第一章金属材料的性能

1、第一章第一章 金属材料的性能金属材料的性能1.11.1金属材料的力学性能金属材料的力学性能1.21.2金属材料的其他性能金属材料的其他性能第一章第一章 金属材料的性能金属材料的性能 金属材料的性能包含使用性能和工艺性能。 使用性能是指金属材料在使用条件下所表现出来的性能，它包括物理、化学和机械（力学）性能等； 工艺性能是指金属材料在制造过程中适应加工的性能，如铸造、锻造、焊接以及切削加工性能等 。 金属材料的力学性能是指金属在不同环境因金属材料的力学性能是指金属在不同环境因素素( (温度、介质温度、介质) )下，承受外加载荷作用时所表现下，承受外加载荷作用时所表现的行为的行为, ,通常表现为金

2、属的变形和断裂通常表现为金属的变形和断裂。因此，金。因此，金属材料的力学性能可以理解为金属抵抗外加载荷属材料的力学性能可以理解为金属抵抗外加载荷引起的变形和断裂的能力。引起的变形和断裂的能力。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能 金属常用的力学性能主要有强度、塑性、硬金属常用的力学性能主要有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。度、韧性和疲劳强度等。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能一、强度与塑性一、强度与塑性 强度强度是指是指金属在静载荷作用下抵抗永久变形金属在静载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力和断裂的能力。 塑性塑性是指是指金属在静载荷作用下发生不可逆变金

3、属在静载荷作用下发生不可逆变形的能力形的能力。 金属材料的强度指标与塑性指标可以通过拉金属材料的强度指标与塑性指标可以通过拉伸试验测得。伸试验测得。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能一、强度与塑性一、强度与塑性 拉伸试验是在拉伸试拉伸试验是在拉伸试验机上进行的。验机上进行的。 试验之前，测定试验之前，测定d d0 0( (试试样原始直径样原始直径) )，L L0 0( (试样原试样原始标距长度始标距长度) )。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能一、强度与塑性一、强度与塑性 备注：考虑到不同情备注：考虑到不同情况况 L L0 0/ /d d0 010 10 长

4、试件长试件 L L0 0/ /d d0 05 5 短试件短试件1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能一、强度与塑性一、强度与塑性 试验时，将试样装夹在试验机上，且在试样试验时，将试样装夹在试验机上，且在试样两端缓慢地施加轴向拉伸载荷，使试样承受轴向两端缓慢地施加轴向拉伸载荷，使试样承受轴向静拉力。随着载荷不断增加，试样被逐步拉长，静拉力。随着载荷不断增加，试样被逐步拉长，直到拉断。直到拉断。 记录每一瞬间的载荷记录每一瞬间的载荷F F与伸长量与伸长量L L变化曲线，变化曲线，即为拉伸曲线。下图即为拉伸曲线。下图1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能1.1 1.1 金

5、属材料的力学性能金属材料的力学性能 图中这些字母图中这些字母e e、s s、ss、b,b,分别代表什么？分别代表什么？一、强度与塑性一、强度与塑性一、强度与塑性一、强度与塑性1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能分段：分段：1) 0 - Fe1) 0 - Fe 弹性变形，可恢复；弹性变形，可恢复；2) Fe - Fs2) Fe - Fs 弹性变形伴随微量塑弹性变形伴随微量塑性变形性变形一、强度与塑性一、强度与塑性1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能分段：分段：3) Fs - Fs3) Fs - Fs 屈服阶段，屈服阶段，F F不变；不变；4) Fs - Fb4)

6、Fs - Fb 冷变形强化阶段，材冷变形强化阶段，材料变形抗力逐渐增大；料变形抗力逐渐增大；一、强度与塑性一、强度与塑性1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能分段：分段：5) F=Fb 5) F=Fb 开始产生缩颈；开始产生缩颈；一、强度与塑性一、强度与塑性1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能分段：分段：6) Fb - Fk6) Fb - Fk 缩颈处可承受负载减缩颈处可承受负载减小，直至试样被拉断。小，直至试样被拉断。 Fb Fb为极限载荷。为极限载荷。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能一、强度与塑性一、强度与塑性 1 1、强度指标、强度指标

7、金属材料的强度是用金属材料的强度是用应力应力来表示的，即材料来表示的，即材料受载荷作用后内部产生一个与载荷相平衡的内力，受载荷作用后内部产生一个与载荷相平衡的内力，单位面积上的内力称为应力，用单位面积上的内力称为应力，用表示。表示。 常用的强度指标有常用的强度指标有弹性极限弹性极限、屈服点屈服点和和抗拉抗拉强度强度。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能一、强度与塑性一、强度与塑性 1 1、强度指标、强度指标 (1)(1)弹性极限弹性极限 指指试样产生完全弹性变形时所能承受的最大试样产生完全弹性变形时所能承受的最大应力应力，用符号，用符号e e表示，单位为表示，单位为MPaMPa

8、。e=Fe/Se=Fe/S0 0其中，其中，S S0 0为试样原始横截面积，为试样原始横截面积，mmmm2 21.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能一、强度与塑性一、强度与塑性 1 1、强度指标、强度指标 (2)(2)屈服点屈服点 指指试样在拉伸试验过程中，试样在拉伸试验过程中，力不增加力不增加( (保持恒保持恒定定) )仍然能继续伸长仍然能继续伸长( (变形变形) )时的应力时的应力。其是工程技。其是工程技术上极为重要的力学性能指标之一，也是大多数术上极为重要的力学性能指标之一，也是大多数机械零件选材和设计的依据。用符号机械零

9、件选材和设计的依据。用符号ss表示。表示。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能一、强度与塑性一、强度与塑性 1 1、强度指标、强度指标 (2)(2)屈服点屈服点 s=Fs/Ss=Fs/S0 0 一些金属材料，如高碳钢、铸铁等，在进行一些金属材料，如高碳钢、铸铁等，在进行拉伸试验时没有明显的屈服现象，也不会产生缩拉伸试验时没有明显的屈服现象，也不会产生缩颈现象，这就无法确定颈现象，这就无法确定ss。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能一、强度与塑性一、强度与塑性 1 1、强度指标、强度指标 (2)(2)屈服点屈服点 因此，因此，GB1063-1989GB1063-

10、1989规定，试样去除拉伸载荷规定，试样去除拉伸载荷后，其标距部分的残余伸长量达到原始标距长度后，其标距部分的残余伸长量达到原始标距长度0.2%0.2%时的应力，为该材料的屈服强度，用符号时的应力，为该材料的屈服强度，用符号0.20.2表示。表示。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能一、强度与塑性一、强度与塑性 1 1、强度指标、强度指标 ( (3 3) )抗拉强度抗拉强度 指指试样拉断前所能承受的最大拉应力试样拉断前所能承受的最大拉应力，用符，用符号号bb，表示，单位为，表示，单位为MPaMPa。b=Fb/Sb=Fb/S0

11、01.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能一、强度与塑性一、强度与塑性 1 1、强度指标、强度指标 ( (3 3) )抗拉强度抗拉强度 b b是金属由均匀塑性变形向局部集中塑性变是金属由均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，也是金属在静拉伸条件下的最形过渡的临界值，也是金属在静拉伸条件下的最大承载能力。大承载能力。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能一、强度与塑性一、强度与塑性 1 1、强度指标、强度指标 ( (3 3) )抗拉强度抗拉强度 对于塑性金属来说，拉伸试样在承受最大拉对于塑性金属来说，拉伸试样在承受最大拉应力应力bb之前，变形是均匀一致的，但超过之

12、前，变形是均匀一致的，但超过bb后，后，金属开始出现缩颈现象，即产生集中变形。金属开始出现缩颈现象，即产生集中变形。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能一、强度与塑性一、强度与塑性 2 2、塑性指标、塑性指标 塑性指标可以用试样拉断时的最大相对变形塑性指标可以用试样拉断时的最大相对变形量来表示。量来表示。 常用的有常用的有断后伸长率断后伸长率和和断面收缩率断面收缩率，它们是，它们是工程上广泛使用的表征材料塑性好坏的主要力学工程上广泛使用的表征材料塑性好坏的主要力学性能指标。性能指标。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的

13、力学性能一、强度与塑性一、强度与塑性 2 2、塑性指标、塑性指标 ( (1 1) )断后伸长率断后伸长率 试样拉断后的标距增长量与原始标距之比试样拉断后的标距增长量与原始标距之比，用符号用符号表示。表示。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能一、强度与塑性一、强度与塑性 2 2、塑性指标、塑性指标 ( (1 1) )断后伸长率断后伸长率 =(L =(L1 1-L-L0 0)/L)/L0 0 * *100%100%式中，式中， L L1 1 拉断后试样的标距长度，拉断后试样的标距长度，mm mm L L0 0 试样原始标距，试样原始标距，mmmm1.1 1.1 金属材料的力学性能金

14、属材料的力学性能一、强度与塑性一、强度与塑性 2 2、塑性指标、塑性指标 ( (1 1) )断后伸长率断后伸长率 伸长率随标距的增加而减小，同一材料的短伸长率随标距的增加而减小，同一材料的短试样要比长试样所测得的伸长率大试样要比长试样所测得的伸长率大20%20%左右，局部左右，局部集中变形特别明显的材料甚至可大到集中变形特别明显的材料甚至可大到50%50%。因此长、。因此长、短两种试样求得的断后伸长率应分别以短两种试样求得的断后伸长率应分别以1010和和5 5。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能一、强度与塑性一、强度与塑性 2 2、塑性指标、塑性指标 ( (2 2) )断面收

15、缩率断面收缩率 试样拉断后缩颈处横截面积的缩减量与原始试样拉断后缩颈处横截面积的缩减量与原始横截面积之比横截面积之比，用符号，用符号表示。表示。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能一、强度与塑性一、强度与塑性 2 2、塑性指标、塑性指标 ( (2 2) )断面收缩率断面收缩率=(S=(S0 0-S-S1 1)/S)/S0 0 * *100%100%式中，式中，S S0 0 试样原始横截面积，试样原始横截面积，mmmm2 2 ; ; S S1 1 试样断口处的横截面积，试样断口处的横截面积，mmmm2 2 。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能一、强度与塑性一、强

16、度与塑性 2 2、塑性指标、塑性指标 塑性指标通常不直接用于工程设计计算，但塑性指标通常不直接用于工程设计计算，但材料的塑性对零件的加工和使用都具有重要的实材料的塑性对零件的加工和使用都具有重要的实际意义。际意义。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能一、强度与塑性一、强度与塑性 2 2、塑性指标、塑性指标 塑性好的材料不仅能顺利地进行锻压、轧制塑性好的材料不仅能顺利地进行锻压、轧制等成形加工，而且在使用时万一超载，由于能发等成形加工，而且在使用时万一超载，由于能发生一定的塑性变形而不至于突然断裂，提高了工生一定的塑性变形而不至于突然断裂，提高了工作的安全性。作的安全性。所以大多

17、数机械零件除要求具有较所以大多数机械零件除要求具有较高的强度外，还必须具有一定的塑性高的强度外，还必须具有一定的塑性。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能二、硬度二、硬度 硬度是衡量金属软硬程度的一种性能指标，硬度是衡量金属软硬程度的一种性能指标，是材料抵抗局部变形是材料抵抗局部变形( (塑性变形、压痕、划痕塑性变形、压痕、划痕) )的的能力。能力。 在一定程度上反映了材料的综合力学性能，在一定程度上反映了材料的综合力学性能，在生产中应用很广，是产品设计图样的技术条件在生产中应用很广，是产品设计图样的技术条件中的一项主要技术指标。中的一项主要技术指标。1.1 1.1 金属材料的

18、力学性能金属材料的力学性能二、硬度二、硬度 硬度的硬度的测定测定方法很多，目前生产中应用较多方法很多，目前生产中应用较多的是的是压入法压入法、划痕法划痕法和和回弹高度法回弹高度法，其中压入法，其中压入法最为普遍。最为普遍。 压入法常用的测试方法有压入法常用的测试方法有布氏硬度布氏硬度、洛氏硬洛氏硬度度和和维氏硬度维氏硬度等试验方法。等试验方法。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能二、硬度二、硬度 1 1、布氏硬度、布氏硬度 (1) (1)测定方法测定方法淬火钢球、淬火钢球、硬质合金球硬质合金球直径直径D D负荷负荷F F时间时间T T试件表面试件表面压痕压痕d d，S S1.1

19、 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能二、硬度二、硬度 1 1、布氏硬度、布氏硬度 (1) (1)测定方法测定方法 压痕单位面积承受的平均压力压痕单位面积承受的平均压力即即布氏硬度值布氏硬度值。布氏硬度布氏硬度HBSHBS淬火钢球淬火钢球HBWHBW硬度值硬度值450450硬质合金球硬质合金球450450硬度值硬度值6506501.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能二、硬度二、硬度 1 1、布氏硬度、布氏硬度 (1) (1)测定方法测定方法 式中：式中：F - F - 试验力，试验力，N N ；D - D - 球体直径，球体直径，mmmm； d - d - 压痕直径，压痕

20、直径，mmmm F F单位为单位为kgfkgf时，去除时，去除0.1020.102。)(2102. 0)(22dDDDFHBWHBS小知识小知识 kgfkgf： 千克力，力学单位，工程中常用。物理意义千克力，力学单位，工程中常用。物理意义是是1kgf1kgf是在地表是在地表1 1平方厘米的面积上承受质量为平方厘米的面积上承受质量为1Kg1Kg的物体受到的重力的大小。的物体受到的重力的大小。 1 kgf = 1kg 1 kgf = 1kg9.80665N/kg =9.80665 N 9.80665N/kg =9.80665 N 小知识小知识 按按GB 231-1984GB 231-1984规定，

21、压头直径有规定，压头直径有10mm,5mm, 10mm,5mm, 2.5mm,2mm2.5mm,2mm和和1mm1mm五种，载荷与压头直径平方的比五种，载荷与压头直径平方的比值值(F/D(F/D2 2) )有有30mm,15mm,10mm,5mm,2.5mm,1.25mm30mm,15mm,10mm,5mm,2.5mm,1.25mm和和1mm1mm共共7 7种，可根据金属材料的种类和布氏硬度范种，可根据金属材料的种类和布氏硬度范围，按相应表格选定围，按相应表格选定F/DF/D2 2的值的值; ;载荷的保持时间黑载荷的保持时间黑色金属为色金属为10-15s10-15s，有色金属为，有色金属为30

22、s30s。 1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能二、硬度二、硬度 1 1、布氏硬度、布氏硬度 (2) (2)标注方法标注方法 硬度值一般不标出单位，只写明数值硬度值一般不标出单位，只写明数值。 标注方法：标注方法： / / / 硬度值硬度值 HBWHBW或或HBS HBS 钢球直径钢球直径 试验力试验力 保持时间保持时间1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能二、硬度二、硬度 1 1、布氏硬度、布氏硬度 (2) (2)标注方法标注方法 默认试验条件为默认试验条件为钢球直径钢球直径D D为为10mm10mm、试验力为试验力为3000kgf3000kgf、保持时间为保持

23、时间为1010-15-15s s。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能二、硬度二、硬度 1 1、布氏硬度、布氏硬度 (2) (2)标注方法标注方法 例：例：500HBW5/750500HBW5/750 直径直径5mm5mm硬质合金球，试验硬质合金球，试验750kgf(7.355KN)750kgf(7.355KN)，保持时间保持时间10-15s10-15s，测得布氏硬度值，测得布氏硬度值500 500 。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能二、硬度二、硬度 1 1、布氏硬度、布氏硬度 (2) (2)标注方法标注方法 例：例：150HBS10/1000/30150H

24、BS10/1000/30 直径直径10mm10mm淬火钢球，淬火钢球，1000kgf1000kgf载荷载荷，保持保持30s30s，测得的布氏硬度值为测得的布氏硬度值为150150。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能二、硬度二、硬度 1 1、布氏硬度、布氏硬度 布氏硬度的特点是试验时金属表面压痕大，布氏硬度的特点是试验时金属表面压痕大，能客观地反映被测金属的平均硬度，试验结果较能客观地反映被测金属的平均硬度，试验结果较准确。但由于其压痕准确。但由于其压痕、损伤、损伤大，不宜测量成品大，不宜测量成品件、件、薄壁件、表面要求高或硬度高的材料薄壁件、表面要求高或硬度高的材料。1.1

25、1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能二、硬度二、硬度 2 2、洛氏硬度、洛氏硬度 (1) (1)测定方法测定方法120120金刚石圆锥体、金刚石圆锥体、直径直径1.588mm1.588mm淬火钢球淬火钢球初初F0(98N)F0(98N)初初F0+F0+主主F1F1试件压痕深试件压痕深度度h h1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能二、硬度二、硬度 2 2、洛氏硬度、洛氏硬度 (1) (1)测定方法测定方法1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能二、硬度二、硬度 2 2、洛氏硬度、洛氏硬度 (1) (1)测定方法测定方法 洛氏硬度值，用符号洛氏硬度值，用符号HR

26、HR表示。表示。 金刚石压头，金刚石压头，K=0.2K=0.2；淬火钢球头，；淬火钢球头，K=0.26K=0.26。002. 0hKHR1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能二、硬度二、硬度 2 2、洛氏硬度、洛氏硬度 (2) (2)标注方法标注方法 1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能二、硬度二、硬度 2 2、洛氏硬度、洛氏硬度 (2) (2)标注方法标注方法 例：例：50 HRC50 HRC 用用“C”C”标尺测定的洛氏硬度值为标尺测定的洛氏硬度值为5050。 1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能二、硬度二、硬度 2 2、洛氏硬度、洛氏硬度 生

27、产中广泛应用的一种硬度试验生产中广泛应用的一种硬度试验。压痕小，压痕小，对试样表面损伤小，可直接检验成品或半成品的对试样表面损伤小，可直接检验成品或半成品的硬度硬度; ;试验操作迅速简便，可以直接从试验机上读试验操作迅速简便，可以直接从试验机上读出硬度值；当采用不同标尺时，可测量出从极软出硬度值；当采用不同标尺时，可测量出从极软到极硬材料的硬度。到极硬材料的硬度。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能二、硬度二、硬度 2 2、洛氏硬度、洛氏硬度 缺点是由于压痕小，对内部组织和硬度不均缺点是由于压痕小，对内部组织和硬度不均匀的材料，所测结果不够准确。因此，在测试洛匀的材料，所测结果

28、不够准确。因此，在测试洛氏硬度时在被测金属的不同位置的三点测出硬度氏硬度时在被测金属的不同位置的三点测出硬度值，再计算其平均值。值，再计算其平均值。 洛氏硬度各标尺之间没有直接的对应关系洛氏硬度各标尺之间没有直接的对应关系。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能二、硬度二、硬度 3 3、维氏硬度、维氏硬度 布氏硬度试验不能测定硬度较高的金属材料布氏硬度试验不能测定硬度较高的金属材料; ;洛氏硬度试验虽可用来测定由极软到极硬金属材洛氏硬度试验虽可用来测定由极软到极硬金属材料的硬度，但不同标尺的硬度间没有简单的换算料的硬度，但不同标尺的硬度间没有简单的换算关系，使用上很不方便。关系，

29、使用上很不方便。二、硬度二、硬度 3 3、维氏硬度、维氏硬度 为了能在同一种硬度标尺上，测定从极软到为了能在同一种硬度标尺上，测定从极软到极硬金属材料的硬度值，因而特制定了维氏硬度极硬金属材料的硬度值，因而特制定了维氏硬度试验法。试验法。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能相对面夹角相对面夹角136136正四正四方棱锥形方棱锥形 负荷负荷F F( (单位单位kgf)kgf)时间时间T T压痕投影对压痕投影对角线平均长角线平均长度度d d二、硬度二、硬度 3 3、维氏硬度、维氏硬度 (1) (1)测定方法测定方法1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能二、硬度二、硬度

30、 3 3、维氏硬度、维氏硬度 (1) (1)测定方法测定方法 维氏硬度值，用符号维氏硬度值，用符号H HV V表示。表示。228544. 168sin2dFdFSFHV。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能二、硬度二、硬度 3 3、维氏硬度、维氏硬度 (2) (2)标注方法标注方法 与布氏硬度一样与布氏硬度一样，习惯上也只写出硬度数值，习惯上也只写出硬度数值而不标出单位。在硬度符号而不标出单位。在硬度符号HVHV之前的数字为硬度之前的数字为硬度值，值，HVHV后面的数值依次表示载荷和载荷保持的时后面的数值依次表示载荷和载荷保持的时间间( (保持时间为保持时间为1010- -15

31、s15s时不标注时不标注) )。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能二、硬度二、硬度 3 3、维氏硬度、维氏硬度 (2) (2)标注方法标注方法 例：例：640 HV30640 HV30 表示在表示在30 kgf30 kgf载荷作用下，保持载荷作用下，保持1010- -15s15s测得测得的维氏硬度值为的维氏硬度值为640640。 1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能二、硬度二、硬度 3 3、维氏硬度、维氏硬度 (2) (2)标注方法标注方法 例：例：620 HV30/20620 HV30/20 表示在表示在30kgf30kgf载荷作用下，保持载荷作用下，保持2

32、0s20s测得的维测得的维氏硬度值为氏硬度值为620620。 1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能二、硬度二、硬度 3 3、维氏硬度、维氏硬度 维氏硬度适用范围宽，维氏硬度适用范围宽，从极软到极硬的材料从极软到极硬的材料都可以测量都可以测量, ,且结果精确可靠。但测取时需测量对且结果精确可靠。但测取时需测量对角线长度并查表或计算，而且对试样表面的质量角线长度并查表或计算，而且对试样表面的质量要求高，所以，要求高，所以，测量效率较低，没有洛氏硬度方测量效率较低，没有洛氏硬度方便便，不适用于成批生产的常规试验。，不适用于成批生产的常规试验。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料

33、的力学性能三、韧性三、韧性 主要以冲击韧性为主。高速度作用于工件上主要以冲击韧性为主。高速度作用于工件上的载荷称为冲击载荷。许多机械零件和工具在工的载荷称为冲击载荷。许多机械零件和工具在工作时承受冲击载荷的作用，该材料在冲击载荷的作时承受冲击载荷的作用，该材料在冲击载荷的作用下，抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。作用下，抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能三、韧性三、韧性 如冲床的冲头、锻锤的锤杆、风动工具等，如冲床的冲头、锻锤的锤杆、风动工具等，其不仅要满足在静力作用下的强度、塑性、硬度其不仅要满足在静力作用下的强度、塑性、硬度等性能要求，还须具有足够抵

34、抗冲击载荷的能力。等性能要求，还须具有足够抵抗冲击载荷的能力。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能三、韧性三、韧性 1 1、测定方法、测定方法 材料的冲击韧材料的冲击韧性用冲击韧性试验性用冲击韧性试验测量冲击功来完成。测量冲击功来完成。 见右图。见右图。三、韧性三、韧性 1 1、测定方法、测定方法 1) 1) 试样开试样开V V或或U U型缺口；型缺口； 2) 2) 试样冲击试样冲击韧性为缺口处单位韧性为缺口处单位面积冲击功。面积冲击功。三、韧性三、韧性 1 1、测定方法、测定方法 3) 3) 冲击功不冲击功不需计算，可直接在需计算，可直接在试验机刻度盘上读试验机刻度盘上读出。

35、出。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能三、韧性三、韧性 1 1、测定方法、测定方法 式中：式中：A Ak k 冲击功冲击功 G G 摆锤质量摆锤质量 不同缺口用不同缺口用A Akvkv 和和 A AkUkU 表示。表示。 )(21hhGgAk1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能三、韧性三、韧性 1 1、测定方法、测定方法 式中：式中：k k 冲击韧度冲击韧度 ，J/cmJ/cm2 2 S S 缺口处横截面积缺口处横截面积 ，cmcm2 2 SAkk1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能三、韧性三、韧性 2 2、测量结果、测量结果 冲击功冲击功A

36、AK K愈大，材料的韧性愈好愈大，材料的韧性愈好。一般把冲。一般把冲击功低的金属材料称为击功低的金属材料称为脆性材料脆性材料。脆性材料在断脆性材料在断裂前无明显的塑性变形，断口较平整、呈晶状或裂前无明显的塑性变形，断口较平整、呈晶状或瓷状，有金属光泽瓷状，有金属光泽; ;韧性材料在断裂前有明显的塑韧性材料在断裂前有明显的塑性变形，断口呈纤维状，无光泽性变形，断口呈纤维状，无光泽。 1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能三、韧性三、韧性 2 2、测量结果、测量结果 外在表现：外在表现： 脆性材料脆性材料延伸率延伸率5% 5% ； 塑性材料延伸率塑性材料延伸率5% 5% 。 1.1

37、1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能三、韧性三、韧性 3 3、影响因素、影响因素 1) 1) 试验温度试验温度 有些材料在室温左右不显示脆性，而较低温有些材料在室温左右不显示脆性，而较低温度下可能发生脆性断裂，冲击功急剧降低，这一度下可能发生脆性断裂，冲击功急剧降低，这一温度区域称为温度区域称为韧脆转变温度韧脆转变温度。韧脆转变温度越低，韧脆转变温度越低，材料的低温抗冲击性能越好材料的低温抗冲击性能越好。 1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能三、韧性三、韧性 3 3、影响因素、影响因素 2) 2) 其他因素其他因素 冲击功还与试样形状、尺寸、表面粗糙度、冲击功还与试样形

38、状、尺寸、表面粗糙度、内部组织和缺陷有关。内部组织和缺陷有关。 1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能三、韧性三、韧性 4 4、备注说明、备注说明 冲击试验时，冲击功中只有一部分消耗在断冲击试验时，冲击功中只有一部分消耗在断开试样的缺口截面上，而其余部分则消耗在冲断开试样的缺口截面上，而其余部分则消耗在冲断试样前缺口附近体积内的塑性变形上。因此，试样前缺口附近体积内的塑性变形上。因此，冲冲击韧度不能真正代表材料的韧性击韧度不能真正代表材料的韧性。国家标准现已国家标准现已规定采用冲击功规定采用冲击功AKAK作为韧性判据指标作为韧性判据指标。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料

39、的力学性能四、疲劳四、疲劳 1 1、疲劳现象、疲劳现象 许多机械零件许多机械零件( (轴、齿轮、弹簧等轴、齿轮、弹簧等) )都是在变都是在变动载荷作用下工作的。零件承受的应力可分为动载荷作用下工作的。零件承受的应力可分为交交变应力变应力与与重复应力重复应力两种。两种。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能四、疲劳四、疲劳 1 1、疲劳现象、疲劳现象 a) a) 交变应力交变应力 b) b) 重复应力重复应力 怎么区分？怎么区分？1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能四、疲劳四、疲劳 1 1、疲劳现象、疲劳现象 承受交变应力或重复应力的零件，在工作过承受交变应力或重复

40、应力的零件，在工作过程中，往往在程中，往往在工作应力低于其屈服强度的情况下工作应力低于其屈服强度的情况下发生断裂发生断裂，这种现象称为，这种现象称为疲劳断裂疲劳断裂。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能四、疲劳四、疲劳 1 1、疲劳现象、疲劳现象 疲劳断裂与在静载荷作用下的断裂不同疲劳断裂与在静载荷作用下的断裂不同。不。不管是脆性材料还是韧性材料，管是脆性材料还是韧性材料，疲劳断裂都是突然疲劳断裂都是突然发生的，事先均无明显的塑性变形的预兆，很难发生的，事先均无明显的塑性变形的预兆，很难事先觉察事先觉察，属低应力脆断，具有很大的危险性。，属低应力脆断，具有很大的危险性。 80%

41、80%以上损坏的机械零件都是因疲劳造成的。以上损坏的机械零件都是因疲劳造成的。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能四、疲劳四、疲劳 2 2、疲劳原因、疲劳原因 断裂一般在零件应力集中部位或本身强度较断裂一般在零件应力集中部位或本身强度较低的部位，如原有微裂纹、软点、夹杂或刀痕等低的部位，如原有微裂纹、软点、夹杂或刀痕等处处( (形成裂纹的核心形成裂纹的核心) )。在应力反复作用下产生疲。在应力反复作用下产生疲劳裂纹，并随着应力循环周次的增加不断扩展，劳裂纹，并随着应力循环周次的增加不断扩展，有效承载面减小，最终不能承受载荷而突然断裂。有效承载面减小，最终不能承受载荷而突然断裂。1.1 1.1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能四、疲劳四、疲劳 3 3、疲劳强度、疲劳强度 大量试验证明，大量试验证明，金属材料所受的最大交变应金属材料所受的最大交变应力力maxmax愈大，则断裂前所经受的循环周次愈大，则断裂前所经受的循环周次N N愈少愈少，如如图图1-111-11所示。这种交变应力所示。这种交变应力maxmax与循环周次与循环周次N N的的关系曲线称为关系曲线称为疲劳曲线疲劳曲线。1.1 1.1 金属材