工程的基本知识介绍
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1、定义：指金属材料抵抗比它更硬的物体压入其表 面局部表面的能力。它是衡量材料软硬程度的指标，其 物理含义与试验方法有关。
硬度越高,耐磨性越好,强度越高.
2、硬度的测试方法 （1）布氏硬度 （2）洛氏硬度 （3）维氏硬度
§1.1 金属材料
（一）布氏硬度
• 布氏硬度HBS 用于测定软性材料（HBS≤450）
（2）试验力F：保持规定时间t。
（3）压痕直径d：用放大镜在互相垂直
方向上测两次取平均值；
（4）硬度值：压痕单位面积压力F/S。 (硬度值不标单位)
布氏硬度试验原理图
当F、D一定时，d越小，材料的硬度值越大，被测材料越硬；
d越大，硬度值越小，被测材料越软。
§1.1 金属材料
2、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。 如： 120HBS 500HBW 3、表示方法 150HBS 10/1000/30
§1.1 金属材料
1、布氏硬度试验（布氏硬度计）
原理:用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试 验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验 力，测量材料表面压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。
d ≈0.24 0.6D
（1） 压头直径为D： 钢球S或硬质合金
球 W；
非金属基 复合材料
第一章 工程材料的基本知识
工程材料 主要性能
使用性能
工艺性能
力学性能 物理性能、化学性能
铸造性、锻造性、焊接性 切削加工性、热处理性
§1.1 金属材料
1.1.1金属材料力学性能
金属力学性能是指在外载荷作用下其抵抗变形或破坏的能力。 常用的主要有强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。
10mm淬火钢球在1000kg载荷作用下保持30s（10~15s不标注）测得的 硬度值为150；w-硬质合金
4、优缺点 （1）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁） （2）可测的硬度值不高，HBS适用于测量硬度值小于450的材料；HBW适用于 硬度值小于650的材料。 （3）不宜测试成品与薄件 （4）测量费时，效率低
机械制造基础
主讲：刘华利
一、本课程的性质和内容
1、本课程的性质 机电类专业的主干专业基础课
2、本课程的内容
机械制造： 将原材料制成零件的毛坯，将毛坯加工成机 械零件，再将零件装配成机器的整个过程。
生产准备
毛坯制造
机械加工
装配调试
（市场 调查， 购买原 材料）
（铸造， 锻造，焊 接，冲压 等）
（车，铣， 刨，磨， 钻，镗等）
（组装， 部装，总 装）
二、本课程的学习目的
（1）了解和掌握常用的工程材料； （2）了解和掌握铸造、锻造、焊接、切削加 工和特种加工； （3）熟悉机械制造全过程，并了解现代机械 制造技术。
第一章 工程材料的基本知识
工程材料
金属材料
非金属材料
复合材料
黑色金属
有色金属
高分子 材料
陶瓷材料
金属基 复合材料
§1.1 金属材料
2、断面收缩率
指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面 积的百分比。
Ψ=(S0-SK)/S0 x 100%
式中 S0—试样变形前断面积，mm²； Sk—试样拉伸缩颈后最小断面积，
mm²；用卡尺直接量出。 说明：δ、ψ值愈大，表明材料的塑性愈好。
§1.1 金属材料
五、硬度
5、测量范围 用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等.
§1.1 金属材料
（二）洛氏硬度
• 洛氏硬度HRC 用于测定硬质表面材料（20－67 HRC）
§1.1 金属材料
1、洛氏硬度试验（洛氏硬度计）
原理:洛氏硬度用顶角为120°的金刚石圆锥或直径为Φ1.588㎜ 的淬火钢球，在规定的试验力的作用下压入试样表面，经规定时间 后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕 硬度试验。
§§11..11 金金属属材材料料
四、塑性指标
1、断后伸长率 塑性是金属材料在外载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能
力。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。 指试样 K拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。
应用中：δ10——试样 L0=10d0 δ5 ——试样 L0=5d0
L0:标距（本实验L=100） Lk:拉断后的试件标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。
F
§1.1 金属材料
2、拉伸试验（GB6397-1986）
2、试样处于屈服点时，长度不再继续伸长。
（×）
§1.1 金属材料
拉伸试样 表面越粗糙，取样长度就越大。
§1.1 金属材料
二、材Βιβλιοθήκη Baidu的拉伸曲线
1、oe段：直线、弹性变性
2、es段：曲线、弹性变形+塑性变形
3、s s’段：水平线（略有波动）明显 的塑性变形屈服现象，作用的力基本 不变，试样连续伸长。
Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（N） S0 ：试样原始横截面积（mm）
条件屈服强度 2、抗拉强度
σ0.2
=
F0.2 S0
指试样拉断前所承受的最大拉应力。 其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力。
σb = Fb / S0
当材料的内应力σ＞σb 时，材料将产生断裂。 σb常用作脆性材料的选材和设计的依据。
如图所示，0－0为金刚石压头还没有和试 样接触的位置。1－1是在初试验力作用下压头 所处的位置，压入深度为h1，目的是为了消除 由于试样表面不光洁对试验结果的精确性造成 的不良影响。图中2－2在总试验力（初试力＋ 主试验力）作用下压头所处位置，压入深度为 h2。 3－3是卸除主试验力后压头所处的位置， 由于金属弹性变形得到恢复，此时压头实际压 入深度为h3。故由于主试验力所引起的塑性变 形而使压头压入深度为h＝h3－h1。
一、强度与塑性 强度指金属材料在外载荷的作用下抵抗塑性变形和断裂的能力 。 强度分为屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强
度等。
§1.1 金属材料
1、两种基本变形
弹性变形 塑性变形 材料受外力作用时产生变形，当外力去除后恢复其原来形状，
这种随外力消失而消失的变形，称为弹性变形。当外力去除后 不能恢复其原来形状，称为塑性变形
注意：试样处于屈服点时，长度继续 伸长。
4、s’b曲线：弹性变形+均匀塑性变形
低碳钢的力——伸长曲线
5、b点：出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉 伸力达到最大值，试样即将断裂。
§1.1 金属材料
三、强度的指标
1、屈服强度
σs = Fs / S0
符号： σs 材料产生屈服现象时的最小应力
硬度越高,耐磨性越好,强度越高.
2、硬度的测试方法 （1）布氏硬度 （2）洛氏硬度 （3）维氏硬度
§1.1 金属材料
（一）布氏硬度
• 布氏硬度HBS 用于测定软性材料（HBS≤450）
（2）试验力F：保持规定时间t。
（3）压痕直径d：用放大镜在互相垂直
方向上测两次取平均值；
（4）硬度值：压痕单位面积压力F/S。 (硬度值不标单位)
布氏硬度试验原理图
当F、D一定时，d越小，材料的硬度值越大，被测材料越硬；
d越大，硬度值越小，被测材料越软。
§1.1 金属材料
2、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。 如： 120HBS 500HBW 3、表示方法 150HBS 10/1000/30
§1.1 金属材料
1、布氏硬度试验（布氏硬度计）
原理:用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试 验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验 力，测量材料表面压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。
d ≈0.24 0.6D
（1） 压头直径为D： 钢球S或硬质合金
球 W；
非金属基 复合材料
第一章 工程材料的基本知识
工程材料 主要性能
使用性能
工艺性能
力学性能 物理性能、化学性能
铸造性、锻造性、焊接性 切削加工性、热处理性
§1.1 金属材料
1.1.1金属材料力学性能
金属力学性能是指在外载荷作用下其抵抗变形或破坏的能力。 常用的主要有强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。
10mm淬火钢球在1000kg载荷作用下保持30s（10~15s不标注）测得的 硬度值为150；w-硬质合金
4、优缺点 （1）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁） （2）可测的硬度值不高，HBS适用于测量硬度值小于450的材料；HBW适用于 硬度值小于650的材料。 （3）不宜测试成品与薄件 （4）测量费时，效率低
机械制造基础
主讲：刘华利
一、本课程的性质和内容
1、本课程的性质 机电类专业的主干专业基础课
2、本课程的内容
机械制造： 将原材料制成零件的毛坯，将毛坯加工成机 械零件，再将零件装配成机器的整个过程。
生产准备
毛坯制造
机械加工
装配调试
（市场 调查， 购买原 材料）
（铸造， 锻造，焊 接，冲压 等）
（车，铣， 刨，磨， 钻，镗等）
（组装， 部装，总 装）
二、本课程的学习目的
（1）了解和掌握常用的工程材料； （2）了解和掌握铸造、锻造、焊接、切削加 工和特种加工； （3）熟悉机械制造全过程，并了解现代机械 制造技术。
第一章 工程材料的基本知识
工程材料
金属材料
非金属材料
复合材料
黑色金属
有色金属
高分子 材料
陶瓷材料
金属基 复合材料
§1.1 金属材料
2、断面收缩率
指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面 积的百分比。
Ψ=(S0-SK)/S0 x 100%
式中 S0—试样变形前断面积，mm²； Sk—试样拉伸缩颈后最小断面积，
mm²；用卡尺直接量出。 说明：δ、ψ值愈大，表明材料的塑性愈好。
§1.1 金属材料
五、硬度
5、测量范围 用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等.
§1.1 金属材料
（二）洛氏硬度
• 洛氏硬度HRC 用于测定硬质表面材料（20－67 HRC）
§1.1 金属材料
1、洛氏硬度试验（洛氏硬度计）
原理:洛氏硬度用顶角为120°的金刚石圆锥或直径为Φ1.588㎜ 的淬火钢球，在规定的试验力的作用下压入试样表面，经规定时间 后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕 硬度试验。
§§11..11 金金属属材材料料
四、塑性指标
1、断后伸长率 塑性是金属材料在外载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能
力。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。 指试样 K拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。
应用中：δ10——试样 L0=10d0 δ5 ——试样 L0=5d0
L0:标距（本实验L=100） Lk:拉断后的试件标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。
F
§1.1 金属材料
2、拉伸试验（GB6397-1986）
2、试样处于屈服点时，长度不再继续伸长。
（×）
§1.1 金属材料
拉伸试样 表面越粗糙，取样长度就越大。
§1.1 金属材料
二、材Βιβλιοθήκη Baidu的拉伸曲线
1、oe段：直线、弹性变性
2、es段：曲线、弹性变形+塑性变形
3、s s’段：水平线（略有波动）明显 的塑性变形屈服现象，作用的力基本 不变，试样连续伸长。
Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（N） S0 ：试样原始横截面积（mm）
条件屈服强度 2、抗拉强度
σ0.2
=
F0.2 S0
指试样拉断前所承受的最大拉应力。 其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力。
σb = Fb / S0
当材料的内应力σ＞σb 时，材料将产生断裂。 σb常用作脆性材料的选材和设计的依据。
如图所示，0－0为金刚石压头还没有和试 样接触的位置。1－1是在初试验力作用下压头 所处的位置，压入深度为h1，目的是为了消除 由于试样表面不光洁对试验结果的精确性造成 的不良影响。图中2－2在总试验力（初试力＋ 主试验力）作用下压头所处位置，压入深度为 h2。 3－3是卸除主试验力后压头所处的位置， 由于金属弹性变形得到恢复，此时压头实际压 入深度为h3。故由于主试验力所引起的塑性变 形而使压头压入深度为h＝h3－h1。
一、强度与塑性 强度指金属材料在外载荷的作用下抵抗塑性变形和断裂的能力 。 强度分为屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强
度等。
§1.1 金属材料
1、两种基本变形
弹性变形 塑性变形 材料受外力作用时产生变形，当外力去除后恢复其原来形状，
这种随外力消失而消失的变形，称为弹性变形。当外力去除后 不能恢复其原来形状，称为塑性变形
注意：试样处于屈服点时，长度继续 伸长。
4、s’b曲线：弹性变形+均匀塑性变形
低碳钢的力——伸长曲线
5、b点：出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉 伸力达到最大值，试样即将断裂。
§1.1 金属材料
三、强度的指标
1、屈服强度
σs = Fs / S0
符号： σs 材料产生屈服现象时的最小应力