1.金屬材料主要性能金屬材料的主要性能兩方面材料使用性能材料工藝性能力學(xué)性能（強(qiáng)度，塑性，韌性等）物理性能（導(dǎo)熱、電，熔點，密度等）化學(xué)性能（耐酸、堿，氧化，腐蝕等）生物性能（相容性、自恢復(fù)性等）材料制成零件或構(gòu)件后，為保證其正常工作和一定的工作壽命所必須具備的性能。材料在冷、熱加工過程中，為保證加工過程的順利進(jìn)行材料所必須具備的性能。加工性能（切削、鍛造等）鑄造性能（適合鑄造與否）焊接性能（容易焊接與否）熱處理性能（可熱處理強(qiáng)化）力學(xué)性能：指材料抵抗各種外加載荷的能力，其中包括彈性、剛度、強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性、疲勞強(qiáng)度等。金屬材料的主要性能力學(xué)性能金屬材料的主要性能力學(xué)性能力學(xué)性能：是指金屬材料在受外力作用時所反映出來的固有性能。金屬材料的力學(xué)性能主要有：強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度等。力學(xué)性能指標(biāo)是選擇、使用金屬材料的重要依據(jù)。變形材料在使用過程中，在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸的變化；彈性變形：外力去除后能夠恢復(fù)的變形；塑性變形：不能恢復(fù)的變形。應(yīng)變在外力作用下引起的材料的原始尺寸或形狀在單位長度上的變化。應(yīng)力在外力作用下材料單位面積上承受的載荷。舉例：彈簧、彎鋼絲五萬噸水壓機(jī)金屬材料的主要性能01.強(qiáng)度材料抵抗由外力載荷所引起的塑性變形或斷裂的能力。工程中常用屈服和抗拉強(qiáng)度作為強(qiáng)度的判別依據(jù)。1）屈服強(qiáng)度

s在拉伸試驗過程中，載荷不增加，試樣仍能繼續(xù)伸長時的應(yīng)力，用符號σs表示。屈服點應(yīng)力σs可按下式計算σs=Fs/A0

(MPa)式中：Fs—試樣屈服時的載荷（N）

A0—試樣原始橫截面積（mm2）

應(yīng)用σs常作為零件選材和設(shè)計的依據(jù)。金屬材料的主要性能01.強(qiáng)度2）抗拉強(qiáng)度

b材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力值。抗拉強(qiáng)度

b可按下式計算σb=Fb/A0(MPa)式中：Fb—試樣承受的最大載荷(N)A0—試樣原始橫截面積(mm2)屈服強(qiáng)度σs和抗拉強(qiáng)度σb在設(shè)計機(jī)械和選擇、評定金屬材料時有重要意義。由于機(jī)器零件在工作時，不允許產(chǎn)生塑性變形，因此機(jī)械零件多以σs作為強(qiáng)度設(shè)計的依據(jù)。對于脆性材料，因斷裂前基本不發(fā)生塑性變形，因此在強(qiáng)度計算時以σb為依據(jù)。金屬材料的主要性能02.塑性金屬材料產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。用伸長率

和斷面收縮率

表示。1）伸長率δ

式中：l0—試樣原標(biāo)距的長度（mm）

l1—試樣拉斷后的標(biāo)距長度（mm）伸長率是指試樣拉斷前后的相對伸長值。2）斷面收縮率

=(A0-A1)/A0×100%

式中：A0—試樣的原始截面積（mm2）

A1—試樣斷面處的最小截面積（mm2）斷面收縮率是指試樣拉斷后斷面處橫截面積的相對收縮值。金屬材料的主要性能拉伸試樣的縮頸現(xiàn)象說明、越大，材料塑性越好，是材料用于軋制、鍛造、沖壓、焊接的必要條件；而且在使用時萬一超載，由于塑性變形，可避免突然斷裂。用斷面縮率表示塑性比伸長率更接近真實變形。

>時，無縮頸，為脆性材料表征；

<時，有縮頸，為塑性材料表征。這兩個指標(biāo)反映的物理意義是一樣的（塑性）。常用的是伸長率，但有時也用斷面收縮率。金屬材料的主要性能硬度概念：固體材料抵抗局部塑性變形、壓入或劃痕的能力。（局部抵抗能力）材料的硬度直接影響到材料的耐磨性及切削加工性。不管是刀具、量具、刃具還是工件都要有足夠的硬度才能保證他們的使用性能和壽命。刀具的硬度要大大高于材料的硬度，才能進(jìn)行正常的切削加工。常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。不同的硬度指標(biāo)，其試驗方法和適用范圍不同。金屬材料的硬度可用專門儀器來測試，常用的有布氏硬度機(jī)、洛氏硬度機(jī)和維氏硬度機(jī)等。金屬材料的主要性能力學(xué)性能——硬度種類布氏硬度HB，Brinellhardness洛氏硬度HR，Rockwellhardness維氏硬度HV，Vickershardness金屬材料的主要性能壓頭為鋼球時布氏硬度用符號HBS表示，適用于布氏硬度值在450以下的材料。壓頭為硬質(zhì)合金球時用符號HBW表示，適用于布氏硬度在650以下的材料。符號HBS或HBW之前的數(shù)字——表示硬度值；符號后面的數(shù)字分別表示：球體直徑、載荷及載荷保持時間。如120HBS10/1000/30（原表示HB120）鋼球直徑為10mm，作用載荷1000kgf，保持30s，測得的布氏硬度值。布氏硬度壓痕金屬材料的主要性能洛氏硬度符號HR前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺。HRA用于測量高硬度材料，如硬質(zhì)合金、表面淬火層和滲碳層。HRB用于測量低硬度材料，如有色金屬和退火、正火鋼等。HRC用于測量中等硬度材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。洛氏硬度是由美國的洛克威爾（S.P.Rockwell和H.M.Rockwell）于1919年提出來的。洛氏硬度的優(yōu)點操作簡便，壓痕小，適用范圍廣，可用于成品檢驗。洛氏硬度的缺點測量結(jié)果分散度大，重復(fù)性較差。金屬材料的主要性能力學(xué)性能——硬度——維氏硬度與布氏法相似；金剛石四棱錐體；正方形壓痕；根據(jù)對角線平均長度查表，獲得硬度值。優(yōu)點：可用同一標(biāo)尺測定從極軟到極硬的材料，可測較薄材料和各種表面滲層，且準(zhǔn)確度高；缺點：需測量壓痕對角線長度，測試手續(xù)相對較繁。工程中有些機(jī)件在工作時要受到瞬間大能量的沖擊載荷；如鍛壓機(jī)的錘桿、沖床的沖頭、汽車變速齒輪、飛機(jī)的起落架等。金屬材料的主要性能韌性（與脆性相反）概念：材料斷裂前吸收的變形能量的能力稱為韌性。它是材料抵抗沖擊荷載而不破壞的能力，或說材料斷裂前吸收能量的能力。是材料強(qiáng)度和塑性的綜合指標(biāo)。金屬材料的主要性能材料的ak值愈大，韌性就愈好；材料的ak值愈小，材料的脆性愈大。通常把a(bǔ)k值小的材料稱為脆性材料。研究表明，材料的ak值隨溫度的降低而降低。當(dāng)溫度降至某一數(shù)值或范圍時，ak值會急劇下降，材料則由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，這種轉(zhuǎn)變稱為冷脆轉(zhuǎn)變，相應(yīng)溫度稱為冷脆轉(zhuǎn)變溫度。材料的冷脆轉(zhuǎn)變溫度越低，說明其低溫沖擊性能越好，允許使用的溫度范圍越大。因此對于寒冷地區(qū)的橋梁、車輛等機(jī)件用材料，必須作低溫（一般為–40℃）沖擊彎曲試驗，以防止低溫脆性斷裂。溫度的影響金屬材料的主要性能疲勞強(qiáng)度工程上一些機(jī)件工作時受交變應(yīng)力或循環(huán)應(yīng)力作用，如：曲軸、齒輪、連桿、彈簧等，即使工作應(yīng)力低于材料的屈服強(qiáng)度

s，但經(jīng)過一定循環(huán)次數(shù)N后仍會發(fā)生斷裂，這樣的斷裂現(xiàn)象稱之為疲勞。01.疲勞的概念交變應(yīng)力（或循環(huán)應(yīng)力）——隨時間而（循環(huán)）變化的應(yīng)力；應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N——結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞時所經(jīng)歷的應(yīng)力變化次數(shù)?；疖囕嗇S齒輪根部金屬材料的主要性能疲勞強(qiáng)度02.疲勞斷裂原因零件的疲勞斷裂過程可分為裂紋產(chǎn)生、裂紋擴(kuò)展和瞬間斷裂三個階段；材料內(nèi)部雜質(zhì)、缺陷、表面劃痕、應(yīng)力集中等在交變載荷的作用下產(chǎn)生微裂紋，并擴(kuò)展導(dǎo)致斷裂。疲勞輝紋（掃描電鏡照片）03.提高疲勞強(qiáng)度的措施除改善材料的形狀結(jié)構(gòu)，減少應(yīng)力集中外，還要采取進(jìn)行表面強(qiáng)化措施。如提高零件的表面質(zhì)量（表面粗糙度）、噴丸處理等，同時應(yīng)減少材料的內(nèi)部缺陷，控制材料的內(nèi)部質(zhì)量。軸的疲勞斷口金屬材料的主要性能金屬材料的工藝性能工藝性能是材料物理、化學(xué)、力學(xué)性能的綜合反映。按工藝方法的不同，可分為鑄造性能、可鍛性、焊接性和切削加工性等。01.鑄造性能金屬在鑄造成形過程中獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部健全鑄件的能力稱為鑄造性能。鑄造性能包括流動性、吸氣性、收縮性和偏析等。在金屬材料中灰鑄鐵和青銅的鑄造性能較好。02.鍛造性能金屬材料利用鍛壓加工方法成形的難易程度稱為鍛造性能。鍛造性能的好壞主要同金屬的塑性和變形抗力有關(guān)。塑性越好，變形抗力越小，金屬的鍛造性能越好。金屬材料的主要性能金屬材料的工藝性能工藝性能是材料物理、化學(xué)、力學(xué)性能的綜合反映。按工藝方法的不同，可分為鑄造性能、可鍛性、焊接性和切削加工性等。03.焊接性能焊接性能是指材料在限定的施工條件下焊接成按規(guī)定設(shè)計要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)定服役要求的能力。04.切削加工性能切削加工性能是指金屬在切削加工時的難易程度。材料的力學(xué)性能有哪些指標(biāo)？3.常見工程材料的類型材料的發(fā)展史，就是人類社會的發(fā)展史。人類歷史的劃分石器時代陶器時代青銅器時代鐵器時代現(xiàn)代社會三大支柱能源、信息和材料生物工程，信息技術(shù)和新材料材料的發(fā)展史，就是人類科技的發(fā)展史信息、材料、能源、生物技術(shù)社會文明支柱，科技創(chuàng)新的重要標(biāo)志！現(xiàn)代高科技材料—人類社會發(fā)展的里程碑！新材料—現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和社會發(fā)展的基礎(chǔ)和支柱！材料的發(fā)展史，就是人類科技的發(fā)展史工程材料的分類金屬材料非金屬材料黑色金屬有色金屬高分子材料陶瓷材料復(fù)合材料鑄鐵碳鋼合金鋼鋁合金銅合金其它有色金屬塑料橡膠合成纖維材料的發(fā)展史，就是人類科技的發(fā)展史（一）有色金屬——指黑色金屬（鋼鐵）以外的所有金屬及其合金，也稱為非鐵金屬。常用的有色金屬有銅及銅合金、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金、軸承合金等。材料的發(fā)展史，就是人類科技的發(fā)展史（一）有色金屬01.銅及銅合金①純銅純銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，在大氣、淡水和冷凝水中有良好的耐蝕性。塑性好。純銅呈紫紅色，又稱為紫銅。②銅合金銅合金常加元素為Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了強(qiáng)度，又保持了純銅特性。常用的銅合金可分為：黃銅、青銅和白銅。材料的發(fā)展史，就是人類科技的發(fā)展史（一）有色金屬01.銅及銅合金1）黃銅——以鋅為主加元素的銅合金。黃銅普通黃銅特殊黃銅——在普通黃銅中加入其他合金元素所組成的合金。2）青銅——除黃銅和白銅外的其他銅合金。常用青銅有錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅、鉛青銅等。錫青銅錠材料的發(fā)展史，就是人類科技的發(fā)展史（一）有色金屬01.銅及銅合金錫青銅管錫青銅主要用于耐蝕承載件，如彈簧、軸承、齒輪軸、蝸輪、墊圈等。船用青銅軟管快速接頭閥（錫青銅閥體、閥蓋）材料的發(fā)展史，就是人類科技的發(fā)展史（一）有色金屬01.銅及銅合金鈹青銅用于重要的彈性件、耐磨件，如精密彈簧、膜片，高速、高壓軸承及防爆工具、航海羅盤等重要機(jī)件。以鈹為主加元素的銅合金，鈹含量為1.7~2.5%。鈹青銅制品材料的發(fā)展史，就是人類科技的發(fā)展史（一）有色金屬01.銅及銅合金3）白銅——以鎳為主要合金元素的銅合金。用于在蒸汽和海水環(huán)境下工作的精密機(jī)械，儀表零件及冷凝器，蒸餾器，熱交換器等。白銅可分普通白銅和特殊白銅。1>普通白銅具有較高的耐蝕性和抗腐蝕疲勞性能及優(yōu)良的冷熱加工性能。白銅件材料的發(fā)展史，就是人類科技的發(fā)展史（一）有色金屬01.銅及銅合金3）白銅——以鎳為主要合金元素的銅合金。2>特殊白銅：——在普通白銅基礎(chǔ)上添加Zn、Mn、AI等元素形成的，分別稱鋅口銅、錳白銅、鋁口銅等。白銅型材康銅熱偶材料的發(fā)展史，就是人類科技的發(fā)展史（一）有色金屬02.鋁及鋁合金①純鋁純鋁具有銀白色金屬光澤，密度小，熔點低,導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)良；耐大氣腐蝕，易于加工成形；無磁性。②鋁合金鋁合金既具有高強(qiáng)度又保持純鋁的優(yōu)良特性。鋁合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外還有Cr、Ni、Ti、Zr

等輔加元素。鋁合金可分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩類。材料的發(fā)展史，就是人類科技的發(fā)展史（一）有色金屬02.鋁及鋁合金鋁合金制造的機(jī)翼鋁鑄件鋁合金型材材料的發(fā)展史，就是人類科技的發(fā)展史（二）黑色金屬工業(yè)用鋼按化學(xué)成分分：碳素鋼、合金鋼兩大類。按用途分：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼三類。按質(zhì)量分：普通鋼，優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼三類。按脫氧程度分：鎮(zhèn)靜鋼，沸騰鋼等。一、鋼的分類材料的發(fā)展史，就是人類科技的發(fā)展史（二）黑色金屬碳素鋼合金鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼刃具鋼模具鋼量具鋼不銹鋼耐熱鋼耐磨鋼鋼碳素工具鋼彈簧鋼滾動軸承鋼其它材料的發(fā)展史，就是人類科技的發(fā)展史（二）黑色金屬嚴(yán)格地說，鋼是含碳量在0.0218%-2.11%之間的鐵碳合金。我們通常將其與鐵合稱為鋼鐵，為了保證其韌性和塑性，含碳量一般不超過1.7%。鋼的主要元素除鐵、碳外，還有硅、錳、硫、磷等。其它成分是為了使鋼材性能有所區(qū)別。按化學(xué)成分分：（1）碳素鋼是指鋼中除鐵、碳外，還含有少量錳、硅、硫、磷等元素的鐵碳合金。按其含碳量的不同，可分為：1）低碳鋼——含碳量wc≤0.25%；2）中碳鋼——含碳量wc0.25%~0.60%；3）高碳鋼——含碳量wc>0.60%高碳鋼一般在軍工業(yè)和工業(yè)醫(yī)療業(yè)比較多。材料的發(fā)展史，就是人類科技的發(fā)展史（二）黑色金屬（2）合金鋼為了改善鋼的性能，在冶煉碳素鋼的基礎(chǔ)上，加入一些合金元素而煉成的鋼，如鉻鋼、錳鋼、鉻錳鋼、鉻鎳鋼等。按其合金元素的總含量，可分為：1）低合金鋼——合金元素的總含量≤5%；2）中合金鋼——合金元素的總含量5%~10%；3）高合金鋼——合金元素的總含量>10%。按質(zhì)量分為優(yōu)質(zhì)合金鋼、特質(zhì)合金鋼；按特性和用途又分為合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐酸鋼、耐磨鋼、耐熱鋼、合金工具鋼、合金彈簧鋼和特殊性能鋼等。材料的發(fā)展史，就是人類科技的發(fā)展史鑄鐵鑄鐵是含碳量2.11％<Wc<6.69％的鐵碳合金。工業(yè)上常用的鑄鐵，含碳量一般在2.5％~4.0％的范圍內(nèi)，此外還含有硅（Si）、錳（Mn）、硫（S）、磷（P）等元素。力學(xué)性能中抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性均遠(yuǎn)不如鋼，而抗壓強(qiáng)度和硬度并沒有明顯降低。切削性能良好，刀具使用壽命高。良好的鑄造性能、耐磨性能、消音減震性能以及較低的缺口敏感性等優(yōu)異性能。材料的發(fā)展史，就是人類科技的發(fā)展史生鐵、熟鐵和鋼是三種金屬材料的名稱。1>生鐵是指在高爐中通過熱還原反應(yīng)從鐵礦石或廢鐵里提取出來的粗鐵，成分主要是鐵、碳、硅、錳、磷等元素。2>熟鐵是指經(jīng)過連鑄或鍛