材料的性能及应用意义
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注意：（1）结构不敏感性能：E、Tm等。
（2）结构敏感性能：强度、塑性、韧性等。
§1.2 材料的使用性能
一、力学性能
（1）强度 （5）硬度
（2）刚度 （3）弹性 （4）塑性 （6）韧性 （7）疲劳性能（8）耐磨性
二、物理性能 三、化学性能
一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
（a）拉伸
（b）压缩
（c）弯曲
（4）塑性加工性能（热、冷加工）
（5）切削加工性能（冷加工） 3. 经济性能：能用、够用、耐用。 4. 环保性能：与人类友好。
§1.1 材料性能依据
材料的性能是用于表征材料在给定的外界条件下所表现出来的行为。 材料的化学成分和内部结构是其内部依据，材料成分和结构确定后就表现 出一定的性能。此时的“结构”包含四个层次： （1）原子结构；（2）结合键；（3）原子排列方式； （4）组织。
强度保证材料不发生过量塑性变形、断裂。 刚度保证材料不发生过量弹性变形。
实际工件的刚度首先取决于其材料的弹性模量，即 E = σ/ε。
（1）对于金属材料，其弹性模量E主要取决于基体金属的性质,难以通过 合金化、热处理、 冷加工等方法使之改变，即 E 是结构不敏感性参数。 （2）陶瓷材料、 高分子材料、 复合材料的弹性模量对其成分和组织结构 是敏感的，可以通过不同的方法使其改变。
一、力学性能
硬度测试方法：
§1.2 材料的使用性能
1. 布氏硬度 GB231-1984 2. 洛氏硬度 GB230-1991
3. 维氏硬度 GB4342-1984
4. 锉刀法 一组硬度差为5HRC的锉刀， 如：10HRC、 15HRC、 20HRC等。
硬度测试三要素：
（ 1）载荷大小；（2）压头尺寸；（3）加载及保压时间。
一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
一、力学性能
2. 洛氏硬度（HR） GB230 -1991
§1.2 材料的使用性能
（1）HRA（金刚石圆锥）— 高硬度表面、硬质合金 （2）HRB（淬火钢球） — 未淬火钢、灰铸铁、有色金属 （3）HRC（金刚石圆锥）— 淬硬钢、调质钢 洛氏硬度共15种标尺，每一种标尺硬度适用范围不同。
（d）剪切
（e）扭转
一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
（一）强度 ----- 材料在外力作用下对变形与断裂的抵抗能力。
1. 比例极限 σp
2. 弹性极限 σe 3. 屈服强度 σs 4. 抗拉强度 σb（新国标 中用Rm表示）
低碳钢拉伸flash
屈强比（ σs /σb ），其值一般在0.65~0.75之间。屈强比愈小，工 程构件的可靠性越高，万一超载也不会马上断裂；屈强比愈大，材 料的强度利用率愈高，但可靠性降低。
HR = (0.2 - △h) / 0.002 (mm)， 其中 △h = h1 - h0
一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
洛氏硬度计
一、力学性能
3. 维氏硬度（HV） GB4342 -1984
§1.2 材料的使用性能
（1）金刚石正四棱锥压头，精确 操作复杂，适用于科学研究。
（2）压力可选5～120Kg间的特定 值，适用各种硬度值的测量。 （3）压痕小，可测表面硬化层。
一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
（三）弹性——外力作用下材料发生弹性行为的综合性能指标。
滞弹性（弹性滞后）：加载时应变不立即达到平衡值，卸载时变形也不 立即恢复。 对于易受振动且要求消振的零件，如机床床身和汽轮机叶片，要求材料 具有良好的消振性。机床床身可用灰铸铁制造，汽轮机叶片则采用 Cr13型钢 制造。 对于仪表上的传感元件和音响上的音叉、簧片等，则不希望有滞弹性出 现，选材时应予注意。
一、力学性能
即材料断裂前的塑性变形能力。
§1.2 材料的使用性能
（四）塑性—在外力作用下材料产生塑性变形而不破坏Βιβλιοθήκη Baidu能力，
1. 伸长率，以δ表示
l1 l 0 δ 100% l0
A0 A1 100% A0
2. 断面收缩率，以ψ表示 （新国标中用Z表示）
一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
一、力学性能
比强度——材料的强度与密度之比。
§1.2 材料的使用性能
名称
纯铝 纯铁 纯钛
密度 （g/cm3） 2.7 7.87 4.5
强度 （MPa）
比强度
80～100 30～37 180～280 23～36 405～500 90～111
一、力学性能
（二）刚度——材料对弹性变形的抵抗能力。
§1.2 材料的使用性能
（五）硬度—材料表面局部区域内抵抗变形或破裂的能力。
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；并按硬度来检验。
硬度试验的优点：
1. 硬度试验设备简单，操作迅速方便。
2. 一般不破坏成品零件，无需加工专门的试样，试验对象可以是各类工 程材料和各种尺寸的零件。
3. 硬度与强度、塑性、耐磨性之间的关系密切，可按硬度估算强度而免 做复杂的拉伸实验。 4. 硬度与工艺性能之间有联系，可作为评定材料工艺性能的参考。 5. 硬度能较敏感地反映材料的成分与组织结构的变化，可用来检验原材 料和控制冷热加工质量。
一、力学性能
1. 布氏硬度（HB） GB231-1984
§1.2 材料的使用性能
HB = F/S
HBS — 淬火钢球 （< 450HB) （新国标中HBS已取消） HBW— 硬质合金球（< 650HB) （1）误差小，重复性好。
（2）压痕面积大，不适合成品检验。
（3）与强度σb之间存在近似的换算： σb 0.36HB
§1.2 材料的使用性能
硬度举例
1. T8钢退火后: 170～200HBW 2. T8钢正火后: 25 ～ 35HRC T8钢淬火后: 50～ 55HRC T12钢淬火后: 60～ 65HRC W18Cr4V钢淬火后: 58～62HRC 3. YG8（钨钴类硬质合金）: 88～91HRA 4. 20钢经渗碳、淬火+低温回火后: 表面58～64HRC，心部10～15HRC
材料的性能及应用意义
§1.1 材料性能依据
§1.2 材料的使用性能
§1.3 材料的工艺性能
引言 材料是人类社会经济地制造有用器件的物质。
1. 所谓有用 — 使用性能：力学性能、物理性能、化学性能 2. 所谓制造（原材料变成产品）—工艺性能 （1）铸造性能（热加工） （2）焊接性能（热加工） （3）热处理性能（热加工）
（2）结构敏感性能：强度、塑性、韧性等。
§1.2 材料的使用性能
一、力学性能
（1）强度 （5）硬度
（2）刚度 （3）弹性 （4）塑性 （6）韧性 （7）疲劳性能（8）耐磨性
二、物理性能 三、化学性能
一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
（a）拉伸
（b）压缩
（c）弯曲
（4）塑性加工性能（热、冷加工）
（5）切削加工性能（冷加工） 3. 经济性能：能用、够用、耐用。 4. 环保性能：与人类友好。
§1.1 材料性能依据
材料的性能是用于表征材料在给定的外界条件下所表现出来的行为。 材料的化学成分和内部结构是其内部依据，材料成分和结构确定后就表现 出一定的性能。此时的“结构”包含四个层次： （1）原子结构；（2）结合键；（3）原子排列方式； （4）组织。
强度保证材料不发生过量塑性变形、断裂。 刚度保证材料不发生过量弹性变形。
实际工件的刚度首先取决于其材料的弹性模量，即 E = σ/ε。
（1）对于金属材料，其弹性模量E主要取决于基体金属的性质,难以通过 合金化、热处理、 冷加工等方法使之改变，即 E 是结构不敏感性参数。 （2）陶瓷材料、 高分子材料、 复合材料的弹性模量对其成分和组织结构 是敏感的，可以通过不同的方法使其改变。
一、力学性能
硬度测试方法：
§1.2 材料的使用性能
1. 布氏硬度 GB231-1984 2. 洛氏硬度 GB230-1991
3. 维氏硬度 GB4342-1984
4. 锉刀法 一组硬度差为5HRC的锉刀， 如：10HRC、 15HRC、 20HRC等。
硬度测试三要素：
（ 1）载荷大小；（2）压头尺寸；（3）加载及保压时间。
一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
一、力学性能
2. 洛氏硬度（HR） GB230 -1991
§1.2 材料的使用性能
（1）HRA（金刚石圆锥）— 高硬度表面、硬质合金 （2）HRB（淬火钢球） — 未淬火钢、灰铸铁、有色金属 （3）HRC（金刚石圆锥）— 淬硬钢、调质钢 洛氏硬度共15种标尺，每一种标尺硬度适用范围不同。
（d）剪切
（e）扭转
一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
（一）强度 ----- 材料在外力作用下对变形与断裂的抵抗能力。
1. 比例极限 σp
2. 弹性极限 σe 3. 屈服强度 σs 4. 抗拉强度 σb（新国标 中用Rm表示）
低碳钢拉伸flash
屈强比（ σs /σb ），其值一般在0.65~0.75之间。屈强比愈小，工 程构件的可靠性越高，万一超载也不会马上断裂；屈强比愈大，材 料的强度利用率愈高，但可靠性降低。
HR = (0.2 - △h) / 0.002 (mm)， 其中 △h = h1 - h0
一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
洛氏硬度计
一、力学性能
3. 维氏硬度（HV） GB4342 -1984
§1.2 材料的使用性能
（1）金刚石正四棱锥压头，精确 操作复杂，适用于科学研究。
（2）压力可选5～120Kg间的特定 值，适用各种硬度值的测量。 （3）压痕小，可测表面硬化层。
一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
（三）弹性——外力作用下材料发生弹性行为的综合性能指标。
滞弹性（弹性滞后）：加载时应变不立即达到平衡值，卸载时变形也不 立即恢复。 对于易受振动且要求消振的零件，如机床床身和汽轮机叶片，要求材料 具有良好的消振性。机床床身可用灰铸铁制造，汽轮机叶片则采用 Cr13型钢 制造。 对于仪表上的传感元件和音响上的音叉、簧片等，则不希望有滞弹性出 现，选材时应予注意。
一、力学性能
即材料断裂前的塑性变形能力。
§1.2 材料的使用性能
（四）塑性—在外力作用下材料产生塑性变形而不破坏Βιβλιοθήκη Baidu能力，
1. 伸长率，以δ表示
l1 l 0 δ 100% l0
A0 A1 100% A0
2. 断面收缩率，以ψ表示 （新国标中用Z表示）
一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
一、力学性能
比强度——材料的强度与密度之比。
§1.2 材料的使用性能
名称
纯铝 纯铁 纯钛
密度 （g/cm3） 2.7 7.87 4.5
强度 （MPa）
比强度
80～100 30～37 180～280 23～36 405～500 90～111
一、力学性能
（二）刚度——材料对弹性变形的抵抗能力。
§1.2 材料的使用性能
（五）硬度—材料表面局部区域内抵抗变形或破裂的能力。
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；并按硬度来检验。
硬度试验的优点：
1. 硬度试验设备简单，操作迅速方便。
2. 一般不破坏成品零件，无需加工专门的试样，试验对象可以是各类工 程材料和各种尺寸的零件。
3. 硬度与强度、塑性、耐磨性之间的关系密切，可按硬度估算强度而免 做复杂的拉伸实验。 4. 硬度与工艺性能之间有联系，可作为评定材料工艺性能的参考。 5. 硬度能较敏感地反映材料的成分与组织结构的变化，可用来检验原材 料和控制冷热加工质量。
一、力学性能
1. 布氏硬度（HB） GB231-1984
§1.2 材料的使用性能
HB = F/S
HBS — 淬火钢球 （< 450HB) （新国标中HBS已取消） HBW— 硬质合金球（< 650HB) （1）误差小，重复性好。
（2）压痕面积大，不适合成品检验。
（3）与强度σb之间存在近似的换算： σb 0.36HB
§1.2 材料的使用性能
硬度举例
1. T8钢退火后: 170～200HBW 2. T8钢正火后: 25 ～ 35HRC T8钢淬火后: 50～ 55HRC T12钢淬火后: 60～ 65HRC W18Cr4V钢淬火后: 58～62HRC 3. YG8（钨钴类硬质合金）: 88～91HRA 4. 20钢经渗碳、淬火+低温回火后: 表面58～64HRC，心部10～15HRC
材料的性能及应用意义
§1.1 材料性能依据
§1.2 材料的使用性能
§1.3 材料的工艺性能
引言 材料是人类社会经济地制造有用器件的物质。
1. 所谓有用 — 使用性能：力学性能、物理性能、化学性能 2. 所谓制造（原材料变成产品）—工艺性能 （1）铸造性能（热加工） （2）焊接性能（热加工） （3）热处理性能（热加工）