金属材料特性

2020/1/18
19
金属材料
维氏硬度也可按对角 线的d值从表中查出，d 值为两对角线的算术平 均值。维氏硬度的结果 表示方法为：
硬度值+HV+试验载荷 ／+载荷保持时间 （10~15秒不标注）。
教材-LY
2020/1/18
例如，640HV30／20 表示在试验力30kgf作 用下保持载荷20秒测 定的维氏硬度值为640。
6
5
15
式中：C，Mn，Cr，Mo，V，Ni，Cu为钢中该元素的百分含量。
当 Ce<0.4％时，焊接性优良，可不预热。 Ce=0.4％~0.6%时，焊接性较差，焊接时需采用适当预热等工艺措施。 Ce>0.6%时，焊接性很差，焊接时需采用较高预热温度和较严格的工艺措施。
(四)切削性能 金属材料承受切削加工的难易程度，称为切削性能。
1．布氏硬度（HB）
2020/1/18
15
金属材料
HB F (kgf/mm2 ) S
S πD(D D2 d2 )
教材-LY
压头的材质有淬火钢球或硬质合金两种，当压头材质为淬火钢球时，布氏硬度 用HBS表示，适用于测量布氏硬度≤450的材料；当压头材质为硬质合金时，布氏 硬度用HBW表示，适用于测量布氏硬度在450～650范围内的材料。
断面收缩率指试样拉断后截面积的收缩量与原截面积之比的百 分率，叫金属材料的断面收缩率，用符号Z表示。
2020/1/18
14
金属材料
教材-LY
（二）硬度
金属材料的硬度通常是指材料表面抵抗更硬物体压入时所引起局部塑性变形的 能力。
常见的硬度指标有布氏硬度（HB）、洛氏硬度(HR)、维氏硬度(HV)和里氏硬 度(HL)等。
2020/1/18
17
金属材料
试验规范
教材-LY
符号
压头类型 总载荷（kgf）
适用范围
HRC
120°金刚石圆 锥
150
HRB Φ1.588mm钢球
100
HRA
120°金刚石圆 锥
60
一般淬火钢等硬度较大材料
退火钢和有色金属等软材料
硬而薄的硬质合金或表面淬 火钢
2020/1/18
18
金属材料
教材-LY
2020/1/18
9
金属材料
1．拉伸试样
2020/1/18
教材-LY
10
金属材料
2．拉伸曲线
教材-LY
• 拉伸曲线表示试样拉伸过程中力和变形关系，可用应力－延伸率曲线表 示，纵坐标为应力R，R=F/S0，横坐标为延伸率ε，ε＝ΔL/L0。
2020/1/18
拉伸曲线的形状与材料有关， 由图可见，在载荷小的oa阶 段，试样在载荷F的作用下 均匀伸长，伸长量与载荷的 增加成正比。如果此时卸除 载荷，试样立即回复原状， 即试样产生的变形为弹性变 形。当载荷超过b点以后， 试样会进一步产生变形，此 时若卸除载荷，试样的弹性 变形消失，而另一部分变形 则保留下来，这种不能恢复 的变形称为塑性变形。
具有较高的精度和稳定性。但操作费时，对试样表面有一定破坏。
洛氏硬度操作简单，可以直接读出硬度值，且压痕小，不伤工件。
缺点是所测硬度值的离散性较大。维氏硬度的载荷小、压痕浅，广
泛用于测定薄工件表面硬化层。里氏硬度操作简单，便携性好，广 泛用于现场硬度测量。
各种硬度试验因其试验条件的不同而不能直接换算，需要查阅 专门的表格进行换算比较。
2020/1/18
5
金属材料
教材-LY
金属的冷热弯曲性能也取决于材料的塑性和强度。材料承受 弯曲而不出现裂纹的能力，称为弯曲性能。一般用弯曲角度 或弯心直径与材料厚度的比值来衡量弯曲性能。
电厂锅炉管道弯头和输粉管道弯头是经过冷热弯曲成型的。
(三)焊接性能
• 金属材料采用一定的焊接工艺、焊接材料及结构形式，优质焊 接接头的能力，称为金属的焊接性。
• 金属的锻造性能可用金属的塑性和变形抗力(强度)来衡量。金 属承受锻压时变形程度大而不产生裂纹，其锻造性能就好。
• 金属的锻造性能取决于材料的成分、组织及加工条件。
•通常低碳钢具有较好的可锻性，低碳钢的可锻性最好。随着含碳量的增加，钢的
可锻性降低。合金钢的可锻性略逊于碳钢。一般情况下，合金钢中合金元素含量 越多，其可锻性越差。铸铁则不能承受锻造加工。
3
金属材料
教材-LY
流动性是指金属对铸型填充的能力。金属的流动性好， 可以浇注成外观整齐、薄而形状复杂的零部件。
•在常见的金属材料中，铸铁的流动性优于钢，青铜的流动性比黄铜好，可以 容易地制造各种零件。
收缩率是指铸件冷凝过程中体积的减少率，称为体积收 缩率。
•金属自液态凝结成固态时体积都要减少，使铸件形成缩孔和疏松，即形成集 中或分散的孔洞，严重影响金属零件的质量。
根据冲击体质量和冲击能量的不同，里氏硬度分HLD，HLDC， HLG和HLC。表示方法为：硬度值+冲击装置类型，
例如700HLD表示用D型冲击装置测定的里氏硬度值为700。
2020/1/18
21
金属材料
教材-LY
布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和里氏硬度各有优缺点：布氏硬度
由于压痕面积较大，能反映较大范围内的平均硬度，所以测量结果
• 影响钢的焊接性能的主要因素是钢的含碳量，随着含碳虽的 增加，焊后产生裂纹的倾向增大。钢中其它合金元素的影响 相应小些。将合金元素对焊接性的影响都折合成碳的影响， 即为碳当量。其计算公式为：
2020/1/18
7
金属材料
教材-LY
Ce C Mn Cr Mo性是衡量材料抵抗冲击载荷能力大小的指标， 常用冲击实验测定。冲击韧性是试样缺口处截面上单 位面积所消耗的冲击功。冲击韧性用αk表示，计算 公式如下：
αk

A k（J/ cm2） S
式中： αk—试样冲断时所消耗的冲击功（J）；
S—试样缺口处截面积（cm2）。
2020/1/18
23
2020/1/18
8
金属材料
教材-LY
二、金属材料的力学性能
• 力学性能是指金属材料在外力作用下，所表现出来的抵抗变形 和破坏的能力以及接受变形的能力。
（一）强度和塑性
强度是衡量材料在外力作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。塑性 是衡量材料在外力作用下接受变形的能力。
拉伸试验是测定强度和塑性的最普遍方法，该试验依据国家标准 （目前通用的标准为GB/T 228－2002）进行，将材料制作成标准 试样或比例试样，在万能实验机上沿试样轴向缓慢地施加拉力， 试样随拉力的增加而变形，直至断裂。测得材料的弹性极限、屈 服极限、强度极限及塑性等主要力学性能指标。
艺性能差的材科在承受加工时工艺复杂、困难，不易达到顶 期的效果，加工成本也高。
• (一)铸造性能
• 金属材料的生产，多数是通过冶炼、铸造而得到的，如各 种机械设备的底座，汽轮机、发电机的机壳、阀门、磨煤 机的耐磨件等。液体金同浇注成型的能力，称为金属的铸 造性能。它包括流动性、收缩率和偏析倾向等。
2020/1/18
金属材料
教材-LY
影响冲击韧性值大小的因素有材料的化学成份、冶金质量、组 织状态、表面质量和内部缺陷等。另外，金属材料的冲击韧性 随温度的降低而下降。
金属材料的强度、塑性、硬度、韧性四者中真正独立的是强度 和塑性，硬度与强度有极为密切的关系，韧性是受强度和塑性 的综合影响；因此，在鉴别金属材料的力学性能时，常常是以 强度和塑性为主要指标。
S0－试样原始横截面积（mm2）。
2020/1/18
12
金属材料
教材-LY
屈服强度可分为上屈服强度和下屈服强度，上屈服强度是指试样发生屈 服而外力首次下降前的最高应力，用符号ReH表示；下屈服强度是指试样屈服 期间，不计初始瞬时的最低应力值，用符号ReL表示。
一般机械零件和工程构件都不允许在使用中产生塑性变形，否则会因失效 而发生事故，所以ReL屈服强度是机械设计和工程设计中的重要依据。
布氏硬度值的表示方法为：硬度值+硬度符号+球体直径/+载荷/+载荷保持时间 （10～15秒不标注）。
例如，180HBS10/1000/30,表示直径10mm的钢球在1000kgf作用下，保持30秒测得 的布氏硬度值为120。
2020/1/18
16
金属材料
2．洛氏硬度(HR)
教材-LY
用一定载荷将压头压入材料表面，根据压痕深度表示硬度值。根据压头和载 荷的不同，洛氏硬度分HRA，HRB和HRC，试验规范见表3-1 。
图1-5 维氏硬度试验示意图
20
金属材料
教材-LY
4．里氏硬度（HL） 里氏硬度用规定质量的冲击体在弹力作用下以一定的速度冲
击试样表面，用冲头在距试样表面1mm处的回弹速度与冲击速 度的比值计算硬度值。计算公式如下：
HL 1000 v R vA
式中：vR—冲击体回弹速度； vA—冲击体冲击速度。
铸件冷凝时，由于种种原因会造成化学成分的不均匀，叫 做偏析。偏析使整体冲击韧性降低，质量变坏。
•缩孔、疏松和偏析等铸造缺陷都是不允许产生的，在生产过程中应予以消除。
2020/1/18
4
金属材料
（二）锻造性能
教材-LY
• 重要零件的毛坯往往要经过锻造工序，如汽轮机、发电机的主 轴，轮毂，叶片，大型水泵和磨煤机的主轴、齿轮等。材料承 受锻压成型的能力，称为可锻性。
金属的切削性能与材料及切削条件有关，如纯铁很容易切削，但难以获得较高的光洁度； 不锈钢可在普通车床上加工，但在自动车床上，却难以断屑，属于难加工材料。通常，材 料硬度低时切削性能较好，但是对于碳钢来说，硬度如果太低时，容易出现“粘刀”现象， 光洁度也较差。一般情况下金属承受切削加工时的硬度在HB170一230之间为宜。