工程材料第一章材料的性能

工程材料第一章材料的性能第一页，共二十四页，2022年，8月28日材料的性能力学性能（机械性能）物理性能化学性能工艺性能使用性能铸造性能焊接性能可锻性能切削加工性能第一章材料的性能第二页，共二十四页，2022年，8月28日第一章材料的性能－§1.1力学性能第一节力学性能材料的力学性能（MechanicalProperty）是材料在受外力作用时表现出的性能。拉伸试样（拉伸前和拉伸后）第三页，共二十四页，2022年，8月28日第一章材料的性能－§1.1力学性能拉伸试验机拉伸试样的颈缩现象第四页，共二十四页，2022年，8月28日A′ABCDEpesbE低碳钢的

－

曲线p—比例极限e—弹性极限s—屈服强度b—抗拉强度

＝E

E—刚度第一章材料的性能－§1.1力学性能第五页，共二十四页，2022年，8月28日一、弹性和刚度1.弹性（Elasticity）材料在外力作用下不产生永久变形的能力。弹性极限（Elasticlimit）

其中，Fe为弹性极限载荷，N；A0为试样原始横截面积，mm2。2.刚度（Stiffness）材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力。根据Hooke’slaw：

＝E

其中，E为弹性模量，MPa，表征刚度。（MPa）（MPa）第一章材料的性能－§1.1力学性能第六页，共二十四页，2022年，8月28日二、强度和硬度1.强度（Strength）

材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。

屈服强度（YieldStrength）材料抵抗塑性变形的能力。其中，Fs为试样屈服时的载荷，N。没有明显塑性变形的塑性材料，以产生0.2%永久变形时的应力值作为其屈服强度，称条件屈服强度（OffsetYieldStrength）。

其中，F0.2为试样产生0.2%残余塑性变形时的载荷，N。（MPa）（MPa）第一章材料的性能－§1.1力学性能第七页，共二十四页，2022年，8月28日

抗拉强度（TensileStrength）材料在拉伸力作用下抵抗被拉断的能力，为材料断裂前所能承受的最大应力。其中，Fb为试样断裂前的最大载荷，N。

其他强度指标：抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度。（MPa）第一章材料的性能－§1.1力学性能第八页，共二十四页，2022年，8月28日布氏硬度HB洛氏硬度HR维氏硬度HV肖氏硬度HS锉刀法硬度的测量方法：第一章材料的性能－§1.1力学性能2.硬度（Hardness）材料抵抗局部变形的能力，即抵抗其他硬物体压入其表面的能力。

通常材料的强度越高，硬度也越高。

第九页，共二十四页，2022年，8月28日布氏硬度HB（Brinell-hardness）用一定载荷F，将直径为D的淬火钢球或硬质合金球压入被测材料的表面，保持一定时间后卸去载荷，根据压痕面积确定硬度值。F压头被测材料布氏硬度测试示意图

布氏硬度计

第一章材料的性能－§1.1力学性能第十页，共二十四页，2022年，8月28日洛氏硬度HR（Rockwllhardness）将锥度为120°的金刚石或钢制标准压头用规定压力压入被测材料表面，根据压痕深度确定硬度值。第一章材料的性能－§1.1力学性能压头被测材料洛氏硬度测试方法

洛氏硬度计

第十一页，共二十四页，2022年，8月28日维氏硬度HV（DiamondPenetratorHardness

）用一种顶角为136°的金钢石角锥压头，在载荷F（kgf）作用下，材料表面压出一个四方锥形压痕，测量压痕对角线长度d（mm），计算压痕面积A（mm2），以F/A的数值表示硬度值。压头被测材料维氏硬度测试方法

维氏硬度计

压痕第一章材料的性能－§1.1力学性能第十二页，共二十四页，2022年，8月28日常用硬度测试方法的应用范围：布氏硬度HB

通常测试较软的材料。如退火、正火、调质钢，铸铁，有色金属等。洛氏硬度HR通常测试较硬的材料。如淬火钢、调质钢等。布氏硬度和洛氏硬度的简单换算：1HRC≈10HBS维氏硬度HV适于测试材料极薄层的硬度。如金属镀层、薄片金属、渗碳或氮化件的表面硬度等。第一章材料的性能－§1.1力学性能第十三页，共二十四页，2022年，8月28日三、塑性和韧性1.塑性（Plasticity）材料在外力作用下，产生永久残余变形而不断裂的能力。断面收缩率（PercentageReductioninArea）

其中，A1和A0分别为试样拉断处和试样原始的横截面积，mm2。伸长率（延伸率）（PercentageElongation）

其中，L1和L0分别为试样拉断后和试样原始的标距长度，mm。第一章材料的性能－§1.1力学性能第十四页，共二十四页，2022年，8月28日2.韧性（Toughness）材料断裂时所需能量的度量。冲击韧性（ImpactToughness）材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。试样冲断时所消耗的冲击功Ak:

Ak=mg·h1–mg·h2

（J）冲击韧性值ak

是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功，用以表示材料冲击韧性的大小：通常材料的塑性越好，韧性也越好。（J/cm2）第一章材料的性能－§1.1力学性能第十五页，共二十四页，2022年，8月28日冲击试验机冲击试样和冲击试验示意图第一章材料的性能－§1.1力学性能第十六页，共二十四页，2022年，8月28日材料的强度、硬度与塑性、韧性的关系：通常，材料的强度越高，则硬度越大。通常，材料的塑性越好，则韧性越好。通常，材料的强度和硬度越高，则塑性和韧性越低。第一章材料的性能－§1.1力学性能第十七页，共二十四页，2022年，8月28日四、疲劳强度

疲劳（Fatigue）材料在交变载荷作用下，在低于其屈服强度的应力下即发生断裂的现象。疲劳强度（FatigueStrength）材料在规定次数的交变载荷作用下，而不至引起断裂的最大应力，用-1

表示。疲劳强度又称疲劳极限。规定次数：钢铁材料：107有色金属及其合金：108。

钢铁材料的-1值约为其b的1/2，非金属材料的-1一般远低于金属。材料的疲劳损坏在工程领域中是较普遍的一种失效形式。因此，提高材料及其制品的疲劳寿命非常重要。

第一章材料的性能－§1.1力学性能第十八页，共二十四页，2022年，8月28日第二节物理和化学性能一、物理性能（PhysicalProperty）材料的物理性能是物质的化学组成不改变而某种性质发生变化时所表现出来的性能。1.密度（Density）材料单位体积的质量。与密度有关的重要指标：比强度抗拉强度与密度的比值，b/。飞机、宇宙飞船上使用的结构材料要求有高的比强度。Ti、Al及其合金具有高的比强度。比弹性模量弹性模量与密度的比值，E/。第一章材料的性能－§1.2物理和化学性能第十九页，共二十四页，2022年，8月28日2.熔点（MeltingPoint）材料的熔化温度。晶体材料具有固定的熔点，而非晶体则没有固定的熔点。3.热容（HeatCapacity）材料在没有体积变化时，温度变化1℃时热量的变化。材料从一种状态转变为另一种状态，其内部的原子或分子结构通常要发生变化，这使材料的热容也发生变化。如材料在熔化或气化时，需要外界输入热量，表现为材料的热容发生了变化。4.热膨胀性（Expansibility）线膨胀系数

材料每变化1℃时引起的长度相对膨胀量的大小。一般来说，陶瓷的线膨胀系数最小，金属次之，高分子材料最大。第一章材料的性能－§1.2物理和化学性能第二十页，共二十四页，2022年，8月28日5.导热性（HeatConductivity）材料传导热量的性能。通常，金属及合金的导热性远高于非金属材料。6.导电性（ElectricConductivity）材料传导电荷的性能，用电导率或电阻率表示。金属及其合金一般具有良好的导电性，陶瓷材料和高分子材料一般是绝缘体。7.磁性（Magnetism）材料在磁场中导磁的性能。物质的磁性主要有抗磁性、顺磁性、铁磁性等。8.介电常数（DielectricConstant）材料在电场中被极化的性能。第一章材料的性能－§1.2物理和化学性能第二十一页，共二十四页，2022年，8月28日二、化学性能（ChemicalProperty）材料的化学性能是物质通过发生化学反应而改变某种性质时所表现出来的性能。1.耐腐蚀性（CorrosionResistance）材料抵抗介质侵蚀的能力。陶瓷材料和高分子材料的而腐蚀性通常比金属材料高得多。2.高温抗氧化性（OxidationResistanceatHighTemperature)材料在高温下迅速氧化后，能在表面形成一层连续而致密并与母体结合牢靠的膜从而阻止进一步氧化的能力。3.抗老化性能（AgeingResistance）高分子材料抵抗老化的能力。4.降解性（Degradability）

塑料在自然环境下能否迅速分解的能力。第一章材料的性能－§1.2物理和化学性能第二十二页，共二十四页，2022年，8月28日第三节工艺性能（TechnologicalProperty）材料的工艺性能是材料在实际生产加工过程中适应工艺要求所表现出来的性能，又称为加工性能。一、铸造性（CastingCharacteristics）浇注铸件时，液态材料能充满铸型并获得优质铸件的能力。铸造性的好坏与液态材料的流动性、收缩率、偏析等因素有关。二、可锻性（Forgeability）材料是否易于进行压力加工的性能。可锻性的好坏主要以材料的塑性和变形抗力来衡量。第一章材料的性能－§1.3工艺性能第二十三页，共二十四页，2022年，8月28日三、焊接性（Weldability）材料是否易于焊接在一起并能保证焊缝质量的