1、绪论第一章金属材料的性能第一章金属材料的性能第一节金属材料的物理性能和化学性能第二节金属材料的力学性能第三节金属的工艺性能第一节金属材料的物理性能和化学性能一、金属的物理性能1.密度某种物质单位体积内所具有的质量称为该物质的密度。表1-1常用金属的物理性能第一节金属材料的物理性能和化学性能表1-1常用金属的物理性能2.熔点金属或合金从固态向液态转变时的温度称为熔点。第一节金属材料的物理性能和化学性能3.导热性金属材料传导热量的性能称为导热性。4.导电性金属材料传导电流的性能称为导电性。5.热膨胀性金属材料随着温度变化而膨胀、收缩的特性称为热膨胀性。6.磁性金属材料被磁化或被磁铁吸引的性能叫做磁
2、性。二、金属的化学性能1.耐蚀性金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气及其他化学介质腐蚀破坏作用的能力称为耐蚀性。2.抗氧化性金属材料在室温或加热时抵抗氧化作用的能力称为抗氧化性。第一节金属材料的物理性能和化学性能3.化学稳定性化学稳定性是金属材料的耐腐蚀和抗氧化的总称。第二节金属材料的力学性能1)静载荷：是大小不变或变化过程很缓慢的载荷。2)冲击载荷：是指在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。3)交变载荷：是指大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化的载荷。图1-1载荷的作用形式a)拉伸载荷b)压缩载荷c)弯曲载荷d)剪切载荷e)扭转载荷第二节金属材料的力学性能一、强度1.拉伸试样拉伸试样的形状
3、一般有圆形和矩形两类。2.力伸长曲线拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关线叫做力伸长曲线，也称为拉伸曲线图。图1-2圆形拉伸试样a)拉伸前b)拉伸后第二节金属材料的力学性能图1-3低碳钢的力伸长曲线第二节金属材料的力学性能(1)Oe弹性变形阶段试样变形完全是弹性的，此时如果卸载，试样即恢复原状。(2)es屈服阶段当载荷超过Fe再卸载时，试样的伸长只能部分地恢复，而保留一部分残余变形，这种不能随载荷的去除而消失的变形称为塑性变形。(3)sb强化阶段在屈服阶段以后，欲使试样继续伸长，必须不断加载。图1-4铸铁的力-伸长曲线第二节金属材料的力学性能(4)bz缩颈阶段(局部塑性变形阶段)当载荷达到最大值
4、Fb后，试样的直径发生局部收缩，称为“缩颈”。3.强度指标(1)屈服点第二节金属材料的力学性能图1-5规定残余伸长应力示意图第二节金属材料的力学性能(2)抗拉强度材料在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用符号b表示。二、塑性1.断后伸长率试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比称为断后伸长率，用符号表示。2.断面收缩率试样拉断后，第二节金属材料的力学性能缩颈处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率，用符号表示。解(1)计算S0、S1第二节金属材料的力学性能(2)计算s、b第二节金属材料的力学性能(3)计算、第二节金属材料的力学性能三、硬度1.布氏硬度(1)布氏硬度的测试原理第
5、二节金属材料的力学性能图1-6布氏硬度试验原理图第二节金属材料的力学性能(2)布氏硬度的表示方法1)球体直径。2)试验力。3)试验力保持时间(1015s不标注)。表1-2根据材料和布氏硬度范围选择试验条件表1-2根据材料和布氏硬度范围选择试验条件第二节金属材料的力学性能表1-2根据材料和布氏硬度范围选择试验条件2.当有关标准中没有明确规定时，应使用无括号的F/D2值。(3)应用范围及优缺点布氏硬度主要适用于测定灰铸铁、有色金属、各种软钢等硬度不是很高的材料。2.洛氏硬度第二节金属材料的力学性能(1)洛氏硬度测试原理洛氏硬度试验原理与布氏硬度的不同，它不是以测定压痕的面积来计算硬度值，而是以测量
6、压痕深度来表示材料的硬度值。图1-7洛氏硬度试验过程示意图a)加初始试验力b)加主试验力c)卸除主试验力第二节金属材料的力学性能(2)常用洛氏硬度标尺及其适用范围为了用一台硬度计测定从软到硬不同金属材料的硬度，可采用不同的压头和总试验力组成几种不同的洛氏硬度标尺，每一种标尺用一个字母在洛氏硬度符号HR后面加以注明。表1-3常用洛氏硬度标尺的试验条件和适用范围表1-3常用洛氏硬度标尺的试验条件和适用范围(3)优缺点洛氏硬度试验的优点是：操作简单迅速，能直接从刻度盘上读出硬度值；第二节金属材料的力学性能压痕小，可以测定成品及较薄工件；测试的硬度值范围大，可测从很软到很硬的金属材料。图1-8维氏硬度
7、试验原理示意图第二节金属材料的力学性能3.维氏硬度维氏硬度试验原理基本上和布氏硬度相同。四、冲击韧度1.冲击试样为了使试验结果可以互相比较，必须采用标准试样。第二节金属材料的力学性能图1-9标准夏比U型缺口冲击试样第二节金属材料的力学性能2.冲击试验的原理及方法冲击试验是利用能量守恒原理，即试样被冲断过程中所吸收的能量等于摆锤冲击试样前后的势能差。第二节金属材料的力学性能图1-10标准夏比V型缺口冲击试样第二节金属材料的力学性能图1-11冲击试验示意图a)试样支座、摆放位置b)摆锤冲击试样原理示意图1摆锤2机架3试样4刻度盘5指针第二节金属材料的力学性能3.小能量多次冲击试验实践表明，承受冲击
8、载荷的机械零件，很少因一次大能量冲击而遭破坏，绝大多数是在一次冲击不足以使零件破坏的小能量多次冲击作用下而破坏的，如凿岩机风镐上的活塞、冲模的冲头等。第二节金属材料的力学性能图1-12小能量多次冲击工作图1冲头2试样3支承架4橡胶传动轴第二节金属材料的力学性能五、疲劳强度1.疲劳的概念工程中很多机件和构件都是在变动载荷下工作的，如曲轴、连杆、齿轮、轴承、叶片、弹簧及桥梁等，其在工作过程中各点的应力随时间作周期性的变化，失效形式主要是断裂。2.疲劳破坏特征1)疲劳断裂时并没有明显的宏观塑性变形，断裂前没有征兆，而是突然破坏。2)引起疲劳断裂的应力很低，常常低于材料的屈服点。第二节金属材料的力学性
9、能3)疲劳破坏的宏观断口由两部分组成，即疲劳裂纹的策源地及扩展区(光滑部分)和最后断裂图1-13疲劳断裂宏观断口示意图第二节金属材料的力学性能3.疲劳曲线和疲劳强度疲劳曲线是指交变应力与循环次数的关系曲线，如图1-14所示。图1-14疲劳曲线示意图第二节金属材料的力学性能图1-15对称循环应力第二节金属材料的力学性能表1-4常用的力学性能指标及其含义表1-4常用的力学性能指标及其含义第二节金属材料的力学性能表1-4常用的力学性能指标及其含义第三节金属的工艺性能一、铸造性能1.流动性熔融金属的流动能力称为流动性。2.收缩性铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减小的现象称为收缩性。3.偏析倾向金属
10、凝固后，内部化学成分和组织的不均匀现象称为偏析。二、压力加工性能三、焊接性能四、切削加工性能五、热处理性能第三节金属的工艺性能1.金属的物理性能和化学性能的含义是什么?它们各自包含哪些性能?2.什么是金属的力学性能?金属的力学性能包含哪些?3.什么是载荷?其可分为哪几类?4.什么是变形?其可分为哪几类?5.解释下列名词：6.衡量强度的指标有哪些?各用什么符号表示?7.衡量塑性的指标有哪些?各用什么符号表示?8.常用的硬度有哪三类?简述其优缺点及表示符号。9.常用的洛氏硬度有哪三种?简述各自的应用范围。第三节金属的工艺性能10.冲击韧度用什么符号表示?大能量一次冲击和小能量多次冲击抗力取决于什么?11.疲劳破坏的特征是什么?当应力为对称循环应力时，疲劳强度用什么符号表示?12.金属的工艺性能包含哪些内容?
