第一章金属力学性能

1、材材 料料 的的 性性 能能使用性能使用性能工艺性能工艺性能力学性能力学性能物理性能物理性能化学性能化学性能铸造性能铸造性能锻压性能锻压性能热处理性能热处理性能焊接性能焊接性能第一章 工程材料的力学性能力学性能力学性能材料抵抗各种外加载荷的能力。材料抵抗各种外加载荷的能力。弹性弹性硬度硬度强度强度疲劳疲劳塑性塑性韧性韧性静载时静载时动载时动载时刚度刚度 知识补充：知识补充：应力：单位面积上所承受的附加力应力：单位面积上所承受的附加力；材料；材料发生变形时，内部产生了大小相同但方向发生变形时，内部产生了大小相同但方向相反的反作用力，用来抵抗外力，把分布相反的反作用力，用来抵抗外力，把分布内力在一

2、点上的集度称为应力。内力在一点上的集度称为应力。应变：当材料在外力作用下不能产生位移应变：当材料在外力作用下不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变称为应变。种形变称为应变。应力应力 = F/S0应变应变 = (l-l0)/l0低碳钢的应力低碳钢的应力- -应变曲线应变曲线拉伸试样拉伸试样拉伸试验机拉伸试验机长试样：长试样：L0=10d0短试样：短试样：L0=5d0 FesbkLFsFbO屈服屈服弹弹性性变变形形缩颈缩颈断裂断裂塑塑性性变变形形一、弹性和刚度一、弹性和刚度 弹性：指标为弹性极限弹性：指标为弹性极限 e e，即，即材料承受最大弹性

3、变材料承受最大弹性变形时的应力。形时的应力。 刚度：材料保持原有形状与尺寸的能力。刚度：材料保持原有形状与尺寸的能力。指标为指标为弹弹性模量性模量E E。 弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。可以通过热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。可以通过增加横截面积或改变截面形状来提高零件的刚度。增加横截面积或改变截面形状来提高零件的刚度。 ）（MPatgE二、强度与塑性二、强度与塑性 强度：强度：材料在外力作用下抵抗

4、变材料在外力作用下抵抗变形与断裂的能力。形与断裂的能力。 屈服强度屈服强度 s：材料发生微量塑性变材料发生微量塑性变形时的应力值。形时的应力值。 条件屈服强度条件屈服强度 0.2：国标中规定为国标中规定为试样的塑性变形量为试样标距的试样的塑性变形量为试样标距的0.2%时材料所承受的的应力值。时材料所承受的的应力值。 抗拉强度抗拉强度 b：材料断裂前所承受的：材料断裂前所承受的最大应力值。最大应力值。0.2塑性：材料在外力作用下，产生永久变形而不破坏塑性：材料在外力作用下，产生永久变形而不破坏的性能。的性能。指标为：指标为： 伸长率：伸长率：%100001lll断面收缩率：断面收缩率：断裂后断裂

5、后拉伸试样的颈缩现象拉伸试样的颈缩现象%100010SSS说明：说明： 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。形。 直径直径d0 相同时，相同时，l0 ， 。只有当。只有当l0/d0 为为常数时，塑性值才有可比性。常数时，塑性值才有可比性。 当当l0=10d0 时，伸长率用时，伸长率用 10 表示；表示； 当当l0=5d0 时，伸长率用时，伸长率用 5 表示。表示。 显然显然 5 10 5% 时，有颈缩，为塑性材料表征时，有颈缩，为塑性材料表征三、硬度三、硬度 材料抵抗另一硬物体压入其内而产生局材料抵抗另一硬物体压入其内而产生局部塑性变形的能力。部塑性变形

6、的能力。 布氏硬度布氏硬度HBHB布氏硬度计布氏硬度计)(2102. 022dDDDFHB淬火钢球淬火钢球硬质合金球硬质合金球压压头头用符号用符号HBS表示，适用于布氏硬度值表示，适用于布氏硬度值在在450以下的材料。以下的材料。用符号用符号HBW表示，适用于布氏硬表示，适用于布氏硬度在度在650以下的材料。以下的材料。 优点：优点：测量误差小，数据稳定。测量误差小，数据稳定。 缺点：缺点：压痕大，不能用于太薄件及比压头还硬的压痕大，不能用于太薄件及比压头还硬的材料。材料。 适于测量适于测量退火、正火、调质钢退火、正火、调质钢, 铸铁及有色金属铸铁及有色金属的硬度。的硬度。洛氏硬度洛氏硬度洛氏

7、硬度计洛氏硬度计 洛氏硬度用符号洛氏硬度用符号HR表示表示 根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为常用的标尺为A、B、C。 符号符号HR前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。lHRA用于测量高硬度材料用于测量高硬度材料, 如如硬质合金、表淬层和渗碳层硬质合金、表淬层和渗碳层。lHRB用于测量低硬度材料用于测量低硬度材料, 如如有色金属和退火有色金属和退火、正火钢等。正火钢等。lHRC用于测量中等硬度材料，用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。如调质钢、淬火钢等。l洛氏硬度的优点：洛氏硬度的优点：操作

8、简便，操作简便，压痕小，适用范围广。压痕小，适用范围广。l缺点：缺点：测量结果分散度大。测量结果分散度大。钢球压头与钢球压头与金刚石压头金刚石压头洛氏硬度压痕洛氏硬度压痕维氏硬度维氏硬度维氏硬度计维氏硬度计维氏硬度试验原理维氏硬度试验原理维氏硬度压痕维氏硬度压痕 维氏硬度用符号维氏硬度用符号HV表示表示，符号前的数字为硬度值，符号前的数字为硬度值，后面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。后面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。 根据载荷范围不同，规定了三种测定方法根据载荷范围不同，规定了三种测定方法维氏硬度维氏硬度试验试验 、小负荷维氏硬度试验、显微维氏硬度试验、小负荷维氏硬度试验

9、、显微维氏硬度试验。 维氏硬度保留了布氏硬度和维氏硬度保留了布氏硬度和 洛氏硬度的优点。洛氏硬度的优点。 小负荷维氏硬度计小负荷维氏硬度计显微维氏硬度计显微维氏硬度计四、疲劳四、疲劳 材料在低于材料在低于 s的重复交变应力作用下发生断裂的现象。的重复交变应力作用下发生断裂的现象。 材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为疲劳极限。用称为疲劳极限。用 r表示。表示。 钢铁材料规定次数为钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为，有色金属合金为108。疲劳应力示意图疲劳应力示意图疲劳曲线示意图疲劳曲线示意图通过通过改善材料的形状结构，减少表

10、面缺陷，提高表面改善材料的形状结构，减少表面缺陷，提高表面光洁度，进行表面强化光洁度，进行表面强化等方法可提高材料疲劳抗力。等方法可提高材料疲劳抗力。轴的疲劳断口轴的疲劳断口疲劳辉纹（扫描电镜照片）疲劳辉纹（扫描电镜照片）五、冲击韧性五、冲击韧性 是指材料抵抗冲击载荷是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。作用而不破坏的能力。l指标为冲击指标为冲击韧性值韧性值ak(通通过冲击实验过冲击实验测得测得)。g g 材料的冲击韧性随温材料的冲击韧性随温度下降而下降。度下降而下降。在某在某一温度范围内冲击韧一温度范围内冲击韧性值急剧下降的现象性值急剧下降的现象称称韧脆转变韧脆转变。发生韧发生韧脆转变的温度范围称脆转变的温度范围称韧脆转变韧脆转变温度温度。材料。材料的使用温度应高于韧的使用温度应高于韧脆转变温度。脆转变温度。韧体心立方金属具有韧脆转体心立方金属具有韧脆转变温度，而大多数面心立变温度，而大多数面心立方金属没有。方金属没有。韧脆转变温度曲线韧脆转变温度曲线TITANIC建造中的建造中的Titanic 号号TITANIC的沉没的沉没与船体材料的质量与船