金属材料的主要性能
1 金属材料的主要性能解析
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ak不能直接用于强度方面计算，但可作为鉴
影响ak因素:材料的化学成分、显微组织、试 样的表面质量、热处理工艺以及试验温度等。
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动画 冲击试验
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Titanic沉没原因
——含硫高的钢板， 韧性很差，特别是在低温 呈脆性。所以，冲击试样 是典型的脆性断口。近代 船用钢板的冲击试样则具 有相当好的韧性。
一、金属材料的主要性能
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1
金属材料具有许多的可贵的性能，一般分为两大类：
使用性能
力学性能 物理性能 化学性能
工程材料的性能
铸造性能 可锻性能 工艺性能 可焊性能 切削加工性能 热处理性工艺性
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金属材料的主要性能
1.使用性能 ――反映金属材料在使用过程中所表现出的特性。
包括： 力学性能： （强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等） 物理性能： （密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、 磁性等） 化学性能： （抗大气、海水及其它介质腐蚀、抗高温氧化等
2. 工艺性能 ――反映金属材料在加工制造过程中所表现出来的特性。
包括：铸造特性、压力加工特性、焊接特性、热处理特性、切削加工 特性等。 在选择和应用金属材料时，一般无特殊要求时，首先考虑金属材料的 使用性能，而在使用性能中，又主要以力学性能（机械性能）为主，因 此作为本章讨论的重点。
Titanic
一项新的科学研究回答了80年未解之谜
Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果
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金属材料的主要性能—疲劳强度
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4、疲劳强度σr，N（交变载荷）
定义： 表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值。 承受载荷的大小和方同随时间作周期性变化，交变应力作用下，往往 在远小于强度极限，甚至小于屈服极限的应力下发生断裂。 钢材的循环次数一般取 N = 107;有色金属的循环次数一般取 N = 108 钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系:σ-1 = (0.45～0.55)σb
金属材料的主要性能(共11张PPT)
无机非金属材料（陶瓷…
0
布氏硬度 Brinell Hardness （HB ）
35HRC～38HRC
用于测量有色金属、退火或正火钢件 、灰铸铁材料。
l 洛氏硬度 Rockwell Hardness (HR) 强度与塑性是应由变拉伸: 试验获得
l 而且也会对材料的加工工艺产生一定的影响。
抵抗各种介质侵蚀的能力。
5、疲劳强度 1 fatigue strength
疲劳强度（疲劳极限）——在周期性或非周期性动载 荷（疲劳载荷）作用下，零件材料在无数次循环载荷 作用下不致引起断裂的最大应力。
疲劳应力值往往大大低于材料的强度极限值。
第九页，共11页。
二、金属材料的物理性能： （一）密度 （二）热学性能
⒈ 熔点；⒉ 热容；⒊ 热膨胀；⒋ 热传导 （三）电学性能
第七页，共11页。
洛氏硬度 Rockwell Hardness (HR)
原理是用顶角为120°的金刚石圆锥或尺寸很小的淬火钢球作为压头，在规定的载荷压力作用下，
压入材料表面，在指示盘上显示出硬度值大小。 常用的是用符号 HRC 表示。
注： 1、数字在前、字母在后，如45HRC；35HRC～38HRC 2、HRC适用范围数值20～70；小于或大于这个范围均 为标注错误！如17HRC；75HRC；HRC=15～19等。
韧性——金属在断裂前吸收变形能量的能力。韧性的判断依据是通过冲击实验来测定，通常采用
摆锤式冲击试验机测定。
摆锤式一次冲击实验 GB229—94规定：将材料制成带有V型缺口标准冲击试样。
aK
响，比较复杂，所以冲击 值一般只作为选择材料的参考，不直接用于强度计算。
⒈ 电阻率ρ ；⒉ 电阻温度系数；⒊ 介电性 （四）磁学性能
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
金属材料的主要性能金属材料性能一般分为工艺性能和使用性能两类。
所谓工艺性能是指机械零件加工制造过程中，金属材料所定冷、热加工条件下表现出来性能。
金属材料工艺性能好坏，决定了它制造过程中加工成形适应能力。
加工条件不同，要求工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。
所谓使用性能是指机械零件使用条件下，金属材料表现出来性能，它包括机械性能、物理性能、化学性能等。
金属材料使用性能好坏，决定了它使用范围与使用寿命。
机械制造业中，一般机械零件都是常温、常压和非强烈腐蚀性介质中使用，且使用过程中各机械零件都将承受不同载荷作用。
金属材料载荷作用下抵抗破坏性能，称为机械性能（或称为力学性能）。
金属材料机械性能是零件设计和选材时主要依据。
外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求机械性能也将不同。
常用机械性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。
下面将分别讨论各种机械性能。
1．强度强度是指金属材料静荷作用下抵抗破坏（过量塑性变形或断裂）性能。
载荷作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。
各种强度间常有一定联系，使用中一般较多以抗拉强度作为最基本强度指针。
2．塑性塑性是指金属材料载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不破坏能力。
3．硬度硬度是衡量金属材料软硬程度指针。
目前生产中测定硬度方法最常用是压入硬度法，它是用一定几何形状压头一定载荷下压入被测试金属材料表面，被压入程度来测定其硬度值。
常用方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和维氏硬度（HV）等方法。
4．疲劳前面所讨论强度、塑性、硬度都是金属静载荷作用下机械性能指针。
实际上，许多机器零件都是循环载荷下工作，这种条件下零件会产生疲劳。
5．冲击韧性以很大速度作用于机件上载荷称为冲击载荷，金属冲击载荷作用下抵抗破坏能力叫做冲击韧性。
金属材料的主要性能
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。
金属材料的使用性能
金属材料的使用性能1. 密度(比重):材料单位体积所具有的质量，即密度＝质量/体积，单位为g/cm3。
2. 力学性能: 金属材料在外力作用下表现出来的各种特性，如弹性、塑性、韧性、强度、硬度等。
3. 强度: 金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。
屈服点、抗拉强度是极为重要的强度指标，是金属材料选用的重要依据。
强度的大小用应力来表示，即用单位面积所能承受的载荷(外力)来表示。
4. 屈服点: 金属在拉力试验过程中，载荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象，称为“屈服”。
产生屈服现象时的应力，即开始产生塑性变形时的应力，称为屈服点，用符号σs表示，单位为MPa。
5. 抗拉强度: 金属在拉力试验时，拉断前所能承受的最大应力，用符号σb表示，单位为MPa。
6. 塑性: 金属材料在外力作用下产生永久变形(去掉外力后不能恢复原状的变形)，但不会被破坏的能力。
7. 伸长率: 金属在拉力试验时，试样拉断后，其标距部分所增加的长度与原始标距长度的百分比，称为伸长率。
用符号δ，%表示。
伸长率反映了材料塑性的大小，伸长率越大，材料的塑性越大。
8. 韧性: 金属材料抵抗冲击载荷的能力，称为韧性，通常用冲击吸收功或冲击韧性值来度量。
9. 冲击吸收功: 试样在冲击载荷作用下，折断时所吸收的功。
用符号A?k表示，单位为J 。
10. 硬度: 金属材料的硬度，一般是指材料表面局部区域抵抗变形或破裂的能力。
根据试验方法和适用范围的不同，可分为布氏硬度和洛氏硬度等多种。
布氏硬度用符号HB表示：洛氏硬度用符号HRA、HRB或HRC表示。
部分常用钢的用途(一)各牌号碳素结构钢的主要用途:1.牌号Q195，含碳量低，强度不高，塑性、韧性、加工性能和焊接性能好。
用于轧制薄板和盘条。
冷、热轧薄钢板及以其为原板制成的镀锌、镀锡及塑料复合薄钢板大量用用屋面板、装饰板、通用除尘管道、包装容器、铁桶、仪表壳、开关箱、防护罩、火车车厢等。
盘条则多冷拔成低碳钢丝或经镀锌制成镀锌低碳钢丝，用于捆绑、张拉固定或用作钢丝网、铆钉等。
金属材料的性能
金属材料的性能首先，金属材料的性能指其在特定条件下的物理、化学、力学、热学等方面的表现。
常见的金属材料有钢、铝、铜、镁、锌等。
下面就这些金属材料的性能作一简要介绍。
1. 钢钢是一种铁碳合金，具有高强度、耐热、耐腐蚀、机械加工性好等优点。
其主要特点是硬度高、弹性模量大、面心立方结构等。
但是，钢的铁含量高，易生锈，而且它的塑性和韧性较差，容易产生脆性断裂。
此外，由于不同钢材的化学成分、热处理状态和制造工艺不同，其性能会有所差异。
2. 铝铝是一种轻质、耐腐蚀的金属，密度低、导热性能好、可加工性强等。
铝的主要特点是具有高强度、低密度、良好的导热性和电导率等。
此外，铝的表面可以通过氧化、着色等特殊处理而获得不同的颜色和变化，达到美化和抗氧化的作用。
但是，铝的强度和刚度相对较差。
3. 铜铜是一种传统金属材料，具有高导电性、高热导性、良好的导磁性、良好的加工性等。
它的主要特点有良好的导电性、导热性和塑性等，具有优异的可加工性和冲压性。
但是，铜的密度较大、强度较低，容易氧化和变形。
4. 镁镁是一种轻金属，密度轻、强度高、刚度高，具有良好的加工性和耐腐蚀性等优点。
其主要特点是密度低，强度高，具有良好的刚性和韧性，能耐受高温，而且具有良好的可塑性和可加工性等。
但是，在常温下易受到腐蚀，所以需要进行特殊的表面处理。
5. 锌锌是一种富含金属，密度小、耐腐蚀、防氧化，满足了先进电子工业、新型材料和化学工业的需要。
其主要特点是耐腐蚀、良好的可加工性和防护性等。
但是，锌易受到热膨胀和浸蚀，环境因素、温度、湿度等因素都会影响锌的性能。
综上所述，除了同属于金属材料之外，不同的金属材料具有不同的物理、力学、化学等性能，在应用过程中必须仔细考虑各自的长处和短处，选用合适的材料。
同时我们也可以以不同的方式替代问题所在的金属材料，因为新的技术发展出了许多在不同环境中耐腐蚀、更加轻便、性能更好的材料。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能是指材料在受到力的作用下的行为和性能。
常见的金属材料（如钢、铝、铜等）具有较高的强度和刚性，具有良好的塑性和延展性。
其主要的力学性能包括以下几个方面：
1. 强度：金属材料的强度是指材料在受到外力作用下抵抗变形和破坏的能力。
常见的强度指标有屈服强度、抗拉强度、抗压强度等。
2. 延展性：金属材料具有较好的延展性，即在受到外力作用下能够发生塑性变形。
延展性可以通过材料的延伸率、断面收缩率等指标来描述。
3. 韧性：金属材料的韧性是指材料能够在承受外力作用下吸收较大的能量而不发生断裂或破坏的能力。
韧性也可以通过断裂韧性、冲击韧性等指标来描述。
4. 硬度：金属材料的硬度是指材料抵抗局部变形和外界划
痕的能力。
硬度可以通过洛氏硬度、布氏硬度等进行测量。
5. 弹性模量：金属材料的弹性模量是指材料在受到外力后，能够恢复到原来形状的能力。
弹性模量可以描述材料的刚
度和变形的程度。
6. 疲劳性能：金属材料的疲劳性能是指材料在受到交替或
重复载荷下的疲劳寿命和抗疲劳性能。
疲劳性能可以通过
疲劳寿命、疲劳极限等指标来描述。
以上是金属材料的一些常见力学性能参数，不同的金属材
料在这些性能方面有所差异。
这些性能参数的好坏直接决
定了金属材料在工程实践中的应用范围和性能优势。
金属材料的性能
金属材料的性能
金属材料是目前最常用的材料之一，具有许多优越的性能。
以下是金属材料的主要性能特点。
首先，金属材料具有较高的强度和刚度。
金属晶体结构中的金属原子之间通过共价键或金属键相连接，使得金属材料具有较高的抗拉强度和刚度。
这使得金属材料适合用于许多重要的结构应用，例如建筑物、桥梁和机械设备。
其次，金属材料具有良好的导电和导热性能。
金属材料可轻松地传导电流和热量，这使得金属是最常用的导电和散热材料之一。
这使得金属材料广泛应用于电子器件、电线电缆和热交换器等领域。
第三，金属材料具有良好的可塑性和可加工性。
金属材料可以通过加工方式，如锻造、压延和拉伸等，改变其形状和尺寸，而不会破坏其结构。
这使得金属材料可以轻松地制造各种复杂形状和尺寸的零件，适用于各种不同的工程需求。
此外，金属材料具有较好的耐蚀性。
金属材料可以通过氧化反应形成稳定的氧化物表面层，防止进一步的腐蚀。
这使得金属材料在各种恶劣的环境条件下，如潮湿、腐蚀性介质和高温环境下，仍能保持良好的性能。
最后，金属材料具有较好的再生能力。
金属材料可以通过回收和熔化再利用的方式，降低资源消耗和环境污染。
这使得金属材料成为一种可持续发展的材料选择。
综上所述，金属材料具有优异的强度、导电性、导热性、可塑性和耐蚀性等性能特点，使其成为许多领域的理想选择。
然而，金属材料也存在一些缺点，如重量较重和容易生锈等。
因此，在实际应用中，需要根据具体要求进行合理选择和使用。
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
金属材料性能
金属材料性能
金属材料是一类以金属元素为主要成分的材料，具有许多独特的性能。
以下将介绍几种常见的金属材料性能：
1. 导电性能：金属材料是良好的导电材料，因为金属具有自由电子。
这使得金属在电流的通导能力上表现出色，被广泛应用于电力输送、电子设备和电子电路中。
2. 导热性能：金属材料具有很高的导热性能，可以快速传导热量。
这使得金属材料常用于导热器、散热器和制冷设备等需要快速传热的应用。
3. 强度和硬度：金属材料通常具有较高的强度和硬度，可以经受较大的外力作用而不容易变形或破裂。
这使得金属材料适用于承受重负荷和高强度工作环境的结构材料，如建筑桥梁、汽车零部件等。
4. 塑性：金属材料具有较好的塑性，即在外力作用下具有可塑性，能够发生一定的塑性变形。
这使得金属材料易于加工成各种形状，如拉伸、压缩和弯曲等，广泛应用于制造业中。
5. 耐腐蚀性能：许多金属材料具有良好的耐腐蚀性能，可以抵御一些腐蚀介质的侵蚀，因此适用于制造耐腐蚀设备和结构，如化工设备、海洋工程等。
6. 密度：金属材料的密度通常较大，但相比于其他一些材料，如陶瓷和聚合物材料，金属材料的密度相对较低。
这使得金属
材料适用于需要同时满足强度和轻量化要求的应用，如航空航天和汽车制造等。
7. 熔点：金属材料的熔点通常较高，使其能够在高温下保持其结构和性能的稳定性。
这使得金属材料可以应用于高温环境和高温工艺中，如航空发动机部件、高温炉子等。
总的来说，金属材料具有导电性、导热性、强度和硬度、塑性、耐腐蚀性、密度和熔点等特点，使其在工程领域中有着广泛的应用。
常用金属材料的特性
常用金属材料的特性
1.强度高：金属材料通常具有较高的强度，能够经受外部荷载和变形
而不发生破坏。
这使得金属材料被广泛应用于工程结构中，如建筑、桥梁、飞机和汽车等。
2.韧性好：金属材料具有良好的韧性，能够在应力作用下发生塑性变
形而不发生破裂。
这种特性使得金属材料具有较高的吸能能力，能够吸收
冲击和振动，保护其他结构或设备免受损坏。
3.导电性好：金属材料是优良的导电体，电子在金属中能够自由移动。
这使得金属材料广泛应用于电子设备、电力输送和通信等领域。
4.导热性好：金属材料对热能的传导具有良好的特性，可以快速将热
能传递出去。
这使得金属材料可用作散热器和热交换器等设备，以提高能
量效率和保护其他组件。
5.可塑性好：金属材料能够经受外力作用发生塑性变形，可以通过压力、拉伸和弯曲等加工方法进行成型。
这使得金属材料成为制造工业常用
的选材。
6.耐腐蚀性好：许多金属材料具有良好的抗腐蚀性能，能够抵抗大气、水、酸、碱等化学介质和腐蚀性气体的侵蚀。
这使得金属材料在各种恶劣
环境下都有广泛的应用，如海洋、化工和食品加工等行业。
7.成本低：相对于其他材料，金属材料价格相对较低，且易于获取和
加工。
这使得金属材料成为经济实惠的选材，并得到广泛应用。
总而言之，常用金属材料具有高强度、良好的韧性、导电性、导热性和可塑性等优良特性，且耐腐蚀性好、成本低廉。
这些特性使得金属材料在各个领域都有广泛的应用，是现代工业发展不可或缺的重要材料。
常用金属材料及其性能
常用金属材料及其性能1. 引言金属材料是工程和制造行业中最为常用的材料之一。
它们具有优良的导电性、导热性、机械性能和耐腐蚀性能，被广泛应用于建筑、航空航天、汽车、电子等领域。
本文将介绍一些常用的金属材料及其主要性能。
2. 铁及其合金铁是地球上最常见的金属之一，其合金可以增加强度和耐腐蚀性能。
以下是一些常见的铁及其合金：2.1 纯铁纯铁具有良好的延展性和可塑性，通常用于制造铁器。
然而，纯铁的机械强度较低，容易生锈。
2.2 碳钢碳钢是一种含有较高碳含量的铁合金。
它具有优异的强度和硬度，常用于制造工具和机械零件。
2.3 不锈钢不锈钢是含有铬元素的铁合金，具有良好的耐腐蚀性能。
不锈钢分为多种类型，如奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢等，应用广泛于食品加工、医疗器械等领域。
3. 铝及其合金铝是一种轻便耐用的金属，具有良好的导热性和导电性，以下是一些常见的铝及其合金：3.1 纯铝纯铝具有良好的可塑性和耐腐蚀性。
它常用于制造铝箔、飞机部件和汽车零件。
3.2 铝合金铝合金通过添加其他元素来提高强度和硬度。
常见的铝合金包括铝铜合金、铝锌合金等。
铝合金具有轻便、抗腐蚀和良好的导热性，被广泛应用于航空航天、建筑和汽车制造等领域。
4. 铜及其合金铜具有优良的导电性和导热性，以下是一些常见的铜及其合金：4.1 纯铜纯铜具有良好的导电性和可塑性，常用于制造电线、电缆和导体。
4.2 黄铜黄铜是铜和锌的合金，具有良好的可铸性和耐腐蚀性，被广泛应用于制造电器、管道和五金制品。
4.3 青铜青铜是铜和锡的合金，具有优异的耐磨性和抗腐蚀性。
青铜广泛应用于制造雕塑、钟表和器乐。
5. 钛及其合金钛是一种轻质而强度高的金属，具有良好的耐腐蚀性，以下是一些常见的钛及其合金：5.1 纯钛纯钛具有轻质和高强度的特点，常用于航空航天、医疗器械和化工等领域。
5.2 钛合金钛合金通过添加其他元素来改善强度和耐腐蚀性能。
常见的钛合金包括钛铝合金、钛镍合金等。
钛合金具有轻质、高强度和抗腐蚀的特点，被广泛应用于航空航天、汽车和医疗器械等领域。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能主要包括以下几个方面：
1. 强度：金属材料的强度是指它抵抗外力的能力。
通常用屈服强度、抗拉强度或抗压强度来表示材料的强度。
2. 延展性：金属材料的延展性是指其在受力下能够发生塑性变形的
能力。
常用的评价指标有伸长率、断面收缩率和断裂延伸率。
3. 硬度：金属材料的硬度是指其抵抗局部划痕或压痕的能力。
常用
的硬度测试方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。
4. 韧性：金属材料的韧性是指其抵抗断裂的能力。
韧性与强度和延
展性密切相关，一般用冲击韧性和断裂韧性来评价材料的韧性。
5. 塑性：金属材料的塑性是指其在受力作用下发生可逆形变的能力。
塑性是金属材料特有的力学性能，它使得金属材料可以制成各种形状。
6. 疲劳性能：金属材料的疲劳性能是指其在交变或周期性载荷下抵抗疲劳损伤的能力。
疲劳性能的评价指标包括疲劳寿命和疲劳极限等。
不同的金属材料具有不同的力学性能，这些性能会受到材料的化学成分、晶体结构、热处理和加工工艺等因素的影响。
因此，在选择和使用金属材料时，需要根据具体的工程要求和环境条件来考虑其力学性能。
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。
金属材料的使用性能包括力学性能、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和工具的过程中，适应各种冷加工和热加工的性能。
工艺性能也是金属材料采用某种加工方法制成成品的难易程度，它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能及切削加工性能等。
一、金属材料的力学性能●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，如强度、塑性、硬度、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)。
●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(%)。
金属材料的力学性能主要有：强度、刚度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。
（一）强度与塑性●金属材料在力的作用下，抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。
●塑性是指金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。
金属材料的强度和塑性指标可以通过拉伸试验测得。
1．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。
（1）拉伸试样。
拉伸试样通常采用圆柱形拉伸试样，分为短试样和长试样两种。
长试样L0=10d0；短试样L0=5d0。
a）拉断前 b）拉断后图1-5 圆形拉伸试样（2）试验方法。
2．力伸长曲线●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。
试样从开始拉伸到断裂要经过弹性变形阶段、屈服阶段、变形强化阶段、缩颈与断裂四个阶段。
图1-7 退火低碳钢力伸长曲线3．强度指标金属材料的强度指标主要有:屈服点σs、规定残余伸长应力σ0.2、抗拉强度σb等。
（1）屈服点和规定残余延伸应力。
●屈服点是指试样在拉伸试验过程中力不增加(保持恒定)仍然能继续伸长(变形)时的应力。
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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金属工艺学知识点总结
第一篇金属材料的基本知识第一章金属材料的主要性能金属材料的力学性能又称机械性能，是金属材料在力的作用所表现出来的性能.零件的受力情况有静载荷，动载荷和交变载荷之分。
用于衡量在静载荷作用下的力学性能指标有强度，塑性和硬度等；在动载荷和作用下的力学性能指标有冲击韧度等;在交变载荷作用下的力学性能指标有疲劳强度等。
金属材料的强度和塑性是通过拉伸试验测定的。
P6低碳钢的拉伸曲线图1，强度强度是金属材料在力的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。
强度有多种指标，工程上以屈服点和强度最为常用。
屈服点：δs是拉伸产生屈服时的应力。
产生屈服时的应力=屈服时所承受的最大载荷/原始截面积对于没有明显屈服现象的金属材料，工程上规定以席位产生0.2%变形时的应力，作为该材料的屈服点。
抗拉强度:δb是指金属材料在拉断前所能承受的最大应力。
拉断前所能承受的最大应力=拉断前所承受的最大载荷/原始截面积2，塑性塑性是金属材料在力的作用下,产生不可逆永久变形的能力。
常用的塑性指标是伸长率和断面收缩率。
伸长率：δ试样拉断后，其标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率.伸长率=（原始标距长度－拉断后的标距长度）÷拉断后的标距长度×100%伸长率的数值与试样尺寸有关,因而试验时应对所选定的试样尺寸作出规定，以便进行比较。
同一种材料的δ5 比δ10要大一些。
断面收缩率：试样拉断后，缩颈处截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率，以ψ表示。
收缩率=(原始横截面积－断口处横截面积）÷原始横截面积×100％伸长率和断面收缩率的数值愈大，表示材料的塑性愈好.3，硬度金属材料表面抵抗局部变形（特别是塑性变形、压痕、划痕）的能力称为硬度。
金属材料的硬度是在硬度计上测出的。
常用的有布氏硬度法和洛氏硬度法。
1，布氏硬度（HB）是以直径为D的淬火钢球HBS或硬质合金球HBW为压头，在载荷的静压力下,将压头压入被测材料的表面，停留若干秒后卸去载荷，然后采用带刻度的专用放大镜测出压痕直径d，并依据d的数值从专门的表格中查出相应的HB值.布氏硬度法测试值较稳定，准确度较洛氏法高。
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• 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。
•通常把a k 值小的材料称为脆性材料。 •温度的影响：
研究表明，材料的a k 值随温度的降低而降低。当温度降至 某一数值或范围时，a k 值会急剧下降，材料则由韧性状态转 变为脆性状态，这种转变称为冷脆转变，相应温度称为冷脆转 变温度。材料的冷脆转变温度越低，说明其低温冲击性能越好， 允许使用的温度范围越大。因此对于寒冷地区的桥梁、车辆等 机件用材料，必须作低温（一般为–40℃）冲击弯曲试验，以 防止低温脆性断裂。
第一篇 金属材料导论
机械工程领域中，广泛应用着各种材料, 按属性可分类：
以金属元素 为主要成分、 原子通过金 属键结合而 成的一类固 体材料。
金属材料 非金属材料 复合材料
机械制造最主要的材料： 广泛应用于机床、矿山、 冶金、动力、交通等机械中
塑料、陶瓷、橡胶等
具有金属材料所没有的性 能，如绝缘性、耐磨性、 廉价性等
• 布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定（重复性 好）。
• 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。
2、洛氏硬度HR
钢球与金刚石压头
测试方法是以120°金刚石圆锥体（A、C）
或淬火钢球（B）为压头，在规定的载荷下， 垂直压入被测材料表面，卸载后依据压入深
• 应力 在外力作用下材料单位面积上承 受的载荷
五万吨水压机
一、强度与塑性
1、拉伸试验
金属材料的强度与塑性是通过拉伸试验测定出来参见国标GB6397-86)
拉
伸
试
验
机
d0为标准直径，L0为标准标距 在材料试验机上，进行应力应变的测试实验
2、拉伸试验的几个过程
缩
< 时，有缩颈，为塑性材料表征
颈
现
象
这两个指标反映的物理意义是一样的（塑性）。常 用的是伸长率，但有时也用断面收缩率。
二、硬度
概念：固体材料抵抗局部塑性变形、压入或划痕的能 力。（局部抵抗能力）
➢ 材料的硬度直接影响到材料的耐磨性及切削加工性。不管是刀 具、量具、刃具还是工件都要有足够的硬度才能保证他们的使 用性能和寿命。
压头
总载荷（N） 适用测试材料
有效值
HRA 120°金刚石圆锥 600 体
HRB Φ1.588mm淬火钢 1000 球
HRC 120°金刚石圆锥 1500 体
硬质合金、表面淬火 70~85
钢
退火钢
25~100
一般淬火钢件
20~67
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、表面淬火层和渗碳层。 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。
1）屈服强度s：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σs表示。
屈服点应力σs可按下式计算 σs = Fs / A0 (MPa)
式中：Fs—试样屈服时的载荷（N A0—试样原始横截面积（ mm2)
应用：σs常作为零件选材和设计的依据。
对于有些没有很明显屈服现象的金属材料，规定以试样产生0.2%塑性变形时的
硬小 度负 计荷
维 氏
• 维氏硬度试验是由英国的史密斯（R.L.Smith）和 桑德兰德（G.E.Sandland）于1925年提出来的。
• 优点：所测定的硬度值比布氏、洛氏硬度精确，压 入深度浅，适于测定经表面处理零件的表面层的硬 度，改变负荷可测定从极软到极硬的各种材料的硬 度；
• 缺点：测定过程比较麻烦。
➢ 刀具的硬度要大大高于材料的硬度，才能进行正常的切削加工。
常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。不同 的硬度指标，其试验方法和适用范围不同 。
金属材料的硬度可用专门仪器来测试，常用的有布氏硬度 机、洛氏硬度机和维氏硬度机等。
1、布氏硬度HB
测试方法是以直径为D的钢球或硬质合金球为压头, 在载荷P的静压力 下, 压入被测材料的表面，保持一定时间后撤去载荷，材料上得到直径为 d的压痕。硬度以下式计算（单位压痕表面积上的力MPa） ：
应力，作为该材料的屈服点，称为条件屈服极限，用 0.2表示。脆性材料没有明
显的转变点。
F
试样卸除载荷后，其标距部分的残余伸长
F0.2
率达到试样标距长度的0.2%时的应力，用
符号σ0.2表示。
条件屈服极限：
F0.2
σ0.2=
A0
0 0.2%L0
ΔL
2）抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大应力值
抗拉强度 b可按下式计
伸长率是指试样拉断前 后的相对伸长值。
断面收缩率是指试样拉 断后断面处横截面积的 相对收缩值。
说明：
、 越大，材料塑性越好，是材料用
于轧制、锻造、冲压、焊接的必要条
件；而且在使用时万一超载，由于塑
拉
性变形，可避免突然断裂。
伸
用断面缩率表示塑性比伸长率更接近
试
真实变形。
样 的
> 时，无缩颈，为脆性材料表征
材料强度和塑性的综合指标。
工程中有些机件在工作时要受到瞬间大能 量的冲击载荷
如锻压机的锤杆、冲床的冲头、汽车变速齿轮、 飞机的起落架等。
v1
F1 v2
瞬时冲击引起的应力和应变要比静载荷引起的应力和应变大得多，因此在选择制 造该类机件的材料时，必须考虑材料的抗冲击能力，即韧性。
韧性的衡量指标是冲击韧度。
GB: 是试件在一次冲击实验时，单位横截面积（m2）上所消耗的冲击功（J）， 其单位为MJ/m2。 ATSM:单位宽度所消耗的功，单位为J/m。
2、冲击韧度试验与计算（ GB） 通常采用摆锤式冲击试验机测定(大能量、一次冲断）。
冲击韧度：
ak = AK/A （J·cm-2）
Ak—折断试样所消耗的冲击功（J） A —试样断口处的原始截面积（mm2）
布
氏
硬
符号HBS或HBW之前的数字——表示硬度值；
度 压
痕
符号后面的数字分别表示：球体直径、载荷
及载荷保持时间。
如 120HBS10/1000/30 （原表示HB120)钢球直径为10mm，作用载荷1000kgf，保 持30s，测得的布氏硬度值。
• 布氏硬度试验是由瑞典的布利涅尔（J.B.Brinell） 于1900年提出来的 。
洛氏硬度是由美国的洛克威尔（S.P.Rockwell 和H.M.Rockwell）于1919年提出 来的 。 洛氏硬度的优点：
操作简便，压痕小，适用范围广，可用于成品检验。 洛氏硬度的缺点：
测量结果分散度大，重复性较差。
3、维氏硬度 HV
136°四棱锥形，载荷小，压痕浅
将一个相对面夹角为1360的
加工性能（切削、锻造等） 铸造性能（适合铸造与否） 焊接性能（容易焊接与否） 热处理性能（可热处理强化）
一、教学重点：金属材料的力学性能（包括：表达方式、测定方法、单 位量纲、物理意义等）。
二、教学难点：拉伸曲线（б-ε曲线）特点；硬度的实验过程。
第一节 金属材料的力学性能
力学性能: 是指金属材料在受外力作用时所反映出来的固有性能。
加而试样继续发生较大的塑性变形而伸长，这种现象称为“屈服”。S点 称为屈服点。
3）随着载荷增加，弹塑性变形增大，直到载荷达到Fb ---强化阶段。 4）当载荷超过Fb之后，试样某部分开始变细，出现“缩颈”现象，由于截
面减小，使继续变形所需载荷下降。当载荷变为Fk时, 试样在缩颈处断裂。
为使曲线能够直接反映出材料的力学性能，分别以σ和ε为纵坐标和横坐
度h，由刻度盘上指针直接指示出HR值。是 洛氏硬度压痕
个无量纲数。
为能测试从软到硬
根据压头类型和载荷不同有A、B、C、 各种材料的硬度
D、E、F、G、H、K等9个标尺。其中
常用于钢材硬度测试的标尺一般为A、
洛氏硬度测试示意图
洛