第2章金屬材料的性質及試驗金屬材料的物理性質金屬材料的機械性質金屬材料的材料試驗總目錄金屬材料的性質，可區(qū)分為物理性質、化學性質和機械性質三種。機械工業(yè)最重要的是機械性質，其次是物理性質，而化學性質以腐蝕為重點。2-1

金屬材料的物理性質節(jié)目錄

比熱：將1克的物質加熱使它升溫1℃時所需要的熱量。金屬的比熱比較小，比熱較大的有鎂、鋁等，金屬的比熱通常隨溫度上升而增加。

比重：某一物體的重量和同體積4℃的水之重量比。金屬中除了鈉、鋰等，大多數(shù)比重均大於1，比重大於4者稱重金屬。

熔點：1大氣壓下，金屬開始熔化的溫度。純金屬有固定熔點，當添加合金後熔點會降低。上一頁節(jié)目錄

導熱度：「1cm3

的立方體相對兩平面間，有1℃的溫度差時，在1秒內(nèi)由高溫面移動到低溫面的熱量（以卡表示）」。純金屬較合金導熱度佳；銀>銅>鋁。

膨脹係數(shù)：「材料的溫度上升1℃時，其體積的增加率稱為體積膨脹係數(shù)」。金屬熱脹冷縮，其長度的增加率稱為線膨脹係數(shù)。

線膨脹係數(shù)：鋅>鉛>鎂。鎢、鉬的線膨脹係數(shù)極小。通常熔點愈低其膨脹係數(shù)愈大。上一頁節(jié)目錄6.

電阻係數(shù)：「金屬線的長度為L，截面積為A時，其電阻R可以用R=表示」，式中ρ為電阻係數(shù)，電阻係數(shù)愈小，導電係數(shù)σ愈大，

，電阻小者易導電。電阻隨溫度增加而增大。

磁性：「金屬與磁石靠近，因磁石所產(chǎn)生的磁場可以使金屬磁化變?yōu)樾〈攀嗷ノ?/p>

引」。強磁性體（鐵磁性體）：鐵、鈷、鎳。常磁性體（順磁性體）：鋁、鉑。反磁性體（逆磁性體）：鉍、銻。上一頁節(jié)目錄2-2

金屬材料的機械性質硬度材料表面抵抗外力穿透或凹陷的能力。一般材料硬度與強度成正比。強度材料單位面積所能抵抗的能力。依塑性變形及受力方式有：抗拉強度、降伏強度、抗剪強度、抗扭強度、抗壓強度、疲勞強度、潛變強度。節(jié)目錄3.

彈性材料受外力變形後能恢復原來形狀的能力。在材料不發(fā)生塑性變形前應力與應變成正比（即彈性係數(shù)或楊氏係數(shù)）。韌性材料破壞前吸收能量的能力。即材料接受衝擊負荷下對破壞的抵抗能力。延展性材料破斷前最大塑性變形量。延展性是材料塑性變形能力的指標，延展性高的材料機械加工所需能量較小。上一頁節(jié)目錄2-3

金屬材料的材料試驗一、破壞試驗：拉伸、壓縮、彎曲、剪斷、硬度、衝擊、疲勞及潛變試驗。二、非破壞試驗：螢光劑滲透、超音波探傷、磁粉及X光射線。節(jié)目錄一、破壞試驗1.

拉伸（抗拉）試驗：測定材料的強度和延性，如圖2-1、2-2、2-3所示。節(jié)目錄《圖2-1

拉伸試驗機》圖片來源：.tw/022/0220_2/0220_8.htm上一頁《圖2-2上一頁節(jié)目錄拉伸試片形狀規(guī)格例》《圖2-3上一頁節(jié)目錄拉伸試驗荷重與伸長曲線圖》(1)比例限度當荷重不超過某一範圍時（P點以下），荷重和伸長成正比線性關係，也就是在這範圍內(nèi)的荷重和伸長會依照虎克定律而變化，P點的荷重為PP

除以試片的原截面積A0，故上一頁節(jié)目錄(2)彈性限度當荷重不超過某一限度（E點），當荷重消失，伸長就會變?yōu)榱悖ɑ謴驮瓉淼某叨龋Q為彈性變形。E點的荷重PE除以試片的原截面積A0，故上一頁節(jié)目錄(3)降伏點當荷重超過比例限度P點過了Y1點後，荷重會突然降低到PY2，在某一段時間，荷重在PY2的附近上下變化，這個現(xiàn)象稱為降伏。上一頁節(jié)目錄(4)降伏強度當曲線②；荷重－伸長曲線，無明顯的降伏現(xiàn)象時，可以採用標點距離的0.2％，從m點畫直線mB使它平行於0A，和曲線交點C的荷重為

Pε，則上一頁節(jié)目錄(5)抗拉強度荷重繼續(xù)增加降伏以後，伸長的增加率比荷重的增加率大，荷重超過M點時，通常在試片的中央部分直徑會縮?。i縮），直到拉斷為止，故上一頁節(jié)目錄(6)伸長率試片在Z點被拉斷之後，取下試片將兩個斷口對合，如圖2-4所示，量取標點間的拉伸後距離L"和原來的標點距離L0的差，計算伸長率，故(7)截面縮率試片的拉斷部分之最小截面積A"和原來的截面積A0的差，以原來的截面積A0除之，就可得

截面縮率，故上一頁節(jié)目錄《圖2-4上一頁節(jié)目錄拉伸試片伸長率》2.

硬度試驗硬度試驗因外力的作用方式不同，可分為：勃氏硬度洛式硬度維克氏硬度蕭氏硬度上一頁節(jié)目錄(1)

勃氏硬度試驗，如圖2-5、2-6及表2-2所示。節(jié)目錄《圖2-5

勃氏硬度試驗機》圖片來源：.tw/mem/admin/machine/show_list.上php一頁上一頁節(jié)目錄《圖2-6勃氏硬度試驗示意圖》《表2-2勃氏硬度試驗選用參考表》WC球直徑D（mm）荷重P（kgf）記號用途103000HB（10/3000）鐵、鋼101000HB（10/1000）銅、鋁及其合金10500HB（10/500）輕合金、軟金屬5750HB（5/750）硬質材料的薄板(2)洛氏硬度試驗，如圖2-7、2-8所示。節(jié)目錄《圖2-7

洛氏硬度試驗機》圖片來源：/default.asp?doc_id=913&admin_langua上ge=一15頁節(jié)目錄《圖2-8洛氏硬度試驗原理示意圖》上一頁(3)維克氏硬度試驗，如圖2-9、2-10所示。上一頁節(jié)目錄《圖2-9

維克氏硬度試驗機》圖片來源：.tw/edu/me/%E5%AF%A6%E9%A9%97%E5%

AE%A4/%E6%9D%90%E6%96%99%E5%AF%A6%E9%A9%97%E5%AE%A4/page3.htm《圖2-10上一頁節(jié)目錄維克氏硬度試驗原理示意圖》《圖2-12上一頁節(jié)目錄蕭氏硬度試驗原理》3.

衝擊試驗測定材料之韌性。由試片衝斷時所吸收的能量來表示韌性的大小，常用有沙丕、愛曹特衝擊試驗，如圖2-13、2-14所示。《圖2-13上一頁節(jié)目錄沙丕衝擊試驗機，試片及試片裝設方法》《圖2-14愛曹特衝擊試驗機，試片及試片裝設方法》上一頁節(jié)目錄試片破斷時所吸收之能量計算，如圖2-15所示?！秷D2-15衝擊試驗原理》上一頁節(jié)目錄4.

疲勞試驗材料受到長期覆變應力，縱使低於抗拉或降伏強度也會發(fā)生破斷，稱之為疲勞破壞，如圖2-16、2-17、2-18所示。《圖2-16軸承受覆變應力示意圖》上一頁節(jié)目錄《圖2-17疲勞試驗略圖》上一頁節(jié)目錄《圖2-18

S－N曲線》上一頁節(jié)目錄5.

潛變試驗材料長時間處於高溫、荷重低於彈性限度，材料仍繼續(xù)產(chǎn)生變形，此現(xiàn)象稱為潛變，如圖2-19、2-20所示?！秷D2-19彈性限度下材料受拉伸應力與溫度影響》上一頁節(jié)目錄《圖2-20潛變曲線》上一頁節(jié)目錄6.

光學顯微鏡試驗金屬顯微鏡組織可判斷材料的性質或加工方法是否適當及熱處理的好壞，如圖2-21、2-22所示。《圖2-21材料顯微組織觀察試片製作步驟》上一頁節(jié)目錄《圖2-22光學顯微鏡原理》上一頁節(jié)目錄7.

火花試驗火花試驗是判別鋼鐵材料含碳量高低最簡單的一種方式，如圖2-23所示?！秷D2-23火花流線》上一頁節(jié)目錄二、非破壞試驗試驗時不需要破壞被試驗材料，方法有：滲透探傷法磁粉探傷法超音波探傷法放射線探傷法上一頁節(jié)目錄1.

滲透探傷法，如圖2-24所示?！秷D2-24滲透探傷原理》上一頁節(jié)目錄2.

磁粉探傷法，如圖2-25所示。《圖2-25磁