第四章--金属材料的性能.
燃煤发电厂金属材料介绍3-金属材料力学性能
第四章.金属材料力学性能
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
压缩率 塑性
断面收缩率
第四章.金属材料力学性能
塑性
材料在外力作用下，产生永久变形而不引起破坏的能力'。
常用 δ 和 ψ 作为衡量塑性的指标'。
伸长率： lk l0 100% F
第四章.金属材料力学性能
金属的使用性能
机械性能（力学性能） 物理性能 化学性能 高温性能
第四章.金属材料力学性能
金属的机械性能（力学性能）指标
❖ 1.强度： Rm、 Rel ❖ 2.塑性： A、Z ❖ 3.韧性： KU2、KV2、K1c、δc、FATT ❖ 4.硬度： HB、HR(HRA、HRB、HRC)、HV、HL ❖ 5.疲劳：б-1 ❖ 6.高温性能：蠕变极限、持久强度
第四章.金属材料力学性能
定义和判据
金属的力学性能：材 料在外力作用下表现 出来的特性'。表征和 判定金属力学性能所 的判据：弹性、塑性 、强度、硬度和韧性 等'。
弹性 强度
塑性
金属 力学性能
韧性
刚度 硬度
第四章.金属材料力学性能
强度与塑性
1.应力与应变 作用在机件上的外力——载荷
静载荷 动载荷
F
E — 材料抵抗弹性变形的能力越大'。
弹性模量的大小主要取决于材料的本性，随温度升高而 逐渐降低'。
第四章.金属材料力学性能
硬度
即材料抵抗局部变形的能
力'。
硬度是材料抵抗塑性变形
洛氏硬度
、压痕的能力，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
金属材料微观结构及其力学性能分析
金属材料微观结构及其力学性能分析第一章介绍金属材料是工业生产中应用最广泛的材料之一。
金属材料的性能取决于其微观结构。
了解金属材料的微观结构对于优化其力学性能具有重要的意义。
本文将对金属材料的微观结构及其力学性能进行分析。
第二章金属材料的微观结构2.1 金属晶体结构金属材料的微观结构是由晶体结构组成的。
金属晶体结构分为三类：立方晶系、六方晶系和正交晶系。
立方晶系又分为面心立方和体心立方两种，六方晶系和正交晶系则分别只有一种。
2.2 晶体缺陷金属材料的晶体中经常存在一些缺陷，如点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷包括空位、间隙原子和杂质原子。
线缺陷包括位错和螺旋位错。
面缺陷包括晶界、孪晶和堆垛层错。
2.3 热处理对微观结构的影响热处理可以改变金属材料的微观结构，从而改变其力学性能。
常见的热处理方式包括退火、淬火、正火和强化退火等。
其中，在退火和淬火过程中，晶体内部的点缺陷和线缺陷会发生移动和重新排列，从而形成新的晶界和位错，改变晶粒的大小和形状。
在正火和强化退火过程中，则会使晶粒的尺寸和形状发生变化。
第三章金属材料的力学性能3.1 强度金属材料的强度是指材料在受到外力作用时能够承受的最大应力。
强度取决于晶体的结构和缺陷，晶粒的尺寸和形状，以及金属材料的化学成分和加工工艺。
3.2 塑性塑性是指材料在受到外力作用时能够发生塑性变形的能力。
塑性也是晶体的结构和缺陷、晶粒尺寸和化学成分、加工工艺等因素综合作用的结果。
3.3 韧性韧性是指材料在受到外力作用时能够发生韧性断裂前的能量吸收能力。
韧性既受材料的强度和塑性限制，也受材料的微观结构和缺陷限制。
3.4 硬度硬度是指材料对于压入针或滚动球的抵抗能力。
硬度取决于晶体的结构和缺陷，晶粒尺寸和化学成分等因素的综合作用。
第四章金属材料的力学性能分析方法4.1 确定力学性能的试验方法金属材料的强度、塑性、韧性、硬度等性能可以通过试验来测定。
常见的试验方法包括拉伸试验、压缩试验、弯曲试验、冲击试验和硬度试验等。
金属材料学第四、五章 合金元素对工艺性能的影响
第四章 合金元素对钢强韧性和工材艺性料能学的—影西响安理工大学材料学院
一、 钢的强化机制
➢ 屈服强度是金属材料的重要性能指标，钢的强化机制就 是提高其屈服强度。
➢ 屈服强度就是使塑性变形开始时，滑移系上的临界切应 力，也就是使位错开动，增殖并在金属中传播所需要的 应力。
第四章 合金元素对钢强韧性和工材艺性料能学的—影西响安理工大学材料学院
二、低碳马氏体具有较高韧性的原因（与中碳马氏体相比）
• ①、板条马氏体的亚结构为位错，且分布均匀，不 含或少含孪晶亚结构，而中碳马氏体的亚结构为孪 晶，其可用的形变系统少；
• ②、板条马氏体是平行生长的，造成显微裂纹的机 会少，孪晶马氏体为非平行生长而相互冲突，易造 成显微裂纹；
Ci－－第i种固溶原子的固溶量 （不是钢中的含量）（重量百分 浓度）；
第四章 合金元素对钢强韧性和工材艺性料能学的—影西响安理工大学材料学院
2、固溶强化的韧化效果
• 固溶强化对塑性、韧 性的影响较大。
• 一般而言：合金元素 含量越多，强化效果 越大，其损害韧性亦 越严重。
• 但是唯一例外的元素 是Ni：在所有浓度的 情况下，均增加钢的 韧性。
注意：细晶强化是利用材料晶界强度高于晶内 强度的原理来实现材料的强化。一旦材料的晶界 强度低于晶内强化，细晶将不是强化材料的方法， 反而是弱化材料的途径。
第四章 合金元素对钢强韧性和工材艺性料能学的—影西响安理工大学材料学院
细化晶粒对韧性的影响
细化晶粒同时也可增加钢的 韧性
晶粒越细，造成裂纹所需 的应力集中越难，裂纹扩 展所消耗的能量越高，而 且晶界越多，阻碍位错运 动的作用越大，韧性越高。 可用韧脆转化温度Tc衡量。 Tc越低，韧性越好。
机械工程常用材料及其工程性能概述
2）洛氏硬度
洛氏硬度的测定是在洛氏硬度试验机上进行的，是用 一个顶角为120°的金刚石圆锥，或直径为1.5875mm的淬 火钢球为压头，在一定载荷下压入被测金属材料表面，根 据压痕深度来确定硬度值。压痕深度越小，硬度值越高， 材料越硬。
2.5 疲劳强度
金属材料抵抗交变载荷作用而不产生破坏的能力称为 疲劳强度。疲劳极限用符号σ-1表示。
5）碳素工具钢 以“T+材料所含碳的千分比” 进行命名，如T9表示 碳的平均质量分数为0.90%的碳素工具钢。
2）球墨铸铁
铁液经球化处理和孕育处理，使石墨全部或大部分呈球 状的铸铁称为球墨铸铁。
球墨铸铁常用于制造载荷较大且受磨损和冲击作用的重 要零件，如汽车、拖拉机的曲轴，连杆和机床的蜗杆、蜗轮 等。
球墨铸铁常用的热处理方式有退火、正火、调质及等温 淬火。
以“QT+材料抗拉强度”表示牌号如QT400表示球墨 铸铁，其最低抗拉强度为400MPa。
第四章 机械工程常用材料及其工程性能
§4－1 概述 §4－2 金属材料的机械性能 §4－3 常用工程材料 §4－4 金属材料的热处理与表面精饰
材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他 产品的那些物质。
机械工程材料是用于机械制造的材料，其主要包括金 属材料和非金属材料两大类。
§4－2 金属材料的机械性能
b）按分类: 普 通 钢:ωS≤0.050%，ωP≤0.045%。 优 质 钢:ωS≤0.035%，ωP≤0.035%。 高级优质钢:ωS≤0.025%，ωP≤0.025%。
c）根据钢的用途分类: 碳素结构钢:其ωC<0.70% 碳素工具钢:其ωC≥0.70% 碳素铸钢:主要用于制作形状复杂、难以锻造成形的
3.1.2 碳素钢
金属包装材料
作为阻隔层与纸、塑料等复合使用，广泛用 于软包装。
5
第二节 包装用金属材料
6
4.2.1低碳薄钢板
低碳钢：含碳量小于0.25%的铁碳合金。 低碳薄钢板：低碳钢制作的薄钢板。 一、低碳薄钢板的分类和规格 按轧制方法：热轧低碳薄钢板、冷轧低碳 薄钢板 按钢材：普通碳素结构钢低碳薄钢板 （A2、AY2、A3、AY3）、优质碳素结构钢低 碳薄钢板（08、10） 尺 寸 规 格 ： GB11253-89 ， 厚 度 不 大 于 4mm，宽度500~1500mm。
目前国内罐头内壁涂料主要有抗硫抗酸涂料、 脱模涂料、耐深冲涂料、啤酒饮料专用涂料等。
罐外壁涂料，称为外印铁涂料，既可防锈、 又能美化宣传商品。
常用的罐外彩印涂料有醇酸树脂涂料、丙烯 酸树脂涂料、氨基树脂涂料、环氧树脂涂料等。
随着低镀锡板、无锡钢板的使用，钢板涂料 用量不断增加。主要发展方向是水溶性涂料、涂料 加热固化新方法。
11.2/5.6 g/m2。
3. 镀锡板的规格
常 用 714510mm 和 827730mm ， 厚 度 0.2 、
0.23、0.25、0.28 mm。
11
二、镀锡板的结构 镀锡板由钢基板、锡铁合金层、锡层、氧化
膜、油膜五层构成。
12
13
三、镀锡板的性能
1. 机械性能 指钢基板的机械性能。由钢基板的化学成分、
要针对表面质量、机械性能、镀锌强度、钢板不平 度等。
镀锌板的规格见行业标准YB181-65。表1010，表10-11，表10-12。
21
三、镀铝薄钢板 镀铝薄钢板是作为马口铁的代用品而开发的
机械基础复习资料金属材料和热处理含习题答案
第二部分 机械基础第四章 金属材料和热处理本章重点1．掌握：强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度的含义。
2．了解：工艺性能的含义。
3．了解：热处理的概念及目的。
4．熟悉：退火、正火、淬火、回火，表面热处理的方法。
5．掌握：碳素钢的概念、分类、牌号的表示方法及性能。
6．掌握：合金钢的牌号及表示方法。
7．熟悉：铸铁分类牌号及用途。
本章内容提要一．金属材料的性能1．物理、化学性能物理性能是指金属材料的密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等具有物理特征的一些性能。
化学性能是指金属在化学作用下所表现的性能。
如：耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性。
2．金属材料的机械性能金属材料在外力作用下所表现出来的性能就是力学性能。
主要有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。
（1）强度强度是材料在静载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。
可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度和抗扭强度。
常用的强度是抗拉强度。
工程上常用的强度指标是屈服点和抗拉强度。
（2）塑性塑性是金属材料在静载荷作用下产生永久变形的能力。
常用塑性指标是伸长率和断面收缩率。
伸长率：是指试样拉断后的伸长与原始标距的百分比。
式中，L 0表示试样原长度（mm ），L 1表示试样拉断时的长度（mm ）。
断面收缩率：是指试样拉断后，缩颈处横截面积（A 1）的最大缩减量与原始横截面积（A 0）的百分比。
（3）硬度硬度是金属材料表面抵抗比它更硬的物体压入时所引起的塑性变形能力；是金属表面局部体积内抵抗塑性变形和破裂的能力。
目前最常用的硬度是布氏硬度（HB ）、洛氏硬度（HRC 、HRB 、HRA ）和维氏硬度（HV ）。
（4）韧性1o o 100%L L L -=⨯δ010A A 100%A -=⨯ψ韧性是脆性的反意，指金属材料抵抗冲击载荷的能力。
工程技术上常用一次冲击弯曲试验来测定金属抵抗冲击载荷的能力。
（5）疲劳强度疲劳强度是指材料在无限多次交变载荷作用下不发生断裂的最大应力。
一般规定，钢铁材料的应力循环次数取108，有色金属取107。
金属的力学性能课件
公式：
Rm
Fm S0
MPa
式中： Fb— 指试样被拉断前所承受的最大外力， 即拉伸曲线上b点所对应的外力（N）。
S0 — 试样原始横截面面积（mm2）
金属的力学性能
7
二、塑性
定义： 材料受力后在断裂之前产生塑性变形的能力。
(1)断后伸长率
公式：A = （Lu- L0）/L0 ×100% 式中： L0—试样原标距的长度（mm）
5
3.强度指标
（1）屈服强度
对于大多数没有明显的屈服现象的金属材料。 定义：条件屈服强度： （ RP0.2 ） 规定：产生0.2%残余伸长时的应力作为条件屈 服强度。 指出：
是工程技术中最重要的机械性能指标之一； 是设计零件时作为选用金属材料的重要依据。
金属的力学性能
6
3）抗拉强度
定义：指在外力作用下由产生大量塑性变形到断 裂前所承受的 最大应力，故又称强度极限。
金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力 称为冲击韧度。
冲击韧度的测定方法，如图所示。是将被测 材料制成标准缺口试样，在冲击试验机上由置于 一定高度的重锤自由落下而一次冲断。
冲断试样所消耗的能量称为冲击功，其数值 为重锤冲断试样的势能差。冲击韧度值aKV就是试 样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功，这个值 越大，则韧性越好，受冲击时，越不容易断裂。
一般淬火钢
4）优、缺点
优点：操作简单、快速，可直接在表盘上读出硬度 值，适宜测定成品及较薄零件及硬度高的材料；
缺点：但由于压痕较小，硬度代表性差些，如果材
料中有偏析或组织不均匀的情况，测得的硬度值重
复性较差，一般要求在不同部位测试多次，并取平
均值。
金属的力学性能
16
金属材料的性能测试与分析
金属材料的性能测试与分析第一章：引言金属材料在现代工业中占据着重要的地位，其应用领域包括航空、汽车、建筑、电子等诸多领域。
为了保证这些应用中的安全性和可靠性，需要对金属材料的性能进行测试和分析。
本文将从金属材料常见的性能指标入手，介绍金属材料的性能测试及分析方法。
第二章：金属材料的常见性能指标金属材料的性能包括力学性能、物理性能、化学性能等方面。
常见的力学性能指标包括拉伸强度、屈服强度、延伸率、弹性模量等。
物理性能指标包括密度、导热性、导电性等。
化学性能指标包括耐腐蚀性、燃烧性等。
第三章：金属材料的力学性能测试与分析力学性能是金属材料最基本的性能之一，也是应用最广泛的性能指标。
金属材料的力学性能测试包括拉伸试验、压缩试验、弯曲试验、冲击试验等。
其中，拉伸试验是最常用的一种力学性能测试方法。
通过拉伸试验可以测量金属材料在一定的拉伸条件下的力学性能，如屈服强度、延伸率、断面收缩率等指标。
根据拉伸试验的数据，可以绘制应力-应变曲线和破断面积-应力曲线等图形，从而进一步分析金属材料的力学性能。
第四章：金属材料的物理性能测试与分析金属材料的物理性能测试主要包括密度、导热性、导电性等指标。
密度测试可以通过简单的称重、求体积等方法进行。
导热性测试主要包括热传导系数和导热性能。
常用的测试方法包括热板法、热流量计法等。
导电性测试主要通过电阻率进行。
在测试过程中，需要注意样品的制备和测试环境的控制，以确保测试结果的准确性。
第五章：金属材料的化学性能测试与分析金属材料的化学性能包括耐腐蚀性、燃烧性等指标。
耐腐蚀性测试可以通过浸泡试验、电化学测试等方法进行。
在测试过程中，需要选择适当的腐蚀介质和时间，以模拟实际应用环境。
燃烧性测试主要包括可燃性、自燃性、火焰传播速度等指标。
常用的测试方法包括氧指数法、垂直燃烧试验等。
第六章：结论金属材料的性能测试与分析是确保其应用安全性和可靠性的关键步骤。
本文介绍了金属材料常见的性能指标和测试方法，并从力学性能、物理性能和化学性能三个方面详细介绍了测试与分析方法。
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δ>5%的称为塑性材料，如：钢、铝、铜;
δ<52%021的/2/11称为脆性材料，如：铸铁。
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②断面收缩率
F0 F100%
F0
F 试样断裂后缩颈处的最小横截面积（mm2）
F o 试样原始截面积（mm2）
•δ和ψ是用来判断材料在断裂前所能产生的最大塑性变形量大小 •δ和ψ数值越大,表面材料的塑性越好; •良好的塑性对机械零件的加工和使用都具有重要意义。
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思考
•如果把铁丝和钢 丝折弯有何区别?
8
1.室温下的机械性能指标
低碳钢的拉伸试验
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试件断裂k点
试件产生颈缩b点 试件在均匀塑性 变形阶段cb段 试件在弹性变形阶段 后oa段,卸载后的形状
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变形过程
• oe段:弹性变形 阶段; • e 点弹性极限；
• E随温度升高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合 金化等对弹性模量的影响很小；
• 可以通过增加横截面积或改变截面形状来提高零件的刚度。
• E与材料金属本性、晶格类型和原子间距有关系，而与材料的显微组织无关
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（2）强度 ——金属材料在外力作用下抵抗产生塑性变
F Pb
b
• ek段：塑性变形 阶段。
s s’
包括：es段：微量塑性变形阶段 P s
ss’段：屈服阶段；
Pe
e
k
s’b段：强化阶段；
bk段：颈缩阶段；
• b点：形成了“缩颈”；
• k点：试样断裂；
o
l
弹性变形——去除外力后试样恢复原状的变形
塑性变形——在外力消失后留下来的这部分不可恢复的变形
塑性断裂——塑性差的材料断裂前无明显塑性变形 韧20性21/断2/11裂——塑性好的材料断裂前有明显的塑性变形 11
(指金属材料在 加工过程中表现 出的性能)
物理性能 化学性能 力学性能
热处理性能 铸造性能 焊接性能 锻造性能 切削加工性能 冲压性能等
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载荷 金属所受的外力称载荷,可载荷分为: 1、静 载 荷：大小不变或变化缓慢的载荷; 2、冲击载荷：在短时间内以较高速度突然增加的载 荷； 3、交变载荷：大小或方向随时间作周期性变化的载 荷。 根据载荷作用形式不同，可分为拉伸、压缩、弯曲、 剪切和扭转等几种形式。
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7
第一节金属材料的机械性能（力学性能）
-----------是指金属材料在各种载荷作用下所 表现出来的抵抗变形或失效的能力。
1.常温下的机械性能指标有:刚度、强度、塑性、硬度、冲 击韧度和疲劳强度等。
常用的试验:拉伸试验、冲击试验、硬度试验和疲劳试验
研究力学性能意义:是选择和
使用金属材料的重要依据
按性能及用途可分为塑料、橡胶、胶粘 剂、涂料。
四、复合材料
由基体材料增强材料复合而成。基体材 料有金属、陶瓷、塑料等,增强材料有 各种纤维和无机化合物等。
烯丙酰氯-苯乙烯
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玻璃纤维增强高5 分 子复合材料
材料的性能
材料的性能
使用性能
(指金属材料在 使用过程中表现 出的性能)
工艺性能
形和断裂的能力
工程上常用的金属材料的强度指标: •屈服强度（ σs ） •抗拉强度(σb)
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①屈服强度也称屈服极限（ σs ）
指材料抵抗微量塑性变形的能力
很重要,大多数
对有明显屈服现象 的材料特有的指标
零件不允许有塑 性变形
（屈屈服服极强限度） s
Ps S0
(MPa)
材料屈服时的外力（N）
不破坏的能力。
•衡量金属材料塑性的指标有: 延伸率和断面收缩率
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①延伸率
LLo 100%
L0
L 试样拉断后的标距（mm）
L o 试样原始标距（mm）
由于同一材料用不同长度的试样测得的断后伸长率δ数值不
同,因此应注明试样尺寸比例。如:
δ10——试样 L0=10d0 δ5 ——试样 L0=5d0 通常δ10写成δ， δ5=（1.2~1.5）δ10
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二、陶瓷材料（无机非金属材料） 一种或多种金属元素与一种非金属元素的化合物。 包括水泥、玻璃、耐火材料和陶瓷等。 主要原料是硅酸盐矿物,又称硅酸盐材料。
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4
三、高分子材料
按来源分为天然高分子材料(蛋白、淀粉 、纤维素等)和人工高分子材料(合成塑 料、合成橡胶、合成纤维)。
•表征金属产生微量塑性变形的抗力；
•评定金属材料优劣的重要指标。
屈服强度与抗拉强度的比值σS / σb称为屈强比。 屈强比小,工程构件储备强度越大，可靠性高，说明即使外载荷
或某些意外因素使金属变形，也不至于立即断裂。
一般制造弹性零件的材料具有较高的屈强比，通常≥0.8%
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（3）塑性 ——金属材料在外力作用下产生塑性变形而
应力与应变曲线
应力σ :单位面积上试样承受的载
荷。这里用试样承受的载荷除 以试样的原始横截面积F0表示:
F σ= —— ( M pa )
F0
应变ε：单位长度的伸长量。这里
用试样的伸长量除以试样的原 始标距表示:
ΔL ε = ——
L0应力－应变曲线（ σ-来自ε曲线）形状和拉伸曲线基本相同,单位 不同
第二篇 轮机工程材料
第四章 金属材料的性能
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1
工程材料的分类
按材料性质和结合键的性质分为
金属键 分子键和共价键
多种结合键
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离子键、共价键
2
一、金属材料
黑色金属:铁、锰铬或以它们为主形成的合金
有色金属:除黑色金属以外的所有金属及其合金,铜、 铝及其合金等。
• 用量最大、应用最广泛
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思考
怎样比较不同材料抵 抗外力能力的大小?
F Pb
b
s s’
Ps
Pe
e
o
k
l
12
（1）刚度
——是金属材料在外力作用时抵抗
弹性变形的能力。
衡量材料刚度的指标是弹性模量:
E
• E越大,材料刚度越大，即在一定应力作用下产生的弹性变形量越小;
• E的大小反应金属材料弹性变形的难易程度，主要取决于材料的本身的性质
•规定条件屈服强度:
对无明显屈服现 象的材料
: 规定产生0.2%塑性变形时的应力作为条件屈服强 0 .2 度
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•②抗拉强度又称强度极限(σb)
金属材料抵抗断裂的能力
材料从开始受力到断裂为止所能承受的最大应力值
b
Pb S0
(MPa)
试样在断裂时所承受的最大拉力（N）
•机械设计的主要依据;