第一章金属机械性能

重点掌握各种机械性能指标（强度,塑性；冲击韧性；硬度HB，HRC，HV；疲劳强度）的物理意义和单位。熟悉有关性能的术语、符号意义及应用场合，并了解其测定方法。一般要求材料的断裂韧性。第一章金属机械性能铸造性可锻性可焊性切削加工性热处理性工程材料的性能

使用性能*力学性能（机械性能）

物理性能化学性能

工艺性能使用过程中表现出来的性能各种加工过程中表现出来的性能铸造性能：流动性、收缩性、偏析工艺性能热处理性能：淬透性锻造性能：塑性、变形抗力焊接性能：焊接性、碳含量切削性能：表面粗糙度、刀具寿命在外力作用时表现出的性能。包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性力学性能材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。外力去除后能够恢复的变形称为弹性变形。外力去除不能恢复的变形称为塑性变形。低碳钢的应力-应变曲线（动画）拉伸试样拉伸试验机应力（R）

=P/F0应变

=(L-L0)/L0拉伸实验拉伸曲线1.1弹性和刚度弹性：材料弹性变形的能力。指标为弹性极限e，即材料承受最大弹性变形时的应力。比例极限σp

：应力和应变保持直线关系的最大应力值。刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能力。指标为弹性模量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。可以通过增加横截面积或改变截面形状来提高零件的刚度。

1.2强度强度：材料抵抗塑性变形或断裂的能力。屈服强度（屈服极限）s（Re）：材料抵抗起始塑性变形或产生微量塑性变形的应力值。

条件屈服强度0.2（Rr0.2）：残余变形量为0.2%时的应力值。

抗拉强度b（Rm）：材料断裂前所承受的最大应力值。s0.21.3塑性

断裂前材料产生塑性变形的能力。

伸长率（延伸率）：（A)断面收缩率：(Z)断裂后拉伸试样的颈缩现象说明：用断面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。直径d0相同时，L0，A。只有当L0/d0为常数时，塑性值才有可比性。当L0=10d0时，伸长率用A11.5（δ10）表示；当L0=5d0时，伸长率用A（δ5）

表示。显然A>A11.5比例试样K=5.65或11.3各类材料的σ-ε曲线常用力学性能名称和符号新旧标准对照1.4冲击韧性是指材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。指标为冲击韧性αk(通过冲击实验测得)。冲击吸收功Ak:试样冲断时所消耗的功。

Ak

=Gh–Gh′(J)冲击韧性ak:试样缺口处单位截面积(F)上所消耗的冲击功。

(J/m²)

测定冲击韧性值的意义

1）评定材料相对韧性的大小

2）评定材料的变脆倾向

材料的冲击韧性随温度下降而下降。在某一温度范围内冲击韧性值急剧下降的现象称韧脆转变。发生韧脆转变的温度范围称韧脆转变温度。材料的使用温度应高于韧脆转变温度。韧TITANIC建造中的Titanic号TITANIC的沉没与船体材料的质量直接有关Titanic号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果Titanic近代船用钢板1.5疲劳材料在低于s的重复交变应力作用下长时间工作发生突然断裂的现象。疲劳强度（极限）：材料经无数次应力循环而不发生疲劳断裂的最高应力值，用-1

表示。条件疲劳强度（极限)：材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力值。用-1（N）表示。钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为108。疲劳应力示意图疲劳曲线示意图通过改善材料的形状结构;减少表面缺陷,提高表面光洁度;进行表面强化等方法可提高材料疲劳抗力。1.6硬度材料抵抗表面局部塑性变形的能力。（1）布氏硬度布氏硬度计

压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450以下的材料。压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在650以下的材料。符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值,符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如120HBS10/1000/30表

示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。布氏硬度压痕布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料，操作麻烦。适于测量退火、正火、调质钢,

铸铁及有色金属的硬度。材料的b与HB之间的经验关系：对于低碳钢:

b(MPa)≈3.6HB

对于高碳钢：b(MPa)≈3.4HB

对于铸铁：

b(MPa)≈1HB或b(MPa)≈

0.6(HB-40)HBb(MPa)钢黄铜球墨铸铁（2）洛氏硬度h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计洛氏硬度用符号HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为A、B、C。

符号HR前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。HRA用于测量高硬度材料,如硬质合金、表淬层和渗碳层。HRB用于测量低硬度材料,如有色金属和退火、正火钢等。HRC用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。缺点：测量结果分散度大。钢球压头与金刚石压头洛氏硬度压痕维氏硬度维氏硬度计维氏硬度试验原理维氏硬度压痕维氏硬度用符号HV表示，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。维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点。小负荷维氏硬度计显微维氏硬度计1.7断裂韧性油轮断裂和北极星导弹发动机壳