工程材料-过控-5-金属材料的主要性能
金属材料的性能 重点概括
1、金属材料的性能包括：使用性能和工艺性能。
2、使用性能：是指金属材料在使用条件下所表现出来的性能，包括①物理性能（如密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等）。
②化学性能（如抗腐蚀性、抗氧化性等）。
③力学性能（如强度、塑性、硬度、冲击韧性及疲劳强度等）。
④工艺性能。
力学性能的概念：力学性能是指金属在外力作用下所表现出来的性能。
3、力学性能包括：强度、硬度、塑性、冲击韧性a)金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。
强度的大小用应力来表示。
b)根据载荷作用方式不同，强度可分为：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等。
一般情况下多以抗拉强度作为判别金属强度高低的指标。
4、金属材料受到载荷作用而产生的几何形式和尺寸的变化称为变形。
变形分为：弹性变形和塑性变形两种5、不能随载荷的去除而消失的变形称为塑形变形。
在载荷不增加或略有减小的情况下，试样还继续伸长的现象叫做屈服。
屈服后，材料开始出现明显的塑性变形。
Fs称为屈服载荷6、sb：强化阶段：7、随塑性变形增大，试样变形抗力也逐渐增加，这种现象称为形变强化（或称加工硬化）。
Fb：试样拉伸的最大载荷。
8、在拉伸试验过程中，载荷不增加（保持恒定），试样仍能继续伸长时的应力称为屈服点。
用符号σs表示，计算公式：σs=Fs/So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，计算公式：σ0.2=F0.2/So9、（2）抗拉强度材料在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用符号σb表示。
计算公式为：σb=Fb/So10、断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性。
塑性由拉伸试验测得的。
常用伸长率和断面收率表示。
11、伸长率：试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率。
用δ表示：计算公式：δ=(l1-l0)/l0×100%断面收缩率：试样拉断后，缩颈处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率。
用ψ表示12、材料抵抗局部变形特别是塑性变形压痕或划痕的能力称为硬度。
金属材料的主要性能
• 变形
材料在使用过程中，在外力的作用下将 发生形状和尺寸的变化 弹性变形：外力去除后能够恢复的变形 塑性变形：不能恢复的变形
举例：弹簧、弯钢丝
• 应变 在外力作用下引起的材料的原始 尺寸或形状在单位长度上的变化
HB 0.102
2P
D(D D2 d 2 )
式中：P—试验力(N) D—压头的直径(mm)
球冠面积，不好算，可直接查表（由d直接查HB值）
布
计
氏 硬
度
➢压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450以下的材料。 ➢压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在650以下的材料。
4、塑性 金属材料产生塑性变形而不被破坏的能力。 用伸长率 和断面收缩率表示。
1）伸长率δ
δ
l1 l0 l0
100%
式中：l0—试样原标距的长度（mm）
l1—试样拉断后的标距长度（mm）
2) 断面收缩率
= （A0-A1）/A0 ×100%
式中：A0—试样的原始截面积（mm2） A1—试样断面处的最小截面积（mm2）
σb= Fb/A0 (MPa ) 式中：Fb—试样承受的最大载荷(N)
A0—试样原始横截面积(mm2）
屈服强度σs 和抗拉强度σb在设计机械和选择、评定金属材料时有重要意义。 由于机器零件在工作时，不允许产生塑性变形，因此机械零件多以σs作为强度设 计的依据。 对于脆性材料，因断裂前基本不发生塑性变形，因此在强度计算时以σb为依据。
塑性材料试样有圆弧缺口，脆性材料不开缺口。
•材料的a k 值愈大，韧性就愈好；材料的a k 值愈小， 材料的脆性愈大。
第1章工程材料的主要性能
4
强 度(strength)
材料在外力的作用下将 发生形状和尺寸变化， 称为变形。 外力去处后能够恢复的 变形称为弹性变形。 外力去处后不能恢复的 变形称为塑性变形。
金属变形的三个阶段： ⅰ）弹性变形 ⅱ）弹－塑性变形 ⅲ）断裂
5
应力—应变曲线
F 屈服
s
弹
e
性
变
形O
塑 性
变b
σs = Fc/S0 (MPa)
（3）抗拉强度σs 拉伸试验时试样拉断过程中最大 试验力所对应的应力。
σb= Fm/S0 (MPa)
当外加应力大于材料的抗拉强度 时，材料发生断裂现象
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强 度(streng
材料在外力作用下产生塑性变 形而不断裂的能力。 （1）伸长率（specific
12
4.硬度 ( hardness )
材料抵抗局部塑性变形 的能力
硬度影响材料的切削加工 性能、零件的耐磨性和使 用性能
测试方法：压入法 主要采用两种硬度指标量： 布氏硬度和洛氏硬度。
布氏硬度计
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布氏硬度（HB）
试验规范： 压头材料：淬火钢球或硬质 合金球 压头直径：10、5、2.5、1mm 标准压力：一定压力(3000kgf)
第一章 工程材料的主要性能
1、教学要求 了解工程材料使用性能（力学性能、物理性能、化学性 工艺性能的含义。 重点了解强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度的概念与
测试方法 2、学时安排 1学时
1
1.金属材料的性能
金属材料的性能——用来表征材料在给定外界条件下的行为参量。 两个方面： （1）使用性能——包括力学、物理、化学等方面的性能。
金属的力学性能是指金属在外力作用下所表现出来的力学行 为，宏观上一般表现为金属的变形和断裂。
金属材料的主要性能
金属工艺学
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金属的结晶过程
凝固— 一般非晶体由液态向固态转变的过程。 结晶— 由液态金属转变为固态晶体的过程。
ºC
T0：理论结晶温度 T1：实际结晶温度
L ΔT=T0--T1（过冷度）
T0
T1 S
0
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纯金属的冷却曲线（实际）
金属工艺学
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结晶的必要条件----过冷度 金属的结晶过程：
原理：
HV
F S
F 1.8544 0.102 d 2
(N
/ m m2 )
F——试验载荷（N），范围5～120Kgf；
D——压痕对角线长度（mm） ；
S——压痕面积（mm2） 。
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优点： 所用载荷小； 压痕深度浅； 测量范围大。
缺点： 生产率低； 不适合成批生产检验
材料的 和 的数值越大，塑性越好。
塑性对材料的意义： 1. 提高安全性 2. 便于压力加工成型
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金属工艺学
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二、 硬度
硬度：是材料抵抗局部变形的能力 。
硬度是综合性能指标 硬度测量简便迅速，不破坏零件
工程上常用的有:
布氏硬度(HB) 洛氏硬度(HR) 维氏硬度(HV)
应用范围： 适用于测量零件薄的表面硬化层、金属镀层： 薄片金属。
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三、韧性
—金属材料断裂前吸收的变形能量的能力。
冲击韧度（ak):是金属材料抵抗冲击载荷作用而 不破坏的能力。
梅氏标准试样 GB229－84
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金属工艺学
金属材料的性能有哪些
金属材料的性能有哪些金属材料是一类常见的材料，其性能多种多样，具有许多优秀的特点，下面将从强度、塑性、硬度、导电性和导热性等方面进行介绍。
首先，金属材料的强度是其最重要的性能之一。
金属材料通常具有较高的强度，可以承受较大的外部载荷而不会发生破坏。
这使得金属材料成为制造结构件和机械零件的理想选择。
例如，钢材具有较高的抗拉强度和屈服强度，因此被广泛应用于建筑结构和汽车制造等领域。
其次，金属材料的塑性也是其重要性能之一。
金属材料具有良好的塑性，可以在外力作用下发生塑性变形而不断裂。
这使得金属材料可以通过锻造、拉伸、压缩等加工工艺成型各种复杂的零部件。
例如，铝材具有良好的塑性，可以通过挤压工艺制成各种型材和零件，广泛应用于航空航天和汽车制造领域。
此外，金属材料的硬度也是其重要性能之一。
金属材料通常具有一定的硬度，可以抵抗外部物体对其表面的划伤和磨损。
这使得金属材料可以用于制造刀具、轴承、齿轮等需要较高硬度的零件。
例如，不锈钢具有较高的硬度和耐磨性，因此被广泛应用于厨具和机械零件制造。
另外，金属材料具有良好的导电性和导热性。
金属材料中的自由电子可以在外加电场或温度梯度下自由移动，因此金属材料具有良好的导电性和导热性。
这使得金属材料可以广泛应用于电气设备和热传导设备中。
例如，铜材具有良好的导电性和导热性，因此被广泛应用于电线、电缆和散热器等领域。
综上所述，金属材料具有良好的强度、塑性、硬度、导电性和导热性等优秀性能，因此在工程领域中得到了广泛的应用。
随着材料科学的不断发展，金属材料的性能将会得到进一步提升，为各行各业的发展提供更加可靠的支持。
金属材料的主要性能
为提高材料的疲劳强度，一般可从以下几个方面考虑： 1) 设计方面，尽量使零件避免尖角、缺口和截面突变，以避免应力
集中及其所引起的疲劳裂纹。 2) 材料方面，减少材料内部存在的夹杂物和由于热加工不当而引起的
一、金属材料的力学性能
金属材料的力学性能是指材料在不同环境（温度、介质、湿度）下，承受各种 外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击等）时所表现出的力学特征。力学 性能主要包括强度、塑性、硬度和韧性和抗疲劳性等，用来表征材料力学性能 的各种临界值或规定值均称为力学性能指标。金属材料的力学性能的优劣就是 用这些指标的具体数值衡量的
1 强度 强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗永久变形或断 裂的能力
载荷
静载荷
冲击载荷
交变载荷
项目二 汽车常用工程才料
任务一 金属材料的主要性能
金属材料受到载荷作用时，发生几何尺寸和形状的变化称为变形。变形一 般分为弹性变形和塑性变形。所谓弹性变形，是指材料受到载荷作用时产生 变形，载荷卸除后恢复原状的变形。而塑性变形则是指材料在载荷作用下发 生变形，且当载荷卸除后不能恢复的变形，故也叫永久变形。
当L0=10d0时，称为长试样； L0=5d0时，称为短试样。
图2-1-1 圆形拉伸试样图
项目二 汽车常用工程材料
任务一 金属材料的主要性能
载荷F和伸长量 L
之间的关系曲线，称为拉伸曲线，如图2-1-2所 示。
2-1-2低碳钢的拉伸曲线图
曲线明显地分为以下几个变形阶段
Oe
弹性变 形阶段
金属材料特性
金属材料特性金属材料是一类拥有许多独特特性的材料，主要由金属元素组成，具有导电、导热、高延展性、高强度等特点。
以下是金属材料的主要特性：1. 导电性：金属材料是良好的导电体，电子在金属内部能够自由移动，形成电流。
这使得金属广泛应用于电线、电路板等导电部件的制造。
2. 导热性：金属材料具有良好的导热性能，能够迅速传导热量。
这使得金属成为散热器、发动机等需要快速散热的设备的重要材料。
3. 高延展性：金属材料可以经受较大的拉力而不破裂，能够被拉伸成细丝或薄膜。
这使得金属材料具有良好的延展性和可塑性，可以制造出各种形状的产品。
4. 高强度：金属材料具有较高的强度，能够承受较大的力，不易断裂。
这使得金属材料成为建筑、航空航天等领域常用的结构材料。
5. 良好的韧性：金属材料具有良好的韧性，能够在遭受撞击或挤压等外力时不易断裂。
这使得金属制品具有较高的耐久性和使用寿命。
6. 可融性：金属材料具有良好的可融性，可以在一定温度范围内熔化成液体。
这使得金属可以通过熔融工艺进行铸造、锻造等制造过程。
7. 耐腐蚀性：大多数金属具有一定的耐腐蚀性，能够抵抗氧化、腐蚀和酸碱等介质的侵蚀。
这使得金属在化工设备、海洋工程等恶劣环境中广泛应用。
8. 可回收性：金属材料具有良好的可回收性，可以通过熔炼和再加工等方法，重新制造新的金属制品。
这符合环保意识的提升，减少了资源的浪费。
9. 磁性：部分金属材料具有磁性，能够吸引铁磁物质。
这使得金属广泛用于磁性材料的制造和电磁设备的应用。
综上所述，金属材料具有导电导热、高延展性、高强度、韧性好、耐腐蚀、可融性、可回收等多种特性，使其在各个领域都有广泛的应用。
同时，这些特性也决定了金属材料的独特价值和重要性。
金属材料的性能
金属材料的性能金属材料是工程材料中应用最广泛的一类材料，其性能直接影响着材料在工程中的应用效果。
金属材料的性能主要包括力学性能、物理性能、化学性能和加工性能等方面，下面将对这些性能进行详细介绍。
首先，力学性能是金属材料的重要性能之一。
力学性能包括强度、硬度、韧性、塑性和疲劳性能等指标。
强度是材料抵抗外部力量破坏的能力，硬度是材料抵抗局部变形和切削的能力，韧性是材料抵抗断裂的能力，塑性是材料在受力作用下发生形变的能力，疲劳性能是材料在受交变载荷作用下抵抗疲劳破坏的能力。
这些力学性能指标直接影响着金属材料在工程中的承载能力和使用寿命。
其次，物理性能是金属材料的另一个重要性能。
物理性能包括密度、导热性、导电性、热膨胀系数等指标。
密度是材料单位体积的质量，导热性是材料传导热量的能力，导电性是材料传导电流的能力，热膨胀系数是材料在温度变化时的膨胀程度。
这些物理性能指标影响着金属材料在工程中的热传导、电传导和尺寸稳定性等方面的应用效果。
此外，化学性能也是金属材料的重要性能之一。
化学性能包括耐蚀性、耐热性、耐磨性等指标。
耐蚀性是材料抵抗化学介质侵蚀的能力，耐热性是材料在高温环境下保持稳定性的能力，耐磨性是材料抵抗磨损的能力。
这些化学性能指标直接影响着金属材料在恶劣环境下的使用寿命和稳定性。
最后，加工性能也是金属材料的重要性能之一。
加工性能包括可焊性、可切削性、可锻性、可淬火性等指标。
可焊性是材料在焊接过程中的适应性，可切削性是材料在切削加工中的易加工性，可锻性是材料在锻造加工中的变形性，可淬火性是材料在热处理过程中的适应性。
这些加工性能指标直接影响着金属材料在工程加工过程中的加工性能和加工效率。
综上所述，金属材料的性能包括力学性能、物理性能、化学性能和加工性能等多个方面，这些性能指标直接影响着金属材料在工程中的应用效果。
因此，在工程设计和材料选择过程中，需要充分考虑金属材料的各项性能指标，以确保材料能够满足工程的要求，提高工程的质量和可靠性。
1 金属材料的主要性能
塑性表示
（1）伸长率δ ：
表示试样拉伸断裂后的相对伸长量
δ = （L1-L0）/L0 ×100% 式中： L0—试样原标距的长度（mm）
L1—试样拉断后的标距长度（mm） 按照伸长率可将材料分为： δ < 2 ~ 5% 属脆性材科 δ ≈ 5 ~ 10% 属韧性材料 δ > 10% 属塑性材料 （2）断面收缩率Ψ： 表示试样断裂后截面的相对收缩量。
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金属材料的主要性能
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动画1
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常见的各种外载荷
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金属材料的主要性能
1、强度和塑性（静载荷）
概念：
材料在外力作用下的表现行为：变形、断裂 材料在外力作用下的行为过程：弹性变形—塑性变形—断裂（永久变形） 材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。 外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。
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金属材料的主要性能—硬度
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洛氏硬度的优点。
显微维氏硬度计
淬火钢球(Φ1.588mm) 1000
HRC
金刚石（圆锥体）
1500
一般淬火钢
20～67
注意：一般适用于硬度较高的材料。如：淬火钢等
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金属材料的主要性能—硬度
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动画 布氏硬度测量
动画 洛氏硬度测量
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金属材料的主要性能概述
体心立方 面心立方 密排六方
2. 金属的结晶：原子由无序状态向有 序状态转变的过程。有晶体形成。
基本概念
凝固：一般非晶体由液态向固态转变的过程 。 结晶：由液态金属转变为固态晶体的过程。
晶体： 原子排列时有序的，原子在三维空间做规则 的、周期性的、重复排列。有一定的熔点和 凝固点，性能趋向各向异性。
2 、共析反应
一定成分的固相在一定的温度下同时析出两种成分和
结构均不相同的 新的固相的反应。
727 ℃
A2.11%c
F0.02%c+Fe3C6.69%c
共析反应的产物即珠光体 P＝F0.02%c+Fe3C6.69%c
1.5.2 铁碳合金状态图分析
纯铁的熔点 A3线
ACD线—液相线
渗碳体的熔点
碳在奥氏体中的最大溶解度
共析钢和亚共析钢的结晶过程分析
A—奥氏体
P—珠光体 F—铁素体
过共析钢结晶过程分析 共晶生铁结晶过程分析
亚共晶、过共晶生铁结晶过程分析
L’d—变态莱氏体
工业纯铁
亚共析钢
共析钢
过共析钢
亚共晶白口铸铁
共晶白口铸铁
过共晶白口铸铁
1.6 工业用钢分类及选材
碳素结构钢（0.38%C)
碳素钢 优质碳素结构钢 (0.2-0.7%C用途广)
Ø莱氏体：是液态铁碳合金发生共晶转变所形成的奥氏 体与渗碳体的共晶体（Ld）。硬度高，塑性 差。
两种反应：
1、共晶反应
一定成分的液相在一定的温度下同时结晶出两种成 分和结构均不相同的固相的反应。
1148ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ℃
L 4.3%c
A2.11%c+Fe3C6.69%c
金属材料的主要性能
σ σ σ
σ(F)
b s e k
b s e
ε
(ΔL)
图1－2 低碳钢拉伸曲线
（2）弹性极限
即金属材料不产生塑性变形时所能承受的最大应 力。拉伸曲线e点对应的应力ζe为弹性极限： ζe= Fe/S0
式中 ζe —弹性极限（MPa）； F e —试样产生完全弹性变形时的最大外力（N）； S0 —试样原始横截面积（mm 2）。
2.刚度
即材料抵抗弹性变形的能力。
刚度的大小以弹性模量来衡量，弹性模量在拉伸曲线 上表现为oe段的斜率，即： E=ζ/ε 式中 E——弹性模量（MPa）； ζ——应力（MPa）； ε——应变。
3. 强度
即金属抵抗永久变形和断裂的能力。
（1）屈服点 屈服点：即试样在拉伸过程中力不增加（保持恒定） 仍能继续伸长（变形）时的应力。在拉伸曲线上s点 对应的应力为屈服点。 ζs=Fs/S0
小结
思考题
1.常用的力学性能判据各用什么符号表示？它们的物
理含义各是什么？
2.测定下列材料或零件的硬度宜采用何种硬度指标？
热轧钢坯
青铜铸件
淬硬钢齿轮 薄铝板 灰铸铁源自（2）断面收缩率 即试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原
始的横截面积的百分比。
Ψ=（S0-S1）/S0×100% 式中
Ψ——断面收缩率（%）；
S0——试样的原始截面积（ mm2）
S1——试样拉断后缩颈处的最小横截面积（mm2 )
称为塑性断裂,塑性断裂的断口呈“杯锥”状。 如低碳钢。
塑性材料：断裂前有明显的塑性变形，
优点：操作简便，压痕小，用于成品和薄形件 缺点：测量数值分散 应用：淬火钢，调质钢批量生产零件 当HRC为20-67时有效 例如：50HRC HRC与HB的数值关系（当HBS＞220时）约为1﹕10 例如：40HRC约为400HBS
金属材料的主要性能-(精品)精选全文
第三节 铁碳合金的基本组织
部分碳溶于铁的晶格间隙，铁的晶格类型 不变。
四、 疲劳强度 ——（σ-1 ） （σ-1≈0.5σb） 金属材料在无数次重复或交变载荷的作用下而不致引起断裂的最大应力—疲劳强度。 在机械零件中有许多零件，如连杆、齿轮、弹簧、曲轴等，是在交变载荷的作用下工作的。这种受交变应力的零件，发生断裂时的应力。远低于该材料的屈服强度，这种破坏现象叫做疲劳破坏。据统计，约有80%的机件失效都可归咎于疲劳破坏。 金属材料所承受重复或交变载荷应力（）与其断裂前的应力循环次数（N）有如图所示的疲劳曲线关系。
1. 布氏硬度HBS（以淬火钢球为压头） 用于测定软性材质（HBS≤450） 测试原理图：
HBS测定
压头直径:￠10mm、 ￠5mm、 ￠2.5mm 载荷: 30000N、 7500N 、1870N 特点：优点：测量值较稳定、准确度较洛氏硬度高 缺点：测量费时，且压痕较大， 不适合成品检验。 适用范围：用于测定软性材质（HBS≤450） 如:灰口铸铁、软钢和非铁合金等。 HBW--- 以硬质合金为压头的新型布氏硬度计
疲劳曲线
当应力降至某值后， 疲劳曲线成为水平， 即表示该材料可能经受无数次应力循环而仍不发生疲劳断裂，这个应力叫做疲劳强度极限。。 用应力循环基数表示： 钢为107 非铁合金为108
5、几种常用金属材料的力学性能
αk
HRC
HBS
δ%σs工程结构 Nhomakorabea26
235
低碳钢拉伸试验图
1.强度 单位：MPa(N/mm2）
σb —— 抗拉强度
σs —— 屈服强度(屈服点）
强度: 材料在外力作用下， 抵抗塑性变形和断裂的能力。
（F）
工程材料材料分类与性能
工程材料材料分类与性能工程材料是指在工程施工中使用的各种材料，它们具有各自独特的分类与性能。
根据其用途和性质的不同，工程材料可以分为金属材料、非金属材料和复合材料。
金属材料是指主要由金属元素构成的材料，具有优良的导电、导热和抗腐蚀等性能。
常见的金属材料有铁、铝、铜、锌等。
金属材料的主要性能包括机械性能（如强度、韧性）、物理性能（如导电性、导热性）、化学性能（如抗腐蚀性）和热处理性能等。
金属材料在工程中广泛应用于建筑、航空、交通、机械等领域。
非金属材料是指除金属以外的材料，包括无机非金属材料和有机非金属材料。
无机非金属材料主要包括水泥、玻璃、陶瓷等。
有机非金属材料主要包括塑料、橡胶、纤维等。
非金属材料具有轻质、绝缘、耐腐蚀等特点。
它们的性能特点有耐高温、阻燃性、耐腐蚀、导热性等。
复合材料是指由两种或两种以上的材料组成，通过一定的方式进行组合，形成具有特定性能和功能的材料。
常见的复合材料包括纤维增强复合材料、金属基复合材料和无机非金属增强复合材料等。
复合材料的特点是具有很高的强度和刚度，同时又具备轻质和耐腐蚀等性能。
复合材料在航空航天、汽车、建筑等领域有广泛的应用。
工程材料的性能与其分类密切相关。
不同材料具有不同的特性和用途，因此在工程设计中需要根据具体的要求来选择材料。
例如，在需要承受高温环境的工程中，就需要选择具有良好耐高温性能的材料；在需要抗腐蚀的场合，需要选择具有良好抗腐蚀性能的材料。
总之，工程材料的分类与性能多种多样，各具特点。
工程设计者根据工程的具体要求来选择合适的材料，以确保工程的安全和可靠性。
如今，随着科技的进步和工程技术的发展，工程材料的分类与性能将会不断提升和拓展，为工程领域提供更好的材料资源。
金属材料的主要性能
金属材料的主要性能1-1金属材料的机械性能。
a.强度：金属材料在外力作用抵抗变形和破坏的能力1 抗拉强度2抗弯强度3抗压强度.4 抗扭强度5抗剪强度b.塑性：金属材料在外下，产生塑性变形而不被破坏的能力。
c.硬度: 金属材料表面抵抗硬物压如或磨损的能力。
1.布氏硬度(HB)1.1HBS(淬硬钢球) ……..450以下.1.2HBW(硬赀钢球)…… 450~650.2.洛氏硬度(HR)2.1 HRA(120度金钢石圆锥)。
……..重载荷600N2.2 HRB(∮1.588钢球)。
……………重载荷1000N2.3 HRC(120度金钢石圆锥)。
………. 重载荷1500N3.维氏硬度(HV)d..冲击韧性：金属材料在冲击载荷的作用下抵抗断裂的能力。
f: 疲劳强度：金属材料在无数次重复或交变载荷作用而不引起断裂的最大应力。
g. 断裂韧性：是用来反映，评价材料抵抗裂纹失稳扩展能力的性能指标。
2-2 金属的物理特性a.密度b.熔点c.热膨胀性d.导热性e.导电性f.磁性3-3 金属的化学性能。
a.耐腐蚀性b.抗氧化性c.化学稳定性4-4 功能性能a.铸造性能b.锻造性能c.焊接性能d.切削加工性能e.热处理性能。
5-5.钢的分类a.碳素钢a.1 按含碳量分1.低碳钢(<0.25%)2.中碳钢(0.25%~0.6%)3.高碳钢(0.6%~1.4%)a.2按钢的质量分1.普通碳素钢(含S.P量较高，S<0.035%~0.05%,P<0.035%~0.045%)2.优质碳素钢(含S.P量较低，S<0.035%，P<0.035%)4.高级优质碳素钢(含S.P量很低，S<0.025%,P<0.025%)a.3碳素结构钢a.4碳素工具钢b.合金钢1按用途分：合金结构钢合金工具钢特殊性能钢2. 按含合金量分：低合金钢(合金元素的总含量<5%)中合金钢(合金元素的总含量5%~10%)高合金钢(合金元素的总含量>10%)3.合金结构钢4.合金工具钢。
工程材料 材料的性能(全)
(三) 金属材料的 化学性能
1. 2. 3. 4. 5. 6.
密度 熔点 导热性 导电性 热膨胀性 磁性
1. 耐腐蚀性 2. 抗氧化性
HRA用于测量高硬度材料, 如
硬质合金、表淬层和渗碳层。
钢球压头与 金刚石压头
HRB用于测量低硬度材料, 如
有色金属和退火、正火钢等。
HRC用于测量中等硬度材料，
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。 缺点：测量结果分散度大。
洛氏硬度压痕
（3）维氏硬度
维氏硬度用符号HV表示
带有双冲点的锤头以一定的频率 冲击式样，直至冲断。
（2）断裂韧性
应力强度因子：描述裂纹尖端附近应力场强度的指标。
K I Y a
断裂韧性：材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。
K IC Y C aC
C为断裂应力，aC为临界裂纹半长，单位为
MN / m 3 2
5、疲 劳
材料在低于s的重复交变应力作用下发生断裂的现象。
拉 伸 试 验 机
低碳钢的应力-应变曲线
拉伸试样
2、强度与塑性
强度：材料在外力作用下抵抗永久变形和破坏的能力。 屈服强度s：材料发生微量塑性变形时的应力值。 条件屈服强度0.2：残余变形量为0.2%时的应力值。 抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大应力值。
塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。 指标为： 伸长率： 断面收缩率： 说明： 用面缩率表示塑性比伸长率更接近 真实变形。
(1)疲劳曲线和疲劳强度
材料在规定次数应力循环后 仍不发生断裂时的最大应
力称为疲劳强度。用r表示。
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金属材料的力学性能
• 力学试验的对象，可以是构件、零部件或材料。 • 构件或零部件的试验，主要是考验它在类似服役条件 下的行为，试验时的外载分布、温度变化、介质条件 等都尽可能复现其实际使用的状态，以考核其结构强 度、使用寿命、失效形式。 • 一些大型构件不便于用实物直接试验时，也可以采用 模型或模拟的试验方法。这些试验多半是在复杂的加 载条件下进行的，不能以材料的基本力学性质试验来 代替，甚至零部件的试验也不能代替整机的试验。
强度的测定-拉伸实验
脆性材料的拉伸曲线（与低碳钢试样相对比）
F
0
09:30
ΔL
脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。
强度的测定-拉伸实验
应力 = F/A0 应变 = (l-l0)/l0
拉 伸 试 验 机
低碳钢的应力-应变曲线
09:30
拉伸试样
弹性和刚度
• 弹性：指标为弹性极限e， 即材料承受最大弹性变形时 的应力。 • 刚度：材料受力时抵抗弹性 变形的能力。指标为弹性模 量E 。
09:30
金属材料的力学性能
• 力学性质既由材料内在状态所决定，亦随着试验的外 界条件而变化。外界因素可以直接影响材料的性质， 也可能通过改变其内部组织而影响它的力学行为。
• 在力学件质的研究中，仅依靠力学试验的结果是不够 的。为了把金属的性质与它的冶金质量、组织状态、 点 阵类型、缺陷分布等关系发掘出来，就必须配合 进行各种组织检验、结构分析、断口研究、应力分析、 物理性质测试等多种试验工作，这些试验与力学试验 相配合，可以有效地揭示材料行为的内在本质。
09:30
硬度
09:30
硬度
• 布氏硬度HB: 采用一定直径的钢球或硬质合金压头， 以相应的试验力压入试样表面，经规定保持时间后卸
载，得到一直径的压痕，载荷除以压痕表面积的值。
HB 0 .102 2P
D( D D 2 d 2 )
布 氏 硬 度 计
09:30
布氏硬度
• 压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于 布氏硬度值在450以下的材料。 • 压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布 氏硬度在650以下的材料。 布
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。
09:30
强度指标
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。
• 屈服强度s：是金属材 料发生屈服现象时的屈 服极限，即材料发生微 量塑性变形时的应力值。 计算公式 σs=
09:30
Fs A0
强度指标
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。 • 条件屈服强度0.2： 残余变形量为0.2%时的 应力值。 F0.2 计算公式 σ0.2= A0 应用：σs和σ0.2常作为零件 选材和设计的依据。
弹性变形阶段
屈服阶段 强化阶段 颈缩现象
09:30
低碳钢拉伸力与伸长量的关系曲线。
强度的测定-拉伸实验
力——伸长曲线 弹性变形阶段 外力不超过Fe，材料只产生可恢复的弹性 变形。 弹性 金属材料受外力作用时产生变形，当外力去除后能 恢复其原来形状的性能。 弹性变形 随外力消失而消失的变形，称为弹性变形，其 大小与外力成正比。 塑性变形阶段 外力超过Fe后，试样开始产生永久变形 （在外力去除后保留下来的不能恢复的变形），即塑性 变形。 09:30
符号HBS或HBW之前的数字表示 硬度值, 符号后面的数字按顺序分 别表示球体直径 、 载荷及载荷保 持时间。如 120HBS10/1000/30 表
氏 硬 度 压 痕
示直径为 10mm 的钢球在 1000kgf （ 9.807kN ）载荷 09:30 作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。
布氏硬度
• 当l0=10d0 时，伸长率用10表示；
• 当l0=5d0 时，伸长率用5 表示。显然5> 10
• ③ >ห้องสมุดไป่ตู้ 时，无颈缩，为脆性材料表征
09:30
< 时，有颈缩，为塑性材料表征
塑性指标
• 屈强比 用σs/σb表示，可反映材料屈服后强化能力的高低，其 值一般在0.65~0.75之间。 • 屈强比越小，表示材料屈服极限与强度极限的差距越 大，塑性越好，发生脆性破坏的可能性越小，工程构 件的可靠性越高，万一超载也不会马上断裂。但屈强 比太小，也使材料在弹性变形范围内承受载荷小，强 度水平就不能充分发挥。 • 屈强比越大，屈服极限接近强度极限，承载能力越强， 材料在断裂前塑性“储备”太少，对应力集中敏感， 09:30 耐疲劳抗力下降，并容易发生脆性破坏。
e
E tg （ M P a ）
弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升 高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷 热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。可以通过 09:30 增加横截面积或改变截面形状来提高零件的刚度。
强度与塑性
强度的概念 • 材料在静载荷的作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。 应用 强度是机械零件 （或工程构件）在设计、
钢球压头与 金刚石压头
洛氏硬度压痕
洛氏硬度试验适用范围
硬度符号 HRA HRB
压头类型 120°金刚石圆锥 直径1.588mm钢 球
初始试验力 F0/N
98.07 98.07
主试验力 F1/N
490.3 882.6
硬度范围 20~88HRA 20~100HRB
HRC
120°金刚石圆锥
98.07
1373.0
＞6
6~3 ＜3 6~3 ＞130 4~2 ＜2 9~3 30 10
10
5 2.5 10 5 2.5 10 10（5或15） 5 2.5
9.807×103
2.452×103 612.4 29.42×103 7.355×103 1.839×103 9.807×103 2.452×103 612.4 30±2 30±2 10~15
有色金属
35~130
6~3 ＜3
＞6
09:30
10
5（2.5或1.5） 5 2.5
2.452×103
612.4 153.2 60±2
＜35
6~3 ＜3
硬度
• 洛氏硬度 把具有标准形状和尺寸的压头（金刚石圆 锥或大钢球），先用一初载荷F0压入材料，压到位臵 1-1，压入深度为h1。再加一主载荷，压到位臵2-2。 最后撤去主载荷（初载荷不撤掉），压痕弹回至位臵 3-3，其深度为h3。用两次载荷作用后的深度差h=h3h1表示洛氏硬度。 • 洛氏硬度用符号HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002
作用力特点：如力的种类（静态力、动态力、磨蚀力等）；
施力方式：速度、方向及大小的变化，局部或全面施力等；
应力状态：简单应力——拉、压、剪、扭、弯，复杂应
力——两种以上简单应力的复合；
受力状态下所处的环境：温度、压力、介质、特殊空间等。
09:30
金属材料的力学性能
力学试验
力学试验是公特定的加载条件下探讨材料的性态的，金属
09:30
维氏硬度
09:30
09:30
金属材料的力学性能
• 材料的力学试验则是在从金属材料中加工出的试样上 进行的，是力学试验的基础工作。 • 力学试验的目的： ① 确定材料在各种受载条件下的行为，为工程设计提 供依据。 ② 材质的比较性检验。如具有持定用途的材料的筛选， 企业中原材料、半成品或产品的质量控制等。 ③ 通过力学行为与金属内部状态研究的配合，掌握力 学性质变化的基本原理，各种因素影响的本质，为高性 能材料的研制提供指导。
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材料的性能
• 使用性能：材料在正常使用条件 下能保证安全可靠工作所必备的
性能。包括力学性能、物理性能
和化学性能。
神 舟 一 号 飞 船
• 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。
09:30
金属材料的力学性能
• 力学性能： 指材料在力或能量的作用下所表现出的行为。 • 影响材料力学性能的因素：
• 布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。
• 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。 • 材料的b与HB之间的经验关系： 对于低碳钢: b(MPa)≈3.6HB 对于高碳钢：b(MPa)≈3.4HB
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钢
黄铜
球墨铸铁
20~70HRC
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硬度
• 维氏硬度 原理基本上和布氏硬度相同，压头是金刚
石的正四棱锥体。在试验力F的作用下，试样表面上压
出一个四方锥形的压痕，测量压痕对角线长度d，计算 压痕的表面积A，以压痕单位面积上的力表示试样的 硬度值，用符号HV表示。 • 金刚石压头上两相对面间夹角为136°，这是为了在 较低硬度时，其硬度值与布氏硬度值相等或接近。
• 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。
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洛氏硬度
洛氏硬度测试示意图 洛 氏 硬 度 计
h1-h0
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洛氏硬度
• 符号HR前面的数字为硬度值， 后面为使用的标尺。 HRA用于测量高硬度材料, 如 硬质合金、表淬层和渗碳层。 HRB用于测量低硬度材料, 如 有色金属和退火、正火钢等。 HRC用于测量中等硬度材料， 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。 09:30 缺点：测量结果分散度大。
材料的力学试验大致分成两类： 一类称作力学性质试验．专门测试材料的强度特性、变形 特性和断裂特性，是力学试验的基础部分；