1.1金属材料的机械性能(1)
工程材料简答题,武汉理工大学,考试试题(含原题),2014年总结
简答题1、金属材料的机械性能主要包括哪几个方面？○1）强度、塑性、2）弹性、韧性和硬度等。
2、钢铁材料的性能，可以通过什么途径加以改变？○热处理、形变强化等手段。
3、常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列有何特点？○1）体心立方、面心立方和密排六方晶格；2）原子排列都趋于紧密堆垛。
4、常见的金属晶体结构有哪几种？它们的晶格常数有何特点？○1）体心立方、面心立方和密排六方晶格；2）体心立方、面心立方的晶格常数是a=b=c，而密排六方晶格的晶格常数是c/a>1。
5、在体心立方晶格中，哪个晶面和晶向的原子密度最大？○（110）；[111]6、在面心立方晶格中，哪个晶面和晶向的原子密度最大？○（111）；[110]7、为何单晶体具有各向异性？○1）单晶体中各原子面和各原子列上的原子排列的紧密程度不同；2）因此在各个不同的方向上性能不同。
8、多晶体在一般的情况下为何不显示出各向异性？○1）多晶体受到不同方位晶体相互的影响；2）只能反映出其统计平均性能,所以不象单晶体那样呈各向异性。
9、过冷度与冷却速度有何关系？它对金属的结晶过程有何影响？○1）冷却速度越大，过冷度越大；2）在一般情况下过冷度越大，结晶的推动力越大，有利于结晶过程的进行。
10、过冷度对铸件晶粒大小有何影响？○1）在一般的工业冷却条件下，过冷度越大，形核率越大；2）铸件晶粒越小。
11、在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒的大小？○冷却速度、变质处理、振动等等。
12、如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，铸件晶粒的大小：1）金属模浇注与砂模浇注；2）铸成薄件与铸成厚件；○金属模浇注；铸成薄件。
13、影响固溶体的结构形式和溶解度的因素有哪些？○主要有四个方面：1）尺寸因素；2）结构因素；3）负电性因素；4）电子浓度因素。
14、置换原子与间隙原子的固溶强化效果哪个大些？为什么？○1）间隙原子；2）因为间隙原子引起的晶格畸变度大于置换原子，强化效果优于后者。
金属材料的机械性能
金属材料的机械性能金属材料是人类使用最早、最广泛的材料之一，它们的强度、硬度、韧性等机械性能是评价其使用价值的重要指标。
机械性能是指材料在受力下表现出的变形和破坏过程。
下面，我们将从强度、硬度、韧性等方面介绍金属材料的机械性能。
一、强度强度是金属材料的最基本的机械性能之一，指的是材料在外力作用下抗拉、抗压、抗剪等方向上的承载能力。
常见的强度指标有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、剪切强度等。
屈服强度是指材料在受拉力作用下，开始发生塑性变形并出现显著的应力松弛时所承受的最大应力值。
抗拉强度是材料在拉伸过程中承受的最大应力值。
抗压强度是指材料在受压力作用下承受的最大压应力值。
剪切强度是指材料受到剪切应力时所承受的最大应力值。
强度的大小与金属材料的组织结构、成分、热处理等因素有关。
一般来说，金属材料的强度与其硬度成正比，而与其韧性成反比。
不同材料的强度有很大的差别，在选择材料时需要根据使用条件和要求进行合理选择。
二、硬度硬度是指材料抵抗表面受压痕的能力，是金属材料的另一个重要机械性能指标。
硬度可用于估计金属材料的抗划伤性、金属材料的耐磨性和其他机械性能。
硬度测试常用的方法有维氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度等。
这些方法的基本原理都是利用不同直径和角度的硬度试验锥体或硬度试验球压入试样表面，测出不同深度下硬度的值。
金属材料的硬度与其晶粒大小、成分、组织结构、热处理等因素密切相关。
一般来说，材料的晶粒越小其硬度越大，成分和组织结构的变化也会影响材料的硬度。
三、韧性韧性是指金属材料在受力后发生变形后仍能够吸收能量的能力，它也是材料性能的重要指标之一。
韧性的大小决定了材料在受到冲击或重载作用下的抗破坏能力。
韧性可用塑性变形能或断裂韧性来表征。
塑性变形能是指材料在发生塑性变形过程中所吸收的能量，断裂韧性则是指材料在断裂点吸收的总能量。
金属材料的韧性可以通过控制材料的组织结构和成分来实现。
例如，通过加工和淬火的处理，可以使材料的晶粒细化和增强位错密度，从而提高材料的韧性。
工程材料基础知识
2．材料的硬度 （1）硬度的概念。硬度是指金属材料抵抗硬物体压入的能力，或者说金属表面对局部塑性变 形的抵抗能力。 （2）布氏硬度（HB）。将一定直径的淬火钢球以规定的载荷P压入被测材料表面，保持一定 时间后，卸除载荷，测出压痕直径d，求出压痕面积S，计算出平均应力值，以此作为布氏硬度 值的计量指标，并用符号HB表示，单位为N/mm2。 （3）洛氏硬度（HR）。测量洛氏硬度时，将压头（金刚石圆锥体或钢球）压入试样表面，经 规定时间后，卸除主试验力，由测量的原残余压痕深度增量来计算硬度值，以符号HR表示。 洛氏硬度的优点是操作简便，压痕小，可用于成品和薄形件；缺点是测量数值分散，不如布氏 硬度测量准确。
（3）疲劳破坏的原因。疲劳断裂一般认为是由于材料表面与内部的缺陷（夹杂、划痕、尖角等） 造成局部应力集中，形成微裂纹。这种微裂纹随应力循环次数的增加而逐渐扩展，使零件的有 效承载面积逐渐减小，以至于最后承受不起所加载荷而突然断裂。
为了提高零件的疲劳强度，除了改善其结构形状，避免应力集中外，还可以通过提高零件表面 加工光洁度和采用表面强化的方法来达到，如对零件表面进行喷丸处理、表面淬火等
西南科技大学毕业论文答辩
1.2.3 工程塑料 西南科技大学毕业论文答辩
1.2.4 材料的选用
1．选材的原则 机械零件的选材是一项十分重要的工作。选材是否恰当，特别是一台机器中关键零件的选材是否恰当， 直接影响到产品的机械性能、使用寿命及制造成本。选材不当，严重的可能导致零件的完全失效。 根据生产经验，判断零件选材是否合理的基本标志有以下3点。 （1）能否满足必需的机械性能。材料的机械性能是选材时考虑的最主要依据。零件的工作条件往往比 较复杂，需要从受力状态、载荷性质、工作温度及环境介质等几个方面全面分析。 ① 受力状态有拉、压、弯和扭等。 ② 载荷性质有静载、冲击载荷、交变载荷等。 ③ 工作温度可分为低温、室温、高温和交变温度。 ④ 环境介质为与零件接触的介质，如润滑剂、海水、酸、碱及盐等。 为了更准确地了解零件的机械性能，还必须分析零件的失效方式，从而找出对零件失效起主要作用的性 能指标。 （2）能否具有良好的工艺性能。在满足了必要的机械性能后，接下来选定的材料要具有良好的工艺性 能，即容易加工出需要的形状，而且质量优良。 （3）低成本。除此之外，还要考虑使用该材料制作的产品具有较低的成本。
金属材料的基本知识1、有关材料力学(机械)性能名词1.1极限强度材料
金属材料的基本知识1、有关材料力学（机械）性能名词1.1极限强度：材料抵抗外力破坏作用的最大能力，叫做极限强度；分：抗拉强度，抗压强度，抗弯强度，抗剪强度，单位是兆帕。
1.2屈服点，屈服强度，单位是兆帕。
1.3弹性极限：材料在受到外力到某一极限时，若除去此外力，则变形即恢复原状，材料抵抗这一外力的能力。
1.4延伸率：材料受拉力作用断裂时，伸长的长度与原有长度的比值。
1.5断面收缩率：材料受拉力作用断裂时，断面缩小的面积与原有断面面积的比值。
1.6硬度：材料抵抗硬的物体压入表面的能力。
一般是用一定负荷把一定直径的淬硬钢球压材料表面，保持规定时间后卸除载荷，测量材料表面的压痕，按公式用压痕面积除以负荷所得的商。
依据测量方法的不同，有布氏硬度HB，洛氏硬度HR，表面洛氏硬度，维氏硬度HV。
2、金属材料分类2.1 按组分分：纯金属和合金，2.2 按实用分：黑色金属（铁和铁合金），有色金属（指铜，锡，锰，铅，铝等）3、钢铁3.1钢的定义：是指碳含量低于2％的一种铁碳合金，当然，其中还含有一定量的硅、锰、磷、硫等元素。
铁的定义：是指碳含量高于2％的一种铁碳合金。
含碳量小于0.04％为工业纯铁。
3.2 钢的分类3.2.1按化学成分分：碳素钢（除铁外，含有少量的硅、锰、硫、磷）；合金钢（钢中加入了一些如铬，镍、钼、钨、钒等元素）3.2.2按含碳量分：低碳钢（含碳量＜0.25%）；中碳钢（含碳量0.25~0.6%）；高碳钢（含碳量＞0.6%）。
3.2.3 按质量分：主要是控制钢中含硫、含磷量；普通钢（S不超过0.050％，P不超过0.045％），优质钢（S不超过0.035％，P不超过0.035％），高级优质钢（S不超过0.025％，P不超过0.030％），特级质量钢（S不超过0.015％，P不超过0.025％）。
3.2.4 按用途分：结构钢（建筑、机器零件），工具钢（工具、模具、量具），特殊用途（如不锈钢、耐酸钢、耐热钢、磁钢等），专业用钢（如汽车用钢，化工用钢，锅炉用钢，电工用钢，焊条用钢等）。
金属材料的机械性能-超全
金属材料的机械性能-超全引言机械性能是指材料在力学加载下的性能表现，包括强度、硬度、韧性、延展性等多个方面。
金属材料作为常用的工程材料，其机械性能的研究对于设计和制造具有重要意义。
本文将重点探讨金属材料的机械性能，并针对超全的机械性能进行阐述。
1. 金属材料的机械性能概述金属材料的机械性能是指材料在加载下所表现出的性能。
机械性能包括强度、硬度、韧性、延展性等多个方面。
1.1 强度强度是指材料抵抗外力的能力。
常见的强度指标有屈服强度、抗拉强度和抗压强度等。
屈服强度是指材料开始产生塑性变形时的应力值，抗拉强度是指材料在拉伸过程中的最大应力值，抗压强度则是指材料在受到压缩力时的最大应力值。
1.2 硬度硬度是指材料抵抗在其表面产生的塑性变形和划伤的能力。
硬度测试常用的方法有洛氏硬度测试、维氏硬度测试等。
1.3 韧性韧性是指材料抵抗断裂的能力。
一个韧性良好的材料能够在受到外力作用时发生塑性变形，而不会立即断裂。
1.4 延展性延展性是指材料在拉伸或压缩过程中的长度变化能力。
良好的延展性意味着材料能够发生较大的变形。
2. 金属材料的超全机械性能特点超全机械性能是指金属材料具备较高的强度、硬度、韧性和延展性等多个方面的性能。
2.1 高强度超全金属材料具有较高的强度，可以承受更大的外力。
这种高强度使得超全金属材料在工程领域具有更广泛的应用。
2.2 高硬度超全金属材料通常具有较高的硬度，能够抵抗划伤和塑性变形，提高材料的耐磨性和使用寿命。
2.3 高韧性超全金属材料具有较高的韧性，能够在受到外力作用时发生塑性变形，而不会立即断裂。
这种高韧性使得超全金属材料在承受冲击和振动载荷时具有较好的性能。
2.4 高延展性超全金属材料具有较高的延展性，能够发生较大的变形。
这种高延展性使得超全金属材料在需要变形加工的情况下具有较好的可塑性。
3. 金属材料的超全机械性能检测方法超全机械性能的检测对于金属材料的研究和应用具有重要意义。
本节将介绍几种常见的金属材料超全机械性能检测方法。
《机械制造基础》期末试题与答案
《机械制造基础》复习题第一篇工程材料一、填空题1、金属材料的机械性能主要包括强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度。
2、金属材料的常用的强度指标主要有屈服强度σs 和抗拉强度σb 。
3、强度是指金属材料在静态载荷作用下，抵抗变形和断裂的能力。
4、金属材料的塑性指标主要有伸长率δ和断面收缩率ψ两种。
5、金属材料的强度和塑性一般可通过拉伸试验来测定。
6、常用的硬度测量方法有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度。
7、常用的洛氏硬度测量标尺有HRA 、HRB 、HRC 。
8、金属材料常用的冲击韧性指标是冲击韧性值a k 。
9. 常见的金属晶格类型有体心立方、面心立方、密排六方。
10. 控制金属结晶晶粒大小的方法有增加过冷度、变质处理和附加振动和搅拌。
11. 按照几何形态特征，晶体缺陷分点缺陷、线缺陷、面缺陷。
12. 在铁碳合金相图上，按含碳量和室温平衡组织的不同, 将铁碳合金分为六种，即亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶白口铁、共晶白口铁、过共晶白口铁。
13. 奥氏体是碳在γ-Fe 中的固溶体，它的晶体结构是面心立方。
14. 铁素体是碳在α-Fe 中的固溶体，它的晶体结构是体心立方。
15. 各种热处理工艺过程都是由加热、保温、冷却三个阶段组成。
16. 普通热处理分为_ 退火、正火、_淬火_和回火。
17. 钢的淬火方法包括_单液淬火_ 、双液淬火_ 、分级淬火_ 和等温淬火。
18. 钢常用的回火方法有_高温回火_、_中温回火_和_低温回火_等。
19. 常见钢的退火种类有完全退火、_球化退火_和_去应力退火( 或低温退火)_。
20. 钢的淬硬性是指钢经过淬火后所能达到的最高硬度，它取决于马氏体中碳的质量分数。
二、选择题1. 拉伸试验时，试样拉断前能承受的最大应力称为材料的（ B ）。
A. 屈服点B. 抗拉强度C. 弹性极限D.疲劳极限2. 锉刀的硬度测定，应用（ D ）硬度测定法。
A.HBS ；B.HBW；C.HRB；D.HRC。
金属材料的机械性能超全
金属材料的机械性能超全金属材料是现代工业制造和建筑过程中最常用的材料之一。
它们具有高强度、耐磨损和塑性等优良特性，因此被广泛应用于航空、汽车、建筑和制造业等领域。
除此之外，金属材料还是经济与社会发展的重要指标之一，它们的机械性能的提高对于推动工业发展和促进技术创新起着至关重要的作用。
金属材料的机械性能包括硬度、延展性、弹性、韧性、疲劳强度等指标，这些性能的优劣直接影响到金属材料的使用寿命和安全性。
目前，金属材料的机械性能已经得到了极大的提高，尤其是一些先进的金属材料已经开始向超全的方向发展，使得它们更加适用于一些特殊的环境和领域。
首先，超硬金属材料是目前机械领域中最炙手可热的研究对象之一。
这种材料的硬度远远超出了常规金属材料的硬度，在高温、高压和强酸碱等恶劣环境下的使用寿命比传统的金属材料长得多。
超硬金属材料已经被广泛应用于国防、航空、航天等领域，成为高性能工具和设备制造的重要材料。
其次，超高强度金属材料的研究也取得了显著的进展。
这种材料的强度比一般金属材料高出数倍，具有很高的抗疲劳性能，可以在恶劣环境下承受大量压力和冲击，被广泛应用于高速列车和船舶的生产中。
另外，超高强度金属材料还被用作制造航空发动机等高速旋转部件。
还有一类特殊的金属材料就是形状记忆合金，这种材料具有非常特殊的机械性能，能够在变形后恢复原状，可以应用于各种应力调节和形状控制的领域。
形状记忆合金可以应用于智能机器人、医疗器械、管道探测器等领域，具有广泛的应用前景。
最后，未来发展趋势下，金属材料的机械性能有望进一步提高。
未来新的材料技术和制造工艺的引入，可以进一步实现金属材料的超全性能。
随着3D打印技术的普及，人们可以更好地控制材料的物理和化学性质，可以制造出更为特殊和定制化的金属材料，甚至开发出新型的理论模型，推进研究和开发工作。
总之，金属材料的机械性能的提高对于工业和社会的发展起着至关重要的作用。
未来的展望看好金属材料所带来的发展潜力，特别是其机械性能的超全化，将会更好地满足各行各业的需求。
材料的结构与性能
X3合金结晶过程分析 亚共晶合金） （亚共晶合金） T,°C ° T,°C L 1 L+(α+ β)+α α α
183
α
L+ α
c
L
d
L+ β
e
β
2
L+ α
(α+ β)+ α α
α+β
Pb X3
(α+ β)+ α + β Ⅱ α
Sn
t
标注了组织组成物的相图
3．包晶相图 包晶转变： 包晶转变 铂-银合金包晶相图 T,°C °
（1）形核过程
两种形核方式 —— 自发形核 与 非自发形核
自发形核 由液体金属内部原子聚集尺寸超过临界晶核尺寸后形成 的结晶核心。 的结晶核心。 是依附于外来杂质上生成的晶核。 非自发形核 —— 是依附于外来杂质上生成的晶核。
（2）晶核长大过程
两种长大方式 —— 平面生长 与 树枝状生长 树枝状生长。
解：作成分线和 温度线如图。
1455
c
b1L+ α
c1 α
1280 °C
根据杠杆定律推 论， Qα / QH = a1b1 /a1c1 =12/48=1/4
18 20
30 40
66 60 Ni%
80
100
答：所求合金在 1280 °时α相的 Ni 相对质量为1/4。
2．共晶相图
液相线
铅-锡合金共晶相图
1、 材料的结构与性能
1.1 金属材料的性能 1.2 1.3 高分子材料的结构与性能 陶瓷材料的结构与性能
1.1
金属材料的性能
1.1.1 1.1.2
工艺性能 机械性能 理化性能
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第二章 金属材料基础
机械(力学)性能: 在机械载荷（外力）作用下表现出来的特性。
主要指标有: 强度、塑性、硬度、冲击韧性(度)、 疲劳强度
2
在 日 常 生 活 中，随 处都可 以看到 浪费粮 食的现 象。也 许你并 未意识 到自己 在浪费 ，也许 你认为 浪费这 一点点 算不了 什么
第二章 金属材料基础
0-0： 未加试验力时，压头与试件表面未接触 1-1： 加初试验力10kg时，压头从a压入至b 2-2： 加总试验力时，压头压入至c 3-3： 卸除主试验力，压头回复至d 保持规定时间： 测量残余压痕深度增量bd; 计算洛氏硬度值:
HRK bd 0.002
式中：K=100；金刚石压头。 K=130；淬火钢球压头。
100kg • HRC：1200金刚石圆锥体，总试验力
150kg ——应用最广
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在 日 常 生 活 中，随 处都可 以看到 浪费粮 食的现 象。也 许你并 未意识 到自己 在浪费 ，也许 你认为 浪费这 一点点 算不了 什么
特点： 优点 ：测试简便、迅速、因压痕小、不损伤零 件，适合成品检验。 缺点 测得的硬度值重复性较差，需在不同的 部位测量数次。 适用范围：用于测定硬质材质（20－70 HRC）
即表示该材料可能经受无 数次应力循环而仍不发生 疲劳断裂，这个应力叫做 疲劳强度极限。。
用应力循环基数表示：
钢为107
非铁合金为108
在 日 常 生 活 中，随 处都可 以看到 浪费粮 食的现 象。也 许你并 未意识 到自己 在浪费 ，也许 你认为 浪费这 一点点 算不了 什么
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在 日 常 生 活 中，随 处都可 以看到 浪费粮 食的现 象。也 许你并 未意识 到自己 在浪费 ，也许 你认为 浪费这 一点点 算不了 什么
金属材料名称常用基础术语
金属材料名称常用基础术语1．基础术语：黑色金属：铁和铁的合金均称为黑色金属。
如钢、生铁、铁合金、铸铁等。
纯铁：纯度很高的铁，化学纯铁含碳量几乎为零，工业纯铁含碳量<%。
纯铁是很软的，一般不应用到实际中。
铁碳合金：以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。
如钢和生铁。
生铁：把铁矿石放到高炉中冶炼而成的，含碳量2％～％（也有资料称%—%、%%）的铁碳合金称为生铁。
生铁质硬而脆，缺乏韧性，几乎没有塑性变形能力，因此不能通过锻造、轧制、拉拔等方法加工成形，主要用来炼钢和制造铸件，如白口铁、灰口铁和球墨铸铁。
也有习惯上把炼钢生铁叫做生铁，把铸造生铁简称为铸铁。
白口铁：碳以Fe3C形态分布的生铁称为白口铁，其断口呈银白色，质硬而脆，不能进行机械加工，是炼钢的原料，故又称炼钢生铁。
灰口铁：碳以片状石墨形态分布的生铁称为灰口铁，其断口呈银灰色，由于石墨质软并有润滑作用，因而这种生铁具有良好的易切削、耐磨和铸造性能等优点。
但是，由于有片状石墨的存在，降低了它的抗拉强度，使它不能锻轧，只能用于制造各种铸件，如铸造机床床座、铁管等。
因此，通常把这种生铁叫做铸造生铁。
球墨铸铁：碳以球状石墨分布则称球墨铸铁，其机械性能、加工性能接近于钢。
钢：含碳量在%%之间（也有资料称%%）的铁碳合金称为钢。
为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过%。
钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。
有色金属：又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、铝等。
第2章：钢的分类基础知识1．按品质进行分类①普通钢：P≤% S≤%（如普通碳素结构钢Q195、Q235等）②优质钢：P≤% S≤%（如优质碳素结构钢20号、45号钢等）③高级优质钢：P≤% S≤%（比优质钢更优质，一般在钢号后加A以示区别，如08A等）2．按化学成份进行分类1）碳素钢：①低碳钢：C≤%②中碳钢：C≤~%③高碳钢：C≥%2）合金钢：①低合金钢（合金元素总含量≤5%）；②中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）；③高合金钢（合金元素总含量＞10%）。
金属材料的机械性能介绍
金属材料的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在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。
金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。
由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，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在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括机械性能、物理性能、化学性能等。
金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。
在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。
金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为机械性能（或称为力学性能）。
金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的主要依据。
外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求的机械性能也将不同。
常用的机械性能包括：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在静荷作用下抵抗破坏（过量塑性变形或断裂）的性能。
由于载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，所以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的联系，使用中一般较多以抗拉强度作为最基本的强度指针。
2．塑性塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不破坏的能力。
3．硬度硬度是衡量金属材料软硬程度的指针。
目前生产中测定硬度方法最常用的是压入硬度法，它是用一定几何形状的压头在一定载荷下压入被测试的金属材料表面，根据被压入程度来测定其硬度值。
常用的方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和维氏硬度（HV）等方法。
4．疲劳前面所讨论的强度、塑性、硬度都是金属在静载荷作用下的机械性能指针。
实际上，许多机器零件都是在循环载荷下工作的，在这种条件下零件会产生疲劳。
机械工程材料基本知识
任何机械零件或者工具，在使用过程中，往往要受到各种形式外力的作用。
如起重机上的钢索，受到悬吊物拉力的作用；柴油机上的连杆，在传递动力时，不仅受到拉力的作用，而且还受到冲击力的作用；轴类零件要受到弯矩、扭力的作用等等。
这就要求金属材料必须具有一种承受机械荷而不超过许可变形或者不破坏的能力。
这种能力就是材料的力学性能。
金属表现来的诸如弹性、强度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料材料在外力作用下表现出力学性能的指标。
1.1.1 强度强度是指金属材料在静载荷作用下反抗变形和断裂的能力。
强度指标普通用单位面积所承受的载荷即力表示，符号为σ，单位为MPa。
工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。
屈服强度是指金属材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力，或者开始浮现塑性变形时的最低应力值，用表示。
抗拉强度是指金属材料在拉力的作用下，被拉断前所能承受的最大应力σs值，表示。
用σb对于大多数机械零件，工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是零件强度设计的依据；对于因断裂而失效的零件，而用抗拉强度作为其强度设计的依据。
1.1.2 塑性塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。
工程中常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率。
伸长率指试样拉断后的伸长量与原来长度之比的百分率，用符号6 表示。
断面收缩率指试样拉断后，断面缩小的面积与原来截面积之比，用表示。
伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好；反之，塑性越差。
良好的塑性是金属材料进行压力加工的必要条件，也是保证机械零件工作安全，不发生蓦地脆断的必要条件。
1.1.3 硬度硬度是指材料表面反抗比它更硬的物体压入的能力。
硬度的测试方法不少，生产中常用的硬度测试方法有布氏硬度测试法和洛氏硬度试验方法两种。
(一)布氏硬度试验法布氏硬度试验法是用向来径为D 的淬火钢球或者硬质合金球作为压头，在载荷P 的作用下压入被测试金属表面，保持一定时间后卸载，测量金属表面形成的压痕直径d，以压痕的单位面积所承受的平均压力作为被测金属的布氏硬度值。
金属材料性能
金属材料性能：
（一）、机械性能为更合理使用金属材料，充分发挥其作用，必须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能（使用性能）及其在冷热加工过程中材料应具备的性能（工艺性能）。
材料的使用性能：包括物理性能（如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）、化学性能（耐用腐蚀性、抗氧化性），力学性能：也叫机械性能。
材料的工艺性能指材料适应冷、热加工方法的能力。
机械性能：是指金属材料在外力作用下所表现出来的特性。
1、强度：材料在外力（载荷）作用下，抵抗变形和断裂的能力。
材料单位面积受载荷称应力。
2、屈服点（бs）：称屈服强度，指材料在拉抻过程中，材料所受应力达到某一临界值时，载荷不再增加变形却继续增加或产生
0.2%L。
时应力值，单位用牛顿/毫米2（N/mm2）表示。
3、抗拉强度（бb）也叫强度极限指材料在拉断前承受最大应力值。
单位用牛顿/毫米2（N/mm2）表示。
4、延伸率（δ）：材料在拉伸断裂后，总伸长与原始标距长度的百分比。
5、断面收缩率（Ψ）材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积百分比。
6、硬度：指材料抵抗其它更硬物压力其表面的能力，常用硬度按其范围测定分布氏硬度（HBS、HBW）和洛氏硬度（HKA、HKB、HRC）
7、冲击韧性（Ak）：材料抵抗冲击载荷的能力，单位为焦耳/厘米2（J/cm2）.。
金属材料的机械性能
金属材料微观结构
密排六方晶胞
注：密排六方晶胞含有6个原子。属于这种晶格的金属有铍， 镁，锌，镉等。
金属材料微观结构
晶格的致密度：指晶胞中所包含原子所占有的体积与该 晶胞的体积之比。 配位数：晶格中任一原子周围所紧邻的最近且等距离的 原子数。
晶格类型 体心立方 面心立方 原子数 2 4 原子半径
3 a 4 2 a 4 1 a 2
金属材料的机械性能
适用对象：工程师、技术员 学时：2小时
内容
概述 金属材料分类
金属材料微观结构
材料性能指标
第一节：概述
概述
材料是人类赖以生存和发展的物质基础。
信息
当代文明 三大支柱
材料 能源
概述
材料的分类
黑色金属 金属材料 物理化学 属性 有色金属 无机非金属材料 有机高分子材料 复合材料
性质 受环境影响（气氛、 温度/受力状态） 组织/结构 理论、材料设计 与工艺设计
成分
合成/制备
效能（使用性能）
材料科学与工程要素图
概述
使用性能(Performance) 材料应用 考虑因素 寿命与可靠性(Durability & Reliability) 环境适应性(Environmental Compliance) 价格(cost)
3/4H 退火
930
450
665
205
310
200
3
22
材料性能指标
应力：单位面积内所施加的力。
Stress:the amount of force applied per unit area.
应变：也称单位延伸率，即试样拉伸后在长度上的变 化量与试样原长之比值。
材料的机械性能指标
3、应变超过屈服界阶段之后，钢由于应变硬化，
应力—应变曲线开始上升，但应力与应变之间不
再呈线性关系，而应变增加较快，最后达到曲线
的最高点，材料出现颈缩而破坏，称极限强度
σb 。
材料的机械性能指标
1.1.2 钢材的塑性和韧性
钢材的塑性用静力拉伸试验中的延伸率和载面收 缩率来衡量。
延伸率：试件总伸长量与原标距之比。 延伸率是说明钢材塑性的指标，延伸率大则钢的塑性 好，加工容易，承载时虽出现较大变形而并不破坏。
材料的机械性能指标
1.2.2 钢的热处理
钢的热处理是将钢在固态下进行加 热、保温和冷却，使钢得到预期的组织 和性能的工艺方法。钢在进行加热或冷 却的过程中，内部组织将发生变化，机 械性能发生变化。但不改变其形状和尺 寸。
材料的机械性能指标
热处理在机械零件制造中占有重要的地位。例如， 钢件毛坯在切削加工之前，可以通过热处理降低其硬 度，以便于切削，加工成零件之后，又可通过热处理 提高力学性能，使零件具有良好的使用性能和较长的 使用寿命。
材料的机械性能指标
1.2 黑色金属材料
1.2.1 钢与铸铁
1.2.1.1钢及分类
钢 是 含 碳 量 在 0.0218%--2.11% 之 间 的 铁 碳 合 金 。
有些钢除了含有铁和碳这两种必备元素外，还含有其他
种类的合金元素，这些钢称为合金钢。不含合金元素的
钢称为碳素钢。钢中常见的合金元素有铬（Cr）、锰
材料的机械性能指标
表1.1-1 常用洛氏硬度标尺及适用范围
标尺 压头
载荷（kgf） 硬 度 值 有 效 范 适用范围 围
HRA 120º 圆 锥 金 刚 60 石
60——85
硬质合金、钢的表面 硬化层
金属材料的机械性能
强化阶段（强度极限）
缩颈阶段 断裂
第1章 材料的结构与性能
布氏硬度
试验机
原理图
退火态钢材、铸铁、有色金属、调制处理的零件
第1章 材料的结构与性能
洛氏硬度
1.1.2 机械性能(力学性能):金属材料在外力作用时表
现出来的性能 1.强度：金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力 抗拉强度：拉伸实验 2.塑性：金属材料在断裂前产生永久变形的能力 延伸率： l l1 l0 100%
l0 l0
Байду номын сангаас
断面收缩率： S S0 S1 100%
S0 S0
第1章 材料的结构与性能
3.硬度：材料抵抗另一硬物体压入其内的能力
布氏硬度： HBS（钢球）、HBW（硬质合金） 洛氏硬度： HRA、HRB、HBC 4.冲击韧性：材料抵抗冲击载荷的能力(一次摆锤冲击弯曲试验) 5.疲劳强度：试样经受无限周期循环而不破坏的最大应力值
第1章 材料的结构与性能
弹性变形阶段 屈服阶段（屈服极限）
1.1 材料的结构与性能
1.1 金属材料的性能：工艺性能 使用性能（机械性
能、理化性能） 1.1.1 工艺性能：制造加工过程中材料适应加工的性能
1.铸造性能：流动性、收缩性、偏析 2.锻造性能：塑性、变形抗力
3.焊接性能：碳质量分数
4.切削加工性能：硬度、脆性、导热性 5.热处理工艺性能：淬透性
第1章 材料的结构与性能
金属材料机械性能的指标及意义
金属材料机械性能的指标及意义金属材料机械性能的指标及意义金属材料机械性能的指标及意义材料在一定温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能。
锅炉、压力容器用材料的常规力学性能指标主要包括：强度、硬度、塑性和韧性等。
（1）强度强度是指金属材料在外力作用下对变形或断裂的抗力。
强度指标是设计中决定许用应力的重要依据，常用的强度指标有屈服强度σS或σ0.2（国外用Re表示）和抗拉强度σb（国外用Rm表示），高温下工作时，还要考虑蠕变极限σn和持久强度σD。
（2）塑性塑性是指金属材料在断裂前发生塑性变形的能力。
塑性指标包括：伸长率δ，即试样拉断后的相对伸长量；断面收缩率ψ，即试样拉断后，拉断处横截面积的相对缩小量；冷弯（角）α，即试件被弯曲到受拉面出现第一条裂纹时所测得的角度。
（3）韧性韧性是指金属材料抵抗冲击负荷的能力。
韧性常用冲击功Ａk和冲击韧性值αk表示。
Αk值或αk值除反映材料的抗冲击性能外，还对材料的一些缺陷很敏感，能灵敏地反映出材料品质、宏观缺陷和显微组织方面的微小变化。
而且Ａk对材料的脆性转化情况十分敏感，低温冲击试验能检验钢的冷脆性。
表示材料韧性的一个新的指标是断裂韧性δ，它是反映材料对裂纹扩展的抵抗能力。
（4）硬度硬度是衡量材料软硬程度的一个性能指标。
硬度试验的方法较多，原理也不相同，测得的硬度值和含义也不完全一样。
最常用的是静负荷压入法硬度试验，即布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）、维氏硬度（HV），其值表示材料表面抵抗坚硬物体压入的能力。
而肖氏硬度（HS）则属于回跳法硬度试验，其值代表金属弹性变形功的大小。
因此，硬度不是一个单纯的物理量，而是反映材料的弹性、塑性、强度和韧性等的一种综合性能指标。
在断裂力学基础上建立起来的材料抵抗裂纹扩展断裂的韧性性能称为断裂韧性。
（Kic,Gic）常用的35CrMo在850℃油淬，550℃回火后，机械性能如下：σb≥980MPa；σs≥835 MPa；δ5≥12%；ψ≥45%；AK≥63J；而高级优质的35CrMoA的性能应该更加优良稳定。
金属材料的机械性能
第二篇机械常用金属材料及热处理一部机器往往由很多个零件组成，每个零件由于其要实现的功能不同而选用不同的材料。
零件的材料可以分为金属材料和非金属材料（塑料、橡胶、陶瓷及复合材料）。
在机械领域尤以金属材料的应用最广泛。
金属材料经过热处理后，可以发挥其潜力，提高使用性能，改善工艺性能和延长使用寿命。
本篇主要介绍机械常用金属材料的成分、组织、性能及其应用的基本知识和热处理的原理及工艺，旨在机械设计时能根据需要来正确选择材料及其热处理。
第十七章金属材料的机械性能金属材料具有许多优良的性能，它是用于制造各种机床，矿山机械，农业机械和运输机械等的最主要材料。
从事机械工程的设计人员或工艺人员必须首先熟悉金属材料各种主要性能，才能根据机件的技术要求合理地选用所需的金属材料。
金属材料的性能一般分为使用性能和工艺性能两类。
使用性能是指材料在使用过程中所表现出来的性能，主要包括机械性能、物理性能和化学性能；工艺性能是指材料在加工过程中所表现出来的性能，包括热处理性能、可锻性、可焊性和切削加工性等。
金属材料的主要性能是指机械性能，物理性能，化学性能和工艺性能等。
机械性能是指金属材料在各种不同性质的外力作用下所表现的抵抗能力，也称为力学性能，如弹性，塑性，强度，硬度和韧性等，这些性能指标是机械设计，材料选择，工艺评定及材料检验的主要依据。
纯金属与合金统称为金属材料，而合金更为常用。
第一节 强度和塑性一、强度（strength ，intensity ，intension ）强度是指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。
强度大小可通过拉伸试验来测定。
试验时将按国家标准规定的试样两端夹在试验机的两个夹头上，随着负荷的缓慢增加，试样逐步变形并伸长直至被拉断为止。
根据载荷(F)与变形量(ΔL)的变化关系绘制的曲线为拉伸曲线，低碳钢的拉伸曲线如图拉伸曲线的oe 阶段，负荷与伸长量成线性关系。
当负荷除去后，试样恢复原来的形状和尺寸，是金属材料的弹性变形阶段。
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重庆市科能高级技工学校教案首页
授课日期
序号
班级
课题：1.1金属材料的机械性能
教学目的、要求：1、掌握强度与塑性、硬度、冲击韧性及金属疲劳概念
2、理解在载荷作用下产生的变形形式
教学重点、难点：教学重点：金属材料的力学性能
教学难点：屈服强度和金属疲劳概念
教学方法：讲授法讨论法
多媒体课件
板书设计或授课提纲：
1.1 金属材料的机械性能
一、使用性能
力学性能：
1、强度
2、塑性
3、硬度
4、疲劳强度
5、硬度
6、刚度
二、工艺性能
1、铸造性
2、锻造性
3、可焊性
4、切削加工性
教学过程
教 学 内 容
备注
组织教学
导入课程ห้องสมุดไป่ตู้
引入新课
课堂总结
布置作业
1． 检查学生出勤及其课前准备情况
2．维持课堂秩序
请同学们回顾并思考以下两个问题：1）你所知道的汽车材料有哪些？
硬度与耐磨性的关系：硬度越大，耐磨性也越好。
（九）冲击韧性
定义：材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。
指标：冲击韧度αk=Ak/S
举例汽车上哪些零件受到冲击力的作用
(十)金属疲劳的概念
交变应力：许多零件，在工作过程中往往受到大小或大小及方向随时间呈周期性变化的应力作用，此应力称为交变应力。
金属的疲劳：金属材料在交变应力的长期作用下，虽然应力远小于材料的抗拉强度，甚至低于屈服点，也会发生突然断裂，这种现象叫金属疲劳。
大量接性能是旨金属材料对焊接加工的适应性。
四、切削加性能：
切削加工（性能）金属材料的难易程度称为切削加工性能。
强度与塑性、硬度、冲击韧性及金属疲劳概念
1、已知某材料的截面积为500mm2,工作时受到拉伸载荷为12000N，求该材料的抗拉强度。
2、硬度常用试验方法有哪些？它与耐磨性有和联系。
3、强度与塑性、硬度、冲击韧性及金属疲劳是金属的什么性能？
（3）常用硬度试验法；布氏硬度HB、洛氏硬度HRC、维氏硬度HV(板书)
布氏硬度HB主要用于测定铸铁、有色金属、及其合金，低合金结构钢以及非金属材料。
洛氏硬度HRC主要用于测定铜、铝等有色金属及其合金、硬质合金、表面淬火、滲碳件以及退火、正火和淬火。
维氏硬度HV主要用于测定金属镀层、薄片金属以及化学热处理后的硬度。
δ=（L1-L0）/L0×100﹪δ100指L0=100mm的延伸率
ψ=（S0-S1）/S0×100﹪
伸长率、断面收缩率与塑性的关系：
δ、ψ值越大，塑性越好。
（八）硬度知识：
（1）定义：指材料表面抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力。
（2）请同学举例并示范
汽车零件根据工作条件的不同，要求具有一定的硬度以保证零件具有足够的强度、耐磨性、和使用寿命等。
1、流动性：熔融金属的流动能力称为流动性。主要受金属化学成份和浇注温度等的影响。
2、收缩性：铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减小的现象称为引缩性。
3、偏析倾向：金属凝固后，内部化学成分和组织的不均匀现象称为偏析。
二、锻造性能：
用锻压成形方法获得优良锻件的难易程度称为锻造性能。
铸铁不能锻压。
三、焊接性能：
（六）强度有关知识：（
强度的大小用应力表示，金属材料在受到外力作用时必然在材料内部产生与外力相等的抵抗力，即内力。
单位截面上的内力称为应力。
用符号σ表示，σ=F/S
单位：Pa
通过拉伸试验得到的指标有；弹性极限、屈服强度、抗拉强度。
（七）塑性
定义：指材料受力时在断裂前产生永久变形的能力。
指标：伸长率（δ）和断面收缩率ψ
2）汽车材料的选用与环境有关吗？
1.1金属材料的机械性能
（一）、汽车材料分类：1、金属材料---黑色金属、有色金属、合金
2、非金属材料----有机高分子、无机非金属材料、新型复合材料
3、汽车运行材料---燃料、润滑剂、工作液
（二）、金属材料性能：（）
使用性能----力学性能、物理性能、化学性能、其他性能
举例变速箱上齿轮
三、机械性能
一）、物理性能
1、密度2、熔点3、导热性4、导电性5、热膨胀性6、磁性
二）、化学性能
1、耐腐蚀性2、抗氧化性
三、其他性能
1、耐磨性2、抗震性
三、金属材料的工艺性能
概念：工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的应能力。
一、铸造性能：
金属（材料）及合金在铸造工艺中获得优良铸件的能力称为铸造性能。
工艺性能----压力加工性能、铸造性能、焊接性能、切削加工热处理
（三）、1、力学性能定义：材料受到外力作用所表现出来的性能，又称机械能。
2、力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、抗疲劳性（
（四）、两个概念：
强度---在外力作用下，金属材料抵抗永久变形和断裂的能力
塑性---在外力作用下,金属材料产生永久变形而不断裂的能力