第三章金屬材料的性能

(ThepropertiesofmetalMaterials)一、定義金屬材料在使用和加工過程中所表現(xiàn)出的特性,稱為金屬材料的性能。二、分類★機(jī)械性能(Mechanicalproperties)，船機(jī)、輪機(jī)人員關(guān)心的。★工藝性能(workability)是制造人員關(guān)心的。★理化性能(physicalandchemicalproperties)船機(jī)、輪機(jī)人員關(guān)心的。第三章金屬材料的性能

(Thepropertiesof1§2-1金屬材料的機(jī)械性能（也稱力學(xué)性能）

一、概述1.定義:金屬在各種外力作用下抵抗變形和斷裂的能力,稱為金屬的機(jī)械性能(又稱為金屬的力學(xué)性能)?；蚪饘俨牧蠈?duì)外界載荷的反應(yīng)能力。作用：機(jī)械性能是設(shè)計(jì)機(jī)件和選用材料的依據(jù)。２.分類根據(jù)使用溫度不同分：1>室溫下的機(jī)械性能指標(biāo)

①剛度(stiffness)；②強(qiáng)度(strength)；③塑性(Plasticity)；④硬度(hardness)；⑤疲勞強(qiáng)度(fatiguestrength)；⑥沖擊韌性(impacttoughness)§2-1金屬材料的機(jī)械性能（也稱力學(xué)性能）一、概述22>高溫下的機(jī)械性能指標(biāo)：

①高溫強(qiáng)度；②熱硬性二、室溫下的機(jī)械性能

拉伸試驗(yàn)(Thetensiletest)方法是測定室溫下機(jī)械性能的重要方法,通過這些試驗(yàn),可以得到σ━ε曲線(應(yīng)力━━應(yīng)變曲線)(stress-straincurve)。（一）剛度（stiffness）

⑴定義:金屬材料在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力，稱為～。⑵衡量指標(biāo):彈性模量:E=σ/ε(σ、ε分別為彈性變形時(shí)的應(yīng)力與應(yīng)變)。

2>高溫下的機(jī)械性能指標(biāo)：①高溫強(qiáng)度；②熱硬3⑶剛度的影響因素

E=/=（P/F）/（L/L0）

L=（PL0）/（EF）在P、L0一定的情況下，L取決于EF（剛度）?！?/p>

材料的彈性模量E:對(duì)熱處理與合金化、及冷熱加工方法不敏感（主要取決于材料分子間作用力的強(qiáng)弱），故從剛度出發(fā)，選用一般鋼材即可，不必選用合金鋼?！?/p>

零件的截面大?。涸O(shè)計(jì)時(shí)，如果要增大剛度，主要通過增大截面積來實(shí)現(xiàn)?！锝Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：采用支承、改善應(yīng)力分布等方法。⑶剛度的影響因素4（二）強(qiáng)度（Strength）

⑴定義:在外力作用下,材料抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的能力，稱為～。⑵衡量指標(biāo):主要有:1．屈服強(qiáng)度（σｓ）：材料抵抗微量塑性變形的能力，稱為～。絕大多數(shù)機(jī)械零件（如：緊固螺栓等），在工作中不允許產(chǎn)生明顯的塑性變形，因此，屈服極限是設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)之一。

工作應(yīng)力：＝s/nn—安全系數(shù)（二）強(qiáng)度（Strength）52.抗拉強(qiáng)度（σb）（強(qiáng)度極限）

抗拉強(qiáng)度表示材料對(duì)發(fā)生最大均勻變形的抗力，當(dāng)零件承受的應(yīng)力大于σb時(shí)，零件就會(huì)斷裂，用σb表示。材料抵抗斷裂的能力，稱為～。（斷裂前的最大應(yīng)力）3.屈強(qiáng)比（σs/σb)：屈強(qiáng)比小，可靠性高，但材料性能的浪費(fèi)大。影響因素:熱處理、合金化、細(xì)晶強(qiáng)化冷熱加工方法都會(huì)對(duì)上述指標(biāo)產(chǎn)生很大的影響。（三）塑性指標(biāo)（plasticity）⑴定義:在外力作用下,材料產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力,稱為塑性.⑵衡量指標(biāo):2.抗拉強(qiáng)度（σb）（強(qiáng)度極限）6

1.延伸率（δ＝(l1-l0)/l0*100％） 應(yīng)用：工程上按延伸率的大小將材料分成兩類：δ〉５％的材料──塑性材料；δ〈５％的材料──脆性材料；

2.斷面收縮率

ψ＝(F0-F1)/F0*100％）。其中：F0為試樣原始截面積；F1為拉斷后的截面積。3.塑性好的含義：一方面表示材料塑性加工性好;另一方面表示材料承受過載的能力強(qiáng)(通過塑性變形,加工硬化來提高強(qiáng)度)。注意：塑性指標(biāo)不能直接用于設(shè)計(jì)計(jì)算，通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來選擇，一般零件有5％，ψ有１０％即可滿足要求。1.延伸率（δ＝(l1-l0)/l0*100％）7（四）硬度（hardness）

很常用的指標(biāo)，零件的設(shè)計(jì)圖紙上一般標(biāo)有對(duì)硬度的要求。應(yīng)用很廣。1）定義：金屬表面抵抗局部塑性變形的能力,稱為硬度。衡量材料軟硬的指標(biāo)。2）衡量指標(biāo):常用的方法是采用壓入法，即：將一硬質(zhì)壓頭，在一定載荷下壓入被測材料的表面，形成壓痕，根據(jù)壓痕的大小或深度來表示硬度值。常用的有三種：1．布氏硬度ＨＢ(Brinelltest)方法:用載荷Ｐ，將一個(gè)直徑為Ｄ（有１０、５、２．５ｍｍ三種）的硬鋼球壓入被測金屬的表面，使表面形成壓痕，壓痕單位面積上承受的壓力就是ＨＢ。

（四）硬度（hardness）8

優(yōu)缺點(diǎn)：壓痕大，誤差小；與強(qiáng)度有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系；不適用于成品檢驗(yàn)(壓痕太大)，只能在試樣上進(jìn)行。2．洛氏硬度(Rockwelltest)方法：原理與布氏硬度相仿。標(biāo)準(zhǔn)壓頭為鋼球或金剛石１２０°圓錐體。試驗(yàn)時(shí)，將初負(fù)荷P0=10kg加上后,再加主負(fù)荷P,保持規(guī)定時(shí)間后卸除,根據(jù)壓痕的深度，來衡量硬度的大小。深度相差0.002mm，作為相差一個(gè)洛氏硬度單位。壓陷坑越深，硬度越小。HR=（K-h）/0.002當(dāng)使用金剛石壓頭時(shí)：K＝0.2mm;當(dāng)使用鋼球壓頭時(shí)：K＝0.26mm;

優(yōu)缺點(diǎn)：壓痕大，誤差小；與強(qiáng)度有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系；不適9

根據(jù)所用的壓頭及載荷大小不同分３種：①ＨＲＡ用于測量極硬的材料（如滲碳層）；②ＨＲＢ；測量較軟的材料（有色金屬與退火鋼）；※③ＨＲＣ測量較硬的材料（淬火鋼）。其中以ＨＲＣ應(yīng)用最廣。特點(diǎn)：操作簡便、迅速（結(jié)果由表頭直接給出），誤差大（壓痕?。?。注意：不同級(jí)別的硬度無可比性，只能查表，換算成同一級(jí)別后，才能比較數(shù)值的大小。3.維氏硬度(Vickerstest)方法：用（相鄰平面）夾角為１３６°的金剛石四棱錐體（也稱四方角錐體）做壓頭，載荷范圍５～１２００Ｎ，（根據(jù)需要選擇），保持一定時(shí)間，根據(jù)壓痕投影的兩對(duì)角線的平均長度，計(jì)算出壓痕的面積，再求出壓痕上的平均壓力，以此作為硬度的大小，并稱為維氏硬度。用ＨＶ表示。HV＝P/F=1.8544P/d；d—壓痕的對(duì)角線長度。

根據(jù)所用的壓頭及載荷大小不同分３種：①ＨＲＡ用于10壓痕d壓痕面積平均壓力HV。適用范圍：很薄的工件、經(jīng)化學(xué)熱處理后的工件（表面層：如滲層、鍍層的測量）。特點(diǎn)：適用范圍廣，比HB、HR測量精確，但操作麻煩，沒有洛氏硬度效率高，一般用于科研。4.影響硬度因素:取決于成份（特別是含C量）和熱處理工藝。（五）沖擊韌性（impacttoughness）⑴定義:材料抵抗沖擊截荷的能力。一次沖斷試樣。⑵試驗(yàn)方法：材料力學(xué)中的擺錘試驗(yàn)(Charpyimpacttest)。壓痕d壓痕面積平均壓力HV。11⑶衡量指標(biāo)(aｋ）分析及應(yīng)用：沖擊韌性值：ak=Ak/F（J/cm2）；Ak—沖擊功ak與下述因素有關(guān)：①材料及其狀態(tài)；②試樣的形狀和尺寸；試樣不同時(shí)，結(jié)果不可比；③與溫度有關(guān)；當(dāng)溫度降到某一數(shù)值時(shí)，aｋ急劇下降，這個(gè)溫度稱為脆性轉(zhuǎn)變溫度Ｔｋ（℃）（使沖擊韌性急劇降低的溫度）。Tk低，說明材料的低溫沖擊韌性好。

以上：強(qiáng)度、硬度、塑性和沖擊韌性稱為傳統(tǒng)的“四大強(qiáng)度指標(biāo)”。⑶衡量指標(biāo)(aｋ）分析及應(yīng)用：沖擊韌性值：ak=Ak/F12（六）疲勞強(qiáng)度（fatiguestrength）1．疲勞現(xiàn)象：在交變載荷作用下，材料在所受的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于抗拉強(qiáng)度（甚至屈服強(qiáng)度）的情況下，出現(xiàn)的斷裂現(xiàn)象稱為“疲勞”。載荷的特點(diǎn)：應(yīng)力<<σb（甚至<<σｓ）。金屬因疲勞而產(chǎn)生的斷裂稱為疲勞斷裂.機(jī)件的斷裂事故中:80～90％屬于疲勞斷裂。如軸、齒輪、彈簧、橋梁等。材料在無限次交變載荷的作用下，不致因疲勞而破壞的最大應(yīng)力，稱為疲勞強(qiáng)度。

用σw表示（N/mm2)規(guī)定無限次應(yīng)力循環(huán)的含義為：鋼鐵：N>=107;有色金屬：N>=108（六）疲勞強(qiáng)度（fatiguestrength）13疲勞斷裂的特點(diǎn):突然產(chǎn)生；斷裂前無明顯的塑性變形；很危險(xiǎn)。疲勞斷口的特征:分為三個(gè)區(qū)：①疲勞源(核心區(qū))；②擴(kuò)展區(qū)；③最后斷裂區(qū)。兩部分：磨光部分；（疲勞源和擴(kuò)展區(qū)）粗糙晶?；蚶w維狀區(qū)。（最后斷裂區(qū)）（粗大）疲勞源擴(kuò)展區(qū)最后斷裂區(qū)疲勞斷裂的特點(diǎn):突然產(chǎn)生；斷裂前無明顯的塑性變形；很危險(xiǎn)。142．衡量指標(biāo):σ-13．影響因素:抗拉強(qiáng)度;(大約等于斷裂應(yīng)力的一半）；工作條件(如工作溫度、介質(zhì)等)；零件表面的質(zhì)量:(粗糙度,表面性能等)。4.提高疲勞強(qiáng)度的方法：⑴表面強(qiáng)化處理（噴丸、表面熱處理、表面合金化）；表面產(chǎn)生壓應(yīng)力。⑵合理設(shè)計(jì)；形狀要有利于減少應(yīng)力集中；如采用圓角過渡。⑶提高加工質(zhì)量；如降低表面粗糙度等。2．衡量指標(biāo):σ-115二、高溫下金屬的機(jī)械性能問題的提出：很多零件在高溫下長期工作，（如柴油機(jī)進(jìn)（400～500℃）、排氣閥（650～800℃））溫度對(duì)金屬的機(jī)械性能有很大的影響；其次在高溫下工作的時(shí)間也有很大的影響。

蠕變現(xiàn)象:金屬零件長期在高溫和恒應(yīng)力（即使應(yīng)力小于σｓ）的作用下,緩慢地產(chǎn)生塑性變形,這種現(xiàn)象稱為～（Ｃreep）。蠕變的結(jié)果是導(dǎo)致斷裂。所以對(duì)高溫下機(jī)械性能指標(biāo)要提出新的衡量標(biāo)準(zhǔn)。二、高溫下金屬的機(jī)械性能問題的提出：很多零件在高溫下長16

高溫機(jī)械性能指標(biāo)主要有：⑴熱強(qiáng)度；⑵熱硬性。1.熱強(qiáng)度＝f（σ，ε，Ｔ，ｔ）；（Ｔ─溫度；ｔ─時(shí)間）①蠕變極限（Creeplimit）：金屬材料長期在高溫和恒應(yīng)力（即使應(yīng)力小于σｓ）的作用下抵抗塑性變形的能力，表示方法：σδ/tT；②持久強(qiáng)度（Creeprupturestrength)：金屬材料長期在高溫和恒應(yīng)力（即使應(yīng)力小于σｓ）的作用下抵抗斷裂的能力，表示方法:σtT。2．熱硬性：材料在高溫下具有較高硬度的性能,稱為～。強(qiáng)調(diào)在高溫下保持高硬度的能力。高溫機(jī)械性能指標(biāo)主要有：⑴熱強(qiáng)度；⑵熱硬性。17§3-2金屬的工藝性能一、概述

1．定義:把金屬材料在加工過程中表現(xiàn)出的特性稱為工藝性能。2．分類:鑄造性(Castability)；鍛造性(Forgeability)；焊接性(Weldability)；切削性(Cutability)；熱處理性(Heat-treatableability)；冷變形性(Cold-formingability)等。3.工藝性能的重要性：實(shí)例如：某廠用24SiMnWV作為20CrMnTi的代用材料，性能好，但因正火后，硬度高，切削加工困難，不能滿足大批量生產(chǎn)的要求而被否決?！?-2金屬的工藝性能一、概述18二、鑄造性1．定義：金屬材料通過鑄造的方法獲得完好鑄件的能力,稱為金屬材料的～。2．衡量指標(biāo):1）流動(dòng)性；2）收縮性；鋼的收縮率比鑄鐵的大；3）偏析：化學(xué)成分不均勻性。性能不均勻。三、可鍛性：

承受壓力加工變形的能力,稱為～。取決于兩方面：①塑性；（開裂的傾向）②變形抗力。含C量低,可鍛性好。鑄鐵不可鍛造。二、鑄造性19四、可焊性：定義：在一般焊接條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊縫的能力。標(biāo)準(zhǔn)：焊縫產(chǎn)生裂紋的傾向、焊縫的可靠性。

影響因素：化學(xué)成分,特別是C。五、可熱處理性：用淬透性、淬硬性等衡量(后面談到）。六、可切削加工性：

反映切削加工的難易程度。HB160～230時(shí)最易切削加工。七、冷變形工藝性：變形部位不得產(chǎn)生裂紋和分層等。四、可焊性：20§2-3金屬材料的理化性能一、物理性能（Physicalproperties）

比重（Density)、熔點(diǎn)（Meltingpoint)、導(dǎo)電性（Electricalconductivity)、導(dǎo)熱性(Thermalconductivity)、磁性(MagneticProperties)等。

應(yīng)用實(shí)例：（1）柴油機(jī)的活塞：低速機(jī)用（鋼頭＋鐵裙組合活塞或鑄鐵活塞）；高速機(jī)用鋁合金。（why?)（2）船用儀表指針：要求使用奧氏體不銹鋼，不能用其它材料。（why?)§2-3金屬材料的理化性能21二、化學(xué)性能

如：耐腐蝕性(corrosionresistance，一般用每年的腐蝕深度來評(píng)定耐蝕等級(jí))、抗氧化性(Oxidationresistance)等。

應(yīng)用實(shí)例：

（1）排氣閥、氣缸套等的抗氧化和抗腐蝕；（2）船體的防腐；（3）管路的防腐。二、化學(xué)性能22本章小結(jié)和思考題：1．解釋：剛度、強(qiáng)度、硬度、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度、蠕變、蠕變極限、持久強(qiáng)度、熱硬性。2．材料的塑性是由哪兩個(gè)性能指標(biāo)表示的？在工程中塑性材料和脆性材料是按什么劃分的？3．零件的剛度與哪些因素有關(guān)？如何提高剛度？4．在屈服強(qiáng)度、延伸率、HB和E中，哪些（或哪個(gè)）指標(biāo)可通過改變成分、組織來顯著提高？哪些不能？5．硬度指標(biāo)中HB、HRC、HV有何不同？哪個(gè)應(yīng)用最廣？6．金屬的高溫性能指標(biāo)和工藝性能指標(biāo)有哪些？7．高速柴油機(jī)的活塞為何選用鋁合金？而低速柴油機(jī)的活塞為何采用鑄鐵或鑄鐵與鋼的組合活塞？本章小結(jié)和思考題：23第三章金屬材料的性能

(ThepropertiesofmetalMaterials)一、定義金屬材料在使用和加工過程中所表現(xiàn)出的特性,稱為金屬材料的性能。二、分類★機(jī)械性能(Mechanicalproperties)，船機(jī)、輪機(jī)人員關(guān)心的。★工藝性能(workability)是制造人員關(guān)心的?！锢砘阅?physicalandchemicalproperties)船機(jī)、輪機(jī)人員關(guān)心的。第三章金屬材料的性能

(Thepropertiesof24§2-1金屬材料的機(jī)械性能（也稱力學(xué)性能）

一、概述1.定義:金屬在各種外力作用下抵抗變形和斷裂的能力,稱為金屬的機(jī)械性能(又稱為金屬的力學(xué)性能)。或金屬材料對(duì)外界載荷的反應(yīng)能力。作用：機(jī)械性能是設(shè)計(jì)機(jī)件和選用材料的依據(jù)。２.分類根據(jù)使用溫度不同分：1>室溫下的機(jī)械性能指標(biāo)

①剛度(stiffness)；②強(qiáng)度(strength)；③塑性(Plasticity)；④硬度(hardness)；⑤疲勞強(qiáng)度(fatiguestrength)；⑥沖擊韌性(impacttoughness)§2-1金屬材料的機(jī)械性能（也稱力學(xué)性能）一、概述252>高溫下的機(jī)械性能指標(biāo)：

①高溫強(qiáng)度；②熱硬性二、室溫下的機(jī)械性能

拉伸試驗(yàn)(Thetensiletest)方法是測定室溫下機(jī)械性能的重要方法,通過這些試驗(yàn),可以得到σ━ε曲線(應(yīng)力━━應(yīng)變曲線)(stress-straincurve)。（一）剛度（stiffness）

⑴定義:金屬材料在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力，稱為～。⑵衡量指標(biāo):彈性模量:E=σ/ε(σ、ε分別為彈性變形時(shí)的應(yīng)力與應(yīng)變)。

2>高溫下的機(jī)械性能指標(biāo)：①高溫強(qiáng)度；②熱硬26⑶剛度的影響因素

E=/=（P/F）/（L/L0）

L=（PL0）/（EF）在P、L0一定的情況下，L取決于EF（剛度）?！?/p>

材料的彈性模量E:對(duì)熱處理與合金化、及冷熱加工方法不敏感（主要取決于材料分子間作用力的強(qiáng)弱），故從剛度出發(fā)，選用一般鋼材即可，不必選用合金鋼?！?/p>

零件的截面大?。涸O(shè)計(jì)時(shí)，如果要增大剛度，主要通過增大截面積來實(shí)現(xiàn)?！锝Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：采用支承、改善應(yīng)力分布等方法。⑶剛度的影響因素27（二）強(qiáng)度（Strength）

⑴定義:在外力作用下,材料抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的能力，稱為～。⑵衡量指標(biāo):主要有:1．屈服強(qiáng)度（σｓ）：材料抵抗微量塑性變形的能力，稱為～。絕大多數(shù)機(jī)械零件（如：緊固螺栓等），在工作中不允許產(chǎn)生明顯的塑性變形，因此，屈服極限是設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)之一。

工作應(yīng)力：＝s/nn—安全系數(shù)（二）強(qiáng)度（Strength）282.抗拉強(qiáng)度（σb）（強(qiáng)度極限）

抗拉強(qiáng)度表示材料對(duì)發(fā)生最大均勻變形的抗力，當(dāng)零件承受的應(yīng)力大于σb時(shí)，零件就會(huì)斷裂，用σb表示。材料抵抗斷裂的能力，稱為～。（斷裂前的最大應(yīng)力）3.屈強(qiáng)比（σs/σb)：屈強(qiáng)比小，可靠性高，但材料性能的浪費(fèi)大。影響因素:熱處理、合金化、細(xì)晶強(qiáng)化冷熱加工方法都會(huì)對(duì)上述指標(biāo)產(chǎn)生很大的影響。（三）塑性指標(biāo)（plasticity）⑴定義:在外力作用下,材料產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力,稱為塑性.⑵衡量指標(biāo):2.抗拉強(qiáng)度（σb）（強(qiáng)度極限）29

1.延伸率（δ＝(l1-l0)/l0*100％） 應(yīng)用：工程上按延伸率的大小將材料分成兩類：δ〉５％的材料──塑性材料；δ〈５％的材料──脆性材料；

2.斷面收縮率

ψ＝(F0-F1)/F0*100％）。其中：F0為試樣原始截面積；F1為拉斷后的截面積。3.塑性好的含義：一方面表示材料塑性加工性好;另一方面表示材料承受過載的能力強(qiáng)(通過塑性變形,加工硬化來提高強(qiáng)度)。注意：塑性指標(biāo)不能直接用于設(shè)計(jì)計(jì)算，通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來選擇，一般零件有5％，ψ有１０％即可滿足要求。1.延伸率（δ＝(l1-l0)/l0*100％）30（四）硬度（hardness）

很常用的指標(biāo)，零件的設(shè)計(jì)圖紙上一般標(biāo)有對(duì)硬度的要求。應(yīng)用很廣。1）定義：金屬表面抵抗局部塑性變形的能力,稱為硬度。衡量材料軟硬的指標(biāo)。2）衡量指標(biāo):常用的方法是采用壓入法，即：將一硬質(zhì)壓頭，在一定載荷下壓入被測材料的表面，形成壓痕，根據(jù)壓痕的大小或深度來表示硬度值。常用的有三種：1．布氏硬度ＨＢ(Brinelltest)方法:用載荷Ｐ，將一個(gè)直徑為Ｄ（有１０、５、２．５ｍｍ三種）的硬鋼球壓入被測金屬的表面，使表面形成壓痕，壓痕單位面積上承受的壓力就是ＨＢ。

（四）硬度（hardness）31

優(yōu)缺點(diǎn)：壓痕大，誤差小；與強(qiáng)度有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系；不適用于成品檢驗(yàn)(壓痕太大)，只能在試樣上進(jìn)行。2．洛氏硬度(Rockwelltest)方法：原理與布氏硬度相仿。標(biāo)準(zhǔn)壓頭為鋼球或金剛石１２０°圓錐體。試驗(yàn)時(shí)，將初負(fù)荷P0=10kg加上后,再加主負(fù)荷P,保持規(guī)定時(shí)間后卸除,根據(jù)壓痕的深度，來衡量硬度的大小。深度相差0.002mm，作為相差一個(gè)洛氏硬度單位。壓陷坑越深，硬度越小。HR=（K-h）/0.002當(dāng)使用金剛石壓頭時(shí)：K＝0.2mm;當(dāng)使用鋼球壓頭時(shí)：K＝0.26mm;

優(yōu)缺點(diǎn)：壓痕大，誤差?。慌c強(qiáng)度有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系；不適32

根據(jù)所用的壓頭及載荷大小不同分３種：①ＨＲＡ用于測量極硬的材料（如滲碳層）；②ＨＲＢ；測量較軟的材料（有色金屬與退火鋼）；※③ＨＲＣ測量較硬的材料（淬火鋼）。其中以ＨＲＣ應(yīng)用最廣。特點(diǎn)：操作簡便、迅速（結(jié)果由表頭直接給出），誤差大（壓痕?。?。注意：不同級(jí)別的硬度無可比性，只能查表，換算成同一級(jí)別后，才能比較數(shù)值的大小。3.維氏硬度(Vickerstest)方法：用（相鄰平面）夾角為１３６°的金剛石四棱錐體（也稱四方角錐體）做壓頭，載荷范圍５～１２００Ｎ，（根據(jù)需要選擇），保持一定時(shí)間，根據(jù)壓痕投影的兩對(duì)角線的平均長度，計(jì)算出壓痕的面積，再求出壓痕上的平均壓力，以此作為硬度的大小，并稱為維氏硬度。用ＨＶ表示。HV＝P/F=1.8544P/d；d—壓痕的對(duì)角線長度。

根據(jù)所用的壓頭及載荷大小不同分３種：①ＨＲＡ用于33壓痕d壓痕面積平均壓力HV。適用范圍：很薄的工件、經(jīng)化學(xué)熱處理后的工件（表面層：如滲層、鍍層的測量）。特點(diǎn)：適用范圍廣，比HB、HR測量精確，但操作麻煩，沒有洛氏硬度效率高，一般用于科研。4.影響硬度因素:取決于成份（特別是含C量）和熱處理工藝。（五）沖擊韌性（impacttoughness）⑴定義:材料抵抗沖擊截荷的能力。一次沖斷試樣。⑵試驗(yàn)方法：材料力學(xué)中的擺錘試驗(yàn)(Charpyimpacttest)。壓痕d壓痕面積平均壓力HV。34⑶衡量指標(biāo)(aｋ）分析及應(yīng)用：沖擊韌性值：ak=Ak/F（J/cm2）；Ak—沖擊功ak與下述因素有關(guān)：①材料及其狀態(tài)；②試樣的形狀和尺寸；試樣不同時(shí)，結(jié)果不可比；③與溫度有關(guān)；當(dāng)溫度降到某一數(shù)值時(shí)，aｋ急劇下降，這個(gè)溫度稱為脆性轉(zhuǎn)變溫度Ｔｋ（℃）（使沖擊韌性急劇降低的溫度）。Tk低，說明材料的低溫沖擊韌性好。

以上：強(qiáng)度、硬度、塑性和沖擊韌性稱為傳統(tǒng)的“四大強(qiáng)度指標(biāo)”。⑶衡量指標(biāo)(aｋ）分析及應(yīng)用：沖擊韌性值：ak=Ak/F35（六）疲勞強(qiáng)度（fatiguestrength）1．疲勞現(xiàn)象：在交變載荷作用下，材料在所受的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于抗拉強(qiáng)度（甚至屈服強(qiáng)度）的情況下，出現(xiàn)的斷裂現(xiàn)象稱為“疲勞”。載荷的特點(diǎn)：應(yīng)力<<σb（甚至<<σｓ）。金屬因疲勞而產(chǎn)生的斷裂稱為疲勞斷裂.機(jī)件的斷裂事故中:80～90％屬于疲勞斷裂。如軸、齒輪、彈簧、橋梁等。材料在無限次交變載荷的作用下，不致因疲勞而破壞的最大應(yīng)力，稱為疲勞強(qiáng)度。

用σw表示（N/mm2)規(guī)定無限次應(yīng)力循環(huán)的含義為：鋼鐵：N>=107;有色金屬：N>=108（六）疲勞強(qiáng)度（fatiguestrength）36疲勞斷裂的特點(diǎn):突然產(chǎn)生；斷裂前無明顯的塑性變形；很危險(xiǎn)。疲勞斷口的特征:分為三個(gè)區(qū)：①疲勞源(核心區(qū))；②擴(kuò)展區(qū)；③最后斷裂區(qū)。兩部分：磨光部分；（疲勞源和擴(kuò)展區(qū)）粗糙晶?；蚶w維狀區(qū)。（最后斷裂區(qū)）（粗大）疲勞源擴(kuò)展區(qū)最后斷裂區(qū)疲勞斷裂的特點(diǎn):突然產(chǎn)生；斷裂前無明顯的塑性變形；很危險(xiǎn)。372．衡量指標(biāo):σ-13．影響因素:抗拉強(qiáng)度;(大約等于斷裂應(yīng)力的一半）；工作條件(如工作溫度、介質(zhì)等)；零件表面的質(zhì)量:(粗糙度,表面性能等)。4.提高疲勞強(qiáng)度的方法：⑴表面強(qiáng)化處理（噴丸、表面熱處理、表面合金化）；表面產(chǎn)生壓應(yīng)力。⑵合理設(shè)計(jì)；形狀要有利于減少應(yīng)力集中；如采用圓角過渡。⑶提高加工質(zhì)量；如降低表面粗糙度等。2．衡量指標(biāo):σ-138二、高溫下金屬的機(jī)械性能問題的提出：很多零件在高溫下長期工作，（如柴油機(jī)進(jìn)（400～500℃）、排氣閥（650～800℃））溫度對(duì)金屬的機(jī)械性能有很大的影響；其次在高溫下工作的時(shí)間也有很大的影響。

蠕變現(xiàn)象:金屬零件長期在高溫和恒應(yīng)力（即使應(yīng)力小于σｓ）的作用下,緩慢地產(chǎn)生塑性變形,這種現(xiàn)象稱為～（Ｃreep）。蠕變的結(jié)果是導(dǎo)致斷裂。所以對(duì)高溫下機(jī)械性能指標(biāo)要提出新的衡量標(biāo)準(zhǔn)。二、高溫下金屬的機(jī)械性能問題的提出：很多零件在高溫下長39

高溫機(jī)械性能指標(biāo)主要有：⑴熱強(qiáng)度；⑵熱硬性。1.熱強(qiáng)度＝f（σ，ε，Ｔ，ｔ）；（Ｔ─溫度；ｔ─時(shí)間）①蠕變極限（Creeplimit）：金屬材料長期在高溫和恒應(yīng)力（即使應(yīng)力小于σｓ）的作用下抵抗塑性變形的能力，表示方法：σδ/tT；②持久強(qiáng)度（Creeprupturestrength)：金屬材料長期在高溫和恒應(yīng)力（即使應(yīng)力小于σｓ）的作用下抵抗斷裂的能力，表示方法:σtT。2．熱硬性：材料在高溫下具有較高硬度的性能,稱為～。強(qiáng)調(diào)在高溫下保持高硬度的能力。高溫機(jī)械性能指標(biāo)主要有：⑴熱強(qiáng)度；⑵熱硬性。40§3-2金屬的工藝性能一、概述

1．定義:把金屬材料在加工過程中表現(xiàn)出的特性稱為工藝性能。2．分類:鑄造性(Castability)；鍛造性(Forgeability)；焊接性(Weldability)；切削性(Cutability)；熱處理性(Heat-treatableability)；冷變形性(Cold-formingabi