Ch1材料的性能及应用意义

塑性加工性能（热、冷加工）
切削加工性能（冷加工）
它们之间有联系、有区别，有统一、有矛盾，应合理应用。
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§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：
一、力学性能
3. 维氏硬度（HV） GB4342 -1984
（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。
（五）硬度
（六）韧性
（七）疲劳性能 （八）耐磨性
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一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
（a）拉伸 （b）压缩 （c）弯曲
（d）剪切 （e）扭转
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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）
1. 布氏硬度 GB231-1984 2. 洛氏硬度 GB230-1991 3. 维氏硬度 GB4342-1984
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
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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
布氏硬度计
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。
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一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
硬度测试方法：
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
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一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
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一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
1. 原子结构 2. 结合键 3. 原子排列方式 4. 组织
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。
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§1.2 材料的使用性能
一、力学性能 二、物理性能 三、化学性能
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一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
（一）强度
（二）刚度
（三）弹性
（四）塑性
第一章 材料的性能及应用意义
引言 §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
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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
2. 所谓制造—工艺性能 （原材料变成产品）
力学性能 物理性能
化学性能
铸造性能（热加工） 焊接性能（热加工） 热处理性能（热加工）
如果说强度保证了材料不发生过量塑性变形甚至断裂的话，刚度则保 证了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
E = σ/ε
注意：
1.对于金属材料而言，其弹性模量E主要取决于基体金属的性质。当基体金属确定时, 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。
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一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
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一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
（三）弹性——在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。
1. 伸长率，以δ表示
δ l1 l0 10% 0 l0
2. 断面收缩率，以ψ表示 （新国标中用Z表示）
A0 A1 10% 0
A0
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一、力学性能
§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。
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。
洛氏硬度的种类及应用：
（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。
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一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
洛氏硬度计
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一、力学性能
2. 洛氏硬度（HR） GB230 -1991
§1.2 材料的使用性能
洛氏硬度计
HR = (0.2 - △h) / 0.002 (mm)，
其中 △h = h1 - h0
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一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
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一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
wenku.baidu.com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。
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一、力学性能
§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的能力， 即材料断裂前的塑性变形能力。
低碳钢拉伸flash演示1 低碳钢拉伸flash演示2
拉伸实验视频
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。
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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
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一、力学性能
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
§1.2 材料的使用性能
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一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
（二）刚度——材料对弹性变形的抵抗能力。