材料的性能

万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环
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
一、填 空
1. 机械设计时常用 2. 屈强比是指 与 和 之比。 、 和 、 、 和 和 。 ；冲击 表示；屈服强度用 两种强度指标。
3. 材料主要的工艺性能有 表示；硬度常用 韧性用 表示。
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。
（二）强度

强度：材料在外力作用下抵抗变形和破
坏的能力。
弹性极限Re ：试样保持纯弹性变形的 最大应力值。 屈服强度ReL：材料发生塑性变形时的最小 应力值。
（五）韧性
1 、冲击韧度 材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力称为冲击韧度。
1)摆锤式一次冲击试验。 2)小能量多次冲击试验。
锤头 试样
橡胶夹头
多次冲击弯曲实验示意图
指标为冲击韧度值ak(冲击实验测得，即为冲断单位面积所消耗的功)。 ak
Ak S
2、断裂韧度 材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力
Titanic 号钢板和近代船用钢板的冲击试验结果
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。
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 冲击韧度 在交变载荷下
载荷
疲劳强度
（一）弹性与刚度
应力R( ) = F/S0 应变e() = (l-l0)/l0
静 载 拉 伸 试 验 机
拉伸试样
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 力学性能 物理化学性能 工艺性能 铸 造 性 能 锻 造 性 能 焊 接 性 能 切 削 加 工 性 能 热 处 理 性 能
强 塑 硬 韧 疲 耐 度 性 度 性 劳 磨 性 性 能
§1.1材料的使用性能

硬度：设计耐磨零件时，必须考虑的性能指标，如滚动轴承等。 冲击韧度：零件工作中，承受冲击载荷，如汽车齿轮、弹簧、冲压
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。
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
条件屈服强度RP0.2：残余变形量为0.2%
时的应力值。（ RP0.2 与ReL 的意义相
同！）
抗拉强度Rm：材料断裂前所承受的最大
应力值。
（三）塑性
材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。
断后伸长率：
l1 l0 A 100% l0
Z S0 S1 100% S0
断面收缩率：
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
。
2. 材料发生塑性变形时最小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常用 硬度。 硬度，检 测渗碳件、渗氮件等薄层的硬度常采用
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？
断裂后
Байду номын сангаас 说明：
① A和Z↑，材料的塑性↑ ② 直径d0 相同时，l0， A 。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A11.3表示；
当l0=5d0 时，伸长率用A 表示。显然A> A11.3 A > 5% 时，有颈缩，为塑性材料
③ A <5% 时，无颈缩，为脆性材料
Titanic
近代船用钢板
（六）疲劳

材料在低于ReL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R-1 。
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）
范围
应用
HB≤450
退火和正火钢、铸铁、有色金属等软材料
HBW≤650
布氏硬度值≤650HBW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。 适于：较软材料，如铸铁、退火或正火钢及有色金属的硬度
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。
2、洛氏硬度 压头、 硬度符号
3、维氏硬度HV
压头：锥面夹角为136º的金刚石正四棱锥体
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。 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。
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。
4.金属材料常用的机械性能指标有：抗拉强度用
表示；常用塑性指标有
二、判断题
1. ReL 和RP0.2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。
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 。
C
磁性
密度、熔点
E
D 折射、反射、吸
收光及声学性能
（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
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
§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
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，A达5％或Z达10％的材料，即可满足大多数零件的使用 要求。
（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↓
1、布氏硬度HBW
压头 符号 淬火钢球 HBS 硬质合金球 HBW
疲劳应力示意图
疲劳曲线示意图
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Re ，如各类 弹簧和弹性元件等。 强度和塑性：一般零件的抗断裂设计
ReL(RP0.2)选材，大多数机器可以预防事故发生。
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 对无明显屈服现象的脆性材料，依据抗拉强度Rm选材。
120º金刚石圆锥体
HRA HRC
HRB 淬火钢球： HRA、HRB、HRC分别测得的硬度，不可直接比较大小。 例如： 50HRC < 70HRA 〤 50HRB > 40HRC 〤 HRA(高等硬度)：硬质合金、表面淬火层和渗碳层。 HRB (低等硬度) ：有色金属、铸铁和退火、正火钢等。 HRC (中等硬度) ：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。
典型材料的R—e曲线
R R
ReL
R
e (a) (b)
e (c)
e
（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）
（c）没有明显屈服点的塑性材料（如退火铝合金、高碳钢）
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。
R E tg ( MPa ) e