第一章工程材料的分类及性能
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工程材料的分类、性能及应用范围
工程材料的分类、性能及应用范围第一章一、工程材料分类、性能及应用范围；工程材料可分为金属材料（黑色金属及有色金属）、非金属材料（高分子材料及无机非金属材料）和复合材料等。
（一）金属材料1 ．黑色金属（ 1 ）生铁、铁合金。
生铁分炼钢生铁和铸造生铁。
铁与任何一种金属或非金属合金都叫做铁合金。
（2 ）铸铁。
具有优良铸造性能和良好耐磨性、消震性及低缺口敏感性。
还具有良好耐热性和耐腐蚀性。
铸铁包括：灰口铸铁、孕育铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、合金铸铁。
（ 3 ）钢。
①钢分类如下：A ．按化学成分分类，可将钢分为碳素钢和合金钢。
B ．按冶炼质量分类，可将钢分为普通钢、优质钢和高级优质钢。
C ．按用途分类，可将钢分为结构钢、工具钢、特殊性能钢等。
D ．按冶炼方法分类，可将钢分为平炉钢、转炉钢、电炉钢。
E ．按脱氧程度分类，可将钢分为镇静金刚、半镇静钢和沸腾钢。
F ．按金相组织分类，在退火状态下，可将钢分为亚共析钢、共析钢、过共析钢；在正火状态下，可将钢分为珠光体钢、贝氏体钢、奥氏体钢。
G ．按供应时保证条件分类，可将钢分为甲类钢、乙类钢和特类钢。
②钢牌号表示方法。
根据牌号可以看出钢类别、含碳量、合金元素及其含量、冶炼质量以及应该具备性能和用途。
例如甲类钢牌号用“A”字加上阿拉伯数字0 、1 、2 、 3 、4 、5 、6 、7 表示。
又如20 号钢号，表示平均含碳量为0.20% 钢。
再如9Cr18 表示平均含碳量为0.9% 、含Cr 量为18% 不锈钢。
③国外钢牌号主要特点方（略）。
④几种常用钢主要特点及用途。
A ．普通碳素钢分甲类钢和乙类钢两种。
甲类钢多用于建筑工业使用钢筋，机械制造中使用普通螺钉、螺母、垫圈、轴套等，也能轧成板材、型材（如工字钢、槽钢、角钢等）；乙类钢用途与相同数字甲类钢相同。
B ．普通低合金钢是在普通碳素钢基础上。
加入了少量合金元素，不仅具有耐腐蚀性、耐磨损等优良性能，还具有更高强度和良好力学性能。
第1章 工程材料的分类与键合方式
1.3.1 金属键
周期表中I、Ⅱ、Ⅲ族元素的原子很容易丢失其价电子而 成为正离子。
被丢失的价电子为全体原子所公有,这些公有化的电子叫 做自由电子，它们在正离子之间自由运动，形成所谓电 子气。
正离子和电子气之间产生强烈的 静电吸引力，使全部离子结合起 来。这种结合力就叫做金属键。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
绪论
1.3 材料的键合方式
C
• 工程材料通常是固态材料，
60
是由各种原子通过原子、离
子或分子结合的特定组合而成的。
• 原子、离子或分子之间的结合力称为结合键。
• 根据结合力的强弱，可以把结合键分为强键（离子键、 共价键及金属键）和弱键（分子键）两类。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
绪论
绪论
学习要点：
1.1 材料的定义 1.2 材料的分类 1.3 材料的键合方式
绪论
1.1 材料的定义
材料：是指经过某种加工，具有一定结构、 成分和性能，并可应用于一定用途的物质。 一般把来自采掘工业和农业的劳动对象称为 “原料”，把经过工业加工的原料成为“材 料”。
绪论
1.2 材料的分类
1.2.1 金属材料 金属材料是以金属键结合为主的材 料，具有良好的导电性、导热性、延 展性和金属光泽。
绪论
金属由金属键结合，具有度系数，即随温度升高电阻增大。 ③金属不透明并呈现特有的金属光泽。 ④金属具有良好的塑性变形能力，金属材料的强韧性好。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
绪论
1.3.2 离子键
当元素周期表中相隔较远的正电性元素原子和负电性元素 原子相接近时，正电性原子失去外层电子变为正离子，负 电性原子获得电子变为负离子。正负离子通过静电引力互 相吸引，当离子间的引力与斥力相等时就形成稳定的离子 键。
周期表中I、Ⅱ、Ⅲ族元素的原子很容易丢失其价电子而 成为正离子。
被丢失的价电子为全体原子所公有,这些公有化的电子叫 做自由电子，它们在正离子之间自由运动，形成所谓电 子气。
正离子和电子气之间产生强烈的 静电吸引力，使全部离子结合起 来。这种结合力就叫做金属键。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
绪论
1.3 材料的键合方式
C
• 工程材料通常是固态材料，
60
是由各种原子通过原子、离
子或分子结合的特定组合而成的。
• 原子、离子或分子之间的结合力称为结合键。
• 根据结合力的强弱，可以把结合键分为强键（离子键、 共价键及金属键）和弱键（分子键）两类。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
绪论
绪论
学习要点：
1.1 材料的定义 1.2 材料的分类 1.3 材料的键合方式
绪论
1.1 材料的定义
材料：是指经过某种加工，具有一定结构、 成分和性能，并可应用于一定用途的物质。 一般把来自采掘工业和农业的劳动对象称为 “原料”，把经过工业加工的原料成为“材 料”。
绪论
1.2 材料的分类
1.2.1 金属材料 金属材料是以金属键结合为主的材 料，具有良好的导电性、导热性、延 展性和金属光泽。
绪论
金属由金属键结合，具有度系数，即随温度升高电阻增大。 ③金属不透明并呈现特有的金属光泽。 ④金属具有良好的塑性变形能力，金属材料的强韧性好。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
绪论
1.3.2 离子键
当元素周期表中相隔较远的正电性元素原子和负电性元素 原子相接近时，正电性原子失去外层电子变为正离子，负 电性原子获得电子变为负离子。正负离子通过静电引力互 相吸引，当离子间的引力与斥力相等时就形成稳定的离子 键。
第一章工程材料的分类及性能
材料。
2.本课程与相关课程的关系：
本课程应安排在金属工艺学实习及 应用力学课程之后进行,即学生应具 有材料的机械性能和金属加工工艺 方面的基本知识。为后续课程和毕 业设计等打好选择材料和使用材料 的基础。
3.课程的基本教学要求 ：
重点阐述工程材料的性能与其组织结构 之间的联系;
说明如何通过工艺手段改变材料的组织 结构,以达到提高材料性能的目的;
2.强度
σ s：屈服强度（开始产生塑性变形的应力） 。 σ b：抗拉强度（材料在拉伸过程中承受的最
大工程应力）。 σ k：断裂强度（材料发生断裂时的应力）。
σ p、 σ e、 σ s、 σ b、 σ k的单位：Mpa （与应力的相同）
Байду номын сангаас
3.塑性
伸长率δ：试样拉断后标距的相对伸长量：
GB/T1172-1999黑色金属硬度及强度换算 值（摘录）
5.疲劳强度
材料在无数次的交变载荷的作用下不发 生疲劳断裂的最大应力（钢经受107循环 不发生断裂的最大应力）；
弯曲疲劳强度的表示：σ-1； 疲劳强度σ-1与抗拉强度之比约为
0.45~0.55。
重复循环变化的载荷：
疲劳曲线：
6.韧性
材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力 称为冲击韧性，简称韧性。
材料抵抗裂纹失稳扩展的性能称为断裂 韧性。
材料的韧性是材料断裂时所需的能量。
（1）冲击韧性：
标准冲击试样：
冲击功与冲击韧性计算公式：
•冲击功：
AkG (H 1H2)
•冲击韧性：
ak
Ak S
韧脆转变温度TK：
三、材料的化学性能
耐腐蚀性； 高温抗氧化性； 抗老化性能； 降解性。
2.本课程与相关课程的关系：
本课程应安排在金属工艺学实习及 应用力学课程之后进行,即学生应具 有材料的机械性能和金属加工工艺 方面的基本知识。为后续课程和毕 业设计等打好选择材料和使用材料 的基础。
3.课程的基本教学要求 ：
重点阐述工程材料的性能与其组织结构 之间的联系;
说明如何通过工艺手段改变材料的组织 结构,以达到提高材料性能的目的;
2.强度
σ s：屈服强度（开始产生塑性变形的应力） 。 σ b：抗拉强度（材料在拉伸过程中承受的最
大工程应力）。 σ k：断裂强度（材料发生断裂时的应力）。
σ p、 σ e、 σ s、 σ b、 σ k的单位：Mpa （与应力的相同）
Байду номын сангаас
3.塑性
伸长率δ：试样拉断后标距的相对伸长量：
GB/T1172-1999黑色金属硬度及强度换算 值（摘录）
5.疲劳强度
材料在无数次的交变载荷的作用下不发 生疲劳断裂的最大应力（钢经受107循环 不发生断裂的最大应力）；
弯曲疲劳强度的表示：σ-1； 疲劳强度σ-1与抗拉强度之比约为
0.45~0.55。
重复循环变化的载荷：
疲劳曲线：
6.韧性
材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力 称为冲击韧性，简称韧性。
材料抵抗裂纹失稳扩展的性能称为断裂 韧性。
材料的韧性是材料断裂时所需的能量。
（1）冲击韧性：
标准冲击试样：
冲击功与冲击韧性计算公式：
•冲击功：
AkG (H 1H2)
•冲击韧性：
ak
Ak S
韧脆转变温度TK：
三、材料的化学性能
耐腐蚀性； 高温抗氧化性； 抗老化性能； 降解性。
工程材料的分类及性能
工程材料的分类及性能字体: 小中大 | 打印发表于: 2006-11-09 15:38 作者:xlktiancai 来源: 中国机械资讯网材料的分类材料的种类繁多，用途广泛。
工程方面使用的材料有机械工程材料、土建工程材料、电工材料、电子材料等。
在工程材料领域中，用于机械结构和机械零件并且主要要求机械性能的工程材料，又可分为以下四大类：金属材料具有许多优良的使用性能（如机械性能、物理性能、化学性能等）和加工工艺性能（如铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能、机械加工性能等）。
特别可贵的是，金属材料可通过不同成分配制，不同工艺方法来改变其内部组织结构，从而改善性能。
加之其矿藏丰富，因而在机械制造业中，金属材料仍然是应用最广泛、用量最多的材料。
在机械设备中约占所用材料的百分之九十以上，其中又以钢铁材料占绝大多数。
随着科学技术的发展，非金属材料也得到迅速的发展。
非金属材料除在某些机械性能上尚不如金属外，它具有金属所不具备的许多性能和特点，如耐腐蚀、绝缘、消声、质轻、加工成型容易、生产率高、成本低等。
所以在工业中的应用日益广泛。
作为高分子材料的主体——工程塑料（如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、ABS塑料、环氧塑料等）已逐渐替代一些金属零件，应用于机械工业领域中。
古老的陶瓷材料也突破了传统的应用范围，成为高温结构材料和功能材料的重要组成部分。
金属材料和非金属材料在性能上各有其优缺点。
近年来，金属基复合材料、树脂基复合材料和陶瓷基复合材料的出现，为集中各类材料的优异性能于一体开辟了新的途径，在机械工程中的应用将日益广泛。
9-1.gif我也来说两句查看全部回复最新回复•xlktiancai (2006-11-09 15:39:31)材料的性能一、力学性能材料受力后就会产生变形，材料力学性能是指材料在受力时的行为。
描述材料变形行为的指标是应力σ和应变ε，σ是单位面积上的作用力，ε是单位长度的变形。
描述材料力学性能的主要指标是强度、延性和韧性。
土建工程基础第一章工程材料
材料种类
容重[kg/m3]
导热系数[W/（m·K）]
加气混凝土砌块 烧结实心砖 烧结多孔砖 蒸压灰砂砖 钢筋混凝土
400～700 1600 1200 1400 2300
0.12～0.18 0.81 0.43 0.44～0.64 1.75
1.1.3 工程材料的力学性质
(一) 强度
强度指材料抵抗外力破坏的能力，即材料达到破坏前所能承受的极限应力值。根据外力作用方式的不同，材料强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度及抗剪强度几种。
式中： ——体积吸水率，％； ——干操材料体积，cm3； ——水的密度， g/cm3 。
（2）吸湿性
吸湿性指材料在潮湿空气中吸收水分的性质，以含水率表示。含水率是指材料中所含水的质量与干燥状态下材料的质量之比。
式中： ——材料的含水率，％； ——材料在干燥状态下的质量，g； ——材料含水状态下的质量，g。
硬度是指材料表面抵抗其他物体压入或刻划的能力。金属材料等的硬度常用压入法测定，如布氏硬度法，是以单位压痕面积上所受的压力来表示。陶瓷等材料常用刻划法测定。一般情况下，硬度大的材料强度高、耐磨性较强，但不易加工。
物理作用：干湿变化、温度变化及冻融变化等
化学作用：酸、碱、盐等
生物作用：细菌、微生物等 材料的耐久性是指材料在长期使用过程中，抵抗周围环境各种介质的侵蚀，能长期保持材料原有性质的能力。
材料的含水率受环境影响，随空气的温度和湿度的变化而变化。当材料中的湿度与空气湿度达到平衡时的含水率称为平衡含水率。
3．耐水性
软化系数的范围波动在0～1之间。通常将软化系数大于等于0 .85的材料看作是耐水材料。
材料的耐水性是指材料长期在水的作用下不破坏，而且强度也不显著降低的性质。材料耐水性用软化系数 表示。
容重[kg/m3]
导热系数[W/（m·K）]
加气混凝土砌块 烧结实心砖 烧结多孔砖 蒸压灰砂砖 钢筋混凝土
400～700 1600 1200 1400 2300
0.12～0.18 0.81 0.43 0.44～0.64 1.75
1.1.3 工程材料的力学性质
(一) 强度
强度指材料抵抗外力破坏的能力，即材料达到破坏前所能承受的极限应力值。根据外力作用方式的不同，材料强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度及抗剪强度几种。
式中： ——体积吸水率，％； ——干操材料体积，cm3； ——水的密度， g/cm3 。
（2）吸湿性
吸湿性指材料在潮湿空气中吸收水分的性质，以含水率表示。含水率是指材料中所含水的质量与干燥状态下材料的质量之比。
式中： ——材料的含水率，％； ——材料在干燥状态下的质量，g； ——材料含水状态下的质量，g。
硬度是指材料表面抵抗其他物体压入或刻划的能力。金属材料等的硬度常用压入法测定，如布氏硬度法，是以单位压痕面积上所受的压力来表示。陶瓷等材料常用刻划法测定。一般情况下，硬度大的材料强度高、耐磨性较强，但不易加工。
物理作用：干湿变化、温度变化及冻融变化等
化学作用：酸、碱、盐等
生物作用：细菌、微生物等 材料的耐久性是指材料在长期使用过程中，抵抗周围环境各种介质的侵蚀，能长期保持材料原有性质的能力。
材料的含水率受环境影响，随空气的温度和湿度的变化而变化。当材料中的湿度与空气湿度达到平衡时的含水率称为平衡含水率。
3．耐水性
软化系数的范围波动在0～1之间。通常将软化系数大于等于0 .85的材料看作是耐水材料。
材料的耐水性是指材料长期在水的作用下不破坏，而且强度也不显著降低的性质。材料耐水性用软化系数 表示。
工程材料的分类与性能
400～ 1455 500 23 35～ 0.59 40 60～ 70 80
Fe 7.86
250～ 1539 330 16 25～ 0.84 55 70～ 85 65
Ti 4.51
250～ 1660 300 3 50～ 0.17 70 76～ 88 100
Pb 11.34
18 327 7 45 — 90 4
钢材硬度换算
HRC≈2HRA-104 （HRC=20~60） HB≈10HRC （HRC=20~60）
HB≈2HRB
钢材强度、硬度换算 σb≈3.4HB （HB=125~175） σb≈3.6HB （HB＞175）
四、冲击韧度
是指材料抵抗冲击载荷作用 而不破坏的能力。
指标为冲击韧
性值a k(通过冲
金属和退火、正火钢等。
HRC用于测量中等硬度材料，如调 质钢、淬火钢等。 洛氏硬度的优点：操作简便，压痕
小，适用范围广。
缺点：测量结果分散度大。
洛氏硬度压痕
维氏硬度
维氏硬度试验原理
维氏硬度压痕
维氏硬度计
维氏硬度用符号HV表示，符号前的数字为硬度值，后面的数 字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。 根据载荷范围不同，规定了三种测定方法—维氏硬度试验 、
aC
第三节 工程材料的其他性能
物理性能 —— 密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性。
一些金属的物理性能及机械性能
元素符号 Al Al 2.70 80～ 660 110 60 32～ 2.09 40 70～ 90 20 Cu Mg Ni Fe Ti Pb Sn
元素符号 密度，kg/m3×103
说明： ① 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。 ② 直径d0 相同时，l0，。只有当l0/d0 为常数
Fe 7.86
250～ 1539 330 16 25～ 0.84 55 70～ 85 65
Ti 4.51
250～ 1660 300 3 50～ 0.17 70 76～ 88 100
Pb 11.34
18 327 7 45 — 90 4
钢材硬度换算
HRC≈2HRA-104 （HRC=20~60） HB≈10HRC （HRC=20~60）
HB≈2HRB
钢材强度、硬度换算 σb≈3.4HB （HB=125~175） σb≈3.6HB （HB＞175）
四、冲击韧度
是指材料抵抗冲击载荷作用 而不破坏的能力。
指标为冲击韧
性值a k(通过冲
金属和退火、正火钢等。
HRC用于测量中等硬度材料，如调 质钢、淬火钢等。 洛氏硬度的优点：操作简便，压痕
小，适用范围广。
缺点：测量结果分散度大。
洛氏硬度压痕
维氏硬度
维氏硬度试验原理
维氏硬度压痕
维氏硬度计
维氏硬度用符号HV表示，符号前的数字为硬度值，后面的数 字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。 根据载荷范围不同，规定了三种测定方法—维氏硬度试验 、
aC
第三节 工程材料的其他性能
物理性能 —— 密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性。
一些金属的物理性能及机械性能
元素符号 Al Al 2.70 80～ 660 110 60 32～ 2.09 40 70～ 90 20 Cu Mg Ni Fe Ti Pb Sn
元素符号 密度，kg/m3×103
说明： ① 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。 ② 直径d0 相同时，l0，。只有当l0/d0 为常数
第1章 工程 材料的种类和力学性能
传统的无机非金属材料 之一：陶瓷
陶瓷按其概念和用途不同 ，可分为两大类，即普通陶瓷 和特种陶瓷。
根据陶瓷坯体结构及其基 本物理性能的差异，陶瓷制品 可分为陶器和瓷器。
陶瓷制品
陶瓷发动机
• 普通陶瓷即传统陶瓷，是指以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经过 粉碎混练、成型、煅烧等过程而制成的各种制品。包括日用陶瓷、卫生 陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷、电瓷以及其它工业用陶瓷。
材料的强度、塑性指标是通过拉伸实验 测定的。
应力 σ=F/S0
σ (N /m2) ；
F —作用力，(N) S0—试样原始截面 积(m2)。
剪应力τ＝F/SO
材料单位面积上的内力称为应力（Pa），以
σ表示。
应变ε(%) ⊿L—试样标距部分伸长量，(mm)；
L0 —试样标距部分长度(mm)。ε=⊿L/L0
根据用途不同，特种玻璃分为防辐射玻璃、激光玻璃、 生物玻璃、多孔玻璃、非线性光学玻璃和光纤玻璃等。
传统的无机非金属材料 之三：水泥
水泥是指加入适量水 后可成塑性浆体，既能在 空气中硬化又能在水中硬 化，并能够将砂、石等材 料牢固地胶结在一起的细 粉状水硬性材料。
水泥的种类很多，按其用途和性能可分为： 通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类；按其所 含的主要水硬性矿物，水泥又可分为硅酸盐水泥 、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥以 及以工业废渣和地方材料为主要组分的水泥。目 前水泥品种已达一百多种。
l lO
ll lO
lO lO
l
100lO% lO
100%
剪应变 γ 剪模量 G
a h
tan
且有 G
• 弹性变形 形①的弹外性力变撤形除：后当，产变生形变随σ 即消失。
工材习题集
3．能使单晶体产生塑性变形的应力是：
（A）压应力（B）切应力（C）复合应力（D）拉应力
4．孕育剂的细化晶粒的作用是
（成化合物，并以此作为非自发形核的核心，增加晶核数
（C）提高冷却速度，增加过冷度
（D）降低液态金属的实际结晶温度，提高过冷度
5．实际晶体的冷曲线是
（D）一定温度和成分条件下，从液固两相中同时结晶一种晶体的反应
12．共析钢在727℃奥氏体化后，再缓慢加热至温度为1148℃时，珠光体的含碳量将
（A）从0.77％上升到2.11％（B）保持0.77％不变（C）高于0.77％（D）低于0.77％
13．最适合于热加工成形的相区是
（A）单相的A区（B）双相的F+A区（C）双相的L+A区（D）双相的A+Fe3C
4．已知γ－Fe的晶格常数（a=0.364nm）大于α-Fe的晶格常数（a=0.287nm），为什么γ－Fe冷至912℃转变为α-Fe时，体积反而增大？
5．画出面心立方晶体中的（100）、（110）、（111）晶面和[100]、[110]、[111]晶相，并计算以上各晶面和晶向晶面密度和晶向密度。
6．间隙固溶体与间隙化合物的区别？
10高分子材料的聚集态有、、三种。
三、选择题
1．晶体的位错属于：
（A）体缺陷（B）面缺陷（C）点缺陷（D）线缺陷
2．体心立方晶格中，密排面和密排方向分别是：
（A）(110)、<111>（B）(100)、<111>（C）(111)、<110>（D）<110>、(111)
3．面心立方结构中，密排面和密排方向分别是：
二、填空题
1．工程材料材料化过程中关键步骤分别是：金属材料；高分子材料；陶瓷材料。
（A）压应力（B）切应力（C）复合应力（D）拉应力
4．孕育剂的细化晶粒的作用是
（成化合物，并以此作为非自发形核的核心，增加晶核数
（C）提高冷却速度，增加过冷度
（D）降低液态金属的实际结晶温度，提高过冷度
5．实际晶体的冷曲线是
（D）一定温度和成分条件下，从液固两相中同时结晶一种晶体的反应
12．共析钢在727℃奥氏体化后，再缓慢加热至温度为1148℃时，珠光体的含碳量将
（A）从0.77％上升到2.11％（B）保持0.77％不变（C）高于0.77％（D）低于0.77％
13．最适合于热加工成形的相区是
（A）单相的A区（B）双相的F+A区（C）双相的L+A区（D）双相的A+Fe3C
4．已知γ－Fe的晶格常数（a=0.364nm）大于α-Fe的晶格常数（a=0.287nm），为什么γ－Fe冷至912℃转变为α-Fe时，体积反而增大？
5．画出面心立方晶体中的（100）、（110）、（111）晶面和[100]、[110]、[111]晶相，并计算以上各晶面和晶向晶面密度和晶向密度。
6．间隙固溶体与间隙化合物的区别？
10高分子材料的聚集态有、、三种。
三、选择题
1．晶体的位错属于：
（A）体缺陷（B）面缺陷（C）点缺陷（D）线缺陷
2．体心立方晶格中，密排面和密排方向分别是：
（A）(110)、<111>（B）(100)、<111>（C）(111)、<110>（D）<110>、(111)
3．面心立方结构中，密排面和密排方向分别是：
二、填空题
1．工程材料材料化过程中关键步骤分别是：金属材料；高分子材料；陶瓷材料。
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120HBS10/1000/30；500HBW5/750等。（10~15s时不标注）
（2）洛氏硬度：
常用洛氏硬度的试验条件和应用：
硬度符 号 HRC 压头类型 总压力 硬度值有效 范围 20~67HRC 应用举例
120°金刚 石圆锥 Φ（1/16）‘’ 淬火钢球
1471
淬火钢、调质钢等
HRB
4807
4.课程教学形式：
理论教学； 实验教学； 课堂讨论； 自学； 辅导（习题解答
）。
5.教学内容 ---- 理论教学：
第一章 金属材料的力学性能 第二章 金属的晶体结构 第三章 金属的结晶 第四章 二元相图及应用（铁碳合金相图 ） 第五章 金属材料的变形 第六章 钢的热处理 第七章 工业用钢 第八章 铸铁 第九章 有色金属及其合金 第十章 机械零件材料的选用
（1）布氏硬度：
布氏硬度测试原理公式：
F 2F HB(HBS或 HBW) 0.102 0.102 S D( D D 2 d 2 )
HBS适合测定硬度值低于450的金属材料；
HBW适合测定硬度值低于650的金属材料。
硬度符号HBS或HBW前的数值为硬度值，符号 后依次表示钢球直径、载荷大小及载荷保持时间。 例：
维； 陶瓷材料：工业陶瓷； 复合材料：金属基复合材料、高分 子复合材料、陶瓷基复合材料。
玻璃纤维增强高分子复合材料：
c.材料的性能(力学性能)
零件的过量变形以及性能指标； 零件的断裂及性能指标； 零件在交变载荷下的疲劳断裂及性能指 标； 零件的磨损失效以及防止； 零件在高温下的蠕变变形和断裂失效。
绪论:1.课程的性质和任务：
性质：工程材料是机械类、近机械类各专业学生必修 的专业技术基础课。 任务： 1)使学生获得有关工程材料的基本理论和基本知识； 2)掌握常用工程材料成分－组织－性能－应用之间关系 的一般规律； 3)熟悉常用工程材料的生产工艺过程； 4)根据机械零件的服役条件和失效形式、合理选用工程 材料。
例：640HV30/20；500HV30
GB/T1172-1999黑色金属硬度及强度换算 值（摘录）
硬 洛氏 度
维氏 布氏 HV （F/D2=30）
抗拉强度σb（N/mm-2）
碳钢
HRC 45.0 45.5 46.0 46.5 47.0 HRA 73.2 73.4 73.7 73.9 74.2 441 448 454 461 468 HBS 424 430 436 442 449 HBW 428 435 441 448 455 1459 1481 1503 1526 1550
2.强度
σ s：屈服强度（开始产生塑性变形的应力） 。 σ b：抗拉强度（材料在拉伸过程中承受的最 大工程应力）。 σ k：断裂强度（材料发生断裂时的应力）。 σ p、 σ e、 σ s、 σ b、 σ k的单位：Mpa （与应力的相同）
3.塑性
伸长率δ：试样拉断后标距的相对伸长量：
25~100HRB 软钢、退火钢、铜 合金、铝合金，可 锻铸铁等
HRA
120°金刚 石圆锥
558.4
65~85HRA 碳化物、硬质合金、 表面淬火钢
（3）维氏硬度（HV）：
维氏硬度测试原理公式：
F F 2 sin 68 F HV 0.102 0.102 0.1891 2 2 SV d d
2.本课程与相关课程的关系：
本课程应安排在金属工艺学实习及
应用力学课程之后进行,即学生应具 有材料的机械性能和金属加工工艺 方面的基本知识。为后续课程和毕 业设计等打好选择材料和使用材料 的基础。
3.课程的基本教学要求 ：
重点阐述工程材料的性能与其组织结构 之间的联系; 说明如何通过工艺手段改变材料的组织 结构,以达到提高材料性能的目的; 介绍常用工程材料及其应用等基本知识； 为工程结构和机械零件的设计和制造提 供合理选用材料的方法。
材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力 称为冲击韧性，简称韧性。 材料抵抗裂纹失稳扩展的性能称为断裂 韧性。 材料的韧性是材料断裂时所需的能量。
性和刚度 ：
弹性模量E：E=σ/ε（MPa)； 材料抵抗弹性变形的能力，弹性模量只对温 度敏感 。 刚度：等于材料弹性模量与零构件截面积的 乘积 。 σp： 比例极限（应力----应变成正比，服从 虎克定律 ）。 σe： 弹性极限（不产生塑性变形的最大应 力 ）。
铬钢
铬钒 钢
铬镍 钢
铬钼 钢
铬镍 钼钢
铬锰 钢
不锈 钢
1420 1444 1468 1493 1519
1469 1493 1517 1541 1566
1451 1476 1502 1527 1554
1444 1468 1492 1517 1542
1487 1512 1537 1563 1589
1445 1469 1493 1517 1543
L1 L0 100% L0
•断面收缩率ψ：试样拉断处横截面积的相对收缩 量：
S 0 S1 100% S0
碳钢三种典型应力—应变曲线的比较：
4.硬度
硬度是衡量材料软硬程度的指标。 通常材料的强度越高，硬度也越高。 硬度定义：材料抵抗局部塑性变形的能力。 生产常用的硬度测试方法有： （1）布氏硬度； （2）洛氏硬度； （3）维氏硬度；
2学时 2学时 2学时 4学时 4学时 4学时 4学时 2学时 4学时 2学时
第一章:金属材料的力学性能： a . 定义：
(1)材料是人类生产和生活所必备的物质 基础; (2)工程材料主要指用于机械工程、电器 工程、建筑工程、化工工程、航空航天 工程等领域的材料。
b.分类：
金属材料：黑色金属、有色金属； 高分子材料：塑料、橡胶、合成纤
1492 1453 1479 1501 1533
5.疲劳强度
材料在无数次的交变载荷的作用下不发 生疲劳断裂的最大应力（钢经受107循环 不发生断裂的最大应力）； 弯曲疲劳强度的表示：σ-1； 疲劳强度σ-1与抗拉强度之比约为 0.45~0.55。
重复循环变化的载荷：
疲劳曲线：
6.韧性
（2）洛氏硬度：
常用洛氏硬度的试验条件和应用：
硬度符 号 HRC 压头类型 总压力 硬度值有效 范围 20~67HRC 应用举例
120°金刚 石圆锥 Φ（1/16）‘’ 淬火钢球
1471
淬火钢、调质钢等
HRB
4807
4.课程教学形式：
理论教学； 实验教学； 课堂讨论； 自学； 辅导（习题解答
）。
5.教学内容 ---- 理论教学：
第一章 金属材料的力学性能 第二章 金属的晶体结构 第三章 金属的结晶 第四章 二元相图及应用（铁碳合金相图 ） 第五章 金属材料的变形 第六章 钢的热处理 第七章 工业用钢 第八章 铸铁 第九章 有色金属及其合金 第十章 机械零件材料的选用
（1）布氏硬度：
布氏硬度测试原理公式：
F 2F HB(HBS或 HBW) 0.102 0.102 S D( D D 2 d 2 )
HBS适合测定硬度值低于450的金属材料；
HBW适合测定硬度值低于650的金属材料。
硬度符号HBS或HBW前的数值为硬度值，符号 后依次表示钢球直径、载荷大小及载荷保持时间。 例：
维； 陶瓷材料：工业陶瓷； 复合材料：金属基复合材料、高分 子复合材料、陶瓷基复合材料。
玻璃纤维增强高分子复合材料：
c.材料的性能(力学性能)
零件的过量变形以及性能指标； 零件的断裂及性能指标； 零件在交变载荷下的疲劳断裂及性能指 标； 零件的磨损失效以及防止； 零件在高温下的蠕变变形和断裂失效。
绪论:1.课程的性质和任务：
性质：工程材料是机械类、近机械类各专业学生必修 的专业技术基础课。 任务： 1)使学生获得有关工程材料的基本理论和基本知识； 2)掌握常用工程材料成分－组织－性能－应用之间关系 的一般规律； 3)熟悉常用工程材料的生产工艺过程； 4)根据机械零件的服役条件和失效形式、合理选用工程 材料。
例：640HV30/20；500HV30
GB/T1172-1999黑色金属硬度及强度换算 值（摘录）
硬 洛氏 度
维氏 布氏 HV （F/D2=30）
抗拉强度σb（N/mm-2）
碳钢
HRC 45.0 45.5 46.0 46.5 47.0 HRA 73.2 73.4 73.7 73.9 74.2 441 448 454 461 468 HBS 424 430 436 442 449 HBW 428 435 441 448 455 1459 1481 1503 1526 1550
2.强度
σ s：屈服强度（开始产生塑性变形的应力） 。 σ b：抗拉强度（材料在拉伸过程中承受的最 大工程应力）。 σ k：断裂强度（材料发生断裂时的应力）。 σ p、 σ e、 σ s、 σ b、 σ k的单位：Mpa （与应力的相同）
3.塑性
伸长率δ：试样拉断后标距的相对伸长量：
25~100HRB 软钢、退火钢、铜 合金、铝合金，可 锻铸铁等
HRA
120°金刚 石圆锥
558.4
65~85HRA 碳化物、硬质合金、 表面淬火钢
（3）维氏硬度（HV）：
维氏硬度测试原理公式：
F F 2 sin 68 F HV 0.102 0.102 0.1891 2 2 SV d d
2.本课程与相关课程的关系：
本课程应安排在金属工艺学实习及
应用力学课程之后进行,即学生应具 有材料的机械性能和金属加工工艺 方面的基本知识。为后续课程和毕 业设计等打好选择材料和使用材料 的基础。
3.课程的基本教学要求 ：
重点阐述工程材料的性能与其组织结构 之间的联系; 说明如何通过工艺手段改变材料的组织 结构,以达到提高材料性能的目的; 介绍常用工程材料及其应用等基本知识； 为工程结构和机械零件的设计和制造提 供合理选用材料的方法。
材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力 称为冲击韧性，简称韧性。 材料抵抗裂纹失稳扩展的性能称为断裂 韧性。 材料的韧性是材料断裂时所需的能量。
性和刚度 ：
弹性模量E：E=σ/ε（MPa)； 材料抵抗弹性变形的能力，弹性模量只对温 度敏感 。 刚度：等于材料弹性模量与零构件截面积的 乘积 。 σp： 比例极限（应力----应变成正比，服从 虎克定律 ）。 σe： 弹性极限（不产生塑性变形的最大应 力 ）。
铬钢
铬钒 钢
铬镍 钢
铬钼 钢
铬镍 钼钢
铬锰 钢
不锈 钢
1420 1444 1468 1493 1519
1469 1493 1517 1541 1566
1451 1476 1502 1527 1554
1444 1468 1492 1517 1542
1487 1512 1537 1563 1589
1445 1469 1493 1517 1543
L1 L0 100% L0
•断面收缩率ψ：试样拉断处横截面积的相对收缩 量：
S 0 S1 100% S0
碳钢三种典型应力—应变曲线的比较：
4.硬度
硬度是衡量材料软硬程度的指标。 通常材料的强度越高，硬度也越高。 硬度定义：材料抵抗局部塑性变形的能力。 生产常用的硬度测试方法有： （1）布氏硬度； （2）洛氏硬度； （3）维氏硬度；
2学时 2学时 2学时 4学时 4学时 4学时 4学时 2学时 4学时 2学时
第一章:金属材料的力学性能： a . 定义：
(1)材料是人类生产和生活所必备的物质 基础; (2)工程材料主要指用于机械工程、电器 工程、建筑工程、化工工程、航空航天 工程等领域的材料。
b.分类：
金属材料：黑色金属、有色金属； 高分子材料：塑料、橡胶、合成纤
1492 1453 1479 1501 1533
5.疲劳强度
材料在无数次的交变载荷的作用下不发 生疲劳断裂的最大应力（钢经受107循环 不发生断裂的最大应力）； 弯曲疲劳强度的表示：σ-1； 疲劳强度σ-1与抗拉强度之比约为 0.45~0.55。
重复循环变化的载荷：
疲劳曲线：
6.韧性