金屬材料的主要性能緒論三、本課程與其它課程的關(guān)系已學(xué)課程：（1）大學(xué)物理；（2）機(jī)械制圖。后續(xù)課程：（1）工程材料：（2）機(jī)械設(shè)計(jì)；（3）機(jī)械制造基礎(chǔ)等。本課程在培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神等方面發(fā)揮著其它課程不可替代的作用。四、課程內(nèi)容

金屬材料的基本知識、鑄造、焊接、金屬塑性加工、切削加工五、教材與參考書1、教材：《金屬工藝學(xué)》徐國義主編，哈爾濱工程大學(xué)出版社

1997年2、參考書：《金屬工藝學(xué)》鄧文英主編，高等教育出版社出版，1998年《金屬工藝學(xué)》

袁名炎等編，航空工業(yè)出版社出版，1993年2材料：材料是用來制造機(jī)器、構(gòu)件、器件和其他產(chǎn)品的物質(zhì)。是現(xiàn)代文明的三大支柱（信息、材料、能源）之一，也是發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)和機(jī)械工業(yè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。

工程材料：用于制造工程結(jié)構(gòu)、機(jī)械零件和工具等的固體材料，通稱為工程材料（Engineeringmaterial）。它包括金屬材料和非金屬材料兩大類。金屬材料：金屬材料又分為黑色金屬和有色金屬兩大類，其具有優(yōu)良的使用性能和工藝性能，在機(jī)械制造中應(yīng)用最為廣泛，一個(gè)國家金屬材料的產(chǎn)量或耗用量體現(xiàn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平。第一篇金屬材料的基本知識3NO1:第一章金屬材料的主要性能chapter1Themainpropertiesofmetallicmaterials金屬材料的性能：分為使用性能和工藝性能。使用性能：指材料在使用過程中適應(yīng)或抵抗各種外界作用的能力。工藝性能：材料適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)工藝要求的能力叫做工藝性能。包括鑄造、焊接、熱處理、切削加工等方面工藝性能。包括密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性及磁性等。

物理性能化學(xué)性能力學(xué)性能指材料在不同條件下抵抗各種化學(xué)作用的性能，如化學(xué)穩(wěn)定性、耐蝕抗氧化性。

指材料在各種載荷(靜載荷、沖擊載荷、疲勞載荷等)作用下表現(xiàn)出來的抵抗變形和破壞的能力。4第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能§1-1Themechanicalpropertiesofmetallicmaterials金屬材料的拉伸試驗(yàn)金屬材料的主要性能指標(biāo)1.彈性與剛度Elasticity

andRigidity

2.塑性Plasticity3.強(qiáng)度Strength4.硬度Hardness

5.沖擊韌度Impacttoughness

6.疲勞強(qiáng)度

Fatiguestrength

金屬材料的力學(xué)性能是零件設(shè)計(jì)選材的主要依據(jù)，本節(jié)主要內(nèi)容：5第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能§1-1Themechanicalpropertiesofmetallicmaterials金屬材料的拉伸試驗(yàn)

拉伸試驗(yàn)是材料力學(xué)性能測試中最常見試驗(yàn)方法之一。試驗(yàn)中可以真實(shí)反映金屬材料抵抗外力作用時(shí)，其彈性變形、塑性變形、斷裂等各階段的全過程。

FLFd0試驗(yàn)視頻

6第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能§1-1Themechanicalpropertiesofmetallicmaterials（一）彈性與剛度1.彈性①彈性：金屬材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后恢復(fù)原來形狀而不產(chǎn)生永久變形的能力，稱為彈性。②彈性極限：是指金屬材料不產(chǎn)生變形時(shí)所能承受的最大應(yīng)力。③意義：彈性極限是設(shè)計(jì)不允許塑性變形零件的選材的重要依據(jù)。2.剛度①剛度：零件抵抗彈性變形的能力，稱為剛度（Rigidity）。②意義：是防止彈性變形失效，設(shè)計(jì)機(jī)械零件選材的依據(jù)。

金屬材料的主要性能指標(biāo)7第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能§1-1Themechanicalpropertiesofmetallicmaterials（二）塑性1．定義：在外力作用下金屬材料產(chǎn)生永久變形而不發(fā)生破壞的能力，稱為塑性。2．指標(biāo)：延伸率δ（％）和斷面收縮率ψ（％）。3．意義：塑性好的金屬材料容易進(jìn)行鍛壓、焊接，能夠采用冷變形，如冷沖壓等；好的塑性亦可避免機(jī)器零件在使用中萬一超載而產(chǎn)生的突然斷裂。

金屬材料的主要性能指標(biāo)8第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能§1-1ThemechanicalpropertiesofmetallicmaterialsFLFd0⑴延伸率(δ)

δ＝(L1-L0)/L0×100%L1——試樣拉斷后的標(biāo)距長度，mm；A0——試樣原始標(biāo)距長度，mm；δ和ψ數(shù)值越大，表示材料的塑性越好。⑵斷面收縮率(ψ)

ψ＝(A0-A1)/A0×100%

A1——試樣拉斷后，斷口處橫截面積，mm2；A0——試樣原始橫截面積，mm2；9第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能§1-1Themechanicalpropertiesofmetallicmaterials（三）強(qiáng)度1．定義：強(qiáng)度是指金屬材料在外力作用下，抵抗產(chǎn)生塑性變形或斷裂的能力。2．指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度σb單位：MPa(N/mm2)屈服強(qiáng)度σs單位：MPa抗壓強(qiáng)度σbc

單位：MPa抗彎強(qiáng)度σbb單位：MPa抗剪強(qiáng)度στ單位：MPa3．意義：抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)是選材的重要依據(jù)。機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)必須保證零（構(gòu)）件的最大工作應(yīng)力不得超過材料的抗拉強(qiáng)度，以免斷裂。金屬材料的主要性能指標(biāo)10第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能§1-1Themechanicalpropertiesofmetallicmaterials⑴屈服強(qiáng)度(σs)

Fs——試樣屈服是所承受的最大載荷，N；A0——試樣原始截面積，mm；⑵抗拉強(qiáng)度(σb)

Fb——試樣斷裂前所承受的最大載荷，N；A0——試樣原始截面積，mm；OE：彈變階段ES：屈服階段SB：均勻塑變BK：縮頸階段FLFd0σs/σb—稱為屈強(qiáng)比。屈強(qiáng)比愈小工程構(gòu)件的可靠性愈高，但材料潛力發(fā)揮的越差。11（四）硬度1．定義：是金屬材料表面抵抗局部壓入變形或刻劃破裂的能力。2．指標(biāo)：①壓入硬度實(shí)驗(yàn)法

布氏硬度試驗(yàn)方法

洛氏硬度試驗(yàn)方法

維氏硬度試驗(yàn)方法

②劃痕硬度實(shí)驗(yàn)法（如莫氏硬度）

③回跳硬度法（肖氏硬度）

3．意義：硬度表示金屬材料局部范圍內(nèi)抵抗彈變和塑變或斷裂的能力，是

衡量金屬軟硬的指標(biāo)，它直接影響金屬材料的耐磨性。金屬材料的主要性能指標(biāo)第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能§1-1Themechanicalpropertiesofmetallicmaterials12第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能§1-1Themechanicalpropertiesofmetallicmaterials布氏硬度試驗(yàn)方法：把規(guī)定直徑的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球以一定的試驗(yàn)壓力壓入所測材料表面，保持規(guī)定時(shí)間測量表面壓痕直徑計(jì)算測定。式中：F—試驗(yàn)力（N）A—壓痕表面積（mm2）D—球體直徑（mm）d—壓痕平均直徑（mm）h—壓痕深度（mm）應(yīng)用：主要用于鑄鐵、非鐵金屬以及經(jīng)退火、正火和調(diào)質(zhì)處理的材料以及有色金屬。

13第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能§1-1Themechanicalpropertiesofmetallicmaterials洛氏硬度試驗(yàn)方法：用頂角為120°金剛石圓錐體或直徑為1.588mm淬火鋼球壓頭；先加初始力F1,再加主試驗(yàn)力F2,保時(shí);卸主試驗(yàn)力保留初試力,試樣彈變恢復(fù)使壓頭上升到3位置，此時(shí)壓頭受主試驗(yàn)力作用壓入的深度為h。式中：K—鋼球壓頭時(shí)為0.2金剛石壓頭時(shí)為0.26

h—主試驗(yàn)力作用的深度mm應(yīng)用：因其測定僅產(chǎn)生很小壓痕而不損壞零件因而適合于成品檢驗(yàn).測多點(diǎn)取均值，試驗(yàn)視頻

14第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能§1-1Themechanicalpropertiesofmetallicmaterials維氏硬度試驗(yàn)方法：采用采用金剛石正四棱錐體壓頭，試驗(yàn)力F（10～1000N）在試件表面壓出正方形壓痕，測量壓痕兩對角線平均長度d（mm），按下式算出硬度值。式中：Av—壓痕的面積應(yīng)用：適應(yīng)于準(zhǔn)確測量試樣表面硬度,或測量硬度很高的零件。可用于測量金相組織中不同相的硬度，測得結(jié)果稱為顯微硬度。用“HM”表示。15第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能§1-1Themechanicalpropertiesofmetallicmaterials②劃痕硬度實(shí)驗(yàn)法（如莫氏硬度）

劃痕法的硬度值表示金屬抵抗表面局部斷裂的能力。回跳硬度法（肖氏硬度）定義：回跳法硬度值是代表金屬彈性變形功的大小。方法：將一定重量的帶有金剛石圓頭或鋼球的重錘從一定高度落于金屬試樣表面，根據(jù)鋼球回跳高度來衡量金屬硬度值，因而也稱回跳硬度。用“HS”表示。應(yīng)用：利用其便攜的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)場測量大型零件的硬度，但準(zhǔn)確性受操作方面的人為影響較大。

16第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能§1-1Themechanicalpropertiesofmetallicmaterials（五）沖擊韌度1．定義：金屬材料抵抗沖擊載荷的能力稱為沖擊韌度。2．指標(biāo)：以大能量一次沖擊值αku、αkv作為指標(biāo)。

3．意義：作為選材的參考，而不用于強(qiáng)度計(jì)算。（原因：是大能量一次破壞的沖擊值，實(shí)際是千百萬次小能量多次重復(fù)沖擊破壞的）。金屬材料的主要性能指標(biāo)沖擊韌性視頻

17（六）疲勞強(qiáng)度1．定義：金屬材料在無數(shù)次重復(fù)交變載荷作用下

，不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力，稱為疲勞強(qiáng)度。對稱彎曲疲勞強(qiáng)度以σ-1表示。零件在遠(yuǎn)低于材料屈服強(qiáng)度的交變載荷的長期作用下，發(fā)生斷裂的現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。2．原因：是材料內(nèi)部存在缺陷，如夾雜、氣孔、疏松，表面劃痕、殘余應(yīng)力及其它引起應(yīng)力集中的缺陷導(dǎo)致微裂紋產(chǎn)生。

3．提高：①避免結(jié)構(gòu)引起的應(yīng)力集中；②提高表面質(zhì)量。金屬材料的主要性能指標(biāo)第一節(jié)金屬材料的力學(xué)性能§1-1Themechanicalpropertiesofmetallicmaterials疲勞強(qiáng)度視頻

18一、物理性能

1.密度：表示某種金屬單位體積的質(zhì)量；2.熔點(diǎn)：金屬材料有固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)的融化溫度；3.導(dǎo)熱性：金屬材料轉(zhuǎn)導(dǎo)熱功量的能力；4.導(dǎo)電性：金屬材料傳導(dǎo)電流的能力；5.熱膨脹性：材料隨溫度變化體積發(fā)生膨脹或收縮的特性；二、化學(xué)性能1.耐腐蝕性：常溫下抵抗氧、水蒸氣等化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞作用的能力；2.抗氧化性：金屬材料在高溫下抵抗氧化作