第二章金屬材料的性能§2－1金屬材料的損壞與塑性變形§2－2金屬的力學(xué)性能§2－3金屬的工藝性能§2－4力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)第二章金屬材料的性能§2－1金屬材料的損壞與塑性§2－1金屬材料的損壞與塑性變形一、與變形相關(guān)的幾個(gè)概念二、金屬的變形三、金屬材料的冷塑性變形與加工硬化§2－1金屬材料的損壞與塑性變形一、與變形相關(guān)的幾個(gè)概念一、與變形相關(guān)的幾個(gè)概念

（1）靜載荷———大小不變或變化過程緩慢的載荷。

（2）沖擊載荷——在短時(shí)間內(nèi)以較高速度作用于零件上的載荷。

（3）交變載荷——大小、方向或大小和方向隨時(shí)間發(fā)生周期性變化的載荷。1．載荷

載荷——金屬材料在加工及使用過程中所受的外力。根據(jù)載荷作用性質(zhì)的不同分：載荷的作用形式一、與變形相關(guān)的幾個(gè)概念（1）靜載荷———大小不

內(nèi)力——工件或材料在受到外部載荷作用時(shí)，為保持其不變形，在材料內(nèi)部產(chǎn)生的一種與外力相對(duì)抗的力，稱為。2．內(nèi)力

應(yīng)力——假設(shè)作用在零件橫截面上的內(nèi)力大小均勻分布，單位橫截面積上的內(nèi)力。3．應(yīng)力R：應(yīng)力，Pa；F：外力，N；S：橫截面面積，m2。內(nèi)力——工件或材料在受到外部載荷作用時(shí)，為保二、金屬的變形彈性變形彈－塑性變形斷裂滑移與位錯(cuò)金屬變形實(shí)驗(yàn)二、金屬的變形彈性變形彈－塑性變形斷裂滑移與位錯(cuò)金屬變形實(shí)驗(yàn)金屬塑性變形的影響因素：1．晶粒位向的影響2．晶界的作用3．晶粒大小的影響

金屬塑性變形的影響因素：1．晶粒位向的影響三、金屬材料的冷塑性變形與加工硬化

形變強(qiáng)化（加工硬化）——冷塑性變形除了使晶粒的外形發(fā)生變化外，還會(huì)使晶粒內(nèi)部的位錯(cuò)密度增加，晶格畸變加劇，從而使金屬隨著變形量的增加，使其強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性下降。三、金屬材料的冷塑性變形與加工硬化形變強(qiáng)化（塑性變形后的金屬組織

金屬的塑性變形，在外形變化的同時(shí)，晶粒的形狀也會(huì)發(fā)生變化。通常晶粒會(huì)沿變形方向壓扁或拉長。塑性變形后的金屬組織金屬的塑性變形，在外形變§2－2金屬的力學(xué)性能一、強(qiáng)度二、塑性三、硬度四、沖擊韌性*五、疲勞強(qiáng)度

任何機(jī)械零件或工具，在使用過程中，往往要受到各種形式外力的作用，這就要求金屬材料必須具有一種承受機(jī)械載荷而不超過許可變形或不破壞的能力，這種能力就是材料的力學(xué)性能?！?－2金屬的力學(xué)性能一、強(qiáng)度任何機(jī)械零一、強(qiáng)度

強(qiáng)度——金屬在靜載荷作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力。其大小用應(yīng)力表示。

抗拉強(qiáng)度——拉伸實(shí)驗(yàn)測定抗壓強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度抗扭強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度

一、強(qiáng)度強(qiáng)度——金屬在靜載荷作用下抵抗塑性變1．拉伸試樣

d——試樣直徑

Lo——標(biāo)距長度低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)1．拉伸試樣d——試樣直徑低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)2．力－伸長曲線

彈性變形階段屈服階段強(qiáng)化階段縮頸階段力－拉伸曲線2．力－伸長曲線彈性變形階段力－拉伸曲線3．強(qiáng)度指標(biāo)

（1）屈服強(qiáng)度——當(dāng)金屬材料出現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)，在實(shí)驗(yàn)期間發(fā)生塑性變形而力不增加的應(yīng)力點(diǎn)。屈服強(qiáng)度分為上屈服強(qiáng)度ReH和下屈服強(qiáng)度ReL。ReL——試樣的下屈服強(qiáng)度，N/mm2；FeL——試樣屈服時(shí)的最小載荷，N；So——試樣原始橫截面面積，mm2。

規(guī)定產(chǎn)生0.2殘余伸長時(shí)的應(yīng)力為條件屈服強(qiáng)度Rp0.2，替代ReL，稱為條件（名義）屈服強(qiáng)度。3．強(qiáng)度指標(biāo)（1）屈服強(qiáng)度——當(dāng)金屬材料出2．抗拉強(qiáng)度Rm

抗拉強(qiáng)度——材料在斷裂前所能承受的最大的應(yīng)力。Rm——抗拉強(qiáng)度，MPa；

Fm——試樣在屈服階段后所能抵抗的最大力（無明顯屈服的材料，為試驗(yàn)期間的最大力），N；

So——試樣原始橫截面面積，mm2

。2．抗拉強(qiáng)度Rm抗拉強(qiáng)度——材料在斷裂前所能承受的最大的應(yīng)二、塑性塑性——材料受力后在斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。1．?dāng)嗪笊扉L率A

試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長量與原始標(biāo)距之比的百分率。2．?dāng)嗝媸湛s率Z

試樣拉斷后，縮頸處面積變化量與原始橫截面面積比值的百分率。二、塑性塑性——材料受力后在斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。1．

【例】有一直徑d=10mm，Lo=100mm的低碳鋼試樣，拉身實(shí)驗(yàn)時(shí)測得FeL=21kN，F(xiàn)m=29kN，du=5.65mm，Lu=138mm。求此試樣的ReL、Rm、A11.3、Z。解題過程【例】有一直徑d=10mm，Lo=100mm的三、硬度

硬度——材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。硬度是通過在專用的硬度試驗(yàn)機(jī)上實(shí)驗(yàn)測得的。布氏硬度試驗(yàn)機(jī)洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)維氏硬度試驗(yàn)機(jī)三、硬度硬度——材料抵抗局部變形，特別是塑性1．布氏硬度

布氏硬度值——用球面壓痕單位面積上所承受的平均壓力來表示，單位為MPa，但一般均不標(biāo)出，用符號(hào)HBW表示：布氏硬度原理1．布氏硬度布氏硬度值——用球面壓痕單位面表示方法：

布氏硬度用硬度值、硬度符號(hào)、壓頭直徑、實(shí)驗(yàn)力及實(shí)驗(yàn)力保持時(shí)間表示。當(dāng)保持時(shí)間為10～15s時(shí)可不標(biāo)。例：170HBW10/1000/30：直徑10mm的壓頭，在9807N（1000kg）的試驗(yàn)力作用下，保持30s時(shí)測得的布氏硬度值為170。600HBW1/30/20：直徑為1mm壓頭，在294.2N（30kg）的實(shí)驗(yàn)力作用下，保持20s時(shí)測得的布氏硬度值為600。表示方法：布氏硬度用硬度值、硬度符號(hào)、壓頭直應(yīng)用范圍：

主要用于測定鑄鐵、有色金屬及退火、正火、調(diào)質(zhì)處理后的各種軟鋼等硬度較低的材料。應(yīng)用范圍：主要用于測定鑄鐵、有色金屬及退火、2．洛氏硬度

洛氏硬度計(jì)表盤

洛氏硬度試驗(yàn)原理洛氏硬度原理HR=100—2．洛氏硬度洛氏硬度計(jì)表盤洛氏硬度試驗(yàn)原理洛氏硬度原表示方法：

符號(hào)HR前面的數(shù)字表示硬度值。HR后面的字母表示不同的洛氏硬度標(biāo)尺。

例：45HRC表示用C標(biāo)尺測定的洛氏硬度值為45。常用的三種洛氏硬度標(biāo)尺的試驗(yàn)條件和適用范圍

硬度標(biāo)尺壓頭類型總測試力(N)硬度值有效范圍應(yīng)用舉例HRC120°金剛石圓錐體1471.020～67HRC一般淬火鋼HRBφ1.5875mm

硬質(zhì)合金球980.725～100HRB軟鋼、退火鋼、銅合金等HRA120°金剛石圓錐體588.460～85HRA硬質(zhì)合金、表面淬火鋼等表示方法：符號(hào)HR前面的數(shù)字表示硬度值。H四、沖擊韌性

沖擊韌性——金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。材料的沖擊韌性用夏比擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)來測定。四、沖擊韌性沖擊韌性——金屬材料抵抗沖擊載荷沖擊試樣

用試樣所吸收的能量K的大小來作為衡量材料韌性好壞的指標(biāo)，稱為沖擊吸收能量。用U形和V形缺口試樣測得的沖擊吸收能量分別用KU和KV表示。

沖擊實(shí)驗(yàn)沖擊試樣用試樣所吸收的能量K的大小來作為衡量材料韌*五、疲勞強(qiáng)度

由于所承受的載荷為交變載荷，零件承受的應(yīng)力雖低于材料的屈服強(qiáng)度，但經(jīng)過長時(shí)間的工作后，仍會(huì)產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生斷裂。金屬這樣的斷裂現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。金屬材料抵抗交變載荷作用而不產(chǎn)生破壞的能力稱為疲勞強(qiáng)度。疲勞極限用符號(hào)R－1表示。*五、疲勞強(qiáng)度由于所承受的載荷為交變載荷，零§2－3金屬的工藝性能金屬材料的一般加工過程

金屬材料的工藝性能——金屬材料對(duì)不同加工工藝方法的適應(yīng)能力。它包括鑄造性能、鍛造性能、切削加工性能和焊接性能、熱處理性能等。冶煉→鑄造鑄件鑄錠熱鍛熱軋→焊接機(jī)加工冷軋、冷拔、冷沖板料、棒材、型材、管材機(jī)加工機(jī)加工零件§2－3金屬的工藝性能金屬材料的一般加工過程一、鑄造性能二、鍛壓性能三、焊接性能四、切削加工性能五、熱處理性能一、鑄造性能一、鑄造性能

鑄造成形過程中獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部健全鑄件的能力，主要取決于金屬的流動(dòng)性、收縮性和偏析傾向等。一、鑄造性能鑄造成形過程中獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部

1．流動(dòng)性熔融金屬的流動(dòng)能力。

2．收縮性鑄造合金由液態(tài)凝固和冷卻至室溫的過程中，體積和尺寸減小的現(xiàn)象。

3．偏析傾向金屬凝固后，內(nèi)部化學(xué)成分和組織不均勻現(xiàn)象。1．流動(dòng)性二、鍛壓性能

用鍛壓成形方法得優(yōu)良鍛件的難易程度。常用塑性和變形抗力兩個(gè)指標(biāo)來綜合衡量。二、鍛壓性能用鍛壓成形方法得優(yōu)良鍛件的難易程三、焊接性能

金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性，也就是在一定焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。對(duì)碳鋼和低合金鋼而言，焊接性能主要與其化學(xué)成分有關(guān)（其中碳的影響最大）。三、焊接性能金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性，也就四、切削加工性能

切削加工性能——切削金屬材料的難易程度。一般用工件切削時(shí)的切削速度、切削抗力的大小、斷屑能力、刀具的耐用度以及加工后的表面粗糙度來衡量。

表面加工硬化——切削塑性金屬材料時(shí)，工件在加工表面層的硬度明顯提高而塑性下降的現(xiàn)象。四、切削加工性能切削加工性能——切削金屬材料五、熱處理性能

淬透性淬硬性過熱敏感性變形開裂傾向回火脆性傾向氧化脫碳傾向五、熱處理性能淬透性§2－4力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1拉伸實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)2硬度測試液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)拉伸實(shí)驗(yàn)布氏硬度測試步驟洛氏硬度測試步驟§2－4力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1拉伸實(shí)驗(yàn)液壓式萬能試驗(yàn)第二章金屬材料的性能§2－1金屬材料的損壞與塑性變形§2－2金屬的力學(xué)性能§2－3金屬的工藝性能§2－4力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)第二章金屬材料的性能§2－1金屬材料的損壞與塑性§2－1金屬材料的損壞與塑性變形一、與變形相關(guān)的幾個(gè)概念二、金屬的變形三、金屬材料的冷塑性變形與加工硬化§2－1金屬材料的損壞與塑性變形一、與變形相關(guān)的幾個(gè)概念一、與變形相關(guān)的幾個(gè)概念

（1）靜載荷———大小不變或變化過程緩慢的載荷。

（2）沖擊載荷——在短時(shí)間內(nèi)以較高速度作用于零件上的載荷。

（3）交變載荷——大小、方向或大小和方向隨時(shí)間發(fā)生周期性變化的載荷。1．載荷

載荷——金屬材料在加工及使用過程中所受的外力。根據(jù)載荷作用性質(zhì)的不同分：載荷的作用形式一、與變形相關(guān)的幾個(gè)概念（1）靜載荷———大小不

內(nèi)力——工件或材料在受到外部載荷作用時(shí)，為保持其不變形，在材料內(nèi)部產(chǎn)生的一種與外力相對(duì)抗的力，稱為。2．內(nèi)力

應(yīng)力——假設(shè)作用在零件橫截面上的內(nèi)力大小均勻分布，單位橫截面積上的內(nèi)力。3．應(yīng)力R：應(yīng)力，Pa；F：外力，N；S：橫截面面積，m2。內(nèi)力——工件或材料在受到外部載荷作用時(shí)，為保二、金屬的變形彈性變形彈－塑性變形斷裂滑移與位錯(cuò)金屬變形實(shí)驗(yàn)二、金屬的變形彈性變形彈－塑性變形斷裂滑移與位錯(cuò)金屬變形實(shí)驗(yàn)金屬塑性變形的影響因素：1．晶粒位向的影響2．晶界的作用3．晶粒大小的影響

金屬塑性變形的影響因素：1．晶粒位向的影響三、金屬材料的冷塑性變形與加工硬化

形變強(qiáng)化（加工硬化）——冷塑性變形除了使晶粒的外形發(fā)生變化外，還會(huì)使晶粒內(nèi)部的位錯(cuò)密度增加，晶格畸變加劇，從而使金屬隨著變形量的增加，使其強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性下降。三、金屬材料的冷塑性變形與加工硬化形變強(qiáng)化（塑性變形后的金屬組織

金屬的塑性變形，在外形變化的同時(shí)，晶粒的形狀也會(huì)發(fā)生變化。通常晶粒會(huì)沿變形方向壓扁或拉長。塑性變形后的金屬組織金屬的塑性變形，在外形變§2－2金屬的力學(xué)性能一、強(qiáng)度二、塑性三、硬度四、沖擊韌性*五、疲勞強(qiáng)度

任何機(jī)械零件或工具，在使用過程中，往往要受到各種形式外力的作用，這就要求金屬材料必須具有一種承受機(jī)械載荷而不超過許可變形或不破壞的能力，這種能力就是材料的力學(xué)性能?！?－2金屬的力學(xué)性能一、強(qiáng)度任何機(jī)械零一、強(qiáng)度

強(qiáng)度——金屬在靜載荷作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力。其大小用應(yīng)力表示。

抗拉強(qiáng)度——拉伸實(shí)驗(yàn)測定抗壓強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度抗扭強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度

一、強(qiáng)度強(qiáng)度——金屬在靜載荷作用下抵抗塑性變1．拉伸試樣

d——試樣直徑

Lo——標(biāo)距長度低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)1．拉伸試樣d——試樣直徑低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)2．力－伸長曲線

彈性變形階段屈服階段強(qiáng)化階段縮頸階段力－拉伸曲線2．力－伸長曲線彈性變形階段力－拉伸曲線3．強(qiáng)度指標(biāo)

（1）屈服強(qiáng)度——當(dāng)金屬材料出現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)，在實(shí)驗(yàn)期間發(fā)生塑性變形而力不增加的應(yīng)力點(diǎn)。屈服強(qiáng)度分為上屈服強(qiáng)度ReH和下屈服強(qiáng)度ReL。ReL——試樣的下屈服強(qiáng)度，N/mm2；FeL——試樣屈服時(shí)的最小載荷，N；So——試樣原始橫截面面積，mm2。

規(guī)定產(chǎn)生0.2殘余伸長時(shí)的應(yīng)力為條件屈服強(qiáng)度Rp0.2，替代ReL，稱為條件（名義）屈服強(qiáng)度。3．強(qiáng)度指標(biāo)（1）屈服強(qiáng)度——當(dāng)金屬材料出2．抗拉強(qiáng)度Rm

抗拉強(qiáng)度——材料在斷裂前所能承受的最大的應(yīng)力。Rm——抗拉強(qiáng)度，MPa；

Fm——試樣在屈服階段后所能抵抗的最大力（無明顯屈服的材料，為試驗(yàn)期間的最大力），N；

So——試樣原始橫截面面積，mm2

。2．抗拉強(qiáng)度Rm抗拉強(qiáng)度——材料在斷裂前所能承受的最大的應(yīng)二、塑性塑性——材料受力后在斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。1．?dāng)嗪笊扉L率A

試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長量與原始標(biāo)距之比的百分率。2．?dāng)嗝媸湛s率Z

試樣拉斷后，縮頸處面積變化量與原始橫截面面積比值的百分率。二、塑性塑性——材料受力后在斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。1．

【例】有一直徑d=10mm，Lo=100mm的低碳鋼試樣，拉身實(shí)驗(yàn)時(shí)測得FeL=21kN，F(xiàn)m=29kN，du=5.65mm，Lu=138mm。求此試樣的ReL、Rm、A11.3、Z。解題過程【例】有一直徑d=10mm，Lo=100mm的三、硬度

硬度——材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。硬度是通過在專用的硬度試驗(yàn)機(jī)上實(shí)驗(yàn)測得的。布氏硬度試驗(yàn)機(jī)洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)維氏硬度試驗(yàn)機(jī)三、硬度硬度——材料抵抗局部變形，特別是塑性1．布氏硬度

布氏硬度值——用球面壓痕單位面積上所承受的平均壓力來表示，單位為MPa，但一般均不標(biāo)出，用符號(hào)HBW表示：布氏硬度原理1．布氏硬度布氏硬度值——用球面壓痕單位面表示方法：

布氏硬度用硬度值、硬度符號(hào)、壓頭直徑、實(shí)驗(yàn)力及實(shí)驗(yàn)力保持時(shí)間表示。當(dāng)保持時(shí)間為10～15s時(shí)可不標(biāo)。例：170HBW10/1000/30：直徑10mm的壓頭，在9807N（1000kg）的試驗(yàn)力作用下，保持30s時(shí)測得的布氏硬度值為170。600HBW1/30/20：直徑為1mm壓頭，在294.2N（30kg）的實(shí)驗(yàn)力作用下，保持20s時(shí)測得的布氏硬度值為600。表示方法：布氏硬度用硬度值、硬度符號(hào)、壓頭直應(yīng)用范圍：

主要用于測定鑄鐵、有色金屬及退火、正火、調(diào)質(zhì)處理后的各種軟鋼等硬度較低的材料。應(yīng)用范圍：主要用于測定鑄鐵、有色金屬及退火、2．洛氏硬度

洛氏硬度計(jì)表盤

洛氏硬度試驗(yàn)原理洛氏硬度原理HR=100—2．洛氏硬度洛氏硬度計(jì)表盤洛氏硬度試驗(yàn)原理洛氏硬度原表示方法：

符號(hào)HR前面的數(shù)字表示硬度值。HR后面的字母表示不同的洛氏硬度標(biāo)尺。

例：45HRC表示用C標(biāo)尺測定的洛氏硬度值為45。常用的三種洛氏硬度標(biāo)尺的試驗(yàn)條件和適用范圍

硬度標(biāo)尺壓頭類型總測試力(N)硬度值有效范圍應(yīng)用舉例HRC120°金剛石圓錐體1471.020～67HRC一般淬火鋼HRBφ1.5875mm

硬質(zhì)合金球980.725～100HRB軟鋼、退火鋼、銅合金等HRA120°金剛石圓錐體588.460～85HRA硬質(zhì)合金、表面淬火鋼等表示方法：符號(hào)HR前面的數(shù)字表示硬度值。H四、沖擊韌性

沖擊韌性——金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。材料的沖擊韌性用夏比擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)來測定。四、沖擊韌性沖擊韌性——金屬材料抵抗沖擊載荷沖擊試樣

用試樣所吸收的能量K的大小來作為衡量材料韌性好壞的指標(biāo)，稱為沖擊吸收能量。用U形和V形缺口試樣測得的沖擊吸收能量分別用KU和KV表示。

沖擊實(shí)驗(yàn)沖擊試樣用試樣所吸收的能量K的大小來作為衡量材料韌*五、疲勞強(qiáng)度

由于所承受的載荷為交變載荷，零件承受的應(yīng)力雖低于材料的屈服強(qiáng)度，但經(jīng)過長時(shí)間的工作后，仍會(huì)產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生斷裂。金屬這樣的斷裂現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。金屬材料抵抗交變載荷作用而不產(chǎn)生破壞的能力稱為疲勞強(qiáng)度。疲勞極限用符號(hào)R－1表示。*五、疲勞強(qiáng)度由于所承受的載荷為交變載荷，零§2－3金屬的工藝性能金屬材料的一般加工過程

金屬材料的工藝性能——金屬材料對(duì)不同加工工藝方法的適應(yīng)能力。它包括鑄造性能、鍛造性能、切削加工性能和焊接性能、熱處理性能等。冶煉→