模塊一金屬的性能模塊一金屬的性能任務(wù)五金屬的工藝性能任務(wù)四金屬的沖擊韌性與疲勞強(qiáng)度任務(wù)三金屬的硬度任務(wù)二金屬的強(qiáng)度和塑性任務(wù)一金屬的物理、化學(xué)性能01金屬的物理、化學(xué)性能1．密度密度是指物質(zhì)單位體積的質(zhì)量。不同金屬的密度是不同的，常用金屬的密度見表1-1。一般將密度小于4.5×103kg/m3的金屬稱為輕金屬，密度大于4.5×103kg/m3的金屬稱為重金屬。密度是金屬材料一個(gè)重要的物理性能。許多不能直接稱質(zhì)量的物體，可以由它的體積和密度計(jì)算它的質(zhì)量；有些形狀比較復(fù)雜的物體，可以由它的質(zhì)量和密度計(jì)算它的體積；也可以利用密度來鑒別物質(zhì)。任務(wù)一金屬的物理、化學(xué)性能一、金屬的物理性能任務(wù)一金屬的物理、化學(xué)性能2．熔點(diǎn)熔點(diǎn)是指物質(zhì)從固體狀態(tài)向液體狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的熔化溫度。金屬都有其固定的熔點(diǎn)。從理論上講，金屬的熔點(diǎn)也是其從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)時(shí)的結(jié)晶溫度。常用金屬的熔點(diǎn)見表1-1。熔點(diǎn)對(duì)于冶煉、鑄造、焊接和配制合金等方面都很重要。易熔金屬如錫、鉛、鋅等，可以用來制造熔絲和防火安全閥等零件；難熔金屬如鎢、鉬、釩等，可以用來制造耐高溫的零件，在火箭、導(dǎo)彈、燃?xì)廨啓C(jī)和噴氣飛機(jī)等方面有廣泛應(yīng)用。任務(wù)一金屬的物理、化學(xué)性能3．導(dǎo)熱性物質(zhì)能傳導(dǎo)熱的性能稱為導(dǎo)熱性。一般情況下，金屬的導(dǎo)熱性比非金屬好。金屬導(dǎo)熱性的好壞取決于它的熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）λ［W/（m·K）］。熱導(dǎo)率越大，導(dǎo)熱性就越好。金屬的導(dǎo)熱性以銀為最好，銅、鋁次之。常用金屬的熱導(dǎo)率見表1-1。導(dǎo)熱性好的金屬具有較好的散熱性，可用來制造散熱器、熱交換器等。4．導(dǎo)電性物質(zhì)能夠傳導(dǎo)電流的性能稱為導(dǎo)電性。金屬是良好的導(dǎo)電體，但各種金屬的導(dǎo)電性能也各不相同。金屬導(dǎo)電性的好壞取決于它的電阻率ρ（Ω·m）。電阻率越小，導(dǎo)電性就越好。金屬的導(dǎo)電性以銀為最好，銅、鋁次之。常用金屬的電阻率見表1-1。工業(yè)上常用導(dǎo)電性好的銅、鋁或它們的合金制作導(dǎo)電結(jié)構(gòu)材料，而用導(dǎo)電性差的鎳—鉻合金或鉻—鐵—鋁合金等制作電熱元件或電熱零件。任務(wù)一金屬的物理、化學(xué)性能5．熱膨脹性物質(zhì)材料的體積隨溫度變化而膨脹或收縮的特性稱為熱膨脹性。一般情況下，金屬加熱時(shí)體積脹大，冷卻時(shí)體積縮小。各種金屬材料的熱膨脹性是不同的，可用其線脹系數(shù)αL或體脹系數(shù)αV來表示，體脹系數(shù)是線脹系數(shù)的三倍。常用金屬的線脹系數(shù)見表1-1。在實(shí)際工作中應(yīng)該考慮金屬熱膨脹性的影響。任務(wù)一金屬的物理、化學(xué)性能6．磁性物質(zhì)能導(dǎo)磁的性能稱為磁性。具有磁性的金屬都能被磁鐵吸引。對(duì)某些金屬來說，磁性也不是固定不變的，如鐵在常溫下是鐵磁性材料，但當(dāng)溫度升高到770℃以上時(shí)就會(huì)失去磁性。金屬材料根據(jù)其在磁場中受到磁化程度的不同，可分為鐵磁性材料（如鐵、鈷等）、順磁性材料（如錳、鉻等）和抗磁性材料（如銅、鋅等）三種。順磁性材料和抗磁性材料也稱為無磁性材料。鐵磁性材料可用于制造變壓器、電動(dòng)機(jī)、測量儀表等。無磁性材料則可用于制造要求避免電磁場干擾的零件或結(jié)構(gòu)。任務(wù)一金屬的物理、化學(xué)性能1．耐腐蝕性物質(zhì)材料抵抗化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞作用的能力稱為耐腐蝕性。腐蝕對(duì)金屬材料的危害很大。腐蝕不僅使金屬材料本身受到損失，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使金屬結(jié)構(gòu)遭到破壞以致引起重大事故。這一問題在制藥、化肥生產(chǎn)、制酸、制堿等化工部門更要引起足夠的重視。因此，提高金屬材料的耐腐蝕性，對(duì)于減少金屬的消耗，延長金屬材料的使用壽命等，都具有現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)意義。任務(wù)一金屬的物理、化學(xué)性能二、金屬的化學(xué)性能2．抗氧化性物質(zhì)材料抵抗氧氣氧化作用的能力稱為抗氧化性。金屬材料在常溫條件下的氧化作用并不明顯，但當(dāng)溫度升高時(shí)，其氧化作用明顯加劇。3．化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性是物質(zhì)材料的耐腐蝕性和抗氧化性的總稱。金屬材料在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性叫作熱穩(wěn)定性。例如，工業(yè)鍋爐、加熱設(shè)備、汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等，這類機(jī)械設(shè)備中有許多零件是在高溫條件下工作的，所以制造這些零件的材料要具有良好的熱穩(wěn)定性。任務(wù)一金屬的物理、化學(xué)性能金屬材料有哪些物理和化學(xué)性能？在工業(yè)生產(chǎn)中有哪些實(shí)用意義？任務(wù)一金屬的物理、化學(xué)性能02金屬的強(qiáng)度和塑性1．載荷金屬材料在使用和加工過程中所受到的各種外力統(tǒng)稱為載荷，用符號(hào)F表示。載荷按其作用性質(zhì)不同，可分為靜載荷、沖擊載荷及交變載荷三種。靜載荷是指大小和方向不變或變化緩慢的載荷。如橋梁的主索和吊索所承受的載荷可視為靜載荷。沖擊載荷是指在短時(shí)間內(nèi)以較高速度作用于工件上的載荷。如鏨削加工時(shí)，鏨子所受的載荷為沖擊載荷。交變載荷是指大小或方向隨時(shí)間發(fā)生周期性變化的載荷。如齒輪在工作過程中所承受的載荷為交變載荷。任務(wù)二金屬的強(qiáng)度和塑性一、載荷、變形與應(yīng)力任務(wù)二金屬的強(qiáng)度和塑性2．變形金屬材料受到載荷作用而產(chǎn)生的幾何形狀和尺寸的變化稱為變形。變形分為彈性變形和塑性變形。隨載荷的存在而產(chǎn)生、隨載荷的去除而消失的變形稱為彈性變形；載荷去除后仍不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。3．應(yīng)力金屬材料在受到外力作用時(shí)，其內(nèi)部作用著與外力相對(duì)抗的力稱為內(nèi)力。單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力，用R表示。應(yīng)力能夠準(zhǔn)確地反映金屬材料內(nèi)部的受力狀態(tài)，因此，所有強(qiáng)度指標(biāo)都是用應(yīng)力表示的。當(dāng)外力為拉伸載荷（F）時(shí)，其橫截面積（S）上應(yīng)力的計(jì)算公式為金屬材料的強(qiáng)度和塑性指標(biāo)是通過拉伸試驗(yàn)測量的。1．試樣——拉伸試樣試驗(yàn)時(shí)，首先將被測試材料加工成標(biāo)準(zhǔn)試樣，按照相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，常用拉伸試樣如圖1-2所示。圖中d是試樣的原始直徑，du

是試樣縮頸處直徑，Lo

為試樣的原始標(biāo)距，Le

為引伸計(jì)標(biāo)距，Lu

為斷后標(biāo)距。根據(jù)標(biāo)距長度與直徑之間的關(guān)系，比例試樣分為長比例試樣（Lo=10d0）和短試樣（Lo=5d0）兩種。任務(wù)二金屬的強(qiáng)度和塑性二、拉伸試驗(yàn)2．試驗(yàn)設(shè)備——拉伸試驗(yàn)機(jī)如圖1-3所示為拉伸試驗(yàn)機(jī)。將試樣裝夾在試驗(yàn)機(jī)上，然后緩慢施加拉伸載荷，直至拉斷試樣。任務(wù)二金屬的強(qiáng)度和塑性3．試驗(yàn)結(jié)果與分析——拉伸曲線拉伸試驗(yàn)測出的拉伸載荷與伸長量關(guān)系的曲線叫作拉伸曲線。如圖1-4所示是低碳鋼的拉伸曲線，圖中縱坐標(biāo)表示拉伸載荷，橫坐標(biāo)表示伸長量ΔL。圖中明顯地表現(xiàn)出以下幾個(gè)變形階段。任務(wù)二金屬的強(qiáng)度和塑性（1）Oe——彈性變形階段。當(dāng)F<Fe

時(shí)，如果卸載，試樣即恢復(fù)原狀。（2）s點(diǎn)附近——屈服階段。當(dāng)載荷增加到一定數(shù)值時(shí)，曲線上出現(xiàn)水平或鋸齒狀線段，這種在載荷不增加的情況下，試樣還繼續(xù)伸長的現(xiàn)象稱為屈服。屈服階段后，材料開始出現(xiàn)明顯塑性變形，此時(shí)去除載荷，試樣將出現(xiàn)殘余伸長。（3）屈服后至b點(diǎn)——強(qiáng)化階段。此階段載荷越大，試樣塑性變形量越大。隨著塑性變形量增大，試樣變形抗力也逐漸增加，這種現(xiàn)象稱為形變強(qiáng)化（或稱加工硬化）。（4）bz——縮頸階段（局部塑性變形階段）。當(dāng)載荷達(dá)到最大值Fm

后，試樣截面發(fā)生局部收縮，稱為“縮頸”。這時(shí)變形主要集中于縮頸部位，直至z點(diǎn)時(shí)被拉斷。工程上使用的金屬材料，多數(shù)沒有明顯的屈服現(xiàn)象。有些脆性材料，不僅沒有屈服現(xiàn)象，而且也不產(chǎn)生“縮頸”，如鑄鐵等。任務(wù)二金屬的強(qiáng)度和塑性金屬材料在靜載荷作用下，抵抗塑性變形或斷裂的能力稱為強(qiáng)度，用符號(hào)R表示。強(qiáng)度的大小通常用應(yīng)力來表示，常見的指標(biāo)如下。1．屈服強(qiáng)度當(dāng)金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)，在試驗(yàn)期間發(fā)生塑性變形而載荷不增加時(shí)的應(yīng)力稱為屈服強(qiáng)度，分為上屈服強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度。上屈服強(qiáng)度為試樣發(fā)生屈服而載荷首次下降前的最高應(yīng)力值，用ReH

表示，單位為MPa，用下式計(jì)算。任務(wù)二金屬的強(qiáng)度和塑性三、強(qiáng)度與強(qiáng)度指標(biāo)任務(wù)二金屬的強(qiáng)度和塑性式中FeH——試樣發(fā)生屈服而載荷首次下降前的最大值，N；

So——試樣原始橫截面積，mm2。下屈服強(qiáng)度為在屈服期間，不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)的最低應(yīng)力值，用ReL

表示，單位為MPa，用下式計(jì)算。式中FeL——不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)屈服期間的最小載荷，N；

So——試樣原始橫截面積，mm2。2．規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度Rp規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度指塑性延伸率ep

等于規(guī)定的引伸計(jì)標(biāo)距百分率時(shí)的應(yīng)力，用Rp表示，如圖1-5所示。使用的符號(hào)應(yīng)附腳注說明所規(guī)定的百分率，例如Rp0.2，表示規(guī)定塑性延伸率為0.2%時(shí)的應(yīng)力。對(duì)于無明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料，一般使用其規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度Rp代替下屈服強(qiáng)度ReL。定義中塑性延伸率指試驗(yàn)中任一給定時(shí)刻引伸計(jì)標(biāo)距的塑性延伸與引伸計(jì)標(biāo)距之比的百分率；引伸計(jì)標(biāo)距指用引伸計(jì)測量試樣延伸時(shí)所使用試樣平行長度部分的長度（見圖1-2），測量屈服強(qiáng)度和規(guī)定強(qiáng)度性能時(shí)推薦Le≥Lo/2。任務(wù)二金屬的強(qiáng)度和塑性3．規(guī)定總延伸強(qiáng)度Rt

規(guī)定總延伸強(qiáng)度指規(guī)定總延伸率et

等于規(guī)定的引伸計(jì)標(biāo)距百分率時(shí)的應(yīng)力，用Rt

表示，如圖1-6所示。使圖1-5規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度用的符號(hào)應(yīng)附腳注說明所規(guī)定的百分率，例如Rt

0.5，表示規(guī)定總延伸率為0.5%時(shí)的應(yīng)力。任務(wù)二金屬的強(qiáng)度和塑性4．規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度Rr

卸除應(yīng)力后殘余延伸率er

等于規(guī)定的引伸計(jì)標(biāo)距百分率時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度，用Rr

表示，如圖1-7所示。使用的符號(hào)應(yīng)附腳注說明所規(guī)定的百分率，例如Rr0.2，表示規(guī)定殘余延伸率為0.2%時(shí)的應(yīng)力。任務(wù)二金屬的強(qiáng)度和塑性5．抗拉強(qiáng)度試樣在拉斷前所能承受的最大應(yīng)力稱為抗拉強(qiáng)度，計(jì)算公式為式中Rm——抗拉強(qiáng)度，MPa；

Fm——試樣在拉斷前承受的最大載荷，N。零件在工作中所承受的應(yīng)力不允許超過抗拉強(qiáng)度，否則會(huì)產(chǎn)生斷裂。Rm

也是機(jī)械零件設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)。任務(wù)二金屬的強(qiáng)度和塑性金屬材料在載荷作用下斷裂前所能承受最大塑性變形的能力稱為塑性。塑性指標(biāo)常用斷后伸長率和斷面收縮率來表示。1．?dāng)嗪笊扉L率試樣拉斷后（見圖1-2b），標(biāo)距的殘余伸長與原始標(biāo)距之比的百分率稱為斷后伸長率，其計(jì)算公式為式中A——斷后伸長率，%；

Lu——試樣拉斷后的標(biāo)距長度，mm；

Lo——試樣的原始標(biāo)距長度，mm。任務(wù)二金屬的強(qiáng)度和塑性四、塑性與塑性指標(biāo)2．?dāng)嗝媸湛s率斷面收縮率是指試樣拉斷處橫截面積的縮減量與原始橫截面積之比的百分率，其計(jì)算公式為式中Z——斷面收縮率，%；

So——試樣原始橫截面積，mm2；

Su——試樣斷口處的最小橫截面積，mm2。斷面收縮率不受試樣尺寸的影響，能比較準(zhǔn)確地反映金屬材料的塑性。斷后伸長率（A）與斷面收縮率（Z）數(shù)值越大，表示金屬材料的塑性越好。塑性好的金屬易進(jìn)行塑性變形加工，制成形狀復(fù)雜的零件。任務(wù)二金屬的強(qiáng)度和塑性任務(wù)二金屬的強(qiáng)度和塑性1．什么是力學(xué)性能？金屬的力學(xué)性能包括哪些？2．什么是強(qiáng)度？衡量強(qiáng)度的常用指標(biāo)有哪些？分別用什么符號(hào)表示？3．什么是塑性？衡量塑性的指標(biāo)有哪些？分別用什么符號(hào)表示？03金屬的硬度任務(wù)三金屬的硬度一、布氏硬度1．試驗(yàn)原理使用一定直徑D的碳化鎢合金球作壓頭，以規(guī)定的試驗(yàn)力F壓入金屬表面，經(jīng)過規(guī)定的保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，然后用刻度放大鏡測量表面壓痕直徑，再計(jì)算硬度值，如圖1-9所示。布氏硬度值是用球面壓痕單位表面積上所承受的平均壓力來計(jì)算，用符號(hào)HBW表示。計(jì)算公式為從上式中可以看出，當(dāng)試驗(yàn)力F和壓頭球體直徑D一定時(shí)，布氏硬度值僅與壓痕直徑d的大小有關(guān)。d越小，布氏硬度值越大，硬度越高；反之，硬度越低。2．布氏硬度的表示方法布氏硬度用符號(hào)HBW表示，符號(hào)之前的數(shù)字是硬度值，符號(hào)之后為試驗(yàn)條件，依次為：壓頭直徑（mm）/試驗(yàn)力（kgf）/保持時(shí)間（s）。3．優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)力和壓頭直徑都比較大，壓痕面積也大，能反映出較大范圍內(nèi)金屬材料的平均硬度，因此測定的硬度值比較準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)重復(fù)性強(qiáng)。缺點(diǎn)是試驗(yàn)過程復(fù)雜，而且由于壓痕面積大，對(duì)金屬表面的損傷也較大，不宜測量表面質(zhì)量要求嚴(yán)格的成品零件及較薄工件。布氏硬度測量適用于鑄鐵、非鐵金屬及退火、正火、調(diào)質(zhì)處理的鋼材等。任務(wù)三金屬的硬度1．試驗(yàn)原理洛氏硬度也是一種壓入硬度試驗(yàn)，將錐角為120°的金剛石圓錐壓頭或直徑為1.5875mm（或3.175mm）的碳化鎢合金球形壓頭壓入金屬表面，以殘余壓痕深度確定其硬度值。如圖1-10所示為HR-150A型洛氏硬度計(jì)。試驗(yàn)時(shí)先后兩次施加試驗(yàn)力。先加初試驗(yàn)力，再加主試驗(yàn)力，將壓頭壓入金屬表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除主試驗(yàn)力，但仍保持初試驗(yàn)力，然后，從硬度計(jì)的表盤上直接讀出硬度值。任務(wù)三金屬的硬度二、洛氏硬度2．常用洛氏硬度標(biāo)尺及表示方法為了用一臺(tái)硬度計(jì)測定不同金屬材料的硬度，可采用不同的壓頭和總試驗(yàn)力組成15種洛氏硬度標(biāo)尺，常用的是A、B、C三種，其中C標(biāo)尺應(yīng)用最為廣泛。洛氏硬度表示方法：洛氏硬度用符號(hào)HR表示，每一種標(biāo)尺的符號(hào)在其后注明（HRC、HRBW、HRA），硬度值置于符號(hào)之前。例如，45HRC表示用C標(biāo)尺測定的洛氏硬度值為45。各種不同標(biāo)尺下的洛氏硬度值不能直接比較，但可查閱專門換算表（見附錄Ⅲ），換算成同一種標(biāo)尺后進(jìn)行比較。任務(wù)三金屬的硬度任務(wù)三金屬的硬度三種洛氏硬度標(biāo)尺的試驗(yàn)條件和適用范圍見表1-2。3．優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)過程簡單迅速，能直接從表盤上讀出硬度值；壓痕較小，可以測定成品及較薄工件；測量的硬度值范圍大，可測量硬度從很軟到很硬的各種金屬材料。缺點(diǎn)是由于壓痕較小，測定的硬度值不夠準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)重復(fù)性差，不宜測量表面質(zhì)量差或組織不均勻的材料（如鑄鐵）。任務(wù)三金屬的硬度1．試驗(yàn)原理維氏硬度的試驗(yàn)原理與布氏硬度基本相同，所不同的是其壓頭是一個(gè)相對(duì)面夾角為136°的金剛石正四棱錐體，通過測量壓痕對(duì)角線的長度來計(jì)算壓痕面積和硬度值。2．表示方法維氏硬度符號(hào)為HV，其表示方法與布氏硬度基本相同。實(shí)際試驗(yàn)時(shí)也無須計(jì)算，硬度值可直接從表中查出。維氏硬度試驗(yàn)所用的試驗(yàn)力可根據(jù)工件的大小、厚薄等條件進(jìn)行選擇，常用試驗(yàn)力在49.03～980.70N范圍內(nèi)變動(dòng)。任務(wù)三金屬的硬度三、維氏硬度3．優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍維氏硬度因試驗(yàn)時(shí)所加的試驗(yàn)力較小，壓入深度較淺，故可以測量較薄的材料，也可以測量滲碳、滲氮等表面硬化層的硬度，壓痕輪廓清晰，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高。同時(shí)維氏硬度值具有連續(xù)性（10～1000HV），故可測量硬度從很軟到很硬的各種金屬材料；其缺點(diǎn)是測量壓痕對(duì)角線的長度較煩瑣，對(duì)工件表面質(zhì)量要求也較高。在比較多種材料的硬度時(shí)，以上三種硬度的硬度值是不能直接比較的，應(yīng)換算成同一種硬度和標(biāo)尺。硬度換算可查閱附錄Ⅲ。任務(wù)三金屬的硬度任務(wù)三金屬的硬度1．什么是硬度？各用什么符號(hào)表示？常用的硬度試驗(yàn)方法有哪三種？2．布氏硬度試驗(yàn)方法有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？說明其應(yīng)用范圍。3．洛氏硬度試驗(yàn)方法有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？說明其應(yīng)用范圍。4．有三種材料，硬度分別為475HBW、512HV、62HRC，試比較這三種材料硬度的高低。04金屬的沖擊韌性與疲勞強(qiáng)度在生產(chǎn)實(shí)際中，許多機(jī)械零件往往受到?jīng)_擊載荷的作用，如連桿螺栓、活塞銷、錘桿和鍛模等。因此，這類零件所使用材料的性能指標(biāo)，不能簡單地用靜載荷作用下的指標(biāo)來衡量，必須考慮其抵抗沖擊載荷的能力。金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不被破壞的能力稱為沖擊韌性。金屬材料的沖擊韌性是通過彎曲沖擊試驗(yàn)測量的。任務(wù)四金屬的沖擊韌性與疲勞強(qiáng)度一、沖擊韌性1．一次沖擊試驗(yàn)根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，將待測的金屬材料加工成標(biāo)準(zhǔn)試樣，放在沖擊試驗(yàn)機(jī)上沖斷，如圖1-11所示。試驗(yàn)機(jī)記錄裝置將自動(dòng)記錄沖斷試樣所消耗的能量，也就是試樣被沖斷所吸收的能量，稱為沖擊消耗功，用符號(hào)AK

表示，單位為J。沖擊消耗功越大，表示試樣抵抗沖擊的能力越強(qiáng)。任務(wù)四金屬的沖擊韌性與疲勞強(qiáng)度任務(wù)四金屬的沖擊韌性與疲勞強(qiáng)度金屬材料的沖擊抗力用沖擊韌性值來表示。沖擊韌性值是指試樣沖斷后，單位斷口面積上的沖擊消耗功，用符號(hào)aK

表示，單位為J/cm2。沖擊消耗功AK

除以試樣缺口處的橫截面積So，即可得到材料的沖擊韌性值，其計(jì)算公式為沖擊韌性值只能反映金屬材料在一次沖斷情況下的抵抗能力，但金屬材料的實(shí)際使用情況與試驗(yàn)條件并不相同，所以沖擊韌性值僅供設(shè)計(jì)和選材時(shí)參考。2．多次重復(fù)沖擊試驗(yàn)事實(shí)上，機(jī)械零件在使用過程中，很少因一次大能量沖擊而遭到破壞，絕大多數(shù)是在小能量多次沖擊作用下破壞的，如鑿巖機(jī)風(fēng)鎬上的活塞、沖模的沖頭等，它們的破壞是由于多次沖擊損傷的積累，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生與擴(kuò)展的結(jié)果，完全不同于一次沖擊的破壞過程。在這種情況下，單純用沖擊韌性值來作為設(shè)計(jì)依據(jù)顯然是不符合實(shí)際的。因此，需要采用小能量多次重復(fù)沖擊試驗(yàn)來檢驗(yàn)這類金屬材料的抗沖擊性能。多次重復(fù)沖擊試驗(yàn)所使用的沖擊能量較小，試樣經(jīng)多次重復(fù)沖擊作用后斷裂，以試樣斷裂時(shí)經(jīng)受沖頭沖擊的次數(shù)（N）代表金屬的抗沖擊性能。任務(wù)四金屬的沖擊韌性與疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，一次沖擊韌性值高的材料，多次重復(fù)沖擊抗力不一定就高，反之亦然。如大功率柴油機(jī)曲軸是用孕育鑄鐵制成的，它的沖擊韌性值很低，而在長期使用中卻并未發(fā)生沖擊斷裂。實(shí)踐表明，金屬材料受大能量的沖擊載荷作用時(shí)，其沖擊抗力主要取決于沖擊韌性值的大??；而在多次重復(fù)沖擊條件下，其沖擊抗力主要取決于金屬材料的強(qiáng)度和塑性。任務(wù)四金屬的沖擊韌性與疲勞強(qiáng)度1．疲勞的概念許多機(jī)械零件，如軸、齒輪、軸承、葉片、彈簧等，都是在交變載荷作用下工作的。雖然工作應(yīng)力的最大值低于材料的屈服強(qiáng)度，但經(jīng)過較長時(shí)間的工作也會(huì)發(fā)生突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為金屬的疲勞。疲勞破壞是機(jī)械零件失效的主要原因之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在失效機(jī)械零件中，大約有80%以上屬于疲勞破壞，而且疲勞破壞前沒有明顯的變形，所以更易造成事故和損失。任務(wù)四金屬的沖擊韌性與疲勞強(qiáng)度二、疲勞強(qiáng)度2．疲勞破壞的特征盡管交變載荷有各種不同的類型，但疲勞破壞仍具有以下共同特點(diǎn)。（1）疲勞破壞時(shí)并沒有明顯的宏觀塑性變形，斷裂前沒有預(yù)兆，而是突然斷裂。（2）引起疲勞破壞的應(yīng)力較低，常常低于材料的屈服強(qiáng)度。（3）疲勞破壞基本都要經(jīng)過裂紋形成、擴(kuò)展和整體斷裂三個(gè)階段，其斷口形貌也往往呈現(xiàn)這一斷裂過程。任務(wù)四金屬的沖擊韌性與疲勞強(qiáng)度3．疲勞曲線和疲勞強(qiáng)度金屬材料的疲勞強(qiáng)度是采用專門試驗(yàn)設(shè)備，通過疲勞試驗(yàn)測量的。將材料制成標(biāo)準(zhǔn)試樣，對(duì)其施加交變應(yīng)力（見圖1-12），觀察交變應(yīng)力R與試樣斷裂前的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N的關(guān)系，如果將R和N的對(duì)應(yīng)關(guān)系繪制成圖，就得到R-N曲線，或稱為疲勞曲線，如圖1-13所示。任務(wù)四金屬的沖擊韌性與疲勞強(qiáng)度任務(wù)四金屬的沖擊韌性與疲勞強(qiáng)度1．什么是沖擊韌性？金屬材料大能量一次沖擊和小能量多次重復(fù)沖擊的沖擊抗力各取決于什么？2．什么是金屬的疲勞？金屬的疲勞破壞有哪三個(gè)基本過程？3．什么是疲勞強(qiáng)度？當(dāng)應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力時(shí)，疲勞強(qiáng)度用什么符號(hào)表示？05金屬的工藝性能1．常用切削加工方法切削加工是指使用切削工具（包括刀具、磨具和磨料）把坯料或工件上多余的材料層切去形成切屑，使工件獲得規(guī)定的幾何形狀、尺寸和表面質(zhì)量的加工方法。切削加工是機(jī)械制造中最主要的加工方法。任何切削加工都必須具備三個(gè)基本條件：切削工具、工件和切削運(yùn)動(dòng)。切削工具應(yīng)有刃口，其材質(zhì)必須比工件堅(jiān)硬。不同的刀具結(jié)構(gòu)和切削運(yùn)動(dòng)形式構(gòu)成不同的切削方法。用刃形和刃數(shù)都固定的刀具進(jìn)行切削的方法有車削、鉆削、鏜削、銑削、刨削、拉削和鋸削等，用刃形和刃數(shù)都不固定的磨具或磨料進(jìn)行切削的方法有磨削、研磨、珩磨和拋光等。任務(wù)五金屬的工藝性能一、切削加工與切削加工性金屬材料的切削加工有許多分類方法，常見的有按工藝特征、按材料切除率和加工精度、按表面成形方法進(jìn)行分類。金屬切削加工的工藝特征取決于切削工具的結(jié)構(gòu)，以及切削工具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式。因此按工藝特征劃分，切削加工一般可分為車削、銑削、鉆削、鏜削、鉸削、刨削、插削、拉削、鋸削、磨削等。金屬切削加工機(jī)床按加工方式或加工對(duì)象可分為車床、銑床、鉆床、鏜床、刨床、齒輪加工機(jī)床（見圖1-16、圖1-17）等。任務(wù)五金屬的工藝性能2．金屬的切削加工性金屬材料使用某種切削方法以獲得優(yōu)良工件的性能稱為切削加工性。它也是指金屬材料經(jīng)過切削加工而成為符合要求的工件的難易程度。切削加工性好的金屬材料，加工時(shí)刀具的磨損量小，切削用量大，加工出來的表面質(zhì)量較好。任務(wù)五金屬的工藝性能1．鑄造加工方法鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進(jìn)鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后，得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程（見圖1-18）。任務(wù)五金屬的工藝性能二、鑄造加工與鑄造性2．金屬的鑄造性金屬材料用鑄造的方法制成優(yōu)良鑄件的性能稱為鑄造性。鑄造性包括流動(dòng)性、收縮率和偏析（化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象）傾向等指標(biāo)。凡是流動(dòng)性好、收縮率小以及偏析傾向小的金屬材料，其鑄造性均較為良好。常用的鋼鐵材料中，鑄鐵具有優(yōu)良的鑄