金屬材料的主要性能（金工第一章）

第一篇金屬材料1、金屬材料與“金屬”之間的區(qū)別：

純金屬金屬材料

合金：以一種金屬為基礎(chǔ)，加入其它金屬或非金屬，經(jīng)過熔煉、燒結(jié)或其它方法而制成的具有金屬特性的材料。機械制造業(yè)主要使用的金屬材料是合金。因為合金比純金屬具有更好的機械性能和工藝性能。2、金屬材料在機制行業(yè)中的重要地位和必要性它是機械制造業(yè)最主要的材料，在機床、礦山機械、冶金設(shè)備、動力設(shè)備、農(nóng)用機械、交通運輸?shù)葯C械設(shè)備中，金屬制品占80~90%。之所以如此，是因為：合金具有好的使用性能和好的工藝性能。1/13/20231§2-1金屬材料的力學(xué)性能§2-1金屬材料的物理、化學(xué)及工藝性能（自學(xué)）第一章金屬材料的主要性能

（金工第一章）1/13/20232使用性能：材料在使用過程中所表現(xiàn)的性能。包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能等。工藝性能：材料在加工過程中所表現(xiàn)的性能。包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理和切削性能等。力學(xué)性能（機械性能）：是指金屬材料在外力作用下所表現(xiàn)出來的性能。在不同的外力作用下反映出不同的機械性能。主要的機械性能指標有：彈性、塑性、剛度、強度、硬度、沖擊韌性、疲勞強度和斷裂韌性等。1/13/20233三、沖擊韌性一、彈性和剛度二、強度與塑性四、疲勞五、硬度力學(xué)性能指標1/13/20234§1-1金屬材料的力學(xué)性能基本概念：拉伸試驗應(yīng)力：單位截面上所受的力（應(yīng)力

=P/F0）應(yīng)變：單位長度所產(chǎn)生的變形量（應(yīng)變

=(l-l0)/l0）先制成拉伸試樣（如圖1-1）（常用的有10倍和5倍試樣），置于試驗機夾頭內(nèi)，加拉力P，產(chǎn)生伸長量Δl，隨著Ｐ↑，Δl↑，根據(jù)Ｐ、Δl

繪成的圖叫載荷—伸長圖。根據(jù)應(yīng)力σ(單位截面所受的載荷）與應(yīng)變ε(單位長度所產(chǎn)生的伸長量）所繪制成的圖叫應(yīng)力—應(yīng)變圖。拉伸圖（載荷—伸長圖、應(yīng)力—應(yīng)變圖）1/13/20235材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為變形。外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形。外力去處后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。

五萬噸水壓機1/13/20236低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線拉伸試樣拉伸試驗機1/13/20237а1/13/20238一、彈性和剛度彈性：指標為彈性極限e，即材料承受最大彈性變形時的應(yīng)力。剛度：材料受力時抵抗彈性變形的能力.指標為彈性模量E。彈性模量是材料比較穩(wěn)定的性能，其大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升高而逐漸降低外，其他強化材料的手段如熱處理、冷熱加工、合金化等對彈性模量的影響很小。1/13/20239二、強度與塑性條件屈服強度0.2:殘余變形量為0.2%時所對應(yīng)的應(yīng)力值。

抗拉強度b：材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力值。s0.2強度：材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力。屈服強度s：材料發(fā)生微量塑性變形時的應(yīng)力值。1/13/202310塑性：材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。

指標為：

伸長率：斷面收縮率：斷裂后拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象1/13/202311說明：①

用斷面縮率表示塑性比伸長率更接近真實變形。②直徑d0相同時，l0，。只有當l0/d0為常數(shù)時，塑性值才有可比性。當l0=10d0時，伸長率用

表示；當l0=5d0時，伸長率用5表示。顯然5>③

>時，無頸縮，為脆性材料表征

<時，有頸縮，為塑性材料表征1/13/202312三、沖擊韌性沖擊韌性：是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。指標為沖擊韌性值ak

=Ak/A(J/cm2)(通過沖擊實驗測得)1/13/202313韌脆轉(zhuǎn)變溫度材料的沖擊韌性隨溫度下降而下降。在某一溫度范圍內(nèi)沖擊韌性值急劇下降的現(xiàn)象稱韌脆轉(zhuǎn)變。發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱韌脆轉(zhuǎn)變溫度。材料的使用溫度應(yīng)高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度。韌體心立方金屬具有韌脆轉(zhuǎn)變溫度，而大多數(shù)面心立方金屬沒有。1/13/202314四、疲勞疲勞：材料在低于s的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時的最大應(yīng)力稱為疲勞極限。用-1表示，鋼鐵的σ-1只有σb的一半左右。。鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為107，有色金屬合金為108。疲勞應(yīng)力示意圖疲勞曲線示意圖1/13/202315五、硬度材料抵抗表面局部塑性變形的能力。布氏硬度HB布氏硬度計1/13/202316

壓頭為鋼球時，布氏硬度用符號HBS表示，適用于布氏硬度值在450以下的材料。壓頭為硬質(zhì)合金球時，用符號HBW表示，適用于布氏硬度在650以下的材料。符號HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值,符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時間。如120HBS10/1000/30表示直徑為10mm的鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持30s測得的布氏硬度值為120。布氏硬度壓痕1/13/202317布氏硬度的優(yōu)點：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。缺點：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。適于測量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼,

鑄鐵及有色金屬的硬度。材料的b與HB之間的經(jīng)驗關(guān)系：對于低碳鋼:

b(MPa)≈3.6HB

對于高碳鋼：b(MPa)≈3.4HB

對于鑄鐵：

b(MPa)≈1HB或b(MPa)≈

0.6(HB-40)HBb(MPa)鋼黃銅球墨鑄鐵1/13/202318洛氏硬度h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計洛氏硬度用符號HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個標尺，常用的標尺為A、B、C。

1/13/202319符號HR前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標尺。HRA用于測量高硬度材料,如硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。HRB用于測量低硬度材料,如有色金屬和退火、正火鋼等。*HRC用于測量中等硬度材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。洛氏硬度的優(yōu)點：操作簡便，壓痕小，適用范圍廣。缺點：測量結(jié)果分散度大。鋼球壓頭與金剛石壓頭洛氏硬度壓痕1/13/202320維氏硬度維氏硬度計維氏硬度試驗原理維氏硬度壓痕1/13/202321維氏硬度用符號HV表示，