天津科技大学机械工程材料ppt课件
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机械工程材料ppt课件
13
渗碳体硬度极高（800HBW）,塑性和韧性极低，脆 性大，是一种硬而脆的相。在铁碳合金中，渗碳体常以 片状、网状、粒状等形态与其他相共存。渗碳体主要作 为强化相存在于钢铁中，它的数量、形态（片状、网状、 粒状等）、大小和分布对钢铁材料的性能有重要影响。 渗碳体是一种亚稳定相，在一定条件下可以分解出石墨。
维氏硬度试验原理——将顶部两相对面具有规定角度的 正四棱锥体金刚石压头用一定的试验力压入试样表面， 保持规定时间后，卸除试验力，测量试样表面压痕对角 线长度，以压痕单位面积上承受的平均压力大小表示材 料的硬度。（与布氏硬度有相似之处）
8
维氏硬度的特点及其应用：
优点：硬度值与试验力的大小无关，只要是硬度均匀的 材料，可以任意选择试验力，其硬度值不变，使维氏硬 度在一个很宽广的硬度范围内具有一个统一的标尺。目 前工业上所用到的几乎全部金属材料，维氏硬度试验都 可以测量，从很软的材料（几个维氏硬度单位）到很硬 的材料（3000个维氏硬度单位）。维氏硬度试验的试验 力可以很小，压痕非常小，特别适合测试薄小材料。
12
+ 铁碳合金基本相
铁素体——碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体，用符号“F” 表示。铁素体保持α-Fe的体心立方晶格类型。铁素体的 强度、硬度较低，塑性、韧性较好。是工业纯铁的主要 组织。
奥氏体——碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体，用符号“A” 表示。奥氏体保持γ-Fe的面心立方晶格类型。奥氏体具 有一定的强度和硬度，塑性、韧性较好。奥氏体属于高 温组织，具有良好的塑性和小的变形抗力，是锻造加工 的理想组织。
高分子材料（橡胶、塑料等）
非金属材料 无机非金属材料（S、P）
复合材料（金属陶瓷复合材料）
2
材料的性能是机械制造过程中正确选用零件材料的重要 依据。
渗碳体硬度极高（800HBW）,塑性和韧性极低，脆 性大，是一种硬而脆的相。在铁碳合金中，渗碳体常以 片状、网状、粒状等形态与其他相共存。渗碳体主要作 为强化相存在于钢铁中，它的数量、形态（片状、网状、 粒状等）、大小和分布对钢铁材料的性能有重要影响。 渗碳体是一种亚稳定相，在一定条件下可以分解出石墨。
维氏硬度试验原理——将顶部两相对面具有规定角度的 正四棱锥体金刚石压头用一定的试验力压入试样表面， 保持规定时间后，卸除试验力，测量试样表面压痕对角 线长度，以压痕单位面积上承受的平均压力大小表示材 料的硬度。（与布氏硬度有相似之处）
8
维氏硬度的特点及其应用：
优点：硬度值与试验力的大小无关，只要是硬度均匀的 材料，可以任意选择试验力，其硬度值不变，使维氏硬 度在一个很宽广的硬度范围内具有一个统一的标尺。目 前工业上所用到的几乎全部金属材料，维氏硬度试验都 可以测量，从很软的材料（几个维氏硬度单位）到很硬 的材料（3000个维氏硬度单位）。维氏硬度试验的试验 力可以很小，压痕非常小，特别适合测试薄小材料。
12
+ 铁碳合金基本相
铁素体——碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体，用符号“F” 表示。铁素体保持α-Fe的体心立方晶格类型。铁素体的 强度、硬度较低，塑性、韧性较好。是工业纯铁的主要 组织。
奥氏体——碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体，用符号“A” 表示。奥氏体保持γ-Fe的面心立方晶格类型。奥氏体具 有一定的强度和硬度，塑性、韧性较好。奥氏体属于高 温组织，具有良好的塑性和小的变形抗力，是锻造加工 的理想组织。
高分子材料（橡胶、塑料等）
非金属材料 无机非金属材料（S、P）
复合材料（金属陶瓷复合材料）
2
材料的性能是机械制造过程中正确选用零件材料的重要 依据。
天津科技大学工业工程专业评估汇报ppt工业工程专业评估课件
今后的努力方向
进一步优化课程内容；加强师资队伍建设；提高科研水平，促进专业建设。
张建国校长向中西机床培训中心纳丘主任授予实践教学基地
Return
魏大鹏教授，92年毕业于法国获得工业系统工程博士学位。是中国机械工程学会工业工程学会常务委员。主要研究方向是企业战略管理，工业系统工程,生产过程组织与控制. 其著作《丰田生产方式研究》在1997年和1999年分别获得优秀图书奖和优秀成果奖。直接指导我校工业工程专业的建设。
天津威瑞家具有限公司
7 教学管理
校院领导对新专业的人才培养、师资队伍建设和实验室建设都给予很大的支持,教学副院长负责新专业的教学实施，教学秘书负责日常教学活动。
学校建立了听课制度，学生评教活动。校、院坚持开学教学检查和期中教学检查制度，及时发现问题和解决问题，保障教学活动的正常进行。
序号
课程名称
教材名称
作者
出版年
出版社备注1Fra bibliotek工程力学
工程力学
北京科技大学
1997
北京科技大学出版社
2
机械制图
机械工程制图
陈东详
2000
天津大学出版社
3
机械制图
Auto CAD 2000
姚涵珍
2002
机械工业出版社
4
工程材料与机械制造基础
工程材料 机械加工工艺基础
孔德音
1996
机械工业出版社
5
概率与统计
6 实践教学
工业工程专业的培养计划中设置了课程设计、课程实验和上机、综合设计、金工实习、生产实习、毕业实习、社会实践和科研实践等各类实践教学环节。工业工程专业03级和04级教学计划中列出的实验课100%开出。工业工程的专业课实验80%以上是综合性、设计性实验课程。
机械工程材料概述PPT(共 72张)
第2章 机械工程材料
§2-4 其他工程材料及应用
复习：
工程材料的分类
铸铁
黑色金属 碳钢
金属材料
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 合成纤维
复合材料
新授： §2-4 其他工程材料及应用
一、有色金属及硬质合金
1、有色金属 ——指黑色金属（钢铁）以外的所有 金属及其合金，也称为非铁金属。
HPb59-1：表示平均含铜量为59%、含铅量为1%的特殊黄铜。
常用牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、 HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等，主要 用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、 轴承、衬套及阀体等。
2)青铜 ——除黄铜和白铜外的其他铜合金。 牌号：Q 元素符号数字-数字
常用硬铝合金如 飞机翼梁(腹板为
硬铝合金)
LY11 (2A11)、 LY12
(2A12)等，用于制造
冲压件、模锻件和铆
接件，如螺旋桨、梁、
铆钉等。
③ 超硬铝合金
——属Al-Zn-Mg-Cu系 合金，并含有少量Cr和Mn。
热态塑性好，但耐蚀性差。
常用合金有 LC4 (7A04 )、LC9 (7A09 ) 飞 等，主要用于工作温度 机
形成的，分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜等。
其耐蚀性、强度和塑性高，成本低。
常用牌号如BMn40-1.5(康铜)、BMn43-0.5(考铜)。
用于制造精密机械、仪表零件及
医疗器械等。
康铜热偶
白铜型材
（2）铝及铝合金
①纯铝 纯铝具有银白色金属光泽，密度小，熔点低,
§2-4 其他工程材料及应用
复习：
工程材料的分类
铸铁
黑色金属 碳钢
金属材料
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 合成纤维
复合材料
新授： §2-4 其他工程材料及应用
一、有色金属及硬质合金
1、有色金属 ——指黑色金属（钢铁）以外的所有 金属及其合金，也称为非铁金属。
HPb59-1：表示平均含铜量为59%、含铅量为1%的特殊黄铜。
常用牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、 HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等，主要 用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、 轴承、衬套及阀体等。
2)青铜 ——除黄铜和白铜外的其他铜合金。 牌号：Q 元素符号数字-数字
常用硬铝合金如 飞机翼梁(腹板为
硬铝合金)
LY11 (2A11)、 LY12
(2A12)等，用于制造
冲压件、模锻件和铆
接件，如螺旋桨、梁、
铆钉等。
③ 超硬铝合金
——属Al-Zn-Mg-Cu系 合金，并含有少量Cr和Mn。
热态塑性好，但耐蚀性差。
常用合金有 LC4 (7A04 )、LC9 (7A09 ) 飞 等，主要用于工作温度 机
形成的，分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜等。
其耐蚀性、强度和塑性高，成本低。
常用牌号如BMn40-1.5(康铜)、BMn43-0.5(考铜)。
用于制造精密机械、仪表零件及
医疗器械等。
康铜热偶
白铜型材
（2）铝及铝合金
①纯铝 纯铝具有银白色金属光泽，密度小，熔点低,
《机械工程材料》PPT课件
四、课程的目的
机械制造与材料：结构—性能—加工工艺
内部结构与性能：材料的性能来源于该材料的内部结构，这是对 工程师和学者最具有重要价值的一个原则。 加工工艺与性能：材料必须进行加工，以满足工程师对所设计产 品的要求，目的是要了解结构变化的本质，以便于制定适当的工艺 流程。 使用行为：在材料的选用中，不仅要考虑初始要求，而且要考虑 使那些材料内部结构发生变化，从而导致材料性能发生变化的使用 条件。
一、材料科学与社会发展
其他材料 与陶瓷材料和金属材料发展的同时
天然高分子材料 棉、麻、丝绸材料
功能材料 磁铁—指南针
一、材料科学与社会发展
2. 材料科学发展与现代文明的联系
18世纪世界工业迅速发展，对材料提出了更高要求。 1863年光学显微镜，1912年X射线衍射技术和1932年电 子显微镜等仪器出现 金属学日趋完善，大大推动了金属材料的发展
性能和热处理性能等）
三、机械工程材料
1. 机械工程材料含义：
机械工程材料顾名思义就机械工程中应用的材料问题，应该是跨越机 械和材料两个学科，以机械工业的需求出发，推动材料科学技术的发 展，同时材料科学的新进展又推动了机械工程技术的革新和发展。
三、机械工程材料
2. 材料技术对机械工程发展的促进：
四、课程的目的
一、材料科学与社会发展
2. 材料科学发展与现代文明的联系
现代社会文明的三大支柱：能源、信息和材料 信息时代是建立在材料的基础上
硅半导体→晶体管→集成电路→计算机 磁性材料→信息贮存 激光材料+光导纤维→信息传输→信息网络 能源技术以材料为支撑 再生能源、核能、燃料电池等
信息时代
一、材料科学与社会发展
四、课程的目的
机械工程材料-PPT
(1)屈服强度(σS) (2)抗拉强度(σb)
加载荷 弹性变形 塑性变型形 断裂 σS==Fs/S0 屈服
σb==Fb/S0
(3)伸长率(δ) δ=Lk－L0/L0 × 100 ％ ( 4 )断面收缩率(Ψ ) Ψ =S0－Sk/s0 × 100 ％
1.2 硬度 ------金属材料抵抗其他 物体压入其表面的能力 布氏硬度-----HBS(适用测量硬度值小于450 的材料) -----HBW(适用测量硬度值小于650 的材料)
2.3
合金的晶体结构和相图
1,合金------二个或二个以上的金属元素 熔合在一起(Fe+C=铁碳合金,Cu+Zn=黄铜) 2,组元------组成合金的独立单元 (Fe, Cu, C, Fe3C) 3,合金系--------(铁碳合金,铝硅合金等) 4,相-------结构相同,化学成分相同(液相,固相等) 5,组织-------反映相的大小,形态及分布情况.在 显微镜下能观察到的金属的微观形态和面貌. 又称金相组织.
第 3节 合金工具钢 (刃具钢,模具钢,量具钢)
(1)刃具钢 ▲低合金工具钢(9SiCr,Cr2,9Mn2V,CrWMn) 含量特点: 碳素工具钢+5%合金元素 热处理特点:锻造→退火→机械加工→淬火→ 低温回火→ ▲高速钢(W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2) 含量特点: 碳素工具钢+大于10%合金元素 热处理特点:P.57图5.6
常用金属的晶体结构
1、体心立方晶格：
(BCC; BodyCentered Cubic)
2、面心立方格： (FCC; FaceCentered Cubic)
3、密排六方格：
(HCP; Hexagonal Close-packed)
天津科技大学机械工程材料4
4点发生 共析反应 A →P 4以下无转变，组织为P+Fe3CⅡ
1.2
L→L+A→A → A+Fe3CII → A+P+Fe3CII → P+Fe3CII
室温组织: P+Fe3CⅡ
相组成物：F和Fe3C
含碳量对过共析钢室温组织的影响
组织组成物为P+Fe3CⅡ；相组成物为F和Fe3C
在0.77 ~ 2.11%C 范围内，随 WC↑P %↓ Fe3CⅡ % ↑ ;
B1495℃
A
4~4'
ES（Acm）
L Fe 3 C
J 4'
L
D F
Fe3C和A两相平衡线
C 在 A 溶解度曲线 1148℃，AE = A2.11
4'~5
5 A
P C 1148℃ Fe3CⅡ E
L A
G
F A
A Fe 3 C
S
F
Fe Q
P
A1 727℃
F Fe 3 C
T
K
A Fe 3 C
C
D F
T
室温℃
FX+Fe3C
FQ=F0.0008
S
F
Fe
Q
A1
727℃
P
F Fe 3 C
K 三次渗碳体 Fe3CⅢ
wC（%）
Fe3C
？
Fe3CⅠ、Fe3CⅡ、 Fe3CⅢ
有何异同
铁碳合金相图分析
重要线
ECF
1148℃
共晶线
A
L
L C A E Fe 3 C
δ H
N
B J
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缺点：测试过程较繁琐。不宜用于成批生产时的常规检验。 4、显微硬度
显微硬度实验原理与维氏硬度完全相同，但精度要求高。可用于金相组 织中相的硬度以及材料表层硬度大小的测量。
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（五）韧性
1、冲击韧性 材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力称为冲击韧性。 1)摆锤式一次冲击试验。 2)小能量多次冲击试验。
试样
22
一、填 空
1. 机械设计时常用
和
两种强度指标。
3. 屈强比是指 与 之比。
4. 材料主要的工艺性能有
、
、
、
和。
5.金属材料常用的机械性能指标有：抗拉强度用 表示；屈服强度用
表示；硬度常用 和 表示；常用塑性指标有 和 ；冲击
韧性用 表示。
二、判断题
1. σs和 σ0.2都是材料的屈服强度。 2. 材料的弹性越好，其塑性也愈好。 3. 零件设计时，若对力学性能有要求，图纸上常对硬度提出技术要求。
强度和塑性：一般零件的抗断裂设计。
➢对工作条件不允许发生明显塑性变形的零件或构件，根据
屈服强度值σs(σ0.2)选材，大多数机器可以预防事故发生。
➢对无明显屈服现象的脆性材料，依据抗拉强度σb选材。
硬度：设计耐磨零件时，必须考虑的性能指标，如滚动轴承等。 冲击韧性：零件工作中，承受冲击载荷，如汽车齿轮、弹簧、冲压
> 5% 时，有颈缩，为塑性材料
④用断面收缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。
生产中，为了提高安全性，都要求零件具有一定的塑性。一般， 伸长率达5％或断面收缩率达10％的材料，即可满足大多数 零件的使用要求。
8
（四）硬度
材料抵抗表面局部塑性变形的能力。是表征材料力学性能的综合参数。 一般，硬度↑强度↑耐磨性↑塑性↓
在静载荷下
➢ 强度、塑性 ➢ 硬度：布氏硬度、洛氏硬度等 在冲击载荷下 ➢ 冲击韧性 在交变载荷下 ➢ 疲劳强度
载荷
2
（一）弹性与刚度
应力 = P/F0 应变 = (l-l0)/l0
静 载 拉 伸 试 验 机
拉伸试样
3
几种材料典型的σ—ε曲线
σ
σ
σ
σs
ε (a)
ε (b)
ε (c)
（a）无塑性变形的脆性材料（如铸铁、陶瓷） （b）有明显屈服点的塑性材料（如低碳钢）
硬度，检测渗碳件、渗氮件等薄层的硬度常采用
硬度。
2.有一碳钢制支架刚性不足，有人要用热处理强化方法；有人要另选合金钢；有
人要改变零件的截面形状来解决。哪种方法合理？为什么？
24
钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为108。 ➢ 疲劳寿命 ——材料发生疲劳破坏时的应力循环次数，或从开始受载到发生断裂所经过
的时间称为该材料的疲劳寿命。（80%的断裂由疲劳造成）
疲劳应力示意图
疲劳曲线示意图
17
主要性能指标的应用
弹性指标：设计弹性零件时，需考虑弹性极限σe ，如各
类弹簧和弹性元件等。
（c）没有明显屈服点的塑性材料（如退火铝合金、高碳钢）
4
弹性模量E标志材料抵抗弹性变形的能力，用以表示材料的刚度。
E tg (MPa)
弹性模量大小主要取决于材料的本性，强化材料的手段如热处理、冷热加 工、合金化等对弹性模量影响很小。可通过增加横截面积或改变截面形状 来提高零件的刚度。
5
（二）强度
9
❖用一定直径的压头（球体），
以相应试验力压入待测表面， 并保持规定时间，卸载后， 测量材料表面压痕直径，以 此计算出硬度值。
HB
2P
D(D D2 d 2 )
压头 工件
10
2、洛氏硬度
压头、 硬度符号
120º金刚石圆锥体
钢球：为120°的金刚
石圆锥或直径1.588mm的淬火钢球，以 相应试验力（预载荷＋主载荷）压入 待测表面，保持规定时间,卸载后（卸 除主载荷），测量的残余压痕深度增 量，计算出硬度值。
或破环现象，分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
其它化学性能：抗氧化性、抗渗入性、高分子材料的老化等
20
§1.2材料的工艺性能
金属材料的一般加工过程如下：
1.铸造性能 2.锻造性能
精密铸件
万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环
21
3.切削加工性能 4.焊接性能 5.热处理性能
“维克斯”3坦克原型车，其炮塔前半部 分铸造而成，后半部分则为焊接结构
模具等。(参考指标)
其中，对某一零件有力学性能要求时，一般在设计图纸上提出硬度技术
要求，而不是强度和塑性。
18
二、材料的物理和化学性能
（一）物理性能
热效应及导热性能
B
导电性能 A
物理性能
C 磁性
密度、熔点 E
D 折射、反射、吸
收光及声学性能
19
(二)化学性能 材料的腐蚀:材料受环境介质的化学、电化学作用而引起的变质
11
❖ HRA、HRB、HRC分别测得的 例如： 50HRC < 70HRA 〤
硬度，不可直接比较大小。
50HRB > 40HRC 〤
HRA：硬质合金、表面淬火层和渗碳层。 HRB：有色金属、铸铁和退火、正火钢等。 HRC：调质钢、淬火钢。 优点：操作迅速、简便，由表盘直接读出硬度值；
压痕小，适用范围广。 缺点：精度较差，硬度值波动较大。
不适于测量组织不均匀材料。
12
3、维氏硬度HV
压头：锥面夹角为136º的金刚石正四棱锥体
❖ 试验原理：以一定的
试验力，将压头压入 试样表面，保持一定 时间卸载后，在试样 表面留下一个四方锥 形的压痕，测量压痕 两对角线长度，以此 计算出硬度值。
13
优点：维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点。 维氏硬度可测定从很软到很硬的各种材料，可测定较薄材料和各种表面渗层， 且准确度高。 广泛用于测量薄件、化学热处理件、表面硬化层的硬度（如渗层、表面淬硬 层、电镀层等），以及微观组织的硬度。
1、布氏硬度HB
压头 符号
淬火钢球 HBS
硬质合金球 HBW
范围 应用
HB≤450 退火和正火钢、铸铁、有色金属等软材料
450≤HB≤650 布氏硬度值在450~650HB的材料
优点：重复性强，测量误差小。具有较高的测量精度。数据稳定。 缺点：压痕大，测量费时，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。 适于：较软材料，如铸铁、退火或正火钢及有色金属的硬度
强度：材料在外力作用下抵抗变形和破 坏的能力。
弹性极限e ：试样保持纯弹性变形的 最大应力值。
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。（σ0.2 与σs 的意义相同！）
抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大应 力值。
6
（三）塑性
材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。
23
三、选择题
1. 在低碳钢拉伸应力—应变曲线上，对应的最大应力值称为
。
A.弹性极限 B.屈服强度 C.抗拉强度 D.断裂强度
2. 材料开始发生塑性变形的应力值称为材料的
。
A. 弹性极限 B. 屈服强度 C. 抗拉强度 D. 断裂强度
四、简答题
1.检测淬火钢成品件一般用
硬度。检测退火和正火钢件的硬度常用
伸长率：
l1 l0 100%
l0
拉 伸
试
断面收缩率：
A0 A1 100%
A0
样 的 颈
缩
现
象
断裂后
7
说明：
① δ和ψ↑，材料的塑性↑
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。 当l0=10d0 时，伸长率用 或10表示； 当l0=5d0 时，伸长率用5 表示。显然5> ③ <5% 时，无颈缩，为脆性材料
第一章 材料的性能
定义: 材料在使用和加工过程中表现出来的特性。
分类:
材料的性能
使用性能
工艺性能
力学性能 物理化学性能 强塑 硬 韧 疲 耐 度性 度 性 劳 磨
性性 能
铸锻焊切热 造造接削处 性性性加理 能能能工性
性能 能
1
§1.1材料的使用性能
一、 材料的力学性能 定义：指材料在外力的作用下所表现出来的特性。
锤头
橡胶夹头
多次冲击弯曲实验示意图
指标为冲击韧性值ak(通过冲击实验测得，即为冲断单位面积所消耗的功)。
2、断裂韧性
ak
Ak S
15
Titanic 号钢板和近代船用钢板的冲击试验结果
Titanic
近代船用钢板
16
（六）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。 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-1 。
显微硬度实验原理与维氏硬度完全相同，但精度要求高。可用于金相组 织中相的硬度以及材料表层硬度大小的测量。
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（五）韧性
1、冲击韧性 材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力称为冲击韧性。 1)摆锤式一次冲击试验。 2)小能量多次冲击试验。
试样
22
一、填 空
1. 机械设计时常用
和
两种强度指标。
3. 屈强比是指 与 之比。
4. 材料主要的工艺性能有
、
、
、
和。
5.金属材料常用的机械性能指标有：抗拉强度用 表示；屈服强度用
表示；硬度常用 和 表示；常用塑性指标有 和 ；冲击
韧性用 表示。
二、判断题
1. σs和 σ0.2都是材料的屈服强度。 2. 材料的弹性越好，其塑性也愈好。 3. 零件设计时，若对力学性能有要求，图纸上常对硬度提出技术要求。
强度和塑性：一般零件的抗断裂设计。
➢对工作条件不允许发生明显塑性变形的零件或构件，根据
屈服强度值σs(σ0.2)选材，大多数机器可以预防事故发生。
➢对无明显屈服现象的脆性材料，依据抗拉强度σb选材。
硬度：设计耐磨零件时，必须考虑的性能指标，如滚动轴承等。 冲击韧性：零件工作中，承受冲击载荷，如汽车齿轮、弹簧、冲压
> 5% 时，有颈缩，为塑性材料
④用断面收缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。
生产中，为了提高安全性，都要求零件具有一定的塑性。一般， 伸长率达5％或断面收缩率达10％的材料，即可满足大多数 零件的使用要求。
8
（四）硬度
材料抵抗表面局部塑性变形的能力。是表征材料力学性能的综合参数。 一般，硬度↑强度↑耐磨性↑塑性↓
在静载荷下
➢ 强度、塑性 ➢ 硬度：布氏硬度、洛氏硬度等 在冲击载荷下 ➢ 冲击韧性 在交变载荷下 ➢ 疲劳强度
载荷
2
（一）弹性与刚度
应力 = P/F0 应变 = (l-l0)/l0
静 载 拉 伸 试 验 机
拉伸试样
3
几种材料典型的σ—ε曲线
σ
σ
σ
σs
ε (a)
ε (b)
ε (c)
（a）无塑性变形的脆性材料（如铸铁、陶瓷） （b）有明显屈服点的塑性材料（如低碳钢）
硬度，检测渗碳件、渗氮件等薄层的硬度常采用
硬度。
2.有一碳钢制支架刚性不足，有人要用热处理强化方法；有人要另选合金钢；有
人要改变零件的截面形状来解决。哪种方法合理？为什么？
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钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为108。 ➢ 疲劳寿命 ——材料发生疲劳破坏时的应力循环次数，或从开始受载到发生断裂所经过
的时间称为该材料的疲劳寿命。（80%的断裂由疲劳造成）
疲劳应力示意图
疲劳曲线示意图
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主要性能指标的应用
弹性指标：设计弹性零件时，需考虑弹性极限σe ，如各
类弹簧和弹性元件等。
（c）没有明显屈服点的塑性材料（如退火铝合金、高碳钢）
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弹性模量E标志材料抵抗弹性变形的能力，用以表示材料的刚度。
E tg (MPa)
弹性模量大小主要取决于材料的本性，强化材料的手段如热处理、冷热加 工、合金化等对弹性模量影响很小。可通过增加横截面积或改变截面形状 来提高零件的刚度。
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（二）强度
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❖用一定直径的压头（球体），
以相应试验力压入待测表面， 并保持规定时间，卸载后， 测量材料表面压痕直径，以 此计算出硬度值。
HB
2P
D(D D2 d 2 )
压头 工件
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2、洛氏硬度
压头、 硬度符号
120º金刚石圆锥体
钢球：为120°的金刚
石圆锥或直径1.588mm的淬火钢球，以 相应试验力（预载荷＋主载荷）压入 待测表面，保持规定时间,卸载后（卸 除主载荷），测量的残余压痕深度增 量，计算出硬度值。
或破环现象，分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
其它化学性能：抗氧化性、抗渗入性、高分子材料的老化等
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§1.2材料的工艺性能
金属材料的一般加工过程如下：
1.铸造性能 2.锻造性能
精密铸件
万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环
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3.切削加工性能 4.焊接性能 5.热处理性能
“维克斯”3坦克原型车，其炮塔前半部 分铸造而成，后半部分则为焊接结构
模具等。(参考指标)
其中，对某一零件有力学性能要求时，一般在设计图纸上提出硬度技术
要求，而不是强度和塑性。
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二、材料的物理和化学性能
（一）物理性能
热效应及导热性能
B
导电性能 A
物理性能
C 磁性
密度、熔点 E
D 折射、反射、吸
收光及声学性能
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(二)化学性能 材料的腐蚀:材料受环境介质的化学、电化学作用而引起的变质
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❖ HRA、HRB、HRC分别测得的 例如： 50HRC < 70HRA 〤
硬度，不可直接比较大小。
50HRB > 40HRC 〤
HRA：硬质合金、表面淬火层和渗碳层。 HRB：有色金属、铸铁和退火、正火钢等。 HRC：调质钢、淬火钢。 优点：操作迅速、简便，由表盘直接读出硬度值；
压痕小，适用范围广。 缺点：精度较差，硬度值波动较大。
不适于测量组织不均匀材料。
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3、维氏硬度HV
压头：锥面夹角为136º的金刚石正四棱锥体
❖ 试验原理：以一定的
试验力，将压头压入 试样表面，保持一定 时间卸载后，在试样 表面留下一个四方锥 形的压痕，测量压痕 两对角线长度，以此 计算出硬度值。
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优点：维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点。 维氏硬度可测定从很软到很硬的各种材料，可测定较薄材料和各种表面渗层， 且准确度高。 广泛用于测量薄件、化学热处理件、表面硬化层的硬度（如渗层、表面淬硬 层、电镀层等），以及微观组织的硬度。
1、布氏硬度HB
压头 符号
淬火钢球 HBS
硬质合金球 HBW
范围 应用
HB≤450 退火和正火钢、铸铁、有色金属等软材料
450≤HB≤650 布氏硬度值在450~650HB的材料
优点：重复性强，测量误差小。具有较高的测量精度。数据稳定。 缺点：压痕大，测量费时，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。 适于：较软材料，如铸铁、退火或正火钢及有色金属的硬度
强度：材料在外力作用下抵抗变形和破 坏的能力。
弹性极限e ：试样保持纯弹性变形的 最大应力值。
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。（σ0.2 与σs 的意义相同！）
抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大应 力值。
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（三）塑性
材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。
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三、选择题
1. 在低碳钢拉伸应力—应变曲线上，对应的最大应力值称为
。
A.弹性极限 B.屈服强度 C.抗拉强度 D.断裂强度
2. 材料开始发生塑性变形的应力值称为材料的
。
A. 弹性极限 B. 屈服强度 C. 抗拉强度 D. 断裂强度
四、简答题
1.检测淬火钢成品件一般用
硬度。检测退火和正火钢件的硬度常用
伸长率：
l1 l0 100%
l0
拉 伸
试
断面收缩率：
A0 A1 100%
A0
样 的 颈
缩
现
象
断裂后
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说明：
① δ和ψ↑，材料的塑性↑
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。 当l0=10d0 时，伸长率用 或10表示； 当l0=5d0 时，伸长率用5 表示。显然5> ③ <5% 时，无颈缩，为脆性材料
第一章 材料的性能
定义: 材料在使用和加工过程中表现出来的特性。
分类:
材料的性能
使用性能
工艺性能
力学性能 物理化学性能 强塑 硬 韧 疲 耐 度性 度 性 劳 磨
性性 能
铸锻焊切热 造造接削处 性性性加理 能能能工性
性能 能
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§1.1材料的使用性能
一、 材料的力学性能 定义：指材料在外力的作用下所表现出来的特性。
锤头
橡胶夹头
多次冲击弯曲实验示意图
指标为冲击韧性值ak(通过冲击实验测得，即为冲断单位面积所消耗的功)。
2、断裂韧性
ak
Ak S
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Titanic 号钢板和近代船用钢板的冲击试验结果
Titanic
近代船用钢板
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（六）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。 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-1 。