1-1识别金属材料力学性能指标

1、金属的种类繁多，通常把金属分为黑色金属和有色金属两大类。黑色金属：铁、铬、锰三种 钢铁表面常覆盖着一层黑色的四氧化三铁。有色金属：铁、铬、锰以外的全部金属。汽车金属材料 金属是一种具有光泽（即对可见光强烈反射）、富有延展性、容易导电、导热等性质的物质。金属的上述特质都跟金属晶体内含有自由电子有关。 在自然界中，绝大多数金属以化合态存在，少数金属例如金、铂、银以游离态存在。金属矿物多数是氧化物及硫化物。其他存在形式有氯化物、硫酸盐、碳酸盐及硅酸盐。 金属材料在现代工业中的广泛应用主要是由于其能满足各种工程构件或机械零件所需的力学性能和工艺性能要求，所以掌握各种金属材料的力学性能及其变化规律，根据

2、工作条件及力学性能选择材料，充分发挥其性能潜力，是保证构件或零件质量的基础。那么，为什么金属材料或者黑色金属材料是用来制造机器的最主要材料？这是因为： 其具有优良的机械性能（力学性能）、工艺性能，并具较好的物理性能及化学稳定性。那么，什么是金属材料的机械性能（力学性能）？什么是金属材料的工艺性能？什么是金属材料的物理性能及化学性能？本章知识目标掌握金属材料的性能与结构掌握金属材料的热处理掌握常用金属材料以及典型汽车零件金属材料的选用金属材料的性能：使用性能和工艺性能使用性能：指零部件再正常使用条件下材料所表现出来的性能。 主要包括：力学性能、物理性能和化学性能。工艺性能：指材料在被制成各种零部

3、件的过程中适应加工的性能。 主要包括：铸造、锻造、焊接、切削加工和热处理。材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。外力去除后能够恢复的变形称为弹性变形。外力去除后不能恢复的变形称为塑性变形。 载荷的概念 金属所受到的外力叫载荷。根据性质的不同，载荷可以分为静载荷、冲击载荷及交变载荷；静载荷是指外力的大小和方向不变或变化很缓慢的载荷；冲击载荷是指突然增加的载荷；交变载荷则是指大小和方向随时间作周期性变化的载荷。 常见载荷 根据作用方式的不同，载荷可以分为拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷、剪切载荷、扭转载荷等。金属材料的力学性能是指在承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等

4、）时，对变形与断裂的抵抗能力及发生变形的能力。常用的力学性能有：强度、塑性、硬度、冲击韧性及疲劳极限等。强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。塑性是指金属材料在静载荷作用下产生塑性变形而不致引起破坏的能力。金属材料的强度和塑性的指标可通过拉伸试验测定。按照载荷的性质，材料强度有静强度、疲劳强度等；按照环境条件，材料强度有常温强度、高温强度等，高温强度又包括蠕变极限和持久强度。根据载荷的作用方式不同，强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度、抗扭强度和抗弯强度。通常以抗拉强度代表材料的强度指标。强度 材料强度的大小通常用单位面积上所承受的力来表示，其单位为N/m2(Pa)，但P

5、a这个单位太小，所以实际工程中常用MPa（MPa=106Pa）作为强度的单位。强度越高，表明材料在工作时越可以承受较高的载荷。当载荷一定时，选用高强度的材料，可以减小构件或零件的尺寸。因此，提高材料的强度是材料科学中的重要课题，称之为材料的强化。强度的意义一般钢材的屈服强度在2002000MPa 之间，如建造2008年北京奥运会主体育场“鸟巢”外部钢结构的Q460E钢，其屈服强度为460MPa。 计算实例：起重吊钩的上端借螺母固定，若吊钩螺栓内径 d= 55 mm， F= 170kN，材料许用应力 ，试校核螺栓部分的强度。 一、拉伸实验拉伸试样2. 力伸长曲线（以低碳钢试样为例） 3. 脆性材

6、料的拉伸曲线1. 拉伸试样 有圆形、矩形、六方等形状。长试样：L0=10d0短试样：L0=5d0 万能材料试验机 a) WE系列液压式 b) WDW系列电子式图 低碳钢的F-l曲线2. 力伸长曲线拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线。 颈缩阶段强化阶段弹性变形阶段屈服阶段如图：低碳钢的力伸长曲线 (a)试样 (b)伸长 (c)产生缩颈 (d)断裂拉伸试样的颈缩现象LF03. 脆性材料的拉伸曲线（与低碳钢试样相对比）脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。 1)弹性极限 弹性极限是指在产生完全弹性变形时材料所能承受的最大应力，即： 式中Fe试样完全弹性变形时所能承受的最大载荷(N ) So试样原始截面积(mm2)2)屈服强度在金属拉伸试验过程中，当应力超过弹性极限后，变形增加较快，此时除了弹性变形外，还产生部分塑性变形。当外力增加到一定数值时突然下降，随后，在外力不增加或上下波动情况下，试样继续伸长变形，在力伸长曲线出现一个波动的小平台，这便是屈服现象。屈服现象工程上各种构件或机器零件工作时均不允许发生过量塑性变形，因此屈服强度 是工程技术上重要的力学性能指标之一，也是大多数机械零件选材和设计的依据。3)抗拉强度 材料在断裂前所能承受的