第一章 金属材料性能

1、第一章第一章 金属材料的性能金属材料的性能第一节第一节 金属材料的力学性能金属材料的力学性能 力学性能的定义：力学性能的定义：力学性能是指金属材力学性能是指金属材料在受外力作用时所反映出来的固有性能。料在受外力作用时所反映出来的固有性能。 金属材料的力学性能主要有：金属材料的力学性能主要有：强度、塑强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。 力学性能指标是选择、使用金属材料的力学性能指标是选择、使用金属材料的重要依据。重要依据。 第一章第一章 金属的力学性能金属的力学性能如何知道金属材料的力学性能？第一章第一章 金属的力学性能金属的力学性能低碳钢的拉伸实验低碳钢的

2、拉伸实验标准试件标准试件 低碳钢的拉伸曲线低碳钢的拉伸曲线1 1、oeoe段：直线、弹性变性段：直线、弹性变性2 2、eses段：曲线、弹性变形段：曲线、弹性变形+ +塑性变形塑性变形5 5、b b点：点：出现缩颈现象，即试样局出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。拉伸力达到最大值，试样即将断裂。3 3、s ss s段：水平线（略有波动）明显段：水平线（略有波动）明显的塑性变形屈服现象，作用的力基本不的塑性变形屈服现象，作用的力基本不变，试样连续伸长。变，试样连续伸长。4 4、sbsb曲线：均匀塑性变形阶段曲线：均

3、匀塑性变形阶段第一章第一章 金属的力学性能金属的力学性能应力应变曲线强度强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力 。一、强度一、强度2 2、抗拉强度、抗拉强度指试样拉断前所承受的最大拉应力。指试样拉断前所承受的最大拉应力。其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力。1 1、屈服点、屈服点b = F Fb b/S/S0 0 当材料的内应力当材料的内应力b b时，材料将产生断裂。时，材料将产生断裂。ss用于一般的强度设计用于一般的强度设计b b常用作脆性材料的选材和设计的依据。常用作脆性材料的选材和设计的依据。 符号：符号： s

4、 材料产生屈服现象时的最小应力材料产生屈服现象时的最小应力s s = = F Fs s/S/S0 0 Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（试样屈服时所承受的拉伸力（N） S0 ：试样原始横截面积（：试样原始横截面积（mm）1-1 1-1 力学性能力学性能二、塑性二、塑性 塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏不破坏的能力。评定指标是的能力。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。断后伸长率和断面收缩率。1 1、断后伸长率、断后伸长率2 2、断面收缩率、断面收缩率指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。指试样拉

5、断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。=(L=(L1 1-L)/L x 100%-L)/L x 100%L:L:标距标距L1:L1:拉断后的试件标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。拉断后的试件标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。=(A0-A1)/A0 x 100%=(A0-A1)/A0 x 100%A0:A0:试件原横截面积。试件原横截面积。A1:A1:断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。 1-1 1-1 力学性能力学性能图 示总结：总结： 和和愈大，则塑性愈好。愈

6、大，则塑性愈好。 良好的塑性是金属材料进行塑性加工良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。的必要条件。 金属材料抵抗其它更硬的物体压入其内的能力。它是金属材料抵抗其它更硬的物体压入其内的能力。它是材料性能的一个综合的物理量，表示金属材料材料性能的一个综合的物理量，表示金属材料局部局部表面表面抵抗塑性变形和破坏的能力。它是衡量材料软硬程度的抵抗塑性变形和破坏的能力。它是衡量材料软硬程度的指标。指标。1 1、硬度的测试方法、硬度的测试方法 （1 1）布氏硬度）布氏硬度 （2 2）洛氏硬度）洛氏硬度 （3 3）维氏硬度）维氏硬度 （4 4）肖氏硬度）肖氏硬度1-1 力学性能力学性能1 1、布氏硬

7、度试验、布氏硬度试验（布氏硬度计） 原理原理: :用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面材料表面压痕直径压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。1-1 力学性能力学性能压头为淬火钢球压头为淬火钢球时，布氏硬度用符号时，布氏硬度用符号HBSHBS表表示，适用于布氏硬度值在示，适用于布氏硬度值在450450以下的材料。以下的材料。压头为硬质合金压头为硬质合金时

8、，用符号时，用符号HBWHBW表示，适用表示，适用于布氏硬度在于布氏硬度在650650以下的材料。以下的材料。1-1 力学性能力学性能2 2、布氏硬度值、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。表示。 如：120HBS 500HBW4 4、测量范围、测量范围 用于测量用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等属材料等. .3 3、优缺点、优缺点（1 1）测量值较准确，重复性好，可测组织不均测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）匀材料（铸铁）（2 2）可测的硬度值不高可测的硬度值不高（3 3）不不测试

9、成品与薄件测试成品与薄件（4 4）测量费时，效率低测量费时，效率低1 1、洛氏硬度试验、洛氏硬度试验（洛氏硬度计） 原理原理: : 用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬度试验。种压痕硬度试验。 2 2、洛氏硬度值、洛氏硬度值 用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。出。如：如：50HRC50HRC 4 4、测量范围、测量范围 用于测量用于测量淬火

10、钢、硬质合金淬火钢、硬质合金等材料等材料. .3 3、优缺点、优缺点（1 1）试验简单、方便、迅速试验简单、方便、迅速（2 2）压痕小，可测成品，薄件压痕小，可测成品，薄件（3 3）数据数据不够准确，应测三点取平均值不够准确，应测三点取平均值（4 4）不应测组织不均匀材料，如铸铁。不应测组织不均匀材料，如铸铁。1-1 力学性能力学性能1 1、维氏硬度试验、维氏硬度试验 原理原理: :用用夹角为夹角为136136的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F F（49.03-980.07N49.03-980.07N）压入试样表面，测出压痕对角线长度）压入试样表面，测出

11、压痕对角线长度d d。2 2、维氏硬度值、维氏硬度值 用压痕对角线长度表示。用压痕对角线长度表示。如：如：640HV640HV。 4 4、测量范围、测量范围 常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。3 3、优缺点、优缺点（1 1）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）（2 2）可测成可测成品与薄件品与薄件（3 3）试样表面要求高，费工。试样表面要求高，费工。1-1 力学性能力学性能维氏硬度试验原理维氏硬度试验原理维氏硬度计维氏硬度计四、冲击韧度（四、冲击韧度（akak）金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力叫

12、做冲击韧度。金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力叫做冲击韧度。ak = AK/A ak = AK/A （Jcm-2Jcm-2）Ak折断试样所消耗的冲击功（折断试样所消耗的冲击功（J） A试样断口处的原始截面（试样断口处的原始截面（mm2） 1-1 力学性能力学性能五、疲劳强度五、疲劳强度 金属材料在金属材料在无数次重复无数次重复或交变载荷作用下而不致引起断裂的或交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力，叫做最大应力，叫做疲劳强度疲劳强度。- -N N 曲曲线线 在循环载荷作用下，材料承受一定的循环应力和断裂时相应的循环次数N之间的关系可以用曲线来描述，即之间的关系曲线，称疲劳曲线疲劳强度以符号

13、疲劳强度以符号-1-1表示，表示，即当应力低于即当应力低于-1-1值，既值，既使循环周次无穷多也不发使循环周次无穷多也不发生断裂生断裂 。无数次应力循环：对于钢无数次应力循环：对于钢材为材为107107，有色金属和某，有色金属和某些超高强度钢常取些超高强度钢常取108108。 1-2 物理、化学性能物理、化学性能1 1 密度密度2 2 熔点熔点3 3 导热性导热性4 4 导电性导电性5 5 热膨胀性热膨胀性6 6 磁性磁性一、金属的物理性能一、金属的物理性能二、金属的化学性能二、金属的化学性能 它是金属材料在它是金属材料在室温或高温室温或高温时抵抗各种化学作用的能力，时抵抗各种化学作用的能力，

14、主要是指抵抗活泼介质的化学侵蚀能力。主要是指抵抗活泼介质的化学侵蚀能力。 1. 1.耐腐蚀性耐腐蚀性( (如耐酸性、耐碱性等如耐酸性、耐碱性等) ) 2 2抗氧化性抗氧化性 3 3化学稳定性化学稳定性1-2 物理、化学性能物理、化学性能1-3 工艺性能工艺性能1 1、铸造性能、铸造性能2 2、锻造性能、锻造性能金属的工艺性能金属的工艺性能3 3、焊接性能、焊接性能4 4、切削加工性能、切削加工性能是否易于冷热加工的性能金属在铸造成形过程中获得外形准确、金属在铸造成形过程中获得外形准确、内部健全铸件的能力称为铸造性能。内部健全铸件的能力称为铸造性能。铸造性能包括流动性、吸气性、收缩铸造性能包括流

15、动性、吸气性、收缩性和偏析等。在金属材料中灰铸铁和性和偏析等。在金属材料中灰铸铁和青铜的铸造性能较好。青铜的铸造性能较好。金属材料利用锻压加工方法成形的难金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度称为锻造性能。锻造性能的好易程度称为锻造性能。锻造性能的好坏主要同金属的塑性和变形抗力有关。坏主要同金属的塑性和变形抗力有关。塑性越好，变形抗力越小，金属的锻塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性能越好。造性能越好。 焊接性能是指材料在限定的焊接性能是指材料在限定的施工条件下焊接成按规定设施工条件下焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。服役要求的能力。切削加工性能是指金属在切切削加工性能是指金属在切削加工时的难易程度。削加工时的难易程度。金属材料金属材料铁合金：钢、铸铁非铁合金：铜、铝、钛、镁及其合金拉伸试样的颈缩现象拉伸试样的颈缩现象屈服极限屈服极限 S强化阶段弹性极限弹性极限 P屈服阶段屈服阶段强度极限强度极限 B颈缩阶段弹性阶段弹性阶段总结222)(2102. 0)(mmNdDDDFHBWHBS式中：F试验力，N； D压头的直径,mm 定义定义： HR=HR=k k