第一讲、金属材料的机械性能

三、金属的工艺性能
工艺性能是物理、化学、力学性能的综合。按工艺方法的不同， 工艺性能是物理、化学、力学性能的综合。按工艺方法的不同， 是物理 可分为铸造性能、可锻性、焊接性和切削加工性等 可分为铸造性能、可锻性、 铸造性能 一、铸造性能 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。铸造性能包括流动性、吸气性、收缩性和偏析等。 铸造性能。铸造性能包括流动性、吸气性、收缩性和偏析等。在 金属材料中灰铸铁和青铜的铸造性能较好。 金属材料中灰铸铁和青铜的铸造性能较好。 锻造性能 二、锻造性能 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。 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 性能的好坏主要同金属的塑性和变形抗力有关。塑性越好， 性能的好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，金属的锻造性能越好。 抗力越小，金属的锻造性能越好。
应力:σ= 应力 σ=F/A0 （MPa） ） 应变:ε= 应变 =△L/L0 E=σ/ ε
受温度的影响
2．屈服（s点） ．屈服（ 点 3．均匀塑性变形阶段：（sb） ．均匀塑性变形阶段：（sb） ：（sb 缩颈（bk） 4．缩颈（bk）-局部集中塑性变形
强度（ 强度（strength） ）
强度:是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。 强度 是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。 是指金属抵抗永久变形和断裂的能力
HRA：硬质合金钢，渗碳层 ：硬质合金钢， HRB：有色金属、退火钢、正火钢 ：有色金属、退火钢、 HRC：调质钢、淬火钢 ：调质钢、
当硬度在200~600HB, 当硬度在 HRC≈1/10HB 硬度一般不标单位， 硬度一般不标单位，如 200HB, 55HRC
布氏硬度与洛氏硬度的特点比较 布氏硬度与洛氏硬度的特点比较 洛氏硬度
当金属材料在无数次重复或交变载荷 当金属材料在无数次重复或交变载荷 无数次重复 作用下而不致引起断裂的最大应力， 作用下而不致引起断裂的最大应力，叫 做疲劳强度。 做疲劳强度。 材料的疲劳强度通常在旋转对称弯 曲疲劳试验机上测定。 曲疲劳试验机上测定。 交变载荷作用下 作用下， 在交变载荷作用下，材料承受一定的循 环应力σ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
2、塑性（2） 、塑性（ ）
(2) 断面收缩率 断面收缩率φ 断面收缩率是指试样拉断后断面处横截面积 的相对收缩值。 的相对收缩值。 φ= （A0-A1）/A0 ×100% 试样的原始截面积（ 式中： 试样的原始截面积 式中：A0—试样的原始截面积（mm2） A1—试样断面处的最小截面积（mm2） 试样断面处的最小截面积（ 试样断面处的最小截面积 δ和φ愈大，则塑性愈好。良好的塑性是金 愈大， 和 愈大 则塑性愈好。 属材料进行塑性加工的必要条件。 属材料进行塑性加工的必要条件。
夏比冲击试验
1.试验原理
对于脆性材料试样一般 不开缺口
冲击韧度αK =AK/A
式中： 折断试样所消耗的冲击功（ ） 式中：Ak—折断试样所消耗的冲击功（J） 折断试样所消耗的冲击功 A—试样断口处的原始截面积（cm2） 试样断口处的原始截面积（ 试样断口处的原始截面积
（4）、疲劳强度 ）、疲劳强度
（二）、金属的化学性能 ）、金属的化学性能
它是金属材料在室温或高温 室温或高温时抵抗各种 它是金属材料在室温或高温时抵抗各种 化学作用的能力， 化学作用的能力 ， 主要是指抵抗活泼介质 的化学侵蚀能力。 的化学侵蚀能力。 1. 耐腐蚀性 如耐酸性、耐碱性等 耐腐蚀性(如耐酸性 耐碱性等) 如耐酸性、 2．抗氧化性 ．抗氧化性 3．化学稳定性 ．化学稳定性
金属材料的主要性能
一、金属材料的力学性能
力学性能是指金属材料在受外力作用时 力学性能是指金属材料在受外力作用时 所反映出来的性能。力学性能指标， 所反映出来的性能。力学性能指标，是 选择、使用金属材料的重要依据。 选择、使用金属材料的重要依据。 金属材料的力学性能主要有：强度、 金属材料的力学性能主要有：强度、塑 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。
机械加工基础
导入： 导入：产品制造的过程
金属材料的作用
材料与人类的出现和进化有着密切的联系，因 材料 而它们的名字已经作为人类文明的标志。例如， 石器时代、青铜时代和铁器时代。 公元前16世纪以前的殷商时代，已大量使用青 铜，并已具有高超的冶铸技术和精湛的艺术造 诣；公元前4世纪以前的春秋战国时期出现了 铁器，铸铁的生产比欧洲约早一千多年。 我国的钢产量在1996年突破了一亿吨，达到世 界第一。
洛氏硬度(HR) （以压痕深度表示） 和 载 荷 不 同 有 三 种 标 度 （ HRA, HRB,HRC） ，能够测试从软到硬各种硬度的材料，HRC ） 能够测试从软到硬各种硬度的材料， 应用最广，可用于测硬度很高的材料。 应用最广，可用于测硬度很高的材料。
金属材料以合金为主，很少使用纯金属。 金属材料以合金为主，很少使用纯金属。 合金是以一种金属为基础， 合金是以一种金属为基础，加入其它金属 或非金属，经过熔炼、 或非金属，经过熔炼、烧结或其它方法制 成的具有金属特性的材料。 成的具有金属特性的材料。 最常用的合金，有以铁为基础的铁碳合金 铁碳合金； 最常用的合金，有以铁为基础的铁碳合金； 有以铜或铝为基础的铜合金和铝合金。 有以铜或铝为基础的铜合金和铝合金。
（3）冲击韧度（ak） 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。 击韧度。常用一次摆锤冲击试验来测定金属材料的 冲击韧度(大能量、一次冲断） 冲击韧度(大能量、一次冲断）。 试验表明，在冲击载荷不太大的情况下， 试验表明，在冲击载荷不太大的情况下，金属材料 承受多次重复冲击的能力，主要取决于强度。 承受多次重复冲击的能力，主要取决于强度。 冲击值对组织缺陷很敏感， 冲击值对组织缺陷很敏感，因此冲击试验是生产上 用来检验冶炼、热加工、 用来检验冶炼、热加工、热处理等工艺质量的有效 方法。 方法。
（二）、硬度（hardness） ）、硬度（ 硬度 ）
硬度是衡量金属材料软硬程度的一种性 能指标。 能指标。它直接影响到材料的耐磨性及 切削加工性。 切削加工性。 硬度测定方法有压入法、划痕法、 硬度测定方法有压入法、划痕法、回弹 高度法等。 高度法等。 金属材料的硬度可用专门仪器来测试， 金属材料的硬度可用专门仪器来测试， 常用的有布氏硬度机、洛氏硬度机等。 常用的有布氏硬度机、洛氏硬度机等。
中 、 高碳钢和其他脆 性金属材料无明显屈服 现象， 现象，国家标准以产生 0.2%塑性变形的应力 塑性变形的应力 来表示屈服强度， 来表示屈服强度，即：
σ0.2=F0.2/A0
屈服强度和抗拉强度在设计机械和选择、 屈服强度和抗拉强度在设计机械和选择、 评定金属材料时有重要意义 。 机械零件多
σs以作为强度设计的依据。对于脆性材料 以作为强度设计的依据。
布氏硬度的特点： 布氏硬度的特点： 布氏硬度因压痕面积较大， 值的代表性较全面 值的代表性较全面， 布氏硬度因压痕面积较大，HB值的代表性较全面，而且实验数 据的重复性也好，但由于淬火钢球本身的变形问题， 据的重复性也好，但由于淬火钢球本身的变形问题，不能试验太 硬的材料，一般在HB450以上的就不能使用。 以上的就不能使用。 硬的材料，一般在 以上的就不能使用 由于压痕较大，成品检验也有困难。 由于压痕较大，成品检验也有困难。 通常用于测定铸铁、有色金属、低合金结构钢等材料的硬度。 通常用于测定铸铁、有色金属、低合金结构钢等材料的硬度。 洛氏硬度的特点： 洛氏硬度的特点： 洛氏硬度HR可以用于硬度很高的材料，而且压痕很小， 洛氏硬度HR可以用于硬度很高的材料，而且压痕很小，几乎不损伤 HR可以用于硬度很高的材料 工件表面，故在钢件热处理质量检查中应用最多。 工件表面，故在钢件热处理质量检查中应用最多。 但洛氏硬度由于压痕较小，硬度代表性就差些， 但洛氏硬度由于压痕较小，硬度代表性就差些，如果材料中有偏 析或组织不均的情况，则所测硬度值的重复性也差。 析或组织不均的情况，则所测硬度值的重复性也差。
布氏硬度
注意：对于低碳钢： 注意：对于低碳钢：σb=3.6HBS 对于高碳钢： 对于高碳钢：σb=3.4HBS 对于灰铸铁： 对于灰铸铁：σb=1.0HBS
式中：F—试验力，N； D—压头的直径,mm
HBS表示用淬火钢球作为压头 测出的硬度值。（＜450） HBW表示用硬质合金球作为 布氏硬度试验原理图 压头测出的硬度值。450-650 适用于未经淬火的钢、铸铁、 适用于未经淬火的钢、铸铁、有色 金属或质地轻软的轴承合金。 金属或质地轻软的轴承合金。
金属材料导论
工业生产中所使用的材料主要包括金属材料、无机 工业生产中所使用的材料主要包括金属材料、 非金属材料、有机高分子材料和复合材料四大类。 非金属材料、有机高分子材料和复合材料四大类。 金属材料是现代制造机械的最主要材料 是现代制造机械的最主要材料。 金属材料是现代制造机械的最主要材料。主要是由 于它具有制造机器所需要的物理、化学和力学性能： 于它具有制造机器所需要的物理、化学和力学性能： 1、优良的工艺性能，包括铸造性能、锻造性能、 、优良的工艺性能，包括铸造性能、锻造性能、 焊接性能、热处理性能、机加工性能等。 焊接性能、热处理性能、机加工性能等。 2、较好的使用性能，包括物理性能、化学性能、 、较好的使用性能，包括物理性能、化学性能、 力学性能等 力学性能等。
三、焊接性能
焊接性能是指材料在限定的施工条件下焊 接成按规定设计要求的构件， 接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役 要求的能力。 要求的能力。
四、切削加工性能
切削加工性能是指金属在切削加工时的难 易程度。（160-230HBS) 易程度。
五、热处理工艺性能 衡量热处理工艺性能的指标有： 淬硬性、淬透性、淬火变形及淬裂、表面 氧化及脱碳、过热及过烧、回火稳定性、 回火脆性等。