1、第一章第一章 材料的性能材料的性能性性能能工藝性工藝性能能：鑄造性能、可鍛性、可焊性、切削鑄造性能、可鍛性、可焊性、切削加工性和熱處理工藝性等加工性和熱處理工藝性等使用性使用性能能力學(xué)性力學(xué)性能能：強(qiáng)度、硬度、塑性、強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、疲勞強(qiáng)度等韌性、疲勞強(qiáng)度等化學(xué)性化學(xué)性能能：抗氧化性和耐腐蝕抗氧化性和耐腐蝕性性物理性物理性能能：密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)電密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性和磁性性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性和磁性等等l使用性能：使用性能：材料在使用材料在使用過程中所表現(xiàn)的性能。過程中所表現(xiàn)的性能。包括包括力學(xué)性能、物理性力學(xué)性能、物理性能能和和化學(xué)性能?；瘜W(xué)性能。l工藝性能：工藝性能：材

2、料在加工材料在加工過程中所表現(xiàn)的性能。過程中所表現(xiàn)的性能。包括包括鑄造鑄造、鍛壓、焊接、鍛壓、焊接、熱處理熱處理和和切削性能等切削性能等。神舟一號飛船l力學(xué)性能力學(xué)性能：在外力作用下反映出來的性能；：在外力作用下反映出來的性能；l材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為變形變形。l外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱為外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形彈性變形。l外力去處后不能恢復(fù)的變形稱為外力去處后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形塑性變形。 五萬噸水壓機(jī)五萬噸水壓機(jī)應(yīng)力應(yīng)力 = P/F0應(yīng)變應(yīng)變 = (l-l0)/l0拉伸試驗機(jī)拉伸試驗機(jī)低碳鋼的應(yīng)力低碳鋼的

3、應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線拉伸前拉伸前斷裂后斷裂后拉伸試樣拉伸試樣l彈性：彈性：即即材料承受最大彈材料承受最大彈性變形時的應(yīng)力。性變形時的應(yīng)力。指標(biāo)為指標(biāo)為彈性極限彈性極限 e e。l剛度：剛度：材料受力時抵抗彈材料受力時抵抗彈性變形的能力。性變形的能力。指標(biāo)為指標(biāo)為彈彈性模量性模量E E： ）（ MPatgE 彈性模量彈性模量的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升高而的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(qiáng)化材料的手段如熱處理、冷熱加工、逐漸降低外，其他強(qiáng)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?？梢酝ㄟ^增加橫截面積合金化等對彈性模量的影響很小?？梢酝?/p>

4、過增加橫截面積或改變截面形狀來提高零件的剛度?；蚋淖兘孛嫘螤顏硖岣吡慵膭偠?。 l強(qiáng)度：強(qiáng)度：材料在外力作用下材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力。抵抗變形和破壞的能力。l屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度 s：材料發(fā)生微材料發(fā)生微量塑性變形時的應(yīng)力值。量塑性變形時的應(yīng)力值。l條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度 0.2：殘余變形量為殘余變形量為0.2%時的應(yīng)力值。時的應(yīng)力值。l抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 b：材料斷裂前所承受的最大材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力值。應(yīng)力值。0.2%100010 FFF 斷面收縮率斷面收縮率 ：拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象%100001 lll 伸長率伸長率 ：拉伸前拉伸前斷裂后斷裂后l說明：說明

5、：l 用面縮率表示塑性比伸長率更接近真實變形。用面縮率表示塑性比伸長率更接近真實變形。l 直徑直徑d0 相同時，相同時，l0 ， 。只有當(dāng)。只有當(dāng)l0/d0 為常數(shù)時，為常數(shù)時，塑性值才有可比性。塑性值才有可比性。l當(dāng)當(dāng)l0=10d0 時，伸長率用時，伸長率用 表示；表示；l當(dāng)當(dāng)l0=5d0 時，伸長率用時，伸長率用 5 表示，顯然表示，顯然 5 l 時，無頸縮，為脆性材料表征時，無頸縮，為脆性材料表征 時，有頸縮，為塑性材料表征時，有頸縮，為塑性材料表征無頸縮試樣無頸縮試樣有頸縮試樣有頸縮試樣l是指材料抵抗沖擊載荷是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。作用而不破壞的能力。l指標(biāo)為沖擊指標(biāo)為

6、沖擊韌性值韌性值ak(通通過沖擊實驗過沖擊實驗測得測得)。l韌脆轉(zhuǎn)變溫度：韌脆轉(zhuǎn)變溫度：材料的沖擊韌性隨溫材料的沖擊韌性隨溫度下降而下降。度下降而下降。在某一溫度范圍內(nèi)沖在某一溫度范圍內(nèi)沖擊韌性值急劇下降的現(xiàn)象稱擊韌性值急劇下降的現(xiàn)象稱韌脆轉(zhuǎn)變韌脆轉(zhuǎn)變. .發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱韌脆轉(zhuǎn)變韌脆轉(zhuǎn)變溫度溫度。材料的使用溫度應(yīng)高于韌脆轉(zhuǎn)材料的使用溫度應(yīng)高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度。變溫度。體心立方金體心立方金屬具有韌脆屬具有韌脆轉(zhuǎn)變溫度，轉(zhuǎn)變溫度，而大多數(shù)面而大多數(shù)面心立方金屬心立方金屬沒有沒有.解理斷口解理斷口韌窩斷口韌窩斷口TITANIC建造中的建造中的Titanic TITANI

7、C 的沉沒的沉沒與船體材料的質(zhì)量與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān)直接有關(guān)Titanic 號鋼板號鋼板（左圖）（左圖）和和近代船用鋼板近代船用鋼板（右圖）（右圖）的沖擊試驗結(jié)果的沖擊試驗結(jié)果Titanic近代船用鋼板近代船用鋼板l材料在低于材料在低于 s重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象.l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)力稱為應(yīng)力稱為疲勞極限疲勞極限。用。用 -1表示。表示。l鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為107，有色金屬合金為，有色金屬合金為108。疲勞應(yīng)力示意圖疲勞應(yīng)力示意圖疲勞曲線示意圖疲勞曲線示意圖通

8、過通過改善材料形狀結(jié)構(gòu)改善材料形狀結(jié)構(gòu)，減少表面缺陷減少表面缺陷，提高表面提高表面光潔度光潔度，進(jìn)行表面強(qiáng)化進(jìn)行表面強(qiáng)化等方法可提高材料疲勞抗力等方法可提高材料疲勞抗力.軸的疲勞斷口軸的疲勞斷口疲勞輝紋（掃描電鏡照片疲勞輝紋（掃描電鏡照片）五、硬度五、硬度l材料抵抗表面局部塑性變形材料抵抗表面局部塑性變形的能力。的能力。1 1、布氏硬度、布氏硬度HB)(2102. 022dDDDPHB 布氏硬度計布氏硬度計布氏硬度測試原理布氏硬度測試原理l壓頭為鋼球時壓頭為鋼球時，布氏硬度用符號，布氏硬度用符號HBS表示，適用于表示，適用于布氏硬度值在布氏硬度值在450以下的材料。以下的材料。l壓頭為硬質(zhì)合金

9、球時壓頭為硬質(zhì)合金球時，用符號，用符號HBW表示，適用于表示，適用于布氏硬度在布氏硬度在650以下的材料。以下的材料。l符號符號HBS或或HBW之前的數(shù)字表之前的數(shù)字表示硬度值，之后的數(shù)字按順序示硬度值，之后的數(shù)字按順序分別表示球體直徑分別表示球體直徑、載荷及載荷載荷及載荷保持時間保持時間, 如如120HBS10/1000/30 表示直徑為表示直徑為10mm的鋼球在的鋼球在1000kgf(9.807kN)載荷載荷作用下保持作用下保持30s測得的布氏硬度值為測得的布氏硬度值為120。布氏硬度壓痕布氏硬度壓痕l布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)

10、：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。還硬的材料。l適于測量適于測量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼, 鑄鐵及有色金屬的硬度。鑄鐵及有色金屬的硬度。l材料的材料的 b與與HB之間經(jīng)驗關(guān)系：之間經(jīng)驗關(guān)系： 對于低碳鋼對于低碳鋼: b(MPa)3.6HB 對于高碳鋼對于高碳鋼: b(MPa)3.4HB 對于鑄鐵對于鑄鐵: b(MPa)1HB或或 b(MPa)0.6(HB-40)HB b(MPa)鋼黃銅球墨鑄鐵2、洛氏硬度、洛氏硬度洛氏硬度計洛氏硬度計l洛氏硬度用符號洛氏硬度用符號HR表示，表示，HR=k-(h1-h0)/0.002l根據(jù)壓頭類

11、型和主載荷不同根據(jù)壓頭類型和主載荷不同, 分為九個標(biāo)尺分為九個標(biāo)尺, 常常用的標(biāo)尺為用的標(biāo)尺為A、B、C。 洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度測試示意圖l符號符號HR前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺。lHRA用于測量高硬度材料用于測量高硬度材料, 如如硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。lHRB用于測量低硬度材料用于測量低硬度材料, 如如有色金屬和退火有色金屬和退火、正火鋼等。正火鋼等。lHRC用于測量中等硬度材料，用于測量中等硬度材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。l洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：操作簡便，操作簡便，壓痕小，適用范圍廣

12、。壓痕小，適用范圍廣。l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：測量結(jié)果分散度大。測量結(jié)果分散度大。鋼球壓頭與鋼球壓頭與金剛石壓頭金剛石壓頭洛氏硬度壓痕洛氏硬度壓痕維氏硬度計維氏硬度計維氏硬度原理維氏硬度原理維氏硬度壓痕維氏硬度壓痕3、維氏硬度維氏硬度l維氏硬度用符號維氏硬度用符號HV表示表示，符號前的數(shù)字為硬度值，符號前的數(shù)字為硬度值，后面的數(shù)字按順序分別表后面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時間。示載荷值及載荷保持時間。小負(fù)荷維氏硬度計小負(fù)荷維氏硬度計顯微維氏硬度計顯微維氏硬度計l根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測定方法種測定方法 維氏硬度試驗維氏硬度試驗 、小負(fù)荷維氏硬度試驗小負(fù)荷維氏硬度

13、試驗、顯微維顯微維氏硬度試驗氏硬度試驗。l維氏硬度保留了布氏硬度和洛維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)氏硬度的優(yōu)點(diǎn)。油輪斷裂和北極星導(dǎo)油輪斷裂和北極星導(dǎo)彈發(fā)動機(jī)殼體爆炸與彈發(fā)動機(jī)殼體爆炸與材料中存在缺陷有關(guān)材料中存在缺陷有關(guān) 北極星導(dǎo)彈北極星導(dǎo)彈裂紋擴(kuò)展的基本形式裂紋擴(kuò)展的基本形式1943年美國年美國T-2油輪發(fā)生斷裂油輪發(fā)生斷裂l應(yīng)力強(qiáng)度因子：應(yīng)力強(qiáng)度因子：描述裂紋尖描述裂紋尖端附近應(yīng)力場強(qiáng)度的指標(biāo)。端附近應(yīng)力場強(qiáng)度的指標(biāo)。aYKI 2/1)( cca CCICaYK 23/mMNl斷裂韌性：斷裂韌性：材料抵抗內(nèi)部裂材料抵抗內(nèi)部裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。l C為斷裂應(yīng)力，為斷

14、裂應(yīng)力， aC為臨界裂為臨界裂紋半長，單位為紋半長，單位為 1.6 材料的物理及化學(xué)性能材料的物理及化學(xué)性能1.6.1 材料的物理性能材料的物理性能輕金屬：輕金屬： 密度密度小于小于5103kgm3的金屬，的金屬，如鋁、鎂、鈦及它們的合金。如鋁、鎂、鈦及它們的合金。重金屬：重金屬：密度大于密度大于5103kgm3的金屬，的金屬，如鐵、鉛、鎢等。如鐵、鉛、鎢等。1. 金屬的物理性能金屬的物理性能（1）密度）密度 單位體積物質(zhì)的質(zhì)量稱為該物質(zhì)的密度：單位體積物質(zhì)的質(zhì)量稱為該物質(zhì)的密度：=m/V(2) (2) 熔點(diǎn)熔點(diǎn) 金屬從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變時的溫度稱為熔點(diǎn)，純金金屬從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變時的溫度稱為熔點(diǎn)，

15、純金屬都有固定的熔點(diǎn)。屬都有固定的熔點(diǎn)。 難熔金屬難熔金屬，如鎢、鉬、釩等，可以用來制造耐高，如鎢、鉬、釩等，可以用來制造耐高溫零件，如在火箭、導(dǎo)彈、燃?xì)廨啓C(jī)和噴氣飛機(jī)等方溫零件，如在火箭、導(dǎo)彈、燃?xì)廨啓C(jī)和噴氣飛機(jī)等方面得到廣泛應(yīng)用。面得到廣泛應(yīng)用。 易熔金屬易熔金屬，如錫、鉛等，可用于制造保險絲和防，如錫、鉛等，可用于制造保險絲和防火安全閥零件等?；鸢踩y零件等。(3) 導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性 導(dǎo)熱性通常用熱導(dǎo)率來衡量。熱導(dǎo)率的符號導(dǎo)熱性通常用熱導(dǎo)率來衡量。熱導(dǎo)率的符號是是，單位是單位是WmK。 熱導(dǎo)率越大，導(dǎo)熱性越好。金屬的導(dǎo)熱性以銀為最熱導(dǎo)率越大，導(dǎo)熱性越好。金屬的導(dǎo)熱性以銀為最好，銅、鋁次之。合

16、金的導(dǎo)熱性比純金屬差。好，銅、鋁次之。合金的導(dǎo)熱性比純金屬差。 在制造散熱器、熱交換器與活塞等零件時，要選用在制造散熱器、熱交換器與活塞等零件時，要選用導(dǎo)熱性好的金屬材料。導(dǎo)熱性好的金屬材料。 (4) 導(dǎo)電性導(dǎo)電性 傳導(dǎo)電流的能力稱導(dǎo)電性，用電阻率來衡量，電阻率傳導(dǎo)電流的能力稱導(dǎo)電性，用電阻率來衡量，電阻率的單位是的單位是m。 電阻率越小，金屬材料導(dǎo)電性越好電阻率越小，金屬材料導(dǎo)電性越好，金屬導(dǎo)電性以銀，金屬導(dǎo)電性以銀為最好，銅、鋁次之。合金的導(dǎo)電性比純金屬差。為最好，銅、鋁次之。合金的導(dǎo)電性比純金屬差。 電阻率小的金屬電阻率小的金屬(純銅、純鋁純銅、純鋁)適于制造適于制造導(dǎo)電零件和電導(dǎo)電零件

17、和電線線。電阻率大的金屬或合金。電阻率大的金屬或合金(如鎢、鉬、鐵、鉻如鎢、鉬、鐵、鉻)適于做適于做電熱元件。電熱元件。(5) 熱膨脹性熱膨脹性 熱膨脹性用線膨脹系數(shù)熱膨脹性用線膨脹系數(shù)aL和體脹系數(shù)和體脹系數(shù)av來表示。來表示。aL = L2-L1 L1tav 3aL 由膨脹系數(shù)大的材料制造的零件，在溫度變化時，尺由膨脹系數(shù)大的材料制造的零件，在溫度變化時，尺寸和形狀變化較大寸和形狀變化較大。軸和軸瓦之間要根據(jù)其膨脹系數(shù)來控。軸和軸瓦之間要根據(jù)其膨脹系數(shù)來控制其間隙尺寸；在熱加工和熱處理時也要考慮材料的熱膨制其間隙尺寸；在熱加工和熱處理時也要考慮材料的熱膨脹影響，以減少工件的變形和開裂脹影響

18、，以減少工件的變形和開裂。(6) 磁性磁性鐵磁性材料鐵磁性材料：在外磁場中能強(qiáng)烈地被磁化，如鐵、在外磁場中能強(qiáng)烈地被磁化，如鐵、鈷等；鈷等；順磁性材料順磁性材料：在外磁場中只能：在外磁場中只能微弱地被磁化微弱地被磁化，如，如錳、鉻等；錳、鉻等；抗磁性材料抗磁性材料：能：能抗拒或削弱外磁場對材料本身的抗拒或削弱外磁場對材料本身的磁化作用磁化作用如銅、鋅等。如銅、鋅等。 鐵磁性材料可用于制造變壓器、電動機(jī)、測量儀表等。鐵磁性材料可用于制造變壓器、電動機(jī)、測量儀表等。抗磁性材料則用于要求避免電磁場干擾的零件和結(jié)構(gòu)材抗磁性材料則用于要求避免電磁場干擾的零件和結(jié)構(gòu)材料，如航海羅盤。鐵磁性材料當(dāng)溫度升高到

19、一定數(shù)值時，料，如航海羅盤。鐵磁性材料當(dāng)溫度升高到一定數(shù)值時，磁疇被破壞，變?yōu)轫槾朋w，這個轉(zhuǎn)變溫度稱為居里點(diǎn)，磁疇被破壞，變?yōu)轫槾朋w，這個轉(zhuǎn)變溫度稱為居里點(diǎn)，如鐵的居里點(diǎn)是如鐵的居里點(diǎn)是770。材料材料抵抗環(huán)境介質(zhì)腐蝕的能力抵抗環(huán)境介質(zhì)腐蝕的能力叫做材料的抗叫做材料的抗蝕性。蝕性。1.6.2. 材料的化學(xué)性能材料的化學(xué)性能分為：化學(xué)腐蝕分為：化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕。(1) (1) 耐腐蝕性耐腐蝕性1）化學(xué)腐蝕）化學(xué)腐蝕 金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生純化學(xué)作用純化學(xué)作用產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)生的腐蝕金屬在干燥氣體中的腐蝕。金屬在干燥氣體中的腐蝕。如高溫燃?xì)鈱u輪噴氣式發(fā)動機(jī)零部件的腐蝕。如高溫燃?xì)鈱u輪噴氣式發(fā)動機(jī)零部件的腐蝕。金屬在非電解液中的腐蝕。金屬在非電解液中的腐蝕。如飛機(jī)管路系統(tǒng)受汽油、滑油的腐蝕。如飛機(jī)