汽车工程材料 第一章 材料的性能
工程材料的性能
布氏硬度操作
(3)表示方法 表示方法 例如： 例如： 120HBS10/1000/30 （4）特点： ）特点： (5)适用范围：铸铁、 适用范围：铸铁、 适用范围 铸钢、 铸钢、非铁金属材 料及热 处理后钢材 毛坯或半成品. 毛坯或半成品
2.洛氏硬度(HR) 2.洛氏硬度(HR) 洛氏硬度 (1)测试原理 测试原理： (1)测试原理： (2)表示方法 表示方法： (2)表示方法： 硬度标尺：HRA、 硬度标尺：HRA、 HRB、 HRB、HRC C标尺最常用 特点： （3）特点： (4)适用范围 适用范围： (4)适用范围： 在批量的成品或半 成品质量检验中广泛 使用. 使用.
KⅠ≥KⅠc时 裂纹就会扩展而导致低应力脆断， 当 KⅠ≥KⅠc时，裂纹就会扩展而导致低应力脆断，此 式称为K判据。 式称为K判据。
K 2 ac = 1C ） （ Yσ
Y a
1.3 材料在动载荷作用下的力 学性能
动载荷是指突加的、冲击性的， 动载荷是指突加的、冲击性的，大小和方向随 时间而变化的载荷。 时间而变化的载荷。 材料在动载荷作用下的力学 性能，包括冲击韧度和疲劳强度。 性能，包括冲击韧度和疲劳强度。
屈服点σ 和屈服强度σ (3) 屈服点σs和屈服强度σ0.2 抗拉强度σ (4) 抗拉强度σb
(5) 塑性 断后伸长率δ 1）断后伸长率δ 100% ［（L δ＝［（L1-L0）/L0］×100% 注意： 注意： δ和δ5的区别
2）断面收缩率ψ 断面收缩率ψ ψ＝［(S0－S1)/S0］×100% 100%
1.布氏硬度（HB） 1.布氏硬度（HB） 布氏硬度 (1)测试原理 用一直径为D 测试原理： (1)测试原理：用一直径为D的 钢球或硬质合金球， 钢球或硬质合金球，以相应的试验 力压入试样表面，保持一定时间后， 力压入试样表面，保持一定时间后， 卸除试验力， 卸除试验力，在试样表面得到一直 径为d的压痕， 径为d的压痕，用试验力除以压痕 表面积所得的值即为布氏硬度值， 表面积所得的值即为布氏硬度值， HB表示 表示。 用HB表示。 计算公式： 计算公式：
材料的性能
第一章材料的性能材料的性能通常包括使用性能和工艺性能。
使用性能是指材料在特定的条件下，弄保证安全可靠工作所必备的性能，其中包括力学性能、物理性能和化学性能。
工艺性能是指材料在加工过程中所反映出来的性能，如铸造性能、锻造性能、切削加工性能和热处理性能等材料的使用性能材料的力学性能：是指材料在各种形式外力作用下，抵抗变形和断裂的能力，它是衡量材料性能极其重要的指标。
1.弹性：材料所受的外力去除后能恢复其原来形状的性能。
2.刚度：材料抵抗弹性变形的能力。
3.强度：材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。
4.塑性：材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。
5.硬度：衡量材料软硬程度的指标，是材料抵抗更硬物质压入其表面的能力，也可以说是抵抗局部塑性变形的能力。
6.冲击韧度：材料在冲击载荷作用下抵抗破环的能力成为冲击韧度，简称韧度。
7.疲劳强度：抵抗疲劳破坏的能力。
疲劳强度是在疲劳实验机上测定的。
8.断裂韧度：抵抗裂纹失稳扩张导致材料断裂的能力。
材料的物理性能：材料收到自然界中光、重力、温度场、电场和磁场等作用反映的性能。
1.热性能2.电性能3.磁性能4.光学性能材料的化学性能：材料与其它化学物质起化学反应时显示出来的那些性能。
1.抗氧化性：材料在高温下抵抗周围介质的氧与其作用而不被损坏的能力。
2.抗腐蚀性：材料抵抗空气、水、酸、碱、盐及各种溶液、润滑油等介质侵蚀的能力成为耐蚀性，也叫抗腐蚀性。
材料的工艺性能铸造性能：主要是指液体金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析倾向。
其性能主要取决于材料的流动性和收缩性。
锻造性能：主要是指金属材料承受外力锻打变形而自身不被破环的能力，它包括金属的塑性和抗变形能力。
焊接性能：是指两种相同或不同的材料，通过加热、加压或两者并用将其连接在一起所表现出来的性能。
切削性能：是指材料用切削刀具进行加工时所表现出来的性能。
它决定了刀具的使用寿命和被加工零件的表面粗糙度。
凡使道具使用寿命长且加工后表面粗糙度低的材料，其切削性能好。
011汽车工程材料基础PPT课件
基本概念
• 应力：材料在任一时刻所受的力除以横截面积之商。 用“σ”表示。
• 变形：金属在外力的作用下尺寸和形状的变化， “弹性变形”和“塑性变形”
弹性变形——去除外力后，物体能完全恢复原状的 变形。
塑性变形——当外力取消后，物体的变形不能完全 恢复，而产生的永久变形。
金属材料的特性有：强度较高、塑性 较好、导电性高、导热性好、有金属光泽 等。
第2节 汽车工程材料的性能
1.2.1 金属材料的性能
为了合理地使用和加工金属材料，必须了解其使 用性能和工艺性能。
使用性能：指各个零件或构件在正常工作时金属 材料应具备的性能，它决定了金属材料的应用范围、 使用的可靠性和寿命。包括力学性能、物理性能、化 学性能。
3）抗拉强度。 当负荷继续增加超过s点后，变形量随着负 荷的增加而急剧增加，当负荷超过b点，变形集中在试样的
某一部位上，试样在该部位出现缩颈现象，拉伸变形集中
在缩颈处。继续施加负荷，试样在k点断裂。材料断裂前所
承受的最大应力，即为抗拉强度（强度极限），它也是试
样能够保持均匀塑性变形的最大应力 b 。
• 力学性能：是指在力的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，通俗 地讲是指材料抵抗外力引起的变形和破坏的能力。
基本概念
• 强度（strength）：材料在力的作用下抵抗塑性变 形和断裂的能力。分为抗拉、抗压、抗弯、抗剪 强度等
• 塑性（plasticity）：塑性是金属在外力作用下能稳 定地改变自己的形状和尺寸，而各质点间的联系 不被破坏的性能
• 按用途分类：结构材料（如机械零件、工程构 件）、工具材料（如量具、刃具、模具）、功能 材料（如磁性材料、超导材料等）
《汽车应用材料》(第2版)技能训练题及参考答案
《汽车应用材料》（第2版）技能训练题模块1 金属材料的性能一、名词解释1.金属的力学性能2.强度3.塑性4.硬度5.冲击韧性6.疲劳强度7.铸造性能8.锻压性能9.焊接性能 10.热处理性能 11.切削加工性能二、填空题1.载荷按照性质不同一般可分为和。
2.金属材料在载荷作用下，形状和尺寸的变化称为变形。
变形一般分为变形和变形。
3.金属材料的力学性能主要包括、、、、等。
4.拉伸低碳钢时，试样的变形可分为、、和四个阶段。
5.通过拉伸试验测得的强度指标主要有强度和强度，分别用符号和表示。
6.金属材料的塑性也可通过拉伸试验测定，主要的指标有和，分别用符号和表示。
7.洛氏硬度采用了不同的压头和载荷组成不同的硬度标尺，常用的洛氏硬度标尺有、和三种，其中应用最为广泛。
8.530HBW5/750，表示用直径的硬质合金球，在kgf（N）的载荷作用下，保持s时测得的硬度值为。
9.工程技术上常用来测定金属承受冲击载荷的能力。
10.材料经过无限次载荷作用而不发生断裂的最大应力，称为疲劳强度，用符号表示。
11.铁和铜的密度较大，称为金属；铝的密度较小，称为金属。
三、选择题1.拉伸试验时，试样在断裂前所能承受的最大应力称为材料的（）。
A．屈服强度B．抗拉强度C．弹性极限2. 测定淬火钢件的硬度，一般常选用（）来测试。
A．布氏硬度计B．洛氏硬度计C．维氏硬度计3．金属材料的（）越好，则其压力加工性能越好。
A．强度 B. 塑性C．硬度4. 运转中的发动机曲轴、齿轮等零部件所承受的载荷均为（）。
A．静载荷 B. 冲击载荷C．交变载荷5. 在作疲劳试验时，试样承受的载荷为（）。
A．静载荷 B. 冲击载荷C．交变载荷四、简答题1.什么是强度、塑性？衡量它们的指标各有哪些？分别用什么符号表示？2.什么是硬度？常用的硬度测定方法有哪几种？布氏硬度、洛氏硬度各适用于哪些材料的硬度？下列零件用什么硬度测试方法测定其硬度:（1）钳工用锉刀、手锯、手锤（2）供应态碳钢型材3.什么是冲击韧性？可以用什么符号表示？4.什么叫金属的疲劳？疲劳强度用什么符号表示？5.什么是金属的工艺性能？工艺性能包括哪些内容？6.有一标准低碳钢拉伸试样，直径为10㎜，标距长度为100㎜，在载荷为21000N时屈服，拉断试样前的最大载荷为30000N，拉断后的标距长度为133㎜，断裂处最小直径为6㎜，试计算其屈服强度、抗拉强度、断后伸长率和断面收缩率。
汽车工程材料教案
教案一、课题：第一章金属材料力学性能指标二、教材分析：本章是《汽车材料》第一次课，是属于基础性知识，在教材的安排上是符合认知的过程三、（1）基础知识：掌握强度与塑性、硬度、冲击韧性及金属疲劳概念（2）能力培养：通过本次学习，培养学生在生产和生活中树立善于思考的良好习惯四、教学重点：金属材料的力学性能教学难点：屈服强度和金属疲劳概念五、课型：综合型六、教学方法：讨论+讲授七、教具：铁钉、铁片、铝片等,多媒体幻灯片八、课时：2九、教学过程：第一节课：第一章金属材料力学性能指标（板书）一）、组织教学：安定课堂教学秩序二）、请同学们回顾并思考以下两个问题：1）你所知道的汽车材料有哪些？2）汽车材料的选用与环境有关吗？三）引入新课：（一）、汽车材料分类：1、金属材料---黑色金属、有色金属、合金2、非金属材料----有机高分子、无机非金属材料、新型复合材料3、汽车运行材料---燃料、润滑剂、工作液（板书）（二）、金属材料性能：（分组讨论每组给出答案，老师点拨）1、使用性能----力学性能、物理性能、化学性能、其他性能2、工艺性能----压力加工性能、铸造性能、焊接性能、切削加工热处理（板书）（三）、1、力学性能定义：材料受到外力作用所表现出来的性能，又称机械能。
2、力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、抗疲劳性（板书）（四）、两个概念：（板书）1、强度---在外力作用下，金属材料抵抗永久变形和断裂的能力2、塑性---在外力作用下,金属材料产生永久变形而不断裂的能力(五)、同学分组讨论你们所知的外力（载荷）指的是哪些？并指出实例（六）强度有关知识：（请同学描述你所知的强度）（板书）（1）强度的大小用应力表示，金属材料在受到外力作用时必然在材料内部产生与外力相等的抵抗力，即内力。
（2）单位截面上的内力称为应力。
（3）用符号σ表示，σ=F/S（4）单位：Pa（5）通过拉伸试验得到的指标有；弹性极限、屈服强度、抗拉强度。
工程材料学-1材料的力学性能
比强度 30～37 23～36 90～111
3. 塑性指标：
塑性变形： 不可恢复的永久变形。塑性是表征材料断
裂前具有塑性变形的能力。
断后伸长率δ（δ5、δ10）：
断后试样标距伸长量与原始标距之比的百分率，
即： LKL010% 0
L0
δ < 2 ~ 5% 属脆性材科
δ≈ 5 ~ 10% 属韧性材料
δ > 10%
材料的静载力学性能指标：
主要有强度、塑性、硬度等。
1.2.1 拉伸试验
1.2.1 拉伸试验
GB/T228-2002
标准拉伸试样
1.2.1 拉伸试验
拉伸曲线
应力-应变曲线
应力σ＝F / S0
应变ε＝Δl / l0
1.2.1 拉伸试验
试样在拉伸时的伸长和断裂过程 a）试样 b）伸长 c）产生缩颈 d）断裂
1.2.1 拉伸试验
2．屈服阶段（曲线cd段）
其实，试样在超过弹性极限的外力作用下，即 在bc段．就已开始产生塑性变形。不过，此时 所产生的塑性变形量甚微，不易觉察罢了。而 当达到屈服阶段时，则塑性变形突然增加。因 此，可以把这种拉力不增加而变形仍能继续增 加的现象，表观上看作是金属从弹性变形阶段 到塑性变形阶段的—个明显标志。
适用范围:
➢ 测量薄板类 ➢ HV≈HBS
维氏硬度的特点
HV值不随载荷变化，即不同载荷下的HV可 相互比较；
测量精度高，测量范围广； 特别适用于测定工件表面硬化层、金属镀 层及薄片金属的硬度。
4. 显微硬度
测试原理：
与维氏硬度完 全相同，只是所用 载荷要小得多。常 用于测定材料中某 个相的硬度。
培训目的
工程材料学-1材料的力学性能
材料的性能-工程材料
材料的性能-工程材料引言材料是工程设计和制造中至关重要的因素之一。
不同材料的性能直接影响到工程的可靠性、耐用性、平安性等方面。
本文将介绍工程材料的性能特点，包括力学性能、热性能、化学性能以及其它一些重要性能参数。
力学性能力学性能是材料工程中最根本、最重要的性能之一。
它包括强度、韧性、硬度、弹性模量等指标。
强度是指材料抵抗外部力量破坏的能力，常由抗拉强度或抗压强度来表示。
韧性是指材料在受到外部应力作用下发生塑性变形的能力，常由断裂韧性或冲击韧性来衡量。
硬度是指材料抵抗刮削或压痕的能力，可用洛氏硬度或维氏硬度进行测量。
弹性模量那么表示了材料在受力后会恢复原状的能力。
热性能热性能是材料在受热或受冷时的表现，包括导热性、热膨胀系数、比热容等。
导热性是材料传导热量的能力，由热传导率来度量。
热膨胀系数那么表示材料在温度变化时的体积膨胀或收缩程度。
比热容是指单位质量材料在温度升高1℃时所吸收或释放的热量。
化学性能化学性能是指材料与环境中化学物质发生反响的性能，包括耐腐蚀性、氧化性、复原性等。
耐腐蚀性是材料抵抗化学腐蚀侵蚀的能力，常用酸碱腐蚀试验来评估。
氧化性表示材料与氧气接触时的性能，如金属氧化后形成氧化膜。
复原性是指材料复原他物的能力，用于一些特定工艺中。
其它重要性能参数除了上述的根本性能指标外，还有一些其它重要的性能参数需要考虑。
例如，电导率是指材料导电的能力，常用于电子器件中。
磁性是指材料对磁场的反响能力，用于电磁设备的制造。
透光性是指材料对光线透过的能力，一些光学器件中十分重要。
总结工程材料的性能对工程设计和制造至关重要。
不同材料的性能特点决定了它们的适用范围和工程应用的可行性。
力学性能、热性能、化学性能以及其它一些重要性能参数都需要考虑进去。
通过综合评估材料的性能，可以选择最适宜的材料来满足工程需求。
以上是关于工程材料性能的简要介绍，希望对读者有所帮助。
注意：以上文档为人工智能助手生成，仅供参考。
根据实际需求，建议根据完整性、准确性以及个性化需求进行修改和完善。
认知材料性能
铸造性能
AB
铸造性能
焊接性能
C D 切削加工性能
E
热处理性能
4 任务实施
任务实施
一、任务准备 １. 组织方式 (１)场地设施：智慧教室。 (２)工具：纸、笔、工作页。 (３)实施方式：将学生 ６ ~８ 人分为一组进行分组讨论，每组派出代表进行汇报，教师指导点评。 ２. 操作要求 (１)指导老师严格限制讨论时间，小组分工要明确。 (２)分析和表述问题逻辑清晰。 (３)遵守秩序，注意安全。
汽车常用材料有成千上万种，在图样、技术文件或生 产现场看见符号，就能知道材料的性能与用途，这需要在 学习中善于寻找规律和归类，并能比较同类零件应用不同 材料的优劣，进而理解汽车上典型零件的选材。
学习目标
学习目标
目标
1
能描述材料常用性能；
2
能叙述常用金属材料并能分析典型汽车零件；
3
能描述常用非金属材料；
交变载荷指大小和方向随时间发生周期性变化的载荷，例如，运 03
转中的发动机曲轴、齿轮等零部件所承受的载荷。
13 知 识 准 备
二 材料的性能
４. 材料的工艺性能 金属材料的工艺性能指金属材料在工艺过程中所具有和表现出来的性能，它与金属的物理性
能、化学性能和力学性能有关，也与温度、受力状态和成形条件等环境条件有关。
金属材料
黑色金属 有色金属
材料的分类
陶瓷材料 高分子材料
传统陶瓷 特种陶瓷
13 知 识 准 备
二 材料的性能
１. 材料的物理性能 材料的物理性能是指材料的固有属性。
01 密度
02 熔点
03 导热性
04 导电性
05 热膨胀性
06 磁性
13 知 识 准 备
汽车机械基础(第一章)ppt课件
例200 HBS10/1000/30
34
洛氏硬度
测试原理：采用顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为 1.588mm的淬火钢球作为压头。如图所示。试验时先施加初载 荷，使压头与试样表面接触良好，保证测量准确，再施加主载 荷，保持到规定的时间后再卸除主载荷，依据压痕的深度来确 定材料的硬度值。
39
疲劳试验
40
疲劳曲线
疲劳强度σ-1是表示材料以周期性交变载荷作用而不致引起断 裂的最大应力，其大小与应力变化的次数有关。对于黑色金属 规定循环次数为107次，有色金属循环次数为108次。
41
疲劳失效原因分析:由于材料表面或内部存在有划痕、尖 角、夹杂等缺陷，这些有缺陷部位的局部应力大于屈服 点，会产生局部变形引起微裂纹，成为疲劳源，随着应 力循环次数的增加，微裂纹逐渐扩展，使零件承载的横 截面大大减少，以至于不能承受载荷而突然断裂。
3
第一讲 材料科学简介
汽车上常用的材 料有哪些？
4
第一讲 材料科学简介 1.材料与人类生活 材料是人类生产和生活所必需的物质，人类社 会的发展伴随着各种材料的不断开发和利用。 人们按照在使用中占主导地位的材料划分历史： 石器时代→陶器→青铜器→铁器→钢铁→合成材 料→复合材料。
5
2.材料在的现代科技中的地位
30
塑性材料：断裂前有明显的塑性变形，称为塑性 断裂，塑性断裂的断口呈“杯锥”状。如低碳钢。
脆性材料：在断裂前未发生明显的塑性变形，为 脆性断裂，断口是平整的。如铸铁、玻璃等。
不同类型的材料，其σ-ε曲线有很大差异。反映出 其所具有不同的抗拉性能特点。
工程材料徐自立主编课后习题答案
工程材料徐自立主编课后习题答案工程材料徐自立主编课后习题答案(华中科技大学出版社)工程材料徐自立主编课后习题答案第一章材料的性能1-1什么是金属材料的力学性能？金属材料的力学性能包含哪些方面?所谓力学性能，是指材料抵抗外力作用所显示的性能。
力学性能包括强度刚度硬度塑性韧性和疲劳强度等1-2什么是强度？在拉伸试验中衡量金属强度的主要指标有哪些？他们在工程应用上有什么意义？强度是指材料在外力作用下，抵抗变形或断裂的能力。
在拉伸试验中衡量金属强度的主要指标有屈服强度和抗拉强度。
屈服强度的意义在于：在一般机械零件在发生少量塑性变形后，零件精度降低或其它零件的相对配合受到影响而造成失效，所以屈服强度就成为零件设计时的主要依据之一。
抗拉强度的意义在于：抗拉强度是表示材料抵抗大量均匀塑性变形的能力。
脆性材料在拉伸过程中，一般不产生颈缩现象，因此，抗拉强度就是材料的断裂强度，它表示材料抵抗断裂的能力。
抗拉强度是零件设计时的重要依据之一。
1-3什么是塑性？在拉伸试验中衡量塑性的指标有哪些？塑性是指材料在载荷作用下发生永久变形而又不破坏其完整性的能力。
拉伸试验中衡量塑性的指标有延伸率和断面收缩率。
1-4什么是硬度？指出测定金属硬度的常用方法和各自的优缺点。
硬度是指材料局部抵抗硬物压入其表面的能力。
生产中测定硬度最常用的方法有是压入法，应用较多的布氏硬度洛氏硬度和维氏硬度等试验方法。
布氏硬度试验法的优点：因压痕面积较大，能反映出较大范围内被测试材料的平均硬度，股实验结果较精确，特别适用于测定灰铸铁轴承合金等具有粗大经理或组成相得金属材料的硬度；压痕较大的另一个优点是试验数据稳定，重复性强。
其缺点是对不同材料需要换不同直径的压头和改变试验力，压痕直径的测量也比较麻烦；因压痕大，不宜测试成品和薄片金属的硬度。
洛氏硬度试验法的优点是：操作循序简便，硬度值可直接读出；压痕较小，工程材料徐自立主编课后习题答案(华中科技大学出版社)可在工件上进行试验；采用不同标尺可测定各种软硬不同的金属厚薄不一的式样的硬度，因而广泛用于热处理质量检验。
工程材料的性能
工程材料的性能
材料的性能：用来表征材料在给定外界 条件下的行为参量，包括使用性能和工艺 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。 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。
第一节 材料的力学性能
=P
A y e p
E
1
b s k
ys e p
o
k' =L/L L
弹性极限e：弹性，pe段为非线性。 e与p数值相近。
强度(strength): 材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。 屈服极限或屈服强度(yield strength) ys： 材料是否出现塑性变形的重要强度指标。 极限强度(ultimate strength) b： 反映材料是否破坏的重要强度指标。
(2)洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness )
10HRC≈HBS
洛氏硬度测试示意图 洛 氏 硬 度 计
h1-h0
(3)维氏硬度 HV ( diamond penetrator hardness )
适用范围: 测量薄板类 ; HV≈HBS ;
(4)肖氏硬度 HS (drop hardness )
拉伸试验机
四.低碳钢拉伸应力—应变曲线
常用拉伸试样(圆截面): 标距长度： L =10d 或5d 施加拉伸载荷P，记录P—L曲线; 或(=P/A)—(=L/L)曲线。 低碳钢拉伸应力—应变曲线:
= P A
弹性 屈服 强化 颈缩
P
d
l
P
四个阶段：
弹性阶段：卸载后变形可恢复。
k
颈缩
b
e p
工程材料-材料的性能-R
性能是材料与工程联系的纽带
§1 材料的使用性能
一、材料的力学性能（机械性能）
定义：指材料在外载作用下所表现出的性能，也叫机械性能。
材料的脆性——韧性
B
材料的软硬程度 ——硬度
A
力学性能
C
变形能力 ——弹性、塑性
材料抗断裂能力
——断裂强度
E
D 材料抵抗外力的
能力——强度
材料的力学性能－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。
E tg （MPa）
一、材料的力学性能（机械性能） 2、塑性 ——材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力
延伸率
l1 l0 100 % l0
断面收缩率
S0 S1 100 %
S0
＜5%—脆性材料 ≥5%—塑性材料
一、材料的力学性能（机械性能）
材料的断口类型
韧性
脆性
一、材料的力学性能（机械性能）
布氏硬度记法：200HBS10/1000/30: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200。
一、材料的力学性能（机械性能）
一、材料的力学性能（机械性能）
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。
aKU 或aKV。
2)小能量多次冲击实验
落锤试验
• 带有双冲点的锤头以一定的频率冲 击式样，直至冲断。
• 指标：某种冲击吸收功作用下开始 出现裂纹和最后断裂的冲击次数。
一、材料的力学性能（机械性能）
冲击韧性
• 冲击功对于检查金属材料在不 同温度下的脆性转化最为敏感。 实际服役条件下的灾难性破断 事故，往往与材料的冲击功及 服役温度有关。
工程材料学材料的性能
度
计
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。
符号HBS或HBW之前的数字表
布 氏
示硬度值，之后的数字按顺序
硬 度
分别表示球体直径、载荷及载荷
压 痕
保持时间, 如120HBS10/1000/30
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。
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。
五万吨水压机
应力 = P/F0
低 碳 钢
应变 = (l-l0)/l0
的
应 力
机拉 伸
应
试
变
验
曲
线
-
拉伸试样
一、弹性和刚度
弹性：材料承受最大弹性
低、中回火钢
钛基复合材料 铝合金
0.2
条件屈服强度0.2：残余变形量为 0.2%时的应力值。工程屈服强度
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：
l1 l0 100%
l0
断面收缩率： F0 F1 100%
拉 伸
F0
试
样
的
颈
缩
现
象
断裂后
说明： ① 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真
疲劳应力示意图
疲劳曲线示意图
交变应力
重复应力
疲劳断口
轴的疲劳断口
疲劳辉纹（扫描电镜照片）
通过改善材料形状结构，减少表面缺陷，提高表面 光洁度，进行表面强化等方法可提高材料疲劳抗力.
五、硬度
第一章工程材料的分类与性能指标
高分子材料制品
陶瓷是一种或多种金属元素同一种非金属元素(通常为氧)的 化合物。
陶瓷材料属于无机非金属材料
由于大部分无机非金属材料含有 硅和其它元素的化合物，所以又 叫做硅酸盐材料。 它一般包括无机玻璃(硅酸盐玻 璃)、玻璃陶瓷(或称微晶玻璃)和 陶瓷等三类。
对工程师来说，陶瓷包括种类繁 多的物质，例如玻璃、砖、石头、 混凝土、磨料、搪瓷、介电绝缘 材料、非金属磁性材料、高温耐 火材料和许多其它材料。
这就解释了为什么当橡胶暴露在阳光和空气 中时会逐渐地硬化；为什么铝不能用在超音速飞 机中；为什么金属在周期性载荷的作用下会产生 疲劳；为什么普通钢的钻头不能象高速钢钻头那 样飞快地切削；为什么磁体在射频场中会失去它 的磁性；又为什么半导体在核辐射下会损坏。这 类例子是数不清的。
在材料的选用中，不仅要考虑初始要求，而 且要考虑那些将使材料内部结构发生变化，从而 也导致材料性能发生变化的使用条件。
因此，金属材料特别是钢铁材料仍然是机械制造业 使用最广泛的材料。
随着科学技术的进步，非金属材料也得到了迅速的 发展。
非金属材料具有一些金属所不具备的许多性能和特 点。
如耐腐蚀、绝缘、消声、质轻、加工成型容易、生 产率高、成本低等。
所以非金属材料在工业中的应用日益广泛。 比如高分子材料常常取代金属材料用作化工管道、
因此，要减少零件的弹性变形，提高其 刚度，只能通过合理设计零件的截面形状、 尺寸，并提高其结构刚度来解决。
刚度：
绝大多数机器零件在工作时基本上都是 处于弹性变形阶段，即均会发生一定量的弹 性变形。但若弹性变形量过大，则工件也不 能正常工作，由此引出了材料对弹性变形的 抵抗能力——刚度（或刚性）指标
补充篇 工程材料的分类与性能
汽车材料-金属材料的力学性能培训课件PPT(共 30张)
(2)冲击载荷：突然增加或消失的载荷，例如：空气锤锤头 下落时锤杆所承受的载荷。
(3)疲劳载荷：周期性的动载荷，例如：机床主轴就是在变 载荷作用下工作的。
常见的变形方式有：拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切等。
力学性能概念：
塑性是指金属材料在载荷作用下产生塑性变形 （永久变形）而不破坏的能力。
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。
拉伸试验机
拉伸试样
二、力 — 伸长曲线
三、 强度指标
金属材料抵抗拉伸力的强度指标有屈服点、规定残余伸长应力、抗 拉强度。
1、屈服点和规定残余伸长应力
式中： FS—试样屈服时的拉伸力， 即拉伸曲线中S点所对应的外力（N） S0—试样的原始截面积（mm2）
三、 强度指标
2、抗拉强度 抗拉强度是金属材料断裂前所承受的最大应力，故又
称强度极限。常用σb来表示。
屈服强度和抗拉强度在机械设计和选择、评定金属材 料下时工有作重，要否意则义会，引因起为机金件属的材塑料性不变能形在；超金过属其材料σ 也S的不条能件 超金造过属机其材械料零σ 的件b的时σ条，r件0.常2下也以工难σ作测b，作得否为，则选所会材以导和在致设使机计用件的脆的依性破据金坏。属。材脆料性制
一、 布氏硬度
一、 布氏硬度
布氏硬度的标注方法：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：125HBSl0/1000/30表示用直径10mm的淬火钢球在 1000kgf(9.807kN)试验力作用下保持30s测得的布氏硬度值为 125；
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零件选材的原则
使用性能 工艺性能 经济性
用所选材料制造的零件应满足 使用要求 用所选材料制造的零件应便于 加工
在满足使用性能和工艺性 能的前提下，具有较低的 成本 使用性能与工艺性能表现在哪些 方面？由哪些指标来衡量？
第一章 材料的性能
使用性能 力学性能 物理性能：材料的固有属性 化学性能：材料抵抗周围介质侵略的能力 铸造性能 锻造性能 焊接性能 切削加工性能 热处理性能
10
备注
1. 压痕中心 距试样边缘 不应小于压 痕平均直径 的2.5倍； 2. 两相邻压 痕中心距试 样边缘不应 小于压痕平 均直径的4 倍； 3. 试样厚度 至少为压痕 深度的10倍。 试验后试样 支撑面应无 可见变形痕 迹。
钢 、 铸 铁
≥140
10
5 2.5
30
﹤140
10 5 2.5
非 铁 金 属 材 料
压缩载荷 拉伸载荷 扭转载荷 剪切载荷 弯曲载荷
变形
材料在受到载荷的作用下，发生几 何和形状的变化
弹性变形 变形 塑性变形
材料在受到载荷的作用下，发生变 形，载荷卸除后恢复原状的变形
材料在受到载荷的作用下，发生变 形，载荷卸除后不 能恢复原状的变 形，也叫永久变形
第三节 金属材料的力学性能
金属材料的力学性能的优劣是用什么来衡量呢？ 力学性能指标： 用来表征材料力学性能的各种 临界值或规定值 强度 塑性 硬度 冲击韧性 疲劳强度 蠕变强度 断裂韧度
e
Fe A0
弹性极限σe表示保持弹性变形而不产生永久变 形的最大应力
工程中常根据σe确定弹性零件的工作应力
（3）屈服强度（σs、σ0.2）
当曲线达到B点时，曲线出现应变增加而应力 不变的现象称为屈服。屈服时的应力称为屈服 强度，记为σs，单位MPa 屈服强度σs
s
FS A0
工程中常根据σs确定材料的许用应力
≥130
10 5 2.5
35～130
10 5 2.5
﹤35
10
5
2.5
613
153
1、布氏硬度
（2）布氏硬度值及其表示方法
布氏硬度值=F/S （载荷F除以压痕的表面积S）
符号表示：
压头为淬火钢球时—HBS；适用HB<450；
压头为硬质合金时—HBW；适用HB=450~650；
布氏硬度表示： 硬度数值均写在布氏硬度符号之前。
金属材料的物理性能主要有密度、熔点、热膨胀 性、导热性、导电性和磁性等。由于机器零件的 用途不同，对其物理性能的要求也有所不同。例 如，飞机零件常选用密度小的铝、镁、钛合金来 制造：设计电机零件时，常要考虑金属材料的导 电性等。
金属材料的物理性能有时对加工工艺也有一定的影 响。例如，高速钢的导热性较差，锻造时应采用低 的速度来加热升温，否则容易产生裂纹；而材料的 导热性对切削刀具的温升有重大影响。又如，锡基 轴承合金、铸铁和铸铁的熔点不同，故所选的熔炼 设备、铸型材料等均有很大的不同
需要注意的是，材料的刚度不等于机件的刚度， 机件的刚度除与材料的刚度有关外，还与机件 的结构有关
提高零件刚度的方法有
增加横截面面积 改变截面形状 选用弹性模量较大的材料
（2）弹性极限（σe）
当曲线达到e点后，既有弹性变形又有塑性变 形。材料在弹性变形阶段所承受的最大应力称 为弹性极限，记为σe，单位MPa 弹性极限σe
（4）抗拉强度σb
塑性
材料在外力作用下，产生永久残余变形 而不断裂的能力，称为塑性 工程上常用延伸率和断面收缩率作为材 料的塑性指标
（1）伸长率δ
l1 l0 l0
100 %
A0 A1 A0
（2）断面收缩率ψ
100%
伸长率和断面收缩率的数值越大塑性越好。 塑性好的材料可以进行各种压力加工及避免 超载时突然断裂。
游戏—材料之最
地壳中含量最高的金属元素 人体中含量最高的金属元素 目前世界年产量最高的金属 导电性、导热性最好的金属 制造新型高速飞机的重要金属 熔点最高的金属 铁 银 钛 钨 铝 钙
硬度最高的金属
铬
熔点最低的金属
光照下最易产生电流的金属
汞
铯
第二节 材料的化学性能
材料的化学性能是指材料抵抗周围介质 侵略的能力
布氏硬度试验规范
材料 硬度范围 球直径D 0.102F/ 种类 （HB） （mm） D2 试验力 F（N）
29420
7355 1839 10 9807 2452 613 30 29420 7355 1839 10 9807 2452 613 2.5 2452 60 30 30 10～15
试验力保持 时间（s）
需要注意的是：
① 伸长率 伸长率的大小与试样尺寸有关，试样
长短不同，测得的伸长率也是不同的 长试样：l0/d0=10，测得的伸长率用δ10或δ表示 短试样：l0/d0=5，测得的伸长率用δ5表示 同一材料的两个试样，分别测得δ5=15%、 δ10=15%，问哪一个塑性好?
② 断面收缩率 断面收缩率不受试样尺寸影响，
铸铁的σ—ε曲线
铜的σ—ε曲线
对没有明显的屈服现象的材料，国家标准规定 用试样标距长度产生0.2%塑性变形时的应力 值作为该材料的屈服强度，以σ0.2表示
（3）抗拉强度σb
材料在断裂前所承受的最大应力值称为抗拉强度 或强度极限，用σb表示，单位MPa。在图1.1-1中 的D点所对应的应力值即为σb， b F A 屈服强度与抗拉强度的比值σs/σb称为屈强比 屈强比小，工程构件的可靠性高，说明即使外载 荷或某些意外因素使金属变形，也不至于立即 断 裂。但若屈强比过小，则材料强度的有效利用率 太低。 在静载荷作用下，只要工作应力不超过 材料的抗拉强度，零件就不会发生断裂
3. 塑性
材料在外力作用下，产生永久残余变形 而不断裂的能力，称为塑性 工程上常用延伸率和断面收缩率作为材 料的塑性指标
（1）伸长率δ
l1 l0 l0
100 %
A0 A1 A0
（2）断面收缩率ψ
100%
伸长率和断面收缩率的数值越大塑性越好。 塑性好的材料可以进行各种压力加工及避免 超载时突然断裂。
汽车工程材料 是指用于制造汽车零部件的各
种材料
金属材料 汽车工程 材料（按 其属性分） 非金属材料
钢铁 有色金属及其合金 工程塑料 合成纤维 高分子材料 合成橡胶 胶粘剂 涂料 陶瓷材料 陶瓷 玻璃 复合材料
非金属基复合材料 金属基复合材料
汽车工程材料的选择
汽车制造中要使用各种各样的材料：钢 铁、玻璃、塑料、橡胶等。而仅仅对钢 材一项而言，就有2000多种不同种类和 型号的品种。随着技术的进步，新型材 料将会不断面世，面对如此之多材料种 类，要制造一部汽车有那么多的零件， 应根据什么原则来选择制造某一零件的 材料呢？
压头为锥顶角120°的金刚石圆锥或直径为 1.58mm的淬火钢球
洛氏硬度值=（k-h）/0.002
洛氏硬度符号表示：HR
常用的洛氏硬度标尺有：A、B、C三种， 用符号HRA、HRB、HRC表示 实验条件及应用范围见P17表1-2
表示方法如：20HRA、80HRB 、80HRC
实验条件及应用范围
硬 度 符 号
1、布氏硬度
（3）特点及其应用
压痕面积较大，能反映出一定 范围内被测金属材料的硬度， 试验结果较精确 用于毛坯或半成品的硬度测试
特点
应用
真正的大奔是这样子的?
想要哪一个?
2.洛氏硬度
(1)洛氏硬度试验原 理
１２０°
．２ Ｒ０
ｈ
洛氏硬度计
洛氏硬度试验原理
2.洛氏硬 度
(2)洛氏硬度值及表示方法
加入Cr、Si等元素，可提高钢的抗氧化 性。如4Cr9Si2可制造内燃机排气阀及 加热炉炉底板，料盘等。
金属材料的化学性能主要是指在常温或高温时， 抵抗各种活泼介质的化学侵蚀的能力，如耐酸 性、耐碱性、抗氧化性等。
对于在腐蚀介质中或在高温下工作的机器零件， 由于比在空气中或室温时的腐蚀更为强烈，故 在设计这类零件时应特别注意金属材料的化学 性能，并采用化学稳定性良好的合金。如化工 设备、医疗用具等常采用不锈钢来制造，而内 燃机排气阀常选用耐热钢制造。
非金属材料的化学性能
耐蚀性 耐热性 化学稳定性 抗老化能力
• 材料的力学性能： 是指材料在外加载荷作用下
所表现出来的性能
根据载荷 的性质分
静载荷 冲击载荷 交变载荷
大小和方向不变或变动很慢的载荷 以较高速度突然作用于零部件的载荷 大小和方向随时间发生周期变化的载荷
• 载荷
根据载荷 的形式分
不同材料的σ—ε曲线（P141—5）
铸铁、玻璃为脆性材料
2.强度指标
（1）弹性模量E
材料在弹性范围内，应力与应变成正比， 其比值E=σ/ε称为弹性模量，单位为MPa。 弹性模量E 标志着材料抵抗弹性变形的能 力，用以表示材料的刚度。E 值的大小主 要取决于各种材料的本性，一些处理方法 （如热处理、冷热加工、合金化等）对它 影响很小。
一、耐蚀性 金属材料 二、抗氧化性 选材
提高耐蚀性的措施
表面处理
表面涂覆 表面镀层 表面发黑（蓝）
耐蚀性
指材料在常温下抵抗周围介质（氧、水 蒸气及其它化学介质）腐蚀破坏的能力
碳钢、铸铁的耐腐蚀性较差；钛及其合 金、不锈钢的耐腐蚀性好；铝合金和铜 合金有较好的耐腐蚀性。