第一章金屬機(jī)械性能

重點(diǎn)掌握各種機(jī)械性能指標(biāo)（強(qiáng)度,塑性；沖擊韌性；硬度HB，HRC，HV；疲勞強(qiáng)度）的物理意義和單位。熟悉有關(guān)性能的術(shù)語(yǔ)、符號(hào)意義及應(yīng)用場(chǎng)合，并了解其測(cè)定方法。一般要求材料的斷裂韌性。第一章金屬機(jī)械性能鑄造性可鍛性可焊性切削加工性熱處理性工程材料的性能

使用性能*力學(xué)性能（機(jī)械性能）

物理性能化學(xué)性能

工藝性能使用過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的性能各種加工過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的性能鑄造性能：流動(dòng)性、收縮性、偏析工藝性能熱處理性能：淬透性鍛造性能：塑性、變形抗力焊接性能：焊接性、碳含量切削性能：表面粗糙度、刀具壽命在外力作用時(shí)表現(xiàn)出的性能。包括：強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度、斷裂韌性力學(xué)性能材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為變形。外力去除后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形。外力去除不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線（動(dòng)畫(huà)）拉伸試樣拉伸試驗(yàn)機(jī)應(yīng)力（R）

=P/F0應(yīng)變

=(L-L0)/L0拉伸實(shí)驗(yàn)拉伸曲線1.1彈性和剛度彈性：材料彈性變形的能力。指標(biāo)為彈性極限e，即材料承受最大彈性變形時(shí)的應(yīng)力。比例極限σp

：應(yīng)力和應(yīng)變保持直線關(guān)系的最大應(yīng)力值。剛度：材料受力時(shí)抵抗彈性變形的能力。指標(biāo)為彈性模量E。e彈性模量的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升高而逐漸降低外，其他強(qiáng)化材料的手段如熱處理、冷熱加工、合金化等對(duì)彈性模量的影響很小?？梢酝ㄟ^(guò)增加橫截面積或改變截面形狀來(lái)提高零件的剛度。

1.2強(qiáng)度強(qiáng)度：材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。屈服強(qiáng)度（屈服極限）s（Re）：材料抵抗起始塑性變形或產(chǎn)生微量塑性變形的應(yīng)力值。

條件屈服強(qiáng)度0.2（Rr0.2）：殘余變形量為0.2%時(shí)的應(yīng)力值。

抗拉強(qiáng)度b（Rm）：材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力值。s0.21.3塑性

斷裂前材料產(chǎn)生塑性變形的能力。

伸長(zhǎng)率（延伸率）：（A)斷面收縮率：(Z)斷裂后拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象說(shuō)明：用斷面縮率表示塑性比伸長(zhǎng)率更接近真實(shí)變形。直徑d0相同時(shí)，L0，A。只有當(dāng)L0/d0為常數(shù)時(shí)，塑性值才有可比性。當(dāng)L0=10d0時(shí)，伸長(zhǎng)率用A11.5（δ10）表示；當(dāng)L0=5d0時(shí)，伸長(zhǎng)率用A（δ5）

表示。顯然A>A11.5比例試樣K=5.65或11.3各類材料的σ-ε曲線常用力學(xué)性能名稱和符號(hào)新舊標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照1.4沖擊韌性是指材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力。指標(biāo)為沖擊韌性αk(通過(guò)沖擊實(shí)驗(yàn)測(cè)得)。沖擊吸收功Ak:試樣沖斷時(shí)所消耗的功。

Ak

=Gh–Gh′(J)沖擊韌性ak:試樣缺口處單位截面積(F)上所消耗的沖擊功。

(J/m2)

測(cè)定沖擊韌性值的意義

1）評(píng)定材料相對(duì)韌性的大小

2）評(píng)定材料的變脆傾向

材料的沖擊韌性隨溫度下降而下降。在某一溫度范圍內(nèi)沖擊韌性值急劇下降的現(xiàn)象稱韌脆轉(zhuǎn)變。發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱韌脆轉(zhuǎn)變溫度。材料的使用溫度應(yīng)高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度。韌TITANIC建造中的Titanic號(hào)TITANIC的沉沒(méi)與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān)Titanic號(hào)鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗(yàn)結(jié)果Titanic近代船用鋼板1.5疲勞材料在低于s的重復(fù)交變應(yīng)力作用下長(zhǎng)時(shí)間工作發(fā)生突然斷裂的現(xiàn)象。疲勞強(qiáng)度（極限）：材料經(jīng)無(wú)數(shù)次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生疲勞斷裂的最高應(yīng)力值，用-1

表示。條件疲勞強(qiáng)度（極限)：材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時(shí)的最大應(yīng)力值。用-1（N）表示。鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為107，有色金屬合金為108。疲勞應(yīng)力示意圖疲勞曲線示意圖通過(guò)改善材料的形狀結(jié)構(gòu);減少表面缺陷,提高表面光潔度;進(jìn)行表面強(qiáng)化等方法可提高材料疲勞抗力。1.6硬度材料抵抗表面局部塑性變形的能力。（1）布氏硬度布氏硬度計(jì)

壓頭為鋼球時(shí)，布氏硬度用符號(hào)HBS表示，適用于布氏硬度值在450以下的材料。壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)，用符號(hào)HBW表示，適用于布氏硬度在650以下的材料。符號(hào)HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值,符號(hào)后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時(shí)間。如120HBS10/1000/30表

示直徑為10mm的鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持30s測(cè)得的布氏硬度值為120。布氏硬度壓痕布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。缺點(diǎn)：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料，操作麻煩。適于測(cè)量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼,

鑄鐵及有色金屬的硬度。材料的b與HB之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：對(duì)于低碳鋼:

b(MPa)≈3.6HB

對(duì)于高碳鋼：b(MPa)≈3.4HB

對(duì)于鑄鐵：

b(MPa)≈1HB或b(MPa)≈

0.6(HB-40)HBb(MPa)鋼黃銅球墨鑄鐵（2）洛氏硬度h1-h0洛氏硬度測(cè)試示意圖洛氏硬度計(jì)洛氏硬度用符號(hào)HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個(gè)標(biāo)尺，常用的標(biāo)尺為A、B、C。

符號(hào)HR前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺。HRA用于測(cè)量高硬度材料,如硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。HRB用于測(cè)量低硬度材料,如有色金屬和退火、正火鋼等。HRC用于測(cè)量中等硬度材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便，壓痕小，適用范圍廣。缺點(diǎn)：測(cè)量結(jié)果分散度大。鋼球壓頭與金剛石壓頭洛氏硬度壓痕維氏硬度維氏硬度計(jì)維氏硬度試驗(yàn)原理維氏硬度壓痕維氏硬度用符號(hào)HV表示，符號(hào)前的數(shù)字為硬度值，后面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時(shí)間。維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)。小負(fù)荷維氏硬度計(jì)顯微維氏硬度計(jì)1.7斷裂韌性油輪斷裂和北極星導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)殼