金属材料的主要性能课件

第1章工程材料【教学目的】使学生掌握工程材料的基本知识【教学重点】金属的晶体结构与结晶，铁碳合金，金属热处理【教学难点】铁碳合金【教学方法及手段】课堂讲授，实验【教学内容】金属材料的主要性能,金属的晶体结构

与结晶,铁碳合金,金属材料,金属热处理【自学内容】

非金属材料1.1金属材料的主要性能

机械零件在使用过程中，要受到诸如拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切以及温度和化学介质等作用，并且还要传递力和能。因此，作为构成机械零件的金属材料，应具备良好的力学性能、物理性能和化学性能以防止零件早期失效，同时还要有良好的工艺性能。1.1.1金属材料的力学性能金属材料的力学性能：金属材料在外力作用下表现出来的特性，如弹性、塑性、强度、硬度和韧性等。力学性能判据（指标）：用来表征材料力学性能的各种临界值或规定值，可通过试验测定。弹性强度韧性硬度刚度塑性金属力学性能(1)拉伸试验拉伸试验：

即静拉伸力对试样轴向拉伸,测量力和相应的伸长,一般拉至断裂以测定其力学性能的试验。

图1－2低碳钢拉伸曲线(ΔL)

σ(F)bkseσbεσsσe

2.刚度即材料抵抗弹性变形的能力。

刚度的大小以弹性模量来衡量，弹性模量在拉伸曲线上表现为oe段的斜率，即：

E=σ/ε式中E——弹性模量（MPa）；

σ——应力（MPa）；

ε——应变。3.强度

即金属抵抗永久变形和断裂的能力。（1）屈服点屈服点：即试样在拉伸过程中力不增加（保持恒定）仍能继续伸长（变形）时的应力。在拉伸曲线上s点对应的应力为屈服点。

σs=Fs/S0

式中σs——屈服点（MPa）；

Fs——试样开始产生屈服现象时的拉力（N）；S0——试样原始横截面积（mm2）。3.强度

（1）屈服点条件屈服强度:

许多金属材料拉伸时没有明显的屈服现象,为了测这些材料屈服点，规定试样产生0.2％塑性变形时对应的应力值作为屈服点，称为条件屈服强度，表示为σ0.2。

抗拉强度：σb，它是设计和选材的主要依据之一，是工程技术上的主要强度指标。

屈强比：σs/σb，是一个有意义的指标。其比值越大，越能发挥材料的潜力。但是为了使用安全，该比值亦不宜过大，适当的比值一般在0.65～0.75之间。

比强度：σb/ρ，它表征了材料强度与密度之间的关系。在考虑汽车轻量化的问题时，常常用到这个指标。

4.塑性即断裂前材料发生不可逆永久变形的能力。常用的塑性判据是伸长率和断面收缩率。伸长率断面收缩率压缩率塑性（1）伸长率

即试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。

δ=(L1-L0)/L0×100%式中δ——伸长率（%）；

L1——试样拉断后标距（mm)；

L0——试样原始标距（mm)。塑性材料：断裂前有明显的塑性变形，称为塑性断裂,塑性断裂的断口呈“杯锥”状。如低碳钢。

脆性材料：在断裂前未发生明显的塑性变形，为脆性断裂，断口是平整的。如铸铁、玻璃等。

5.硬度

即材料抵抗局部变形的能力。

特别是抵抗塑性变形、压痕或划痕的能力，是衡量金属软硬的判据，也是表征力学性能的一项综合指标。布氏硬度维氏硬度肖氏硬度莫氏硬度洛氏硬度硬度试验方法(1）布氏硬度即用一定直径的球体（钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入试样表面，经规定保持时间后卸除试验力，用测量的表面压痕直径计算硬度的一种压痕硬度试验。

采用淬火钢球时，记为HBS采用硬质合金钢球时，记为HBW布氏硬度特点：优点：测量数值稳定，准确缺点：操作慢，不适用批量生产和薄形件及成品应用：铸铁，有色金属；退火、正火、调质处理钢，适用于较软的金属材料。当HBS<450时有效（HBW450-650）例如：220HBS；600HBW(2）洛氏硬度

即在初始试验力及总试验力先后作用下，将压头（金刚石圆锥或钢球）压入试样表面，经规定保持时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量计算硬度的一种压痕硬度试验。如表1－1，P11。h——残余压痕深度增量，用0.002mm为单位表示。100,130——相应标尺满量程值。HRB=130-hHRA(HRC)=100-h洛氏硬度分类：

符号压头载荷适用范围HRC120°金刚石锥体150kg淬火钢HRB淬火钢球φ1.59毫米100kg退火钢及有色金属HRA120°金刚石锥体60kg薄板或硬脆材料6.冲击韧性即金属在断裂前吸收变形能量的能力。

常采用夏比冲击试验来测定材料的韧性。

αＫ＝ＡＫ／Ａ＝Ｇ(h1-h2)/A式中αＫ——冲击韧度（J/cm2）ＡＫ——试样的冲击吸收功（J)

Ａ——缺口底部横截面积(mm2)Ｇ——摆锤重量(N)h1——摆锤举起高度(m)

h2——击断试样后升起高度(m)图１－4

夏比冲击试验1.1.2金属材料的物理、化学性能

金属材料的物理、化学性能包括密度、熔点、导电性、导热性、磁性、热膨胀性、耐热性和耐蚀性等。

机械零件的用途不同，对材料的物理、化学性能要求也不同。导热性磁性耐热性热膨胀性导电性熔点密度金属的物理、化学性能1.1.3金属材料的工艺性能金属的工艺性能：即金属材料对加工工艺的适应性。按加工方法不同，可分为铸造性能、塑性成形性、焊接性和切削加工性等。金属的各种工艺性能将在以后的有关章节中作详细介绍。铸造性塑性成形性