材料性能及其加工第1章材料的性能

1、第第1章章 材料的性能材料的性能本章知識(shí)點(diǎn)本章知識(shí)點(diǎn)先導(dǎo)案例先導(dǎo)案例第一節(jié)材料的機(jī)械性能第一節(jié)材料的機(jī)械性能第二節(jié)材料的物理、化學(xué)性能第二節(jié)材料的物理、化學(xué)性能第三節(jié)材料的加工工藝性能第三節(jié)材料的加工工藝性能知識(shí)擴(kuò)展知識(shí)擴(kuò)展先導(dǎo)案例解決先導(dǎo)案例解決本章小結(jié)本章小結(jié)思考題思考題本章知識(shí)點(diǎn)本章知識(shí)點(diǎn)1掌握材料的強(qiáng)度、硬度、塑性、沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度等機(jī)掌握材料的強(qiáng)度、硬度、塑性、沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度等機(jī) 械性能的概念及特點(diǎn)。械性能的概念及特點(diǎn)。2掌握材料的加工工藝性能。掌握材料的加工工藝性能。3了解材料的物理和化學(xué)特性。了解材料的物理和化學(xué)特性。返回先導(dǎo)案例先導(dǎo)案例請(qǐng)想想該圖片的零件材料具有什么性能？

2、為什么？請(qǐng)想想該圖片的零件材料具有什么性能？為什么？下一頁(yè)返回先導(dǎo)案例先導(dǎo)案例金屬材料的性能直接關(guān)系到金屬制品和金屬結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、使金屬材料的性能直接關(guān)系到金屬制品和金屬結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、使用壽命和加工成本，是產(chǎn)品選材和擬定加工工藝方案的重要用壽命和加工成本，是產(chǎn)品選材和擬定加工工藝方案的重要依據(jù)。其性能主要包括以下兩個(gè)方面。依據(jù)。其性能主要包括以下兩個(gè)方面。（1）使用性能，即為了保證零件、工程構(gòu)件或工具等的正常）使用性能，即為了保證零件、工程構(gòu)件或工具等的正常工作，材料所應(yīng)具備的性能，它包括力學(xué)、物理、化學(xué)等方工作，材料所應(yīng)具備的性能，它包括力學(xué)、物理、化學(xué)等方面的性能。面的性能。（2）工藝性能，即

3、反映金屬材料在被制成各種零件、構(gòu)件和）工藝性能，即反映金屬材料在被制成各種零件、構(gòu)件和工具的過(guò)程中，材料適應(yīng)各種冷、熱加工的性能，主要包括工具的過(guò)程中，材料適應(yīng)各種冷、熱加工的性能，主要包括鑄造、壓力加工、焊接、切削加工、熱處理等方面的性能。鑄造、壓力加工、焊接、切削加工、熱處理等方面的性能。下一頁(yè)上一頁(yè)返回先導(dǎo)案例先導(dǎo)案例根據(jù)載荷性質(zhì)，零件受力情況可分為靜載荷和動(dòng)載荷兩類。根據(jù)載荷性質(zhì)，零件受力情況可分為靜載荷和動(dòng)載荷兩類。靜載荷是指逐漸而緩慢的作用在工件上的力，如機(jī)床床頭箱靜載荷是指逐漸而緩慢的作用在工件上的力，如機(jī)床床頭箱對(duì)床身的壓力、鋼索的拉力、梁的彎矩、軸的扭矩和剪切力對(duì)床身的壓力、

4、鋼索的拉力、梁的彎矩、軸的扭矩和剪切力等。動(dòng)載荷包括沖擊載荷和交變載荷等，如空氣錘錘桿所受等。動(dòng)載荷包括沖擊載荷和交變載荷等，如空氣錘錘桿所受的沖擊力。齒輪、曲軸、彈簧等零件所承受力的大小與方向的沖擊力。齒輪、曲軸、彈簧等零件所承受力的大小與方向是隨時(shí)間而變化的載荷等。是隨時(shí)間而變化的載荷等。下一頁(yè)上一頁(yè)返回先導(dǎo)案例先導(dǎo)案例無(wú)論何種固體材料，其內(nèi)部原子之間都存在相互平衡的原子無(wú)論何種固體材料，其內(nèi)部原子之間都存在相互平衡的原子結(jié)合力的相互作用。當(dāng)工作材料受外力作用時(shí)，原來(lái)的平衡結(jié)合力的相互作用。當(dāng)工作材料受外力作用時(shí)，原來(lái)的平衡狀態(tài)受到破壞，材料中任何一個(gè)小單元與其鄰近的各小單元狀態(tài)受到破壞，

5、材料中任何一個(gè)小單元與其鄰近的各小單元之間就誘發(fā)了新的力，稱為內(nèi)力。在單位截面上的內(nèi)力，稱之間就誘發(fā)了新的力，稱為內(nèi)力。在單位截面上的內(nèi)力，稱為應(yīng)力，以為應(yīng)力，以表示。材料在外力作用下引起形狀和尺寸改變，表示。材料在外力作用下引起形狀和尺寸改變，稱為變形，包括彈性變形（卸載后可恢復(fù)原來(lái)形狀和尺寸）稱為變形，包括彈性變形（卸載后可恢復(fù)原來(lái)形狀和尺寸）和塑性變形（卸載后不能完全恢復(fù)原來(lái)形狀和尺寸）。和塑性變形（卸載后不能完全恢復(fù)原來(lái)形狀和尺寸）。上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能一、強(qiáng)度一、強(qiáng)度強(qiáng)度是指金屬材料在外力作用下抵抗永久變形和斷裂的能力。強(qiáng)度是指金屬材料在外力作用下抵抗

6、永久變形和斷裂的能力。由于所受載荷的形式不同，金屬材料的強(qiáng)度可分為抗拉強(qiáng)度、由于所受載荷的形式不同，金屬材料的強(qiáng)度可分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗扭強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等，各種強(qiáng)度之抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗扭強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等，各種強(qiáng)度之間有一定的聯(lián)系。通常多以抗拉強(qiáng)度作為判別金屬材料強(qiáng)度間有一定的聯(lián)系。通常多以抗拉強(qiáng)度作為判別金屬材料強(qiáng)度高低的指標(biāo)。金屬材料的抗拉強(qiáng)度是用靜拉伸力對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試樣高低的指標(biāo)。金屬材料的抗拉強(qiáng)度是用靜拉伸力對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試樣在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。下一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能1拉伸試樣拉伸試樣為了使金屬材

7、料的力學(xué)性能指標(biāo)在測(cè)試時(shí)能排除因試樣形狀、為了使金屬材料的力學(xué)性能指標(biāo)在測(cè)試時(shí)能排除因試樣形狀、尺寸的不同而造成的影響，并便于分析比較，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)先將尺寸的不同而造成的影響，并便于分析比較，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)先將被測(cè)金屬材料制成標(biāo)準(zhǔn)試樣。被測(cè)金屬材料制成標(biāo)準(zhǔn)試樣。圖圖1-1所示為圓形拉抻試樣。圖所示為圓形拉抻試樣。圖中，中，d0是試樣的直徑，是試樣的直徑，l0是標(biāo)距長(zhǎng)度。根據(jù)標(biāo)距長(zhǎng)度與直徑是標(biāo)距長(zhǎng)度。根據(jù)標(biāo)距長(zhǎng)度與直徑之間的關(guān)系，試樣可分為長(zhǎng)試樣（之間的關(guān)系，試樣可分為長(zhǎng)試樣（l0=10d0）和短試樣）和短試樣（l0=5d0）。）。2力一伸長(zhǎng)曲線力一伸長(zhǎng)曲線拉伸試驗(yàn)中記錄的拉伸力與伸長(zhǎng)的關(guān)系曲線叫做力拉伸

8、試驗(yàn)中記錄的拉伸力與伸長(zhǎng)的關(guān)系曲線叫做力伸長(zhǎng)曲伸長(zhǎng)曲線，也稱拉伸圖。線，也稱拉伸圖。圖圖1-2是低碳鋼的力是低碳鋼的力伸長(zhǎng)曲線。圖中縱坐伸長(zhǎng)曲線。圖中縱坐標(biāo)表示力標(biāo)表示力f，單位為，單位為n；橫坐標(biāo)表示絕對(duì)伸長(zhǎng)；橫坐標(biāo)表示絕對(duì)伸長(zhǎng)l，單位為，單位為mm.下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能由圖可見(jiàn)，低碳鋼在拉伸過(guò)程中，其載荷與變形關(guān)系有以下由圖可見(jiàn)，低碳鋼在拉伸過(guò)程中，其載荷與變形關(guān)系有以下幾個(gè)階段。幾個(gè)階段。（1）oe彈性變形階段彈性變形階段當(dāng)載荷不超過(guò)當(dāng)載荷不超過(guò)fe時(shí)，拉伸曲線為直線，即試樣的伸長(zhǎng)量與載時(shí)，拉伸曲線為直線，即試樣的伸長(zhǎng)量與載荷成正比。如果卸除載荷，試

9、樣仍能恢復(fù)到原來(lái)的尺寸，即荷成正比。如果卸除載荷，試樣仍能恢復(fù)到原來(lái)的尺寸，即試樣的變形完全消失。這種隨載荷消失而消失的變形叫彈性試樣的變形完全消失。這種隨載荷消失而消失的變形叫彈性變形。變形。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能（2）es塑性變形階段塑性變形階段當(dāng)載荷超過(guò)當(dāng)載荷超過(guò)fe后，試樣將進(jìn)一步伸長(zhǎng)，此時(shí)若卸除載荷，彈后，試樣將進(jìn)一步伸長(zhǎng)，此時(shí)若卸除載荷，彈性變形消失，而另一部分變形卻不能消失，即試樣不能恢復(fù)性變形消失，而另一部分變形卻不能消失，即試樣不能恢復(fù)到原來(lái)的尺寸，這種載荷消失后仍繼續(xù)保留的變形叫塑性變到原來(lái)的尺寸，這種載荷消失后仍繼續(xù)保留的變形叫塑性變形

10、。形。當(dāng)載荷達(dá)到當(dāng)載荷達(dá)到fs時(shí)，拉伸曲線出現(xiàn)了水平或鋸齒形線段，這表時(shí)，拉伸曲線出現(xiàn)了水平或鋸齒形線段，這表明在載荷基本不變的情況下，試樣卻繼續(xù)變形，這種現(xiàn)象為明在載荷基本不變的情況下，試樣卻繼續(xù)變形，這種現(xiàn)象為“屈服屈服”。引起試樣屈服的載荷稱為屈服載荷。引起試樣屈服的載荷稱為屈服載荷。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能（3）當(dāng)載荷超過(guò)）當(dāng)載荷超過(guò)fs后，試樣的伸長(zhǎng)量與載荷以曲線關(guān)系上升，后，試樣的伸長(zhǎng)量與載荷以曲線關(guān)系上升，但曲線的斜率比但曲線的斜率比oe段的斜率小，即載荷的增加量不大，而試段的斜率小，即載荷的增加量不大，而試樣的伸長(zhǎng)量卻很大，這表明在超過(guò)樣的伸長(zhǎng)

11、量卻很大，這表明在超過(guò)fs后，試樣已開(kāi)始產(chǎn)生大后，試樣已開(kāi)始產(chǎn)生大量的塑性變形。當(dāng)載荷繼續(xù)增加到某一最大值量的塑性變形。當(dāng)載荷繼續(xù)增加到某一最大值fb時(shí)，試樣的時(shí)，試樣的局部截面縮小，產(chǎn)生所謂的局部截面縮小，產(chǎn)生所謂的“縮頸縮頸”現(xiàn)象。由于試樣局部截現(xiàn)象。由于試樣局部截面逐漸縮小，故載荷也逐漸降低，當(dāng)達(dá)到拉伸曲線上面逐漸縮小，故載荷也逐漸降低，當(dāng)達(dá)到拉伸曲線上k點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)時(shí)，試樣隨即斷裂。試樣隨即斷裂。fb為試樣斷裂時(shí)的載荷。為試樣斷裂時(shí)的載荷。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能（4）在試樣產(chǎn)生縮頸以前，由載荷所引起試樣的伸長(zhǎng)，基本）在試樣產(chǎn)生縮頸以前，由載荷所引起試樣的

12、伸長(zhǎng)，基本上是在整個(gè)試樣標(biāo)距長(zhǎng)度內(nèi)發(fā)生的，屬于均勻變形；縮頸后，上是在整個(gè)試樣標(biāo)距長(zhǎng)度內(nèi)發(fā)生的，屬于均勻變形；縮頸后，試樣的伸長(zhǎng)主要發(fā)生在頸部的一段長(zhǎng)度內(nèi)，屬于集中變形。試樣的伸長(zhǎng)主要發(fā)生在頸部的一段長(zhǎng)度內(nèi)，屬于集中變形。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能3強(qiáng)度指標(biāo)強(qiáng)度指標(biāo)強(qiáng)度指標(biāo)是用應(yīng)力值來(lái)度量的。根據(jù)力學(xué)原理，試樣受到載強(qiáng)度指標(biāo)是用應(yīng)力值來(lái)度量的。根據(jù)力學(xué)原理，試樣受到載荷作用時(shí)，則內(nèi)部產(chǎn)生大小與載荷相等而方向相反的抗力荷作用時(shí)，則內(nèi)部產(chǎn)生大小與載荷相等而方向相反的抗力（即內(nèi)力）。單位截面積上的內(nèi)力，稱為應(yīng)力，用符號(hào)（即內(nèi)力）。單位截面積上的內(nèi)力，稱為應(yīng)力，用符號(hào)表

13、示。表示。從拉伸曲線可得出，有三個(gè)載荷值比較重要：一個(gè)是彈性變從拉伸曲線可得出，有三個(gè)載荷值比較重要：一個(gè)是彈性變形范圍內(nèi)的最大載荷形范圍內(nèi)的最大載荷fe；第二個(gè)是最小屈服載荷；第二個(gè)是最小屈服載荷fs；另一個(gè)；另一個(gè)是最大載荷是最大載荷fb。通過(guò)這三個(gè)載荷值，可以得出金屬材料的三。通過(guò)這三個(gè)載荷值，可以得出金屬材料的三個(gè)主要強(qiáng)度指標(biāo)。個(gè)主要強(qiáng)度指標(biāo)。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能（1）彈性極限。是金屬材料能保持彈性變形的最大應(yīng)力，用）彈性極限。是金屬材料能保持彈性變形的最大應(yīng)力，用e表示。表示。 e fe /so式中式中fe彈性變形范圍內(nèi)的最大載荷（）；彈性變形范

14、圍內(nèi)的最大載荷（）； so試樣原始橫截面積（試樣原始橫截面積（mm2）。）。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能（2）屈服強(qiáng)度。是使材料產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最小應(yīng)力，用）屈服強(qiáng)度。是使材料產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最小應(yīng)力，用s表示。表示。 s os/fs式中式中fs使材料產(chǎn)生屈服的最小載荷（）；使材料產(chǎn)生屈服的最小載荷（）； so試樣的原始橫截面積（試樣的原始橫截面積（mm2）。）。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能對(duì)于低塑性材料或脆性材料，由于屈服現(xiàn)象不明顯，因此這對(duì)于低塑性材料或脆性材料，由于屈服現(xiàn)象不明顯，因此這類材料的屈服強(qiáng)度常以產(chǎn)生一定的微量塑性變形

15、（一般用變類材料的屈服強(qiáng)度常以產(chǎn)生一定的微量塑性變形（一般用變形量為試樣長(zhǎng)度的形量為試樣長(zhǎng)度的0.2%表示）的應(yīng)力為屈服強(qiáng)度，用表示）的應(yīng)力為屈服強(qiáng)度，用0.2表表示，稱為條件屈服強(qiáng)度。即示，稱為條件屈服強(qiáng)度。即0.2 f2 . 0 /os式中式中 f0.2塑性變形量為試樣長(zhǎng)度的塑性變形量為試樣長(zhǎng)度的0.2時(shí)的載荷時(shí)的載荷（）；（）；so試樣原始橫截面積（試樣原始橫截面積（mm2）。）。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能（3）抗拉強(qiáng)度。試樣斷裂前能夠承受的最大應(yīng)力，稱為抗拉）抗拉強(qiáng)度。試樣斷裂前能夠承受的最大應(yīng)力，稱為抗拉強(qiáng)度，用強(qiáng)度，用b 表示。表示。 b=fb/os

16、式中式中fb試樣斷裂前所能承受的最大載荷（試樣斷裂前所能承受的最大載荷（n）；）； so試樣的原始橫截面積（試樣的原始橫截面積（mm2）。）。低碳鋼的屈服強(qiáng)度低碳鋼的屈服強(qiáng)度s約為約為240mpa，抗拉強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度b約為約為400mpa。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能工程上所用的金屬材料，不僅要具有較高的工程上所用的金屬材料，不僅要具有較高的s，而且要具有，而且要具有一定的屈強(qiáng)比（一定的屈強(qiáng)比（s/b）。屈強(qiáng)比越小，結(jié)構(gòu)零件的可靠性越）。屈強(qiáng)比越小，結(jié)構(gòu)零件的可靠性越高，萬(wàn)一超載也能由于塑性變形而使金屬的強(qiáng)度提高，不會(huì)高，萬(wàn)一超載也能由于塑性變形而使金屬的強(qiáng)度提高

17、，不會(huì)立即斷裂。但如果屈強(qiáng)比太小，材料強(qiáng)度的有效利用率就太立即斷裂。但如果屈強(qiáng)比太小，材料強(qiáng)度的有效利用率就太低。低。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能二、硬度二、硬度硬度是指金屬表面抵抗塑性變形和破壞的能力。它是金屬材硬度是指金屬表面抵抗塑性變形和破壞的能力。它是金屬材料的重要性能之一，也是檢驗(yàn)機(jī)械零件質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。料的重要性能之一，也是檢驗(yàn)機(jī)械零件質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。由于測(cè)定硬度的試驗(yàn)設(shè)備比較簡(jiǎn)單，操作方便、迅速，又屬由于測(cè)定硬度的試驗(yàn)設(shè)備比較簡(jiǎn)單，操作方便、迅速，又屬無(wú)損檢驗(yàn)，故在生產(chǎn)上和科研中應(yīng)用都十分廣泛。無(wú)損檢驗(yàn)，故在生產(chǎn)上和科研中應(yīng)用都十分廣泛。測(cè)定

18、硬度的方法比較多，其中常用的硬度測(cè)定法是壓入法，測(cè)定硬度的方法比較多，其中常用的硬度測(cè)定法是壓入法，它用一定的靜載荷（壓力）把壓頭壓在金屬表面上，然后通它用一定的靜載荷（壓力）把壓頭壓在金屬表面上，然后通過(guò)測(cè)定壓痕的面積或深度來(lái)確定其硬度。常用的壓入法有布過(guò)測(cè)定壓痕的面積或深度來(lái)確定其硬度。常用的壓入法有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度三種。氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度三種。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能（一）布氏硬度（一）布氏硬度布氏硬度的測(cè)定原理是用一定大小的載荷布氏硬度的測(cè)定原理是用一定大小的載荷f，把直徑為，把直徑為d的淬的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球壓入被測(cè)金屬表面，保

19、持一定時(shí)間后卸火鋼球或硬質(zhì)合金球壓入被測(cè)金屬表面，保持一定時(shí)間后卸除載荷，用金屬表面壓痕的面積除載荷，用金屬表面壓痕的面積s除以載荷所得的商。作為布除以載荷所得的商。作為布氏硬度值。如氏硬度值。如圖圖1-3所示。所示。布氏硬度值布氏硬度值 s/f= 式中式中d球體直徑（球體直徑（mm）；）； f載荷（載荷（n）；）； d壓痕平均直徑（壓痕平均直徑（mm）。）。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2220.102()fd ddd第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能試驗(yàn)時(shí)測(cè)量出壓痕的平均直徑試驗(yàn)時(shí)測(cè)量出壓痕的平均直徑d，經(jīng)計(jì)算或查表即可得出所測(cè)，經(jīng)計(jì)算或查表即可得出所測(cè)材料的布氏硬度值。材料的布氏硬度值。布氏硬

20、度的符號(hào)是：當(dāng)壓頭為淬火鋼球時(shí)，用布氏硬度的符號(hào)是：當(dāng)壓頭為淬火鋼球時(shí)，用hbs表示，適表示，適合于布氏硬度值在合于布氏硬度值在450以下的材料；當(dāng)壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)，以下的材料；當(dāng)壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)，用用hbw表示，適合于布氏硬度值為表示，適合于布氏硬度值為450650的材料。符號(hào)的材料。符號(hào)hbs或或hbw之前為硬度值，符號(hào)后面按壓球直徑、載荷及載之前為硬度值，符號(hào)后面按壓球直徑、載荷及載荷保持時(shí)間（荷保持時(shí)間（1015s不標(biāo)注）的順序用數(shù)字表示試驗(yàn)條件。不標(biāo)注）的順序用數(shù)字表示試驗(yàn)條件。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能例如：例如：150hbs10/10000/3

21、0表示用直徑為表示用直徑為10mm的淬火鋼球在的淬火鋼球在10000n載荷作用下保持載荷作用下保持30s測(cè)得的布氏硬度值為測(cè)得的布氏硬度值為150；500hbw5/7500表示用直徑為表示用直徑為5mm的硬質(zhì)合金球在的硬質(zhì)合金球在7500n載荷載荷作用下保持作用下保持1015s測(cè)得的布氏硬度值為測(cè)得的布氏硬度值為500。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能由于金屬材料有硬有軟、有厚有薄，如果采用一種標(biāo)準(zhǔn)的載由于金屬材料有硬有軟、有厚有薄，如果采用一種標(biāo)準(zhǔn)的載荷荷f和壓球直徑和壓球直徑d，就會(huì)出現(xiàn)：若對(duì)硬的材料合適，而對(duì)軟的，就會(huì)出現(xiàn)：若對(duì)硬的材料合適，而對(duì)軟的材料會(huì)發(fā)生壓

22、球陷入金屬材料內(nèi)的現(xiàn)象；若對(duì)厚的工件合適，材料會(huì)發(fā)生壓球陷入金屬材料內(nèi)的現(xiàn)象；若對(duì)厚的工件合適，而對(duì)薄的工作可能發(fā)生壓穿的現(xiàn)象。因此在生產(chǎn)中進(jìn)行布氏而對(duì)薄的工作可能發(fā)生壓穿的現(xiàn)象。因此在生產(chǎn)中進(jìn)行布氏硬度試驗(yàn)時(shí)，要求使用大小不同的載荷硬度試驗(yàn)時(shí)，要求使用大小不同的載荷f和壓球直徑和壓球直徑d，具體，具體情況如情況如表表1-1所列。所列。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能試驗(yàn)后壓痕直徑應(yīng)在試驗(yàn)后壓痕直徑應(yīng)在0.25dd 0.6d的范圍內(nèi)，否則試驗(yàn)結(jié)果的范圍內(nèi)，否則試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效，應(yīng)考慮換用其他載荷重做試驗(yàn)。因?yàn)槿魺o(wú)效，應(yīng)考慮換用其他載荷重做試驗(yàn)。因?yàn)槿鬱值太小，靈敏值太小，

23、靈敏度和準(zhǔn)確性將隨之降低，度和準(zhǔn)確性將隨之降低，d值太大，壓痕的幾何形狀不能保持值太大，壓痕的幾何形狀不能保持相似關(guān)系，影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。相似關(guān)系，影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。當(dāng)試驗(yàn)條件允許時(shí)，應(yīng)盡量選用直徑為當(dāng)試驗(yàn)條件允許時(shí)，應(yīng)盡量選用直徑為10mm的球體作壓頭。的球體作壓頭。選用的選用的f/d2比值不同時(shí)布氏硬度值不能直接比較。比值不同時(shí)布氏硬度值不能直接比較。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能布氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)定的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定，數(shù)據(jù)重復(fù)性布氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)定的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定，數(shù)據(jù)重復(fù)性強(qiáng)，常用于測(cè)定退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼、鑄鐵及有色金屬的硬強(qiáng)，常用于測(cè)定退火、

24、正火、調(diào)質(zhì)鋼、鑄鐵及有色金屬的硬度。其缺點(diǎn)是壓痕較大，易損壞成品的表面，不能測(cè)定太薄度。其缺點(diǎn)是壓痕較大，易損壞成品的表面，不能測(cè)定太薄的試樣硬度。的試樣硬度。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能（二）洛氏硬度（二）洛氏硬度當(dāng)材料的硬度較高或試樣過(guò)小時(shí)，需要用洛氏硬度計(jì)進(jìn)行硬當(dāng)材料的硬度較高或試樣過(guò)小時(shí)，需要用洛氏硬度計(jì)進(jìn)行硬度測(cè)試。度測(cè)試。洛氏硬度試驗(yàn)，是用頂角為洛氏硬度試驗(yàn)，是用頂角為120o的金剛石圓錐或直徑為的金剛石圓錐或直徑為1.588mm（1/16）的淬火鋼球作壓頭，在初試驗(yàn)力）的淬火鋼球作壓頭，在初試驗(yàn)力f0及總試及總試驗(yàn)力驗(yàn)力f（初試驗(yàn)力（初試驗(yàn)力f0與主

25、試驗(yàn)力與主試驗(yàn)力f1之和）分別作用下壓入金屬之和）分別作用下壓入金屬表面，然后卸除主試驗(yàn)力表面，然后卸除主試驗(yàn)力f1，在初試驗(yàn)力，在初試驗(yàn)力f0下測(cè)定殘余壓入下測(cè)定殘余壓入深度，用深度的大小來(lái)表示材料的洛氏硬度值，并規(guī)定每壓深度，用深度的大小來(lái)表示材料的洛氏硬度值，并規(guī)定每壓入入0.002mm為一個(gè)硬度單位。為一個(gè)硬度單位。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能洛氏硬度試驗(yàn)原理如洛氏硬度試驗(yàn)原理如圖圖1-4所示。圖中所示。圖中0-0為金剛石壓頭沒(méi)有為金剛石壓頭沒(méi)有和試樣接觸時(shí)的位置，和試樣接觸時(shí)的位置，1-1為壓頭在初載荷（為壓頭在初載荷（100n）作用下壓）作用下壓入試樣

26、入試樣h1位置；位置；2-2為壓頭在全部規(guī)定載荷（初載荷為壓頭在全部規(guī)定載荷（初載荷+主載荷）主載荷）作用下壓入作用下壓入h2位置；位置；3-3為卸除主載荷保留初載荷后的位置為卸除主載荷保留初載荷后的位置h3。這樣，壓痕的深度這樣，壓痕的深度h=h3-h1，洛氏硬度的計(jì)算公式為：，洛氏硬度的計(jì)算公式為： 洛氏硬度值洛氏硬度值=- c/（002 . 0h）式中式中h壓痕深度；壓痕深度；c常數(shù)，當(dāng)壓頭為淬火鋼球時(shí)常數(shù)，當(dāng)壓頭為淬火鋼球時(shí)c=130，壓頭為金剛石圓錐時(shí)，壓頭為金剛石圓錐時(shí)c=100。材料越硬，材料越硬，h便越小，而所測(cè)得的洛氏硬度值越大。便越小，而所測(cè)得的洛氏硬度值越大。下一頁(yè)上一頁(yè)

27、返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能淬火鋼球壓頭適用于退火件、有色金屬等較軟材料的硬度測(cè)淬火鋼球壓頭適用于退火件、有色金屬等較軟材料的硬度測(cè)定；金剛石壓頭適用于淬火鋼等較硬材料的硬度測(cè)定，洛氏定；金剛石壓頭適用于淬火鋼等較硬材料的硬度測(cè)定，洛氏硬度所加載荷根據(jù)被測(cè)材料本身硬度不同而作不同規(guī)定，組硬度所加載荷根據(jù)被測(cè)材料本身硬度不同而作不同規(guī)定，組成不同的洛氏硬度標(biāo)尺，其試驗(yàn)規(guī)范見(jiàn)成不同的洛氏硬度標(biāo)尺，其試驗(yàn)規(guī)范見(jiàn)表表1-2。洛氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是操作迅速、簡(jiǎn)便，可從表盤(pán)上直接讀洛氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是操作迅速、簡(jiǎn)便，可從表盤(pán)上直接讀出硬度值，不必查表或計(jì)算，而且壓痕小，可測(cè)量較薄工件出硬度

28、值，不必查表或計(jì)算，而且壓痕小，可測(cè)量較薄工件的硬度。其缺點(diǎn)是精確性較差，硬度值重復(fù)性差，通常需要的硬度。其缺點(diǎn)是精確性較差，硬度值重復(fù)性差，通常需要在材料的不同部位測(cè)試數(shù)次，取其平均值來(lái)代表材料的硬度。在材料的不同部位測(cè)試數(shù)次，取其平均值來(lái)代表材料的硬度。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能（三）維氏硬度（三）維氏硬度維氏硬度的測(cè)定原理基本上和布氏硬度相同，也是以單位壓維氏硬度的測(cè)定原理基本上和布氏硬度相同，也是以單位壓痕面積的力作為硬度值計(jì)量。所不同的是所用壓頭錐面夾角痕面積的力作為硬度值計(jì)量。所不同的是所用壓頭錐面夾角為為136的金剛石正四棱錐體，如的金剛石正四棱錐

29、體，如圖圖1-5所示。試驗(yàn)時(shí)在載荷所示。試驗(yàn)時(shí)在載荷f作用下，在試樣表面上壓出一個(gè)正方形錐面壓痕，測(cè)量壓痕作用下，在試樣表面上壓出一個(gè)正方形錐面壓痕，測(cè)量壓痕對(duì)角線的平均長(zhǎng)度對(duì)角線的平均長(zhǎng)度d，借以計(jì)算壓痕的面積，借以計(jì)算壓痕的面積s，以，以f/s的數(shù)值來(lái)的數(shù)值來(lái)表示試樣的硬度，用符號(hào)表示試樣的硬度，用符號(hào)hv表示。表示。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能hv=式中式中f載荷（載荷（n）；）； d壓痕對(duì)角線的算術(shù)平均值（壓痕對(duì)角線的算術(shù)平均值（mm）。）。hv可根據(jù)所測(cè)得的可根據(jù)所測(cè)得的d值從維氏硬度表中直接查出。值從維氏硬度表中直接查出。下一頁(yè)上一頁(yè)返回221362s

30、in20.10200.189fffsdd第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能由于維氏硬度所用的壓頭為正四棱錐，當(dāng)載荷改變時(shí)，壓痕由于維氏硬度所用的壓頭為正四棱錐，當(dāng)載荷改變時(shí)，壓痕的幾何形狀恒相似，所以維氏硬度所用載荷可以隨意選擇的幾何形狀恒相似，所以維氏硬度所用載荷可以隨意選擇（如（如50n、100n、150n、200n等），而所得到的硬度值是一等），而所得到的硬度值是一樣的。樣的。維氏硬度標(biāo)注時(shí)，在符號(hào)維氏硬度標(biāo)注時(shí)，在符號(hào)hv前方標(biāo)出硬度值，在前方標(biāo)出硬度值，在hv后面按后面按載荷大小和保持載荷時(shí)間（載荷大小和保持載荷時(shí)間（1015s不標(biāo)出）的順序用數(shù)字表不標(biāo)出）的順序用數(shù)字表示試

31、驗(yàn)條件。例如：示試驗(yàn)條件。例如：640hv300表示用表示用300n載荷保持載荷保持1015s測(cè)定的維氏硬度為測(cè)定的維氏硬度為640；640hv300/20表示用表示用300n載荷保持載荷保持20s測(cè)定的維氏硬度值為測(cè)定的維氏硬度值為640。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能維氏硬度可測(cè)軟、硬金屬，尤其是極薄零件和滲碳層、滲氮維氏硬度可測(cè)軟、硬金屬，尤其是極薄零件和滲碳層、滲氮層的硬度，它測(cè)得的壓痕輪廓清晰，數(shù)值較準(zhǔn)確。而且不存層的硬度，它測(cè)得的壓痕輪廓清晰，數(shù)值較準(zhǔn)確。而且不存在布氏硬度試驗(yàn)?zāi)欠N載荷與壓頭直徑的比例關(guān)系的約束，也在布氏硬度試驗(yàn)?zāi)欠N載荷與壓頭直徑的比例關(guān)

32、系的約束，也不存在壓頭變形問(wèn)題。但是其硬度值需要測(cè)量壓痕對(duì)角線，不存在壓頭變形問(wèn)題。但是其硬度值需要測(cè)量壓痕對(duì)角線，然后經(jīng)計(jì)算或查表才能獲得，效率不如洛氏硬度試驗(yàn)高，所然后經(jīng)計(jì)算或查表才能獲得，效率不如洛氏硬度試驗(yàn)高，所以不宜用于成批零件的常規(guī)檢驗(yàn)。以不宜用于成批零件的常規(guī)檢驗(yàn)。布氏、洛氏、維氏三種硬度值沒(méi)有直接的換算公式，如要換布氏、洛氏、維氏三種硬度值沒(méi)有直接的換算公式，如要換算，需要查換算表（見(jiàn)算，需要查換算表（見(jiàn)表表1-3）。）。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能三、塑性三、塑性金屬發(fā)生塑性變形但不破壞的能力稱為塑性。在拉伸時(shí)它們金屬發(fā)生塑性變形但不破壞的能力稱

33、為塑性。在拉伸時(shí)它們分別為伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。分別為伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。1伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率是指試樣拉伸斷裂時(shí)的絕對(duì)伸長(zhǎng)量與原始長(zhǎng)度比值的伸長(zhǎng)率是指試樣拉伸斷裂時(shí)的絕對(duì)伸長(zhǎng)量與原始長(zhǎng)度比值的百分率，用符號(hào)百分率，用符號(hào)表示表示即：即：式中式中l(wèi)0試樣的原始標(biāo)距長(zhǎng)度（試樣的原始標(biāo)距長(zhǎng)度（mm）；）；l1試樣拉試樣拉斷時(shí)的標(biāo)距長(zhǎng)度（斷時(shí)的標(biāo)距長(zhǎng)度（mm）。）。下一頁(yè)上一頁(yè)返回1000100%100%lllll第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能2斷面收縮率斷面收縮率斷面收縮率是指試樣拉斷后，試樣斷口處橫截面積的縮減量斷面收縮率是指試樣拉斷后，試樣斷口處橫截面積的縮減量與原始橫截面積之比值的百

34、分率，用符號(hào)與原始橫截面積之比值的百分率，用符號(hào)表示。即：表示。即：式中式中s0試樣原始橫截面積（試樣原始橫截面積（mm2）;s1試樣斷裂試樣斷裂處的橫截面積（處的橫截面積（mm2）。）。必須說(shuō)明，伸長(zhǎng)率的大小與試樣的尺寸有關(guān)。試樣長(zhǎng)短不同，必須說(shuō)明，伸長(zhǎng)率的大小與試樣的尺寸有關(guān)。試樣長(zhǎng)短不同，測(cè)得的伸長(zhǎng)率也是不同的。長(zhǎng)、短試樣的伸長(zhǎng)率分別用測(cè)得的伸長(zhǎng)率也是不同的。長(zhǎng)、短試樣的伸長(zhǎng)率分別用10和和5表示，習(xí)慣上，表示，習(xí)慣上，10也常寫(xiě)成也常寫(xiě)成。對(duì)于同一材料而言，短試樣。對(duì)于同一材料而言，短試樣所得的伸長(zhǎng)率（所得的伸長(zhǎng)率（5）要比長(zhǎng)試樣測(cè)得的伸長(zhǎng)率（）要比長(zhǎng)試樣測(cè)得的伸長(zhǎng)率（10）大一些，）

35、大一些，兩者不能直接進(jìn)行比較。兩者不能直接進(jìn)行比較。下一頁(yè)上一頁(yè)返回0100100%100%sssss第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能和和是材料的重要性能指標(biāo)。它們的數(shù)值越大時(shí)，材料的塑是材料的重要性能指標(biāo)。它們的數(shù)值越大時(shí)，材料的塑性越好。金屬材料的塑性好壞，對(duì)零件的加工和使用有十分性越好。金屬材料的塑性好壞，對(duì)零件的加工和使用有十分重要意義。例如，低碳鋼的塑性較好，故可以進(jìn)行壓力加工；重要意義。例如，低碳鋼的塑性較好，故可以進(jìn)行壓力加工；普通鑄鐵的塑性差，因而不宜進(jìn)行壓力加工，只能進(jìn)行鑄造。普通鑄鐵的塑性差，因而不宜進(jìn)行壓力加工，只能進(jìn)行鑄造。同時(shí)，由于材料具有一定的塑性，故能夠

36、保證材料不致因稍同時(shí)，由于材料具有一定的塑性，故能夠保證材料不致因稍有超載而突然斷裂，這就增加了材料使用的安全可靠性。有超載而突然斷裂，這就增加了材料使用的安全可靠性。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能四、沖擊韌度四、沖擊韌度許多機(jī)械零件在工作中，往往要受到?jīng)_擊載荷的作用，如活許多機(jī)械零件在工作中，往往要受到?jīng)_擊載荷的作用，如活塞銷、錘桿、沖模、鍛模等零件。制造這些零件的材料，其塞銷、錘桿、沖模、鍛模等零件。制造這些零件的材料，其性能不能單純用靜載荷作用下的指標(biāo)來(lái)衡量，而必須考慮材性能不能單純用靜載荷作用下的指標(biāo)來(lái)衡量，而必須考慮材料抵抗沖擊載荷的能力。沖擊載荷是指加載

37、速度很快而作用料抵抗沖擊載荷的能力。沖擊載荷是指加載速度很快而作用時(shí)間很短的突發(fā)性載荷。時(shí)間很短的突發(fā)性載荷。金屬抵抗沖擊載荷而不破壞的能力稱為沖擊韌度。目前常用金屬抵抗沖擊載荷而不破壞的能力稱為沖擊韌度。目前常用一次擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)來(lái)測(cè)定金屬材料的韌度，其試驗(yàn)原理一次擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)來(lái)測(cè)定金屬材料的韌度，其試驗(yàn)原理如如圖圖1-6所示。所示。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能試驗(yàn)時(shí)，把按規(guī)定制作的標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣的缺口（脆性材料不試驗(yàn)時(shí)，把按規(guī)定制作的標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣的缺口（脆性材料不開(kāi)缺口）背向擺錘方向放在沖擊試驗(yàn)機(jī)上開(kāi)缺口）背向擺錘方向放在沖擊試驗(yàn)機(jī)上圖圖1-6（a），將擺

38、錘（質(zhì)量為將擺錘（質(zhì)量為m）揚(yáng)起到規(guī)定高度）揚(yáng)起到規(guī)定高度h1，然后自由落下，將，然后自由落下，將試樣沖斷。由于慣性，擺錘沖斷試樣后會(huì)繼續(xù)上升到某一高試樣沖斷。由于慣性，擺錘沖斷試樣后會(huì)繼續(xù)上升到某一高度度h2。根據(jù)功能原理可知：擺錘沖斷試樣所消耗的功。根據(jù)功能原理可知：擺錘沖斷試樣所消耗的功akv=mg（h1-h2）。）。akv常叫做沖擊吸收功，可從沖擊試驗(yàn)常叫做沖擊吸收功，可從沖擊試驗(yàn)機(jī)上直接讀出。沖擊韌度值符號(hào)機(jī)上直接讀出。沖擊韌度值符號(hào)kv表示，單位為焦耳表示，單位為焦耳/厘米厘米2（j/cm2）。即）。即 kv=skv/a下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能試樣

39、缺口有試樣缺口有u和和v兩種，沖擊韌度值分別以兩種，沖擊韌度值分別以ku和和kv表示。表示。kv值越大，材料的沖擊韌度越好，斷口處則會(huì)發(fā)生較大的塑值越大，材料的沖擊韌度越好，斷口處則會(huì)發(fā)生較大的塑性變形，斷口呈灰色纖維狀；性變形，斷口呈灰色纖維狀；kv值越小，材料的沖擊韌度越值越小，材料的沖擊韌度越差，斷口處無(wú)明顯的塑性變形，斷口具有金屬光澤而較為平差，斷口處無(wú)明顯的塑性變形，斷口具有金屬光澤而較為平整。整。一般來(lái)說(shuō)，強(qiáng)度、塑性兩者均好的材料，一般來(lái)說(shuō)，強(qiáng)度、塑性兩者均好的材料，kv值也高。材料的值也高。材料的沖擊韌度除了取決于其化學(xué)成份和顯微組織外，還與加載速?zèng)_擊韌度除了取決于其化學(xué)成份和顯

40、微組織外，還與加載速度、溫度、試樣的表面質(zhì)量（如缺口、表面粗糙度等）、材度、溫度、試樣的表面質(zhì)量（如缺口、表面粗糙度等）、材料的冶金質(zhì)量等有關(guān)。加載速度越快，溫度越低，表面及冶料的冶金質(zhì)量等有關(guān)。加載速度越快，溫度越低，表面及冶金質(zhì)量越差，則金質(zhì)量越差，則 值越低。值越低。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能在一次沖斷條件下測(cè)得的沖擊韌度值在一次沖斷條件下測(cè)得的沖擊韌度值kv，對(duì)于判別材料抵抗，對(duì)于判別材料抵抗大能量沖擊能力有一定的意義。而絕大多數(shù)機(jī)件在工作中所大能量沖擊能力有一定的意義。而絕大多數(shù)機(jī)件在工作中所承受的多是小能量多次沖擊，機(jī)件在使用過(guò)程中承受這種沖承受的多

41、是小能量多次沖擊，機(jī)件在使用過(guò)程中承受這種沖擊有上萬(wàn)次或數(shù)萬(wàn)次。對(duì)于材料承受多次沖擊的問(wèn)題，如果擊有上萬(wàn)次或數(shù)萬(wàn)次。對(duì)于材料承受多次沖擊的問(wèn)題，如果沖擊能量低、沖擊周次較多時(shí)，材料的沖擊韌度主要取決于沖擊能量低、沖擊周次較多時(shí)，材料的沖擊韌度主要取決于材料的強(qiáng)度，材料的強(qiáng)度高則沖擊韌度較好；如果沖擊能量材料的強(qiáng)度，材料的強(qiáng)度高則沖擊韌度較好；如果沖擊能量高時(shí)，則主要取決于材料的塑性，材料的塑性越高則沖擊韌高時(shí)，則主要取決于材料的塑性，材料的塑性越高則沖擊韌度較好。因此沖擊韌度值度較好。因此沖擊韌度值kv一般只作設(shè)計(jì)和選材的參考。一般只作設(shè)計(jì)和選材的參考。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械

42、性能材料的機(jī)械性能五、疲勞強(qiáng)度五、疲勞強(qiáng)度有許多機(jī)件（如齒輪、彈簧等）是在交變應(yīng)力（指大小和方有許多機(jī)件（如齒輪、彈簧等）是在交變應(yīng)力（指大小和方向隨時(shí)間發(fā)生周期性變化）下工作的，零件工作時(shí)所承受的向隨時(shí)間發(fā)生周期性變化）下工作的，零件工作時(shí)所承受的應(yīng)力通常都低于材料的屈服強(qiáng)度。機(jī)件在這種交變載荷作用應(yīng)力通常都低于材料的屈服強(qiáng)度。機(jī)件在這種交變載荷作用下經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間工作也會(huì)發(fā)生破壞，通常這種破壞現(xiàn)象叫金屬下經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間工作也會(huì)發(fā)生破壞，通常這種破壞現(xiàn)象叫金屬的疲勞。的疲勞。金屬的疲勞是在交變載荷作用下，經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)周次之后金屬的疲勞是在交變載荷作用下，經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)周次之后出現(xiàn)的。出現(xiàn)的。圖圖1

43、-7是某材料的疲勞曲線，橫坐標(biāo)表示循環(huán)周次，是某材料的疲勞曲線，橫坐標(biāo)表示循環(huán)周次，縱坐標(biāo)表示交變應(yīng)力?？v坐標(biāo)表示交變應(yīng)力。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能從該曲線可以看出，材料承受的交變應(yīng)力越大，疲勞破壞前從該曲線可以看出，材料承受的交變應(yīng)力越大，疲勞破壞前能循環(huán)工作的周次越少；當(dāng)循環(huán)交變應(yīng)力減少到某一數(shù)值時(shí)，能循環(huán)工作的周次越少；當(dāng)循環(huán)交變應(yīng)力減少到某一數(shù)值時(shí)，曲線接近水平，即表示當(dāng)應(yīng)力低于此值時(shí)，材料可經(jīng)受無(wú)數(shù)曲線接近水平，即表示當(dāng)應(yīng)力低于此值時(shí)，材料可經(jīng)受無(wú)數(shù)次應(yīng)力循環(huán)而不被破壞。把材料在無(wú)數(shù)次交變載荷作用下而次應(yīng)力循環(huán)而不被破壞。把材料在無(wú)數(shù)次交變載荷作用下

44、而不被破壞的最大應(yīng)力值稱為疲勞強(qiáng)度。通常光滑試樣在對(duì)稱不被破壞的最大應(yīng)力值稱為疲勞強(qiáng)度。通常光滑試樣在對(duì)稱彎曲循環(huán)載荷作用下的疲勞強(qiáng)度用彎曲循環(huán)載荷作用下的疲勞強(qiáng)度用-1表示。對(duì)鋼材來(lái)說(shuō)，當(dāng)表示。對(duì)鋼材來(lái)說(shuō)，當(dāng)循環(huán)次數(shù)循環(huán)次數(shù)n達(dá)到達(dá)到107周次時(shí)，曲線便出現(xiàn)水平線，所以把經(jīng)受周次時(shí)，曲線便出現(xiàn)水平線，所以把經(jīng)受107周次或更多周次而不破壞的最大應(yīng)力定為疲勞強(qiáng)度。對(duì)于周次或更多周次而不破壞的最大應(yīng)力定為疲勞強(qiáng)度。對(duì)于有色金屬，一般則需規(guī)定應(yīng)力循環(huán)次數(shù)在有色金屬，一般則需規(guī)定應(yīng)力循環(huán)次數(shù)在108或更多周次，才或更多周次，才能確定其疲勞強(qiáng)度。能確定其疲勞強(qiáng)度。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)第一節(jié) 材料的機(jī)

45、械性能材料的機(jī)械性能影響疲勞強(qiáng)度的因素很多，其中主要有循環(huán)應(yīng)力、溫度、材影響疲勞強(qiáng)度的因素很多，其中主要有循環(huán)應(yīng)力、溫度、材料的化學(xué)成份及顯微組織、表面質(zhì)量和殘余應(yīng)力等。料的化學(xué)成份及顯微組織、表面質(zhì)量和殘余應(yīng)力等。應(yīng)該注意，上述力學(xué)性能指標(biāo)，都是用小尺寸的光滑試樣或應(yīng)該注意，上述力學(xué)性能指標(biāo)，都是用小尺寸的光滑試樣或標(biāo)準(zhǔn)試樣，在規(guī)定性質(zhì)的載荷作用下測(cè)得的。實(shí)踐證明，它標(biāo)準(zhǔn)試樣，在規(guī)定性質(zhì)的載荷作用下測(cè)得的。實(shí)踐證明，它們不能直接代表材料制成零件后的性能。因?yàn)閷?shí)際零件尺寸們不能直接代表材料制成零件后的性能。因?yàn)閷?shí)際零件尺寸往往很大，尺寸增大后，材料中出現(xiàn)的缺陷（如孔洞、夾雜往往很大，尺寸增大后

46、，材料中出現(xiàn)的缺陷（如孔洞、夾雜物、表面損傷等）的可能性也越大。而且零件在實(shí)際工作中物、表面損傷等）的可能性也越大。而且零件在實(shí)際工作中所受的載荷往往是復(fù)雜的，零件的形狀、表面粗糙度值等也所受的載荷往往是復(fù)雜的，零件的形狀、表面粗糙度值等也與試樣差異很大。這些將在以后課程中討論。與試樣差異很大。這些將在以后課程中討論。上一頁(yè)返回第二節(jié)第二節(jié) 材料的物理、化學(xué)性能材料的物理、化學(xué)性能一、物理性能一、物理性能材料的物理性能主要有密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨材料的物理性能主要有密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性和電磁性，這些都是材料的固有屬性，不同用途的機(jī)械脹性和電磁性，這些都是材料的固有屬性

47、，不同用途的機(jī)械零件，對(duì)其物理性能的要求也各不相同。零件，對(duì)其物理性能的要求也各不相同。1密度密度單位體積某種物質(zhì)的質(zhì)量稱為該物質(zhì)的密度，用單位體積某種物質(zhì)的質(zhì)量稱為該物質(zhì)的密度，用表示。常用表示。常用金屬的密度見(jiàn)金屬的密度見(jiàn)表表1-4。下一頁(yè)返回第二節(jié)第二節(jié) 材料的物理、化學(xué)性能材料的物理、化學(xué)性能由表可知，不同材料的密度不同。對(duì)于金屬材料，按照密度由表可知，不同材料的密度不同。對(duì)于金屬材料，按照密度的大小可分為輕金屬和重金屬。一般情況下，密度小于的大小可分為輕金屬和重金屬。一般情況下，密度小于5g/cm。的金屬稱為輕金屬，如鋁、鎂、鈦及其合金；而密。的金屬稱為輕金屬，如鋁、鎂、鈦及其合金；

48、而密度大于度大于5g/cm的金屬稱為重金屬，如鐵、鉛、鎢等。而非金的金屬稱為重金屬，如鐵、鉛、鎢等。而非金屬材料的密度相對(duì)較小，例如，陶瓷的密度為屬材料的密度相對(duì)較小，例如，陶瓷的密度為2.22.5g/cm。各種塑料的密度更小，一般都在各種塑料的密度更小，一般都在1.01.5g/cm。實(shí)際生產(chǎn)中，。實(shí)際生產(chǎn)中，一些零部件的選材必須考慮材料的密度，如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中要一些零部件的選材必須考慮材料的密度，如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中要求采用質(zhì)量輕、運(yùn)動(dòng)時(shí)慣性小的活塞，多采用低密度的鋁合求采用質(zhì)量輕、運(yùn)動(dòng)時(shí)慣性小的活塞，多采用低密度的鋁合金制成。在航空領(lǐng)域中，密度更是選用材料的關(guān)鍵性能之一。金制成。在航空領(lǐng)域中，密度

49、更是選用材料的關(guān)鍵性能之一。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第二節(jié)第二節(jié) 材料的物理、化學(xué)性能材料的物理、化學(xué)性能2熔點(diǎn)熔點(diǎn)熔點(diǎn)是指材料的熔化溫度，它是制訂冶煉、鑄造、鍛造和焊熔點(diǎn)是指材料的熔化溫度，它是制訂冶煉、鑄造、鍛造和焊接等熱加工工藝規(guī)范的一個(gè)重要的參數(shù)。純金屬都具有固定接等熱加工工藝規(guī)范的一個(gè)重要的參數(shù)。純金屬都具有固定的熔點(diǎn)。按照熔點(diǎn)的高低，可以將金屬分為難熔金屬（熔點(diǎn)的熔點(diǎn)。按照熔點(diǎn)的高低，可以將金屬分為難熔金屬（熔點(diǎn)高于高于700的金屬）和易熔金屬（熔點(diǎn)低于的金屬）和易熔金屬（熔點(diǎn)低于700）。工業(yè)上）。工業(yè)上常用的防火安全閥及熔斷器等零件，使用低熔點(diǎn)的易熔金屬。常用的防火安全閥及熔斷器等零件

50、，使用低熔點(diǎn)的易熔金屬。而工業(yè)高溫爐、火箭、導(dǎo)彈、燃?xì)廨啓C(jī)、噴氣飛機(jī)等某些零而工業(yè)高溫爐、火箭、導(dǎo)彈、燃?xì)廨啓C(jī)、噴氣飛機(jī)等某些零部件，卻必須使用耐高溫的難熔金屬。陶瓷的熔點(diǎn)一般都顯部件，卻必須使用耐高溫的難熔金屬。陶瓷的熔點(diǎn)一般都顯著高于金屬及合金的熔點(diǎn)，而高分子材料、復(fù)合材料一般不著高于金屬及合金的熔點(diǎn)，而高分子材料、復(fù)合材料一般不是完全晶體，所以沒(méi)有固定的熔點(diǎn)。是完全晶體，所以沒(méi)有固定的熔點(diǎn)。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第二節(jié)第二節(jié) 材料的物理、化學(xué)性能材料的物理、化學(xué)性能3導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性 材料傳導(dǎo)熱量的性能稱為導(dǎo)熱性，用熱導(dǎo)率（也稱導(dǎo)熱系數(shù)）材料傳導(dǎo)熱量的性能稱為導(dǎo)熱性，用熱導(dǎo)率（也稱導(dǎo)熱系數(shù)）表示，

51、見(jiàn)表表示，見(jiàn)表1-4。導(dǎo)熱性好的材料（如銅、鋁及其合金）常。導(dǎo)熱性好的材料（如銅、鋁及其合金）常用來(lái)制造熱交換器等傳熱設(shè)備的零部件。導(dǎo)熱性差的材料用來(lái)制造熱交換器等傳熱設(shè)備的零部件。導(dǎo)熱性差的材料（陶瓷、木材、塑料等）可用來(lái)制造絕熱零件。一般來(lái)說(shuō)，（陶瓷、木材、塑料等）可用來(lái)制造絕熱零件。一般來(lái)說(shuō)，金屬及合金的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)高于非金屬材料，例如，塑料的熱金屬及合金的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)高于非金屬材料，例如，塑料的熱導(dǎo)率只有金屬的導(dǎo)率只有金屬的1左右。在制訂鑄造、焊接、鍛造和熱處理左右。在制訂鑄造、焊接、鍛造和熱處理等熱加工工藝時(shí)，必須考慮材料的導(dǎo)熱性，防止材料由于在等熱加工工藝時(shí)，必須考慮材料的導(dǎo)熱性，防止

52、材料由于在加熱和冷卻過(guò)程中形成過(guò)大的內(nèi)應(yīng)力而造成變形與開(kāi)裂。加熱和冷卻過(guò)程中形成過(guò)大的內(nèi)應(yīng)力而造成變形與開(kāi)裂。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第二節(jié)第二節(jié) 材料的物理、化學(xué)性能材料的物理、化學(xué)性能4導(dǎo)電性導(dǎo)電性材料傳導(dǎo)電流的能力稱為導(dǎo)電性。常用其電導(dǎo)率材料傳導(dǎo)電流的能力稱為導(dǎo)電性。常用其電導(dǎo)率來(lái)表示，但來(lái)表示，但用其倒數(shù)（電阻率用其倒數(shù)（電阻率）更方便。通常金屬的電阻率隨溫度的升）更方便。通常金屬的電阻率隨溫度的升高而增加。相反，非金屬材料的電阻率隨溫度的升高而降低。高而增加。相反，非金屬材料的電阻率隨溫度的升高而降低。金屬及其合金具有良好的導(dǎo)電性，銀的導(dǎo)電性最好，銅、鋁金屬及其合金具有良好的導(dǎo)電性，銀的導(dǎo)電

53、性最好，銅、鋁次之，故常用作導(dǎo)電材料。但電阻率大的金屬可制造電熱元次之，故常用作導(dǎo)電材料。但電阻率大的金屬可制造電熱元件。件。高分子材料都是絕緣體，但有的高分子復(fù)合材料也有良好的高分子材料都是絕緣體，但有的高分子復(fù)合材料也有良好的導(dǎo)電性。陶瓷材料雖是良好的絕緣體，但某些成份的陶瓷卻導(dǎo)電性。陶瓷材料雖是良好的絕緣體，但某些成份的陶瓷卻是半導(dǎo)體。是半導(dǎo)體。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第二節(jié)第二節(jié) 材料的物理、化學(xué)性能材料的物理、化學(xué)性能5熱膨脹性熱膨脹性材料隨著溫度變化而膨脹、收縮的特性稱為熱膨脹性。一般材料隨著溫度變化而膨脹、收縮的特性稱為熱膨脹性。一般來(lái)說(shuō)，材料受熱時(shí)膨脹而使體積增大，冷卻時(shí)收縮而使體積來(lái)

54、說(shuō)，材料受熱時(shí)膨脹而使體積增大，冷卻時(shí)收縮而使體積縮小。熱膨脹性的大小用線脹系數(shù)縮小。熱膨脹性的大小用線脹系數(shù)1和體脹系數(shù)和體脹系數(shù)v來(lái)表示。來(lái)表示。表表1-4列出了常見(jiàn)金屬的線膨脹系數(shù)。體脹系數(shù)近似為線脹系列出了常見(jiàn)金屬的線膨脹系數(shù)。體脹系數(shù)近似為線脹系數(shù)的數(shù)的3倍。一般，陶瓷的熱脹系數(shù)最低，金屬次之，高分子材倍。一般，陶瓷的熱脹系數(shù)最低，金屬次之，高分子材料的線脹系數(shù)最高。用膨脹系數(shù)大的材料制造的零件，在溫料的線脹系數(shù)最高。用膨脹系數(shù)大的材料制造的零件，在溫度變化時(shí)尺寸和形狀變化較大。生產(chǎn)中，在熱加工時(shí)要考慮度變化時(shí)尺寸和形狀變化較大。生產(chǎn)中，在熱加工時(shí)要考慮材料熱膨脹性的影響，以減少工件

55、的變形和開(kāi)裂。材料熱膨脹性的影響，以減少工件的變形和開(kāi)裂。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第二節(jié)第二節(jié) 材料的物理、化學(xué)性能材料的物理、化學(xué)性能二、化學(xué)性能二、化學(xué)性能材料的化學(xué)性能主要是指它們?cè)谑覝鼗蚋邷貢r(shí)抵抗各種介質(zhì)材料的化學(xué)性能主要是指它們?cè)谑覝鼗蚋邷貢r(shí)抵抗各種介質(zhì)的化學(xué)侵蝕能力，主要包括耐腐蝕性、抗氧化性和化學(xué)穩(wěn)定的化學(xué)侵蝕能力，主要包括耐腐蝕性、抗氧化性和化學(xué)穩(wěn)定性等。性等。1耐腐蝕性耐腐蝕性耐腐蝕性是指材料在常溫下抵抗周?chē)鞣N介質(zhì)腐蝕的能力。耐腐蝕性是指材料在常溫下抵抗周?chē)鞣N介質(zhì)腐蝕的能力。金屬材料在腐蝕性介質(zhì)中常常會(huì)發(fā)生化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕，金屬材料在腐蝕性介質(zhì)中常常會(huì)發(fā)生化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕

56、，因此，對(duì)金屬制品的腐蝕防護(hù)十分重要。在金屬材料中，碳因此，對(duì)金屬制品的腐蝕防護(hù)十分重要。在金屬材料中，碳鋼、鑄鐵的耐腐蝕性較差；鈦及其合金、不銹鋼的耐腐蝕性鋼、鑄鐵的耐腐蝕性較差；鈦及其合金、不銹鋼的耐腐蝕性較好；鋁和銅也有較好的耐腐蝕性。非金屬材料，如陶瓷材較好；鋁和銅也有較好的耐腐蝕性。非金屬材料，如陶瓷材料和塑料等都具有優(yōu)良的耐蝕性。料和塑料等都具有優(yōu)良的耐蝕性。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第二節(jié)第二節(jié) 材料的物理、化學(xué)性能材料的物理、化學(xué)性能2抗氧化性抗氧化性材料在加熱時(shí)抵抗氧化作用的能力稱為抗氧化性。金屬及合材料在加熱時(shí)抵抗氧化作用的能力稱為抗氧化性。金屬及合金抗氧化的機(jī)理是材料在高溫下迅速氧

57、化后，能在表面形成金抗氧化的機(jī)理是材料在高溫下迅速氧化后，能在表面形成一層連續(xù)而致密并與母體結(jié)合牢靠的膜阻止進(jìn)一步氧化。在一層連續(xù)而致密并與母體結(jié)合牢靠的膜阻止進(jìn)一步氧化。在鋼中加入鋼中加入cr、si等元素，可大大提高鋼的抗氧化性。在高溫等元素，可大大提高鋼的抗氧化性。在高溫下工作的發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)、內(nèi)燃機(jī)排氣閥等轎車(chē)零部件，就是采下工作的發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)、內(nèi)燃機(jī)排氣閥等轎車(chē)零部件，就是采用抗氧化性好的用抗氧化性好的4cr9si2等材料來(lái)制造的。等材料來(lái)制造的。3化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性是材料耐腐蝕性和抗氧化性的總稱。高溫下的化化學(xué)穩(wěn)定性是材料耐腐蝕性和抗氧化性的總稱。高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性又稱熱穩(wěn)定性

58、。學(xué)穩(wěn)定性又稱熱穩(wěn)定性。在高溫條件下工作的設(shè)備（如鍋爐、汽輪機(jī)、火箭等）上的在高溫條件下工作的設(shè)備（如鍋爐、汽輪機(jī)、火箭等）上的部件需要選擇熱穩(wěn)定好的材料來(lái)制造。部件需要選擇熱穩(wěn)定好的材料來(lái)制造。上一頁(yè)返回第三節(jié)第三節(jié) 材料的加工工藝性能材料的加工工藝性能金屬材料要制成零件，就要對(duì)其進(jìn)行各種加工。材料對(duì)不同金屬材料要制成零件，就要對(duì)其進(jìn)行各種加工。材料對(duì)不同加工方法的適應(yīng)能力稱為材料的工藝性能，又稱加工工藝性加工方法的適應(yīng)能力稱為材料的工藝性能，又稱加工工藝性能。材料工藝性能的好壞，直接影響制造零件的工藝方法、能。材料工藝性能的好壞，直接影響制造零件的工藝方法、質(zhì)量和成本。主要的工藝性能有以下

59、幾個(gè)方面。質(zhì)量和成本。主要的工藝性能有以下幾個(gè)方面。一、鑄造性能一、鑄造性能材料鑄造成形獲得優(yōu)良鑄件的能力稱為鑄造性能。衡量鑄造材料鑄造成形獲得優(yōu)良鑄件的能力稱為鑄造性能。衡量鑄造性能好壞的指標(biāo)有流動(dòng)性、收縮性以及偏析、裂紋傾向等。性能好壞的指標(biāo)有流動(dòng)性、收縮性以及偏析、裂紋傾向等。下一頁(yè)返回第三節(jié)第三節(jié) 材料的加工工藝性能材料的加工工藝性能1流動(dòng)性流動(dòng)性熔融材料的流動(dòng)能力稱為流動(dòng)性。它主要受化學(xué)成份和澆注熔融材料的流動(dòng)能力稱為流動(dòng)性。它主要受化學(xué)成份和澆注溫度等因素的影響。流動(dòng)性好的材料容易充滿鑄型型腔，從溫度等因素的影響。流動(dòng)性好的材料容易充滿鑄型型腔，從而獲得外形完整、尺寸精確和輪廓清晰

60、的鑄件。而獲得外形完整、尺寸精確和輪廓清晰的鑄件。2收縮性收縮性鑄件在凝固和冷卻過(guò)程中，其體積和尺寸減小的現(xiàn)象稱為收鑄件在凝固和冷卻過(guò)程中，其體積和尺寸減小的現(xiàn)象稱為收縮性。鑄件收縮不僅影響尺寸，還會(huì)使鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松、縮性。鑄件收縮不僅影響尺寸，還會(huì)使鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松、內(nèi)應(yīng)力、變形和開(kāi)裂等缺陷。因此用于鑄造的材料其收縮性內(nèi)應(yīng)力、變形和開(kāi)裂等缺陷。因此用于鑄造的材料其收縮性越小越好。越小越好。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第三節(jié)第三節(jié) 材料的加工工藝性能材料的加工工藝性能3偏析偏析鑄件凝固后，內(nèi)部化學(xué)成份和組織的不均勻現(xiàn)象稱為偏析。鑄件凝固后，內(nèi)部化學(xué)成份和組織的不均勻現(xiàn)象稱為偏析。偏析嚴(yán)重的鑄件各部分