第一章 材料性能
第一章工程材料的分类及性能
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。
材料性能课程设计
材料性能课程设计一、教学目标本课程的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
知识目标要求学生掌握材料的性能及其影响因素，理解不同材料的性质和应用。
技能目标要求学生能够运用所学知识对材料的性能进行分析和评价，能够进行简单的材料性能测试。
情感态度价值观目标要求学生培养对材料科学的兴趣和热情，提高对材料性能在实际应用中的认识，培养创新意识和实践能力。
通过对课程性质、学生特点和教学要求的分析，明确课程目标，将目标分解为具体的学习成果，以便后续的教学设计和评估。
二、教学内容根据课程目标，选择和教学内容，确保内容的科学性和系统性。
本课程的教学大纲如下：1.第一章：材料性能概述本章介绍材料性能的概念、分类和评价方法，使学生对材料性能有一个全面的认识。
2.第二章：材料的力学性能本章讲解材料的强度、韧性、塑性、硬度等力学性能指标，分析影响力学性能的因素。
3.第三章：材料的物理性能本章介绍材料的密度、热导率、电导率等物理性能指标，探讨物理性能与材料应用的关系。
4.第四章：材料的热性能本章阐述材料的热膨胀、热导、比热等热性能，分析热性能在实际应用中的重要性。
5.第五章：材料的化学性能本章讨论材料的抗氧化性、耐腐蚀性等化学性能，介绍化学性能测试方法和改善途径。
6.第六章：材料的工艺性能本章探讨材料的加工性能、成形性能等工艺性能，了解工艺性能对材料加工的影响。
三、教学方法选择合适的教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法、实验法等，以激发学生的学习兴趣和主动性。
1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握材料性能的基本知识和理论。
2.讨论法：学生针对材料性能的实例进行讨论，提高学生的思考和分析能力。
3.案例分析法：分析实际应用中材料性能的具体案例，使学生了解材料性能在工程中的应用。
4.实验法：进行材料性能实验，使学生亲自体验材料性能的测试方法和过程。
四、教学资源选择和准备适当的教学资源，包括教材、参考书、多媒体资料、实验设备等。
第一章2金属材料的性能特点
四、切削加工性能 用切削后的表面粗糙度 和刀具寿命来表示。
切削加工
金属材料具有适当的硬度(170 HBS～230 HBS) 和足够的脆性时切削性良好。 改变钢的化学成分(加少量铅、磷)和进行适当 的热处理(低碳钢正火，高碳钢球化退火)可提高钢 的切削加工性能。 铜有良好的切削加工性能。
五、热处理工艺性能 钢的热处理工艺性能主要考虑其淬透性, 即钢接受淬火的能力。 含Mn、Cr、Ni等合金元素的合金钢淬透 性比较好, 碳钢的淬透性较差。
断后伸长率
A
A
11.3
δ5 δ10
ψ
%
%
断面收缩率
Z
三、硬度 硬度：材料抵抗另一硬物体压入其内的能力。 即材料受压时抵抗局部塑性变形的能力。 1、布氏硬度 一定直径的硬质合金球（或钢球）在一定载 荷作用下压入试样表面。测量压痕直径, 计算硬 度值。 用钢球压头时硬度 用HBS表示 用硬质合金球时硬 度用HBW表示
布氏硬度计
布氏硬度计的使用
2、洛氏硬度 采用金刚石压头(或硬质合金球压头)， 加预载荷F0 ，压入深度h0 。再加主载荷F1 。 卸去主载荷F1，测量其残余压入深度h。 用h与h0之差△h来计算洛氏硬度值。 硬度直接从硬度计表盘上读得。 根据压头的种类和 总载荷的大小洛氏硬度常 用表示方式有: HRA、HRB、HRC
金属材料的强度与其化学成分和工艺有 密切关系。 纯金属的抗拉强度较低； 合金的抗拉强度较高。 纯铜抗拉强度： 60MPa 铜合金抗拉强度：600MPa～700MPa 纯铝抗拉强度： 40MPa 铝合金抗拉强度：400MPa～600MPa
退火状态的三种铁碳合金： 碳质量分数0.2%，抗拉强度为350MPa 碳质量分数0.4%，抗拉强度为500MPa 碳质量分数0.6%，抗拉强度为700MPa
01第一章材料的性能
四、冲击韧性
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ak(通 过冲击实验
测得)。
冲击实验
缺口试样在摆锤 摆动过程中弯曲 断裂，由摆锤的 高度差(h-h’)， 可以求出摆锤所 失去的能量，即 样品断裂所吸收 的能量；用上述 能量除以试样缺 口处的原始截面 积，规定为冲击 韧性k。
塑性指标与塑性加工特别是冷加工性能有关
金箔
一克黄金可以打制成约0.5平方米的纯金箔，厚度为0.12m。
说明： ① 用断面收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 为常数时，塑 性值才有可比性。 当l0=10d0 时，伸长率用 表示；
当l0=5d0 时，伸长率用5 表示，显然5>
五、导电性 与导热性类似，用电阻率或电导率表示 银，铜，铝电阻率小 玻璃和陶瓷电阻率则很大
六、磁性
根据在磁场中的行为材料有以下分类： 抗磁性材料 顺磁性材料 软磁材料 加磁场时易磁化，外磁场去 掉后，磁性基本消失---纯铁，硅钢片。 铁磁性材料
硬磁材料
加磁场时易磁化，去掉外磁场 后，长期保持较高磁性---钕铁硼。
第一章 材料的性能
使用性能：材料在使用 过程中所表现的性能。
神 舟 一 号 飞 船
包括力学性能、物理性
能和化学性能。
工艺性能：材料在加工
过程中所表现的性能。
包括铸造、锻压、焊接、
热处理和切削性能等。
第一节 材料的力学性能
一、弹性和刚度 二、强度与塑性 三、硬度 四、冲击韧性 五、疲劳 六、断裂韧性
一般，材料熔点越高，高温下保持高 强度能力越强。
三、热膨胀性
线膨胀系数----物体在温度升高一度时 某一方向长度的变化 精密机械要求线膨胀系数小 可以利用热膨胀特性制造温控阀 热膨胀使材料在加热和冷却过程中产生 热应力
第一章材料的性能
（3）维氏硬度HV
维氏硬度测定方法基本原理与布氏硬度相同．也是根据 压痕单位面积承受的压力大小来测量的，不同的是维氏硬 度压头是锥面夹角为136度的金钢石正四棱锥体．测试 时．按选定的试验压力F将压头压入并保持一定时间，卸 载后测量压痕对角线长度d用以计算压痕表面积S
HV=F／S=1．8544F/d 2 (Kgf/mm2 ) HV=0．1891F／d2 (MPa)
（1）灰口铸铁的应力应变曲线特点 是全部图线都是曲线，没有明显的 直线部分，由于直到拉断时试件的 变形都非常微小，可以近似的用一 条线来代替这段曲线(如图中的虚 直线)，从而确定材料的弹性模量E。 因此，对于虎克定律这种材料是近 似的。
（2）玻璃钢的应力应变曲线的 特点是直到试件拉断几乎都 是直线。玻璃钢的应力应变 曲线的特点是直到试件拉断 几乎都是直线。
2）塑性变形：载荷超过 PE之后，试样除发生弹 性变形外还将发生塑性 变形。此时，载荷去除 后试样不能恢复到原始 长度，这种变形称塑性 变形或永久变形。
3）屈服变形：当载荷增大到Ps之后，拉伸图
上出现了水平线段，这表示载荷虽未增加， 但试样继续发生塑性变形而伸长，这种现 象称为“屈服”，s点称为屈服点。 4）缩颈与断裂：当载 荷超过PB以后，试 样上某部分开始变 细，出现了“缩 颈”，由于其截面 缩小，使继续变形 所需载荷下降。载 荷到达Pk时，试样 在缩颈处断裂。
• 特点：洛氏硬度测试简单、测试迅速、因压痕小， 不损坏被测零件，可用于成品检验。它的缺点是 测得的硬度值重复性较差，这对有偏析或组织不 均匀的被测金属尤为明显，为此，必须在不同部 位测量数次,取平均值。 • 硬度和强度间有一定换算关系（可参阅有关 手册），故在零件图的技术条件中，通常标注出 硬度要求
金属工艺学第一章金属材料性能ppt课件.ppt
拉伸试验
强度：材料在外力作用下抵抗永久变形和 断裂的能力。
塑性：材料在外力作用下产生永久变形而 不破坏的能力。
硬度
硬度：金属材料抵抗其他更硬物体压入表面的 能力，衡量材料的软硬程度。
硬度试验方法很多，机械工业普遍采用 压入法来测定硬度，压入法又分为布氏硬度、 洛氏硬度、维氏硬度等。
布氏硬度是用单位压痕面积的力作 为布氏硬度值的计量，符号HBS、HBW
洛氏硬度是用压痕深度作为洛氏 硬度值的计量即，符号HR
维氏硬度也是以单位压痕面积的力作为 硬度值计量。试验力较小，压头是锥面夹角 为136°的金刚石正四棱锥体，维氏硬度用符 号HV表示。
冲击韧性和疲劳强度
冲击韧性：冲击载荷下材料抵抗变形和断 裂的能力。
疲劳强度：金属材料在无数次重复或交变 载荷作用下而不致引起断裂的 最大应力。
使用性能：金属材料在使用过程中所表现出来 的性能。
（物理性能、化学性能、力学性能） 工艺性能：金属材料在各种加工过程中所表现
出来的性能。 （铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削性能）
1. 金属材料的力学性能
力学性能：指金属材料在外力（载荷）作用下 所表现出的抵抗变形和破坏的能力。
强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。 外力形式：拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转等。 载荷形式：静载荷、冲击载荷、交变载荷等。
2.金属材料物理性能和化学性能
物理性能：密度、熔点、导热性、导电 性金属材料的工艺性能（略）
工艺性能：铸造性能、锻造性能、 焊接性能、切削加工性能
材料性能学名词解释大全
名词解释第一章：弹性比功：材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力。
包申格效应：是指金属材料经预先加载产生少量塑性变形，而后再同向加载，规定残余伸长应力增加，反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
滞弹性：是材料在加速加载或者卸载后，随时间的延长而产生的附加应变的性能，是应变落后于应力的现象。
粘弹性：是指材料在外力的作用下，弹性和粘性两种变形机理同时存在的力学行为。
内耗：在非理想弹性变形过程中，一部分被材料所吸收的加载变形功。
塑性：材料断裂前产生塑性变形的能力。
韧性：是材料力学性能，是指材料断裂前吸取塑性变形攻和断裂功的能力。
银纹：是高分子材料在变形过程中产生的一种缺陷，由于它密度低，对光线反射高为银色。
超塑性：材料在一定条件下呈现非常大的伸长率（约1000%）而不发生缩颈和断裂的现象。
脆性断裂：是材料断裂前基本不产生明显的宏观塑性变形，没有明显预兆，而是突然发生的快速断裂过程。
韧性断裂：是指材料断裂前及断裂过程中产生明显宏观塑性变形的断裂过程。
解理断裂：在正应力作用下，由于原子间结合键的破坏引起的沿特定晶面发生的脆性穿晶断裂。
剪切断裂：是材料在切应力作用下沿滑移面滑移分离而造成的断裂。
河流花样：两相互平行但出于不同高度上的解理裂纹，通过次生解理或撕裂的方式相互连接形成台阶，同号台阶相遇变汇合长大，异号台阶相遇则相互抵消。
当台阶足够高时，便形成河流花样。
解理台阶：不能高度解理面之间存在的台阶韧窝：新的微孔在变形带内形核、长大、聚集，当其与已产生的裂纹连接时，裂纹便向前扩展形成纤维区，纤维区所在平面垂直于拉伸应力方向，纤维区的微观断口特征为韧窝。
2 材料的弹性模数主要取决因素：1）键合方式和原子结构2）晶体结构3）化学成分4）微观组织5）温度6）加载方式3决定金属材料屈服强度的因素1）晶体结构2）晶界与亚结构3）溶质元素4）第二相5）温度6）应变速率与应力状态4 金属的应变硬化的实际意义1）在加工方面：利用应变硬化和塑性变形的合理配合，可使金属进行均匀的塑性变形，保证冷变形工艺的顺利实施2）在材料应用方面：应变硬化可以使金属机件具有一定的抗偶然过载能力，保证机件的安全使用。
材料性能学名词解释
材料性能学名词解释第⼀章（单向静载下⼒学性能）弹性变形：材料受载后产⽣变形，卸载后这部分变形消逝，材料恢复到原来的状态的性质。
塑性变形：微观结构的相邻部分产⽣永久性位移，并不引起材料破裂的现象弹性极限：弹性变形过度到弹-塑性变形(屈服变形)时的应⼒。
弹性⽐功：弹性变形过程中吸收变形功的能⼒。
包申格效应：材料预先加载产⽣少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余应⼒（弹性极限或屈服强度）增加；反向加载，规定残余应⼒降低的现象。
弹性模量：⼯程上被称为材料的刚度，表征材料对弹性变形的抗⼒。
实质是产⽣100%弹性变形所需的应⼒。
滞弹性：快速加载或卸载后，材料随时间的延长⽽产⽣的附加弹性应变的性能。
内耗：加载时材料吸收的变形功⼤于卸载是材料释放的变形功，即有部分变形功倍材料吸收，这部分被吸收的功称为材料的内耗。
韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能⼒。
超塑性：在⼀定条件下，呈现⾮常⼤的伸长率（约1000%）⽽不发⽣缩颈和断裂的现象。
韧窝：微孔聚集形断裂后的微观断⼝。
第⼆章（其他静载下⼒学性能）应⼒状态软性系数：不同加载条件下材料中最⼤切应⼒与正应⼒的⽐值。
剪切弹性模量：材料在扭转过程中，扭矩与切应变的⽐值。
缺⼝敏感度：常⽤试样的抗拉强度与缺⼝试样的抗拉强度的⽐值。
NSR硬度：表征材料软硬程度的⼀种性能。
⼀般认为⼀定体积内材料表⾯抵抗变形或破裂的能⼒。
抗弯强度:指材料抵抗弯曲不断裂的能⼒，主要⽤于考察陶瓷等脆性材料的强度。
第三章（冲击韧性低温脆性）冲击韧度：⼀次冲断时，冲击功与缺⼝处截⾯积的⽐值。
冲击吸收功：冲击弯曲试验中，试样变形和断裂所吸收的功。
低温脆性：当试验温度低于某⼀温度时，材料由韧性状态转变为脆性状态。
韧脆转变温度：材料在某⼀温度t下由韧变脆，冲击功明显下降。
该温度即韧脆转变温度。
迟屈服：⽤⾼于材料屈服极限的载荷以⾼加载速度作⽤于体⼼⽴⽅结构材料时，瞬间并不屈服，需在该应⼒下保持⼀段时间后才屈服的现象。
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第一章机械力学性能习题
一、填空题
1、材料的力学性能的主要指标有、、、等。
2、HBS250～300应改为；600～650HBS应改为；5～10HRC应改为；HRC70～75应改为。
3、σs表示，σr0.2：表示，其数值越大，材料抵抗的能力越大。
4、材料常用的塑性指标有和两种。
其中用表示塑性更接近材料的真实变形。
二、是非题
( )1、机器中的零件在工作时，材料强度高的不会变形，材料强度低的一定会产生变形；
( )2、材料的E越大，其塑性越差；
( )3、屈服点是表征材料抵抗断裂能力的力学性能指标；
( )4、所有的金属材料均有明显的屈服现象。
三、思考题
1、现测得长、短两根圆形截面标准试样的δ5，和δ10均为25%，其原始直径为d0=10mm,求两试样拉断后的标距长度是多少?哪一根试样的塑性好?为什么?
2、标准规定，15钢的力学性能指标不应低于下列数值，σb≥372(MPa)，σs≥225(MPa)，δ5≥27%，ψ≥55%。
现将购进的15钢制成d0=10mm的圆形截面短试样，经拉伸试验后测得
F b=34500N，F s=21100N，L1=65mm，d l=6mm。
试问，这批15钢的力学性能是否合格?
3、下列情况应采用什么方法测定硬度?写出硬度值符号。
(1)锉刀 (2)黄铜铜套 (3)硬质合金刀片 (4)供应状态的各种碳钢钢材 (5)耐磨工件的表面硬化层
4、35钢(w c≈0.35%)的σs小于45(w c≈0.45%)钢的σs。
用35钢制作的轴，在使用过程中，发现有较大的弹性弯曲变形，若改用45钢制作该轴，试问能否减少弹性变形?若弯曲变形中已有塑性变形，试问是否可以避免塑性变形?。