，钢的熔点为１５ ３８ ℃。 分类 低熔点金属——熔点低于 １０００ ℃， 中熔点金属——熔点在１０００～２０００ ℃， 高熔点金属——熔点 高于２０００ ℃。
金属材料的力学性能
第一章金属材料的力学性能机械制造中使用的材料品种很多，为了正确使用材料，并把它加工成合格的工件，必须掌握材料的使用性能和工艺性能。
使用性能，是指为保证工件正常工作材料应具备的性能，包括力学性能、物理和化学性能等。
工艺性能，是指材料在加工过程中所表现出来的性能，包括铸造性能、锻压性能、焊接性能和切削加工性等。
所谓力学性能，是指材料在外力作用下所表现出来的性能，主要有强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等，是设计机械零件时选材的重要依据。
这些性能指标是通过试验测定的。
第一节刚度、强度、塑性刚度、强度和塑性是根据试验测定出来的。
将材料制成标准试样(图1-1a)，然后把试样装在试验机上施加静拉力，随着拉力的增加试样逐渐变形，直到拉断为止(图1-1b)。
将试样从开始到拉断所受的力F 及所对应的伸长量ΔL绘制在F—ΔL坐标上，得出力一伸长曲线。
低碳钢的力一伸长曲线如图1—2所示。
从图1—2可知，在OE 阶段，试样的伸长量随拉力成比例增加，若去除拉力后试样恢复原状，这种变形称为弹性变形。
超过E 点后，若去除拉力试样不能完全恢复原状，尚有一部分伸长量保留下来，这部分保留下来的变形称为塑性变形。
当拉力增加到F s 时，力一伸长曲线在S 点呈现水平台阶，即表示外力不再增加而试样继续伸长，这种现象称为屈服，该水平台阶称为屈服台阶。
屈服以后，试样又随拉力增加而逐渐均匀伸长。
达到B 点，试样的某一局部开始变细，出现缩颈现象。
由于在缩颈部分试样横截面积迅速减小，因此使试样继续伸长所需的拉力也就相应减小。
当达到K 点时，试样在缩颈处断裂。
低碳钢在拉伸过程中经历了弹性变形、弹一塑性变形和断裂三个阶段。
F —ΔL 曲线与试样尺寸有关。
为了消除试样尺寸的影响，把拉力F 除以试样原始横截面积A0，得出试样横截面积上的应力，同时把伸长量ΔL 除以试样原始标距L 0，得到试样的应变LL ε∆=0F A σ=σ—ε曲线与F —ΔL 曲线形状一样，只是坐标不同。
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。
1-1第一节金属力学性能.
用符号 表示，读作 [代儿特] δ=(L1-L)/L x 100%
其中：L1—断后试样长度，将断口密合在一起，用卡尺直接量出。 Lo—试样原始长度
断后断面收缩率：断后截面处面积的最大缩减量与原始截面面积 百分比。 用符号Ψ表示， 读作[扑洒哎]
Ψ=(A0-A1)/A0 x 100%
其中：A0—试件原横截面积。 A1—断裂后颈缩处的横截面积。
材料的各项指标均合格，因此买回的材料合格。
电影“泰坦尼克号”剧情介 绍
1985年，“泰坦尼克号”的沉船遗骸在北大西洋两英里半的海底被发现。美国探险家 洛
维特亲自潜入海底在船舱的墙壁上看见了一幅画，洛维持的发现立刻引起了一位老妇人 的注意。已经是102岁高龄的罗丝声称她就是画中的少女。在潜水舱里，罗丝开始叙述她 当年的故事。
说明： 布氏硬度习惯上只写出硬度值而不必注明单位，其标注方法是，符号 HBS或HBW之前为硬度值，符号后面按以下顺序用数值表示试验条件：
球 体直径、试验力，试验力保持时间（10～15s不标注）例如：
120HBS10/1000/30，表示直径10mm钢球在9.80KN（1000kgf） 的试验力作用下，保持30s测得的布氏硬度值为120。
2、HRC适用范围数值20～67；小于或大于这个范围均为标注错误！ 如17HRC；75HRC； HRC=15～19等。
3、在图纸标注时注意数值差应≯5，否则为标注错误。 4、适用于测量硬度较高的材料，如淬火钢件；测量成品件或半成
品件。因压痕较小。压头直径1.587mm。
3、优缺点 （1）试验简单、方便、迅速； （2）压痕小，可测成品，薄件——目前应用中的硬度计70%是洛 氏硬度计； （3）数据不够准确，应测三点取平均值； （4）不应测组织不均匀材料，如铸铁。
其中：L1—断后试样长度，将断口密合在一起，用卡尺直接量出。 Lo—试样原始长度
断后断面收缩率：断后截面处面积的最大缩减量与原始截面面积 百分比。 用符号Ψ表示， 读作[扑洒哎]
Ψ=(A0-A1)/A0 x 100%
其中：A0—试件原横截面积。 A1—断裂后颈缩处的横截面积。
材料的各项指标均合格，因此买回的材料合格。
电影“泰坦尼克号”剧情介 绍
1985年，“泰坦尼克号”的沉船遗骸在北大西洋两英里半的海底被发现。美国探险家 洛
维特亲自潜入海底在船舱的墙壁上看见了一幅画，洛维持的发现立刻引起了一位老妇人 的注意。已经是102岁高龄的罗丝声称她就是画中的少女。在潜水舱里，罗丝开始叙述她 当年的故事。
说明： 布氏硬度习惯上只写出硬度值而不必注明单位，其标注方法是，符号 HBS或HBW之前为硬度值，符号后面按以下顺序用数值表示试验条件：
球 体直径、试验力，试验力保持时间（10～15s不标注）例如：
120HBS10/1000/30，表示直径10mm钢球在9.80KN（1000kgf） 的试验力作用下，保持30s测得的布氏硬度值为120。
2、HRC适用范围数值20～67；小于或大于这个范围均为标注错误！ 如17HRC；75HRC； HRC=15～19等。
3、在图纸标注时注意数值差应≯5，否则为标注错误。 4、适用于测量硬度较高的材料，如淬火钢件；测量成品件或半成
品件。因压痕较小。压头直径1.587mm。
3、优缺点 （1）试验简单、方便、迅速； （2）压痕小，可测成品，薄件——目前应用中的硬度计70%是洛 氏硬度计； （3）数据不够准确，应测三点取平均值； （4）不应测组织不均匀材料，如铸铁。
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。
金属的力学性能
部作用着与外力相对抗的力（与外力相对应）。（随外力施加 而产生，随外力去除而消失）
应力：单位面积上的内力。 σ=F/S
一、强度： 金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。 载荷作用形式：抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度、抗压强度、 抗扭强度
2
理论课教案附页
教学方法
主要教学内容和过程
附记
一般：以抗拉强度作为判别金属强度高低指标。 （一般来说：抗拉强度高，其他强度也高）
（铸造、锻造、焊接、切削加工、热处理等）
理论课教案附页
1
编制/时间：
教学方法
主要教学内容和过程
附记
§1-1 金属的力学性能 力：物体间的相互作用，是一个物体对另一个物体的作 用。 力学性能：金属在外力作用下所表现出来的性能。 （包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度） 载荷：金属材料在加工及使用过程中所受的外力
（2）常用洛氏硬度标尺及其适用范围 为了用一台硬度计测定从软到极硬的村料的硬度，可采 用不同的压头和载荷组成不同的洛氏硬度标尺，每一种标尺 用一个字母在洛氏硬度符号 HR 后面加以说明（15 种洛氏 标尺）。常用的洛氏硬度标尺是 A` B` C 三种。 各种不同标尺的洛氏硬度值不能直接比较,但可用实验 测定的换算表相互转换。
现象。（举例：建筑用钢筋） Fb：拉伸时的最大载荷
（4）bz—缩颈阶段 缩颈：载荷达到 Fb 后，试样直径发生局部收缩。 为什么：ΔL 增加，F 反而下降？ 注意：有些无明显屈服现象
有些无明显屈服现象，也不产生“缩颈”。
例如：
F
△L
4
理论课教案附页
教学方法
主要教学内容和过程
附记
5
3、强度指标： （1） 弹性极限：最大弹性变形的抗力指标。
应力：单位面积上的内力。 σ=F/S
一、强度： 金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。 载荷作用形式：抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度、抗压强度、 抗扭强度
2
理论课教案附页
教学方法
主要教学内容和过程
附记
一般：以抗拉强度作为判别金属强度高低指标。 （一般来说：抗拉强度高，其他强度也高）
（铸造、锻造、焊接、切削加工、热处理等）
理论课教案附页
1
编制/时间：
教学方法
主要教学内容和过程
附记
§1-1 金属的力学性能 力：物体间的相互作用，是一个物体对另一个物体的作 用。 力学性能：金属在外力作用下所表现出来的性能。 （包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度） 载荷：金属材料在加工及使用过程中所受的外力
（2）常用洛氏硬度标尺及其适用范围 为了用一台硬度计测定从软到极硬的村料的硬度，可采 用不同的压头和载荷组成不同的洛氏硬度标尺，每一种标尺 用一个字母在洛氏硬度符号 HR 后面加以说明（15 种洛氏 标尺）。常用的洛氏硬度标尺是 A` B` C 三种。 各种不同标尺的洛氏硬度值不能直接比较,但可用实验 测定的换算表相互转换。
现象。（举例：建筑用钢筋） Fb：拉伸时的最大载荷
（4）bz—缩颈阶段 缩颈：载荷达到 Fb 后，试样直径发生局部收缩。 为什么：ΔL 增加，F 反而下降？ 注意：有些无明显屈服现象
有些无明显屈服现象，也不产生“缩颈”。
例如：
F
△L
4
理论课教案附页
教学方法
主要教学内容和过程
附记
5
3、强度指标： （1） 弹性极限：最大弹性变形的抗力指标。
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。
初中一年级化学金属的性质和反应
初中一年级化学金属的性质和反应金属是我们日常生活中常见的物质，它们在我们的生活和工业中发挥着重要的作用。
本文将探讨初中一年级化学中金属的性质和反应。
一、金属的性质金属具有以下几个显著的性质：1. 导电性：金属是良好的导电体。
这是由于金属中自由电子的存在。
当外部施加电压时，自由电子能够移动，从而产生电流。
2. 导热性：金属也是良好的导热体。
与导电性类似，金属中的自由电子能够传递能量，并迅速将热量从一个地方传到另一个地方。
3. 延展性和延展性：金属具有较高的延展性和延展性，可以被拉伸成细丝或者被锤击成薄片，这是由于金属中原子之间的金属键的特殊性质所致。
4. 金属光泽：金属表面呈现出光泽，这是由于金属中自由电子的运动所造成的。
二、金属的反应1. 金属与酸的反应：大部分金属可以与酸反应，产生氢气和相应的盐。
这是因为金属能够失去电子，与酸中的氢离子结合形成氢气。
例如，锌与盐酸反应：Zn + 2HCl → ZnCl2 + H22. 金属与水的反应：部分金属可以与水直接反应。
通常，活泼金属如钠、钾等会与水剧烈反应，产生氢气和相应的碱。
例如，钠与水反应：2Na + 2H2O → 2NaOH + H23. 金属与氧的反应：部分金属与氧反应，产生金属氧化物。
例如，铁与氧反应：4Fe + 3O2 → 2Fe2O34. 金属与非金属的反应：金属通常与非金属反应，形成离子化合物。
在反应中，金属会失去电子，并与非金属中的阴离子结合。
例如，钠与氯反应：2Na + Cl2 → 2NaCl三、金属的应用金属在我们的生活中有着广泛的应用。
下面介绍几个常见的金属及其应用：1. 铁：铁是一种常见的金属，广泛应用于建筑、制造和运输等领域。
例如，钢材是铁与一定比例的碳和其他元素合金化得到的，具有优异的强度和韧性，用于制造建筑结构和机械设备。
2. 铝：铝是一种轻便、耐腐蚀的金属，被广泛用于制造飞机、汽车、包装材料和家电等。
铝也具有良好的导电性和导热性，因此也用于制造电线和散热器等。
金属材料基础知识
金属的冷热弯曲性能也取决于材料的塑性和强度。材料承受 弯曲而不出现裂纹的能力，称为弯曲性能。一般用弯曲角度 或弯心直径与材料厚度的比值来衡量弯曲性能。
电厂锅炉管道弯头和输粉管道弯头是经过冷热弯曲成型的。
(三)焊接性能
• 金属材料采用一定的焊接工艺、焊接材料及结构形式，优质焊 接接头的能力，称为金属的焊接性。
适用范围
HRC
120°金刚石圆 锥
150
HRB Φ1.588mm钢球
100
HRA
120°金刚石圆 锥
60
一般淬火钢等硬度较大材料
退火钢和有色金属等软材料
硬而薄的硬质合金或表面淬 火钢
3．维氏硬度（HV） 维氏硬度是用一定的载荷将锥面夹角为136°的正四棱锥金刚石压头压入试 样表面，保持一定时间后卸除载荷，试样表面就留下压痕，测量压痕对角线 的长度，计算压痕表面积，载荷F除以压痕面积S所得值即为维氏硬度。维氏 硬度用符号HV表示，计算公式如下：
1．拉伸试样
2．拉伸曲线
• 拉伸曲线表示试样拉伸过程中力和变形关系，可用应力－延伸率曲线表 示，纵坐标为应力R，R=F/S0，横坐标为延伸率ε，ε＝ΔL/L0。
拉伸曲线的形状与材料有关， 由图可见，在载荷小的oa阶 段，试样在载荷F的作用下 均匀伸长，伸长量与载荷的 增加成正比。如果此时卸除 载荷，试样立即回复原状， 即试样产生的变形为弹性变 形。当载荷超过b点以后， 试样会进一步产生变形，此 时若卸除载荷，试样的弹性 变形消失，而另一部分变形 则保留下来，这种不能恢复 的变形称为塑性变形。
(四)切削性能 金属材料承受切削加工的难易程度，称为切削性能。
金属的切削性能与材料及切削条件有关，如纯铁很பைடு நூலகம்易切削，但难以获得较高的光洁度； 不锈钢可在普通车床上加工，但在自动车床上，却难以断屑，属于难加工材料。通常，材 料硬度低时切削性能较好，但是对于碳钢来说，硬度如果太低时，容易出现“粘刀”现象， 光洁度也较差。一般情况下金属承受切削加工时的硬度在HB170一230之间为宜。
1.1材料的力学性能
洛氏硬度测试示意图
洛 氏 硬 度 计
h1-h0
（2）符号及标注 符号：HR 常用三种标度符号：HRA HRB 标注方法： 数值＋符号 如：５２ HRC ７０ HRA （3）应用
HRC
压痕小，在批量成品或半成品质量检验中广 泛应用，并可测量较薄的工件或较薄的硬化层。
HRA用于测量高硬度材料, 如
三、硬度 含义：是指材料在外力作用下抵抗局部变形， 特别是塑性变形、压痕或 划痕的能力，通俗 说材料抵抗外力压入其表面的能力。硬度是 衡量材料软硬程度的判据。 硬度判据：布氏硬度HB 洛氏硬度HR 维氏硬度ＨＶ
测量方法：硬度实验法
１、布氏硬度HB
（1）测量方法：用直径D钢球或硬质合金球， 一定载荷p ，保持一定时间卸除，由读数显微 镜测得压痕直径d，计算得到。（单位Mpa） 注：实际应用中，不需计算，根据d查布氏硬度 表即可。
2、塑性
含义：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。 指标（两个）： 伸长率： 断面收缩率：
l1 l 0 100% l0
F0 F1 100% F0
断裂后
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
说明：
① 用表示塑性比伸长率更接近真实变形。 ② 与试样尺寸 有关，d0 相同时，l0，，故5> 10。只 有l0/d0 为常数时， 才有可比性。 ③ > 时，无颈缩，为脆性材料表征
关
Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图） 的冲击试验结果
Titanic
近代船用钢板
五、疲劳强度
何为疲劳？材料在低于s的循环交变应力作 用下发生断裂的现象。（举例） 疲劳强度的含义：材料抵抗疲劳破坏的能力。 指标： 疲劳极限：材料在规定次数应力循环后仍不 发生断裂时的最大应力称为疲劳极限。用N 表示（对称循环交变应力-1 。） 钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为 108。
第1章-金属材料的力学性能
常见的失效形式有：断裂、磨损、过量弹性变形和过量塑性变形 等。
零件抵抗变形和断裂能力的大小，是用零件所用材料的力学性 能指标来反映的。显然，掌握材料的力学性能不仅是设计零件、 选用材料时的重要依据，而且也是按验收技术标准来鉴定材料的 依据，以及对产品的工艺进行质量控制的重要参数。
常用的力学性能有：强度、塑性、刚度、弹性、硬度、冲击韧 度、断裂韧度和疲劳等。
第一章 金属材料的力学性能
金属材料的力学性能：是指金属在不同环境因素(温度、介质)下， 承受外加载荷作用时所表现的行为。这种行为通常表现为金属的 变形和断裂。因此，金属材料的力学性能可以理解为金属抵抗外 加载荷引起的变形和断裂的能力。
在机械制造业中，大多数机械零件或构件在不同的载荷与环境 下工作。如果金属材料不具备足够的抵抗变形和断裂的能力就会 使机件失去预定的效能而损坏，即产生“失效现象”。
2)有色金属N0 取108 、不锈钢及腐蚀介质作用下N0为 106 而不断裂的最大应力，为该材料的疲劳极限。
二、疲劳曲线与疲劳极限
疲劳曲线：交变应力与疲劳寿命（循环周次N）的关系曲 线称为疲劳曲线。
1－一般钢铁材料 2－有色金属、高强度钢等
疲劳极限：材料在无限多次交变载荷作用下，而不发生疲 劳断裂的最大应力。
实际测定时，材料不可能作无数次交变载荷试验，试验时 规定：
1)钢铁材料（曲线1）取循环周次N0为107时能承受的最 大循环应力为疲劳极限。
第一节 强度、刚度、弹性及塑性
一、力．伸长曲线与应力．应变曲线 （一）力－伸长曲线
曲线分三个阶段：1.弹性变形阶段：op、pe段 2.塑性变形阶段：es、sb段 3.断裂阶段：bk段
（二）应力－应变曲线
二、刚度和弹性
（一）弹性模量 弹性模量E是指金属材料在弹性状态下的应力
零件抵抗变形和断裂能力的大小，是用零件所用材料的力学性 能指标来反映的。显然，掌握材料的力学性能不仅是设计零件、 选用材料时的重要依据，而且也是按验收技术标准来鉴定材料的 依据，以及对产品的工艺进行质量控制的重要参数。
常用的力学性能有：强度、塑性、刚度、弹性、硬度、冲击韧 度、断裂韧度和疲劳等。
第一章 金属材料的力学性能
金属材料的力学性能：是指金属在不同环境因素(温度、介质)下， 承受外加载荷作用时所表现的行为。这种行为通常表现为金属的 变形和断裂。因此，金属材料的力学性能可以理解为金属抵抗外 加载荷引起的变形和断裂的能力。
在机械制造业中，大多数机械零件或构件在不同的载荷与环境 下工作。如果金属材料不具备足够的抵抗变形和断裂的能力就会 使机件失去预定的效能而损坏，即产生“失效现象”。
2)有色金属N0 取108 、不锈钢及腐蚀介质作用下N0为 106 而不断裂的最大应力，为该材料的疲劳极限。
二、疲劳曲线与疲劳极限
疲劳曲线：交变应力与疲劳寿命（循环周次N）的关系曲 线称为疲劳曲线。
1－一般钢铁材料 2－有色金属、高强度钢等
疲劳极限：材料在无限多次交变载荷作用下，而不发生疲 劳断裂的最大应力。
实际测定时，材料不可能作无数次交变载荷试验，试验时 规定：
1)钢铁材料（曲线1）取循环周次N0为107时能承受的最 大循环应力为疲劳极限。
第一节 强度、刚度、弹性及塑性
一、力．伸长曲线与应力．应变曲线 （一）力－伸长曲线
曲线分三个阶段：1.弹性变形阶段：op、pe段 2.塑性变形阶段：es、sb段 3.断裂阶段：bk段
（二）应力－应变曲线
二、刚度和弹性
（一）弹性模量 弹性模量E是指金属材料在弹性状态下的应力
《金属加工与实训》第1章 第1节 材料的力学性能
提高疲劳抗力的方法：设计上减 小应力集中；强化表面。
疲劳曲线示意图
23
韧脆转变温度曲线示意图
21
1.4 材料的疲劳强度
交变载荷：载荷大小和方向随时间发生周期变化的载荷。 疲劳断裂：零件在交变载荷下经过长时间工作而发生断裂 的现象成为疲劳断裂。 疲劳断裂过程：裂纹萌生、疲劳裂纹扩展、断裂。
一个疲 劳源
两个疲 劳源
断口示意图
22
1.4 材料的疲劳强度
疲劳极限σ-1：材料可经受无数次 应力循环而不失效的应力值。单 位为MPa。通常规定钢铁材料的 循环基数N=107；非铁金属的循环 基数N=108；腐蚀介质作用下的循 环基数N=106。
金属加工与实训
第1章 金属材料及热处理基础
1
第1节 金属材料的力学性能
1、学习目的 通过本次课的学习，了解金属材料的主要
力学性能。 2、主要内容
（1）强度 （2）塑性 （3）硬度 （4）冲击韧性 （5）疲劳强度
2
第1节 金属材料的力学性能
1.1 强度 1.2 塑性 1.3 硬度 1.4 冲击韧性 1.5 疲劳强度
F (σ)
es p
b k
sb段：均匀塑性变形阶段，是强化
阶段
b点：形成了“缩颈”
o
ΔL（ε）
bk段：非均匀变形阶段，承载下降， 低碳钢的拉伸曲线
到k点断裂
9
1.1 强度
二、强度指标
强度：金属抵抗永久变形和断裂的能力。 弹性极限：是材料产生完全弹性变形时所能承受的最大应力值， 用σe表示，单位为MPa。 屈服强度：是材料开始产生明显塑性变形时的最低应力值。常以 下屈服强度ReL（σs）作为屈服强度的值，单位为MPa。对于高碳 钢、铸铁等材料，以试样拉伸时产生0.2% 残余延伸率所对应的应 力为规定残余延伸强度，记为Rr0.2（σ0.2），即所谓的“条件屈服 强度”。 抗拉强度：是试样拉断前所能承受的最大应力值，用Rm （σb）表 示，单位为MPa。
疲劳曲线示意图
23
韧脆转变温度曲线示意图
21
1.4 材料的疲劳强度
交变载荷：载荷大小和方向随时间发生周期变化的载荷。 疲劳断裂：零件在交变载荷下经过长时间工作而发生断裂 的现象成为疲劳断裂。 疲劳断裂过程：裂纹萌生、疲劳裂纹扩展、断裂。
一个疲 劳源
两个疲 劳源
断口示意图
22
1.4 材料的疲劳强度
疲劳极限σ-1：材料可经受无数次 应力循环而不失效的应力值。单 位为MPa。通常规定钢铁材料的 循环基数N=107；非铁金属的循环 基数N=108；腐蚀介质作用下的循 环基数N=106。
金属加工与实训
第1章 金属材料及热处理基础
1
第1节 金属材料的力学性能
1、学习目的 通过本次课的学习，了解金属材料的主要
力学性能。 2、主要内容
（1）强度 （2）塑性 （3）硬度 （4）冲击韧性 （5）疲劳强度
2
第1节 金属材料的力学性能
1.1 强度 1.2 塑性 1.3 硬度 1.4 冲击韧性 1.5 疲劳强度
F (σ)
es p
b k
sb段：均匀塑性变形阶段，是强化
阶段
b点：形成了“缩颈”
o
ΔL（ε）
bk段：非均匀变形阶段，承载下降， 低碳钢的拉伸曲线
到k点断裂
9
1.1 强度
二、强度指标
强度：金属抵抗永久变形和断裂的能力。 弹性极限：是材料产生完全弹性变形时所能承受的最大应力值， 用σe表示，单位为MPa。 屈服强度：是材料开始产生明显塑性变形时的最低应力值。常以 下屈服强度ReL（σs）作为屈服强度的值，单位为MPa。对于高碳 钢、铸铁等材料，以试样拉伸时产生0.2% 残余延伸率所对应的应 力为规定残余延伸强度，记为Rr0.2（σ0.2），即所谓的“条件屈服 强度”。 抗拉强度：是试样拉断前所能承受的最大应力值，用Rm （σb）表 示，单位为MPa。
汽车材料习题集(一)
汽车材料习题集第一章金属的性能一、名词解释1.金属的使用性能：2.金属的工艺性能：3.金属的机械性能：4.应力：5.强度：6.屈服点：7.抗拉强度：8.塑性：9硬度：10.冲击韧性：11.疲劳强度：二、填空题1.载荷是指。
载荷按其作用性质不同一般可分为、和。
2.应力是指。
单位面积上所产生的内力称为。
4.根据载荷作用形式不同，强度可分为、、、和强度等，其中以作为最基本的强度指标。
5.强度指标是通过试验方法测定的。
因载荷形式不同，测定方法也不相同，有、、、、等试验方法。
抗拉强度可通过方法进行测定。
6.拉伸试验低碳钢时，试样的变形可分为、、、和五个阶段。
7.衡量试样拉伸试验的强度指标有、等，它们分别用符号、表示。
8.衡量金属的塑性指标有、，分别用符号、来表示。
9.常用的硬度指标有和，它们分别用和来作硬度值。
10冲击韧性常用测定方法是，它主要测定。
影响小能量多冲抗力的因素主要是材料的。
三、问答题1.某工厂购进一批45号钢，按国家标准规定其机械性能不得低于下列数值：s σ=360N/2mm ，b σ=610N/2mm ，s δ=16％，ϕ=40％。
验收时，把45号钢制成=o d 1×102-m 的短试样，进行拉伸试验，测得产生屈服时的载荷为29830N ，拉断试样前的最大载荷为49455N ，拉断后试样的标距长度为×102-m ，断口处的直径为×103-mm 。
请列式计算这批钢材是否符合要求。
2.何谓硬度布氏硬度、洛氏硬度各适用于测定哪些材料的硬度第二章 碳 素 钢一、填空题1.碳素钢是指含碳量小于 ％，并含有少量Si 、Mn 、S 、P 杂质元素的 合金。
2.碳素钢据含碳量的多少可分为 、 和 。
3.根据含S 、P 杂质元素的多少，碳素钢可分为 和 。
钢按用途分类，它属 钢，按钢中有害杂质S 、P 含量多少分类，它属 钢。
二、选择题1.采用冷冲压方法制造汽车油底壳应选用 。
第1章金属材料的性能
sb段：当拉力超过屈服点拉力后，试样随拉力 的增加继续伸长直到b点，该阶段为均匀变形阶段； bk段：在试样的 局部开始产生收缩， 产生“缩颈”现象，此 时试样承受拉力的能 力下降直至k点而断裂。
1．强度指标
强度是用应力来表示的，即材料受载荷作用后 内部产生一个与载荷相平衡的内力，单位面积上的 内力称为应力，用σ表示，即： σ=F/S0 常用的强度指标有弹性极限、屈服点和抗拉强 度。 （1）弹性极限 弹性极限是指试样产生完全 弹性变形时所能承受的最大应力，用符号σe表示， 单位为MPa。弹性极限的值可下式计算： σe=Fe/S0
1．布氏硬度
HB－3000布氏硬度计 1—指示灯 2—压头 3—工作台 4—立柱 5—丝杠 6—手轮 7—载荷砝码 8—压紧螺钉 9—定时器 10—加载按钮
布氏硬度的试验原理是用一定直径D的淬火 钢球或硬质合金球，在规定的试验载荷F的作用 下压入被测金属表面（如图所示），停留一定 的时间后卸除载荷，在被测金属表面上留下一 直径为d的压痕，测量压痕直径d，并由此计算 压痕的球缺面积A， 然后再求出压痕的 单位面积上所承受 的平压力，以此作 为被测金属的布氏 硬度值。
试验时，先加初载 荷（98.07N），然后加 主载荷，在初载荷+主 载荷的压力下保持一段 时间之后，去除主载荷， 在保留初载荷的情况下， 根据试样的压痕深度e 来衡量金属硬度的大小。
洛氏硬度试验视频 洛氏硬度试验原理图
洛氏硬度的计算：
式中k为常数，用金刚石圆锥作压头时，k＝0.2 ㎜；用钢球作压头时，k＝0.26㎜。
四、疲劳 1．疲劳现象 工程上许多机械零件如轴、齿轮、弹簧等都是 变动载荷作用下工作的。根据变动载荷的作用方式 不同，零件承受的应力可分为交变应力与重复应力 两种，如图所示。
1-金属材料的性能(SK)-精简
块 一 金
——残余伸长量达到规定原始标距百分比时的应力。用符 号Rp表示，常用Rp0.2（旧：σ0.2） 。
属
材 ReL 料 的
Rp0.2
Fp0.2 S0
性 能
Fp0.2—试样发生屈服时最小载荷（N）; S0—试样的原始横截面积（mm2）。
Rp0.2用于无明显屈服现象的塑性 金属材料。
首页 返回 上一页 下一页 结束
块 一
低碳钢拉伸曲线：
金
属 oe——弹性变形阶段
材 料
es——屈服阶段
的 sb——均匀塑性变形阶段
性 能
（强化阶段）
k——缩颈阶段
低碳钢拉伸曲线
※oe的斜率即为材料的弹性模量E，又称材料的刚度。
首页 返回 上一页 下一页 结束
模 块 一
金
属
材
料 的
屈服——载荷基本不变而试样继续伸长的现象。
性
能 ※※屈服的产生标志着材料产生明显的塑性变形
缩颈——载荷达到最大值后，试样的局部截面急剧 缩小的现象。
首页 返回 上一页 下一页 结束
有些材料并无（或无明显）屈服阶段。几种钢的拉
模 伸曲线比较、铸铁的拉伸曲线如图: 块 一 金 属 材 料 的 性 能
几种钢的拉伸曲线比较
铸铁的拉伸曲线
首页 返回 上一页 下一页 结束
（二）强度
模 块
1.概念
模 项目
块 一
布氏 硬度
金
属 材 料
洛氏 硬度
的
性
能
维氏 硬度
优点
缺点
测得的硬度值 较稳定、准确
对金属表面的损伤 较大，且效率较低
操作简单迅速， 数据不够稳定和准
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
上一页
下一页
回主页
返 回
断面收缩率（ Ψ ）
Ψ=
S0-S1 S0
×100%
S0——试样原始横截面积,mm2； S1——颈缩处的横截面积,mm2 。
上一页
下一页
回主页
返 回
三、
硬
1. 原理 2. 应用点
4. 实验（录像） （二）洛氏硬度 1. 原理 2. 应用 3. 优缺点 4. 实验（录像）
第一章
第一节
金属的性能
金属的力学性能
第二节
金属的工艺性能
回主页
第一节
金属的力学性能
度 性
一、 强 二、 塑
三、 硬
度
四、 冲击韧性
上一页
下一页
回主页
一、
强
度
（一）强度的概念 （二）强度的测定——拉伸实验 （三）强度指标
上一页
下一页
回主页
返 回
（一）强度的概念 1. 定义 指金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂 的能力。
2. 应用 强度是机械零件（或工程构件）在设计、加工、使用过
程中的主要性能指标，特别是选材和设计的主要依据。
上一页
下一页
回主页
返 回
（二）强度的测定——拉伸实验 1. 拉伸试样（GB6397-86） 2. 力—伸长曲线（以低碳钢试样为例） 3. 脆性材料的拉伸曲线
上一页
下一页
回主页
返 回
1. 拉伸试样（GB6397-86）
（三）强度指标 1.屈服点 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，用符号σ s表示。 脆性材料的屈服点： 试样卸除载荷后，其标距部分的残余伸长率达到试 样标距长度的0.2%时的应力，用符号σ 2.抗拉强度 示。
0.2表示。
材料在断裂前所能承受的最大应力，用符号σ b表
上一页
下一页
长试样：L0=10d0 短试样：L0=5d0
上一页
下一页
回主页
返 回
2. 力——伸长曲线 拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线。
弹性变形阶段
屈服阶段
强化阶段 颈缩现象
上一页
下一页
回主页
返 回
3. 脆性材料的拉伸曲线（与低碳钢试样相对比）
F
0
ΔL
脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。
上一页 下一页 回主页 返 回
（二）冲击试样
（三）冲击试验原 理及方法
上一页
下一页
回主页
返 回
试验原理：试样被 冲断过程中吸收的能量 即冲击吸收功（Ak ） 等于摆锤冲击试样前后 的势能差。 试验过程如图所示。 计算公式 Ak=GH1 - GH2 =G（H1 - H2） 冲击韧度（a k）：冲击吸收功除以试样缺口处截面积。
上一页 下一页 回主页 返 回
回主页
返 回
1.屈服点
计算公式
F
σs=
Fs A0 F0.2 A0
F0.2
脆性材料的屈服点
σ0.2=
0
0.2%L0
ΔL
应用：σs和σ0.2常作为零件选材和设计的依据。
上一页
下一页
回主页
返 回
2.抗拉强度
计算公式
Fb σb= A0
应用：脆性材料制作机械
零件和工程构件时的选材和设 计的依据。
上一页
下一页
上一页 下一页 回主页 返 回
（一）布氏硬度
1. 原理 布氏硬度= F A凹 = 2F πD[D-（D² ² ½] -d ）
上一页
下一页
回主页
返 回
2. 应用
测量比较软的材料。 测量范围 HBS<450、 HBW<650的金属材料。 3. 优缺点 压痕大，测量准确， 但不能测量成品件。
上一页
下一页
25~100 20~67
上一页
下一页
回主页
返 回
3. 优缺点
优点：操作简便、迅速，效率
高，可直接测量成品件
及高硬度 的材料。
缺点：压痕小，测量不准确， 需多次测量。
上一页
下一页
回主页
返 回
4. 实验（录像）
上一页
下一页
回主页
返 回
四、冲击韧性
（一）定义 金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。
回主页
返 回
二、
（一） 定义
塑
性
金属材料断裂前发生永久变形的能力。
（二）衡量指标 伸长率：试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比。
试样拉断后，颈缩处的横截面积的缩减量与 断面收缩率：
原始横截面积的百分比。
上一页 下一页 回主页 返 回
伸长率（ δ ）
δ=
l1-l0 l0
×100%
l1——试样拉断后的标距,mm; l0——试样的原始标距,mm。
回主页
返 回
4. 实验（录像）
上一页
下一页
回主页
返 回
（二）洛氏硬度
1. 原理 加初载荷 加主载荷 卸除主载荷 读硬度值
上一页
下一页
回主页
返 回
2. 应用范围 常用洛氏硬度标度的试验范围 HRA
120°金刚 石圆锥体
600N
70~85
HRB HRC
1.588mm 钢球 120°金刚 石圆锥体
1000N 1500N