1、材料的种类与性能材料的种类与性能 第第 一一 章章 机机 械械 制制 造造 基基 础础 基本内容材料的种类材料的种类材料的种类基本内容材料的种类材料的种类基本概念l金属：金属：l 合金：合金：由一种金属元素所组成。如由一种金属元素所组成。如Cu，Al，Mg，Zn由一种金属元素为主，加入其他金属由一种金属元素为主，加入其他金属（或非金属）元素所组成，例（或非金属）元素所组成，例 Fe C 铁碳合金铁碳合金(钢、铸铁钢、铸铁)Cu Zn 铜锌合金铜锌合金(黄铜黄铜)基本内容材料的种类材料的种类l金属材料的性能金属材料的性能使用性能使用性能工艺性能工艺性能力学（机械）性能力学（机械）性能 强度、硬度
2、、刚度、塑性、韧性等强度、硬度、刚度、塑性、韧性等 物理性能物理性能 密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性等密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性等 化学性能化学性能 耐腐蚀性、耐高温性等耐腐蚀性、耐高温性等 铸造性能铸造性能 流动性、收缩性等流动性、收缩性等 锻造性能锻造性能 塑性、变形抗力等塑性、变形抗力等 焊接性能焊接性能 热处理性能热处理性能 切削加工性切削加工性 金属材料的力学性能返回返回l外力作用下的变形与失效外力作用下的变形与失效l材料的力学性能指标材料的力学性能指标l失效形式与力学性能之间的关系失效形式与力学性能之间的关系金属材料的力学性能力学性能：材料在外力作用下所表现出来的性
3、能力学性能：材料在外力作用下所表现出来的性能 外力作用下的变形与失效外加载荷外加载荷拉伸实验拉伸实验l两种变形两种变形n弹性变形：弹性变形：n塑性变形：塑性变形：加力产生，去力消失加力产生，去力消失加力产生，去力保留加力产生，去力保留特点：特点：有力才有变形 去力见分晓 外力作用下的变形与失效l三个阶段三个阶段n弹性变形阶段弹性变形阶段 (F Fe)n弹塑性变形阶段弹塑性变形阶段 (F Fb)n断裂阶段断裂阶段外力作用下的变形与失效l四种常见的失效形式四种常见的失效形式n断裂断裂（轴）（轴）n塑性变形塑性变形（发动机气缸上的螺钉）（发动机气缸上的螺钉）n过量的弹性变形过量的弹性变形n磨损（凸轮
4、）磨损（凸轮）材料的力学性能指标静载荷作用延伸率延伸率%10000lllk断面收缩率断面收缩率%10000SSSk，塑性，塑性,一般，一般，5%，满足要求，满足要求 l 塑性：材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力塑性：材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力表征材料抵抗断裂的能力。表征材料抵抗断裂的能力。，不易断裂，不易断裂b表征材料抵抗塑性变形的能力。表征材料抵抗塑性变形的能力。，不易产生塑性变形，不易产生塑性变形s名义屈服强度名义屈服强度2.0l 强度：金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂强度：金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂 的能力的能力0SFbb抗拉强度抗拉强度材料产生材料产生
5、0.2%的塑性变形时所具有的应力值的塑性变形时所具有的应力值 应用应用 静载荷作用的零部件静载荷作用的零部件锻造锻造材料弹性变形阶段的最大应力值材料弹性变形阶段的最大应力值 弹性极限弹性极限0SFee屈服强度屈服强度0SFss材料的力学性能指标静载荷作用E ，刚度，刚度布氏硬度布氏硬度 HB（布氏硬度实验布氏硬度实验原理原理）洛氏硬度洛氏硬度 HRC，HRA，HRB，HRF维氏硬度和显微硬度维氏硬度和显微硬度HV l 硬度：材料抵抗硬物压入其表面的能力硬度：材料抵抗硬物压入其表面的能力El 弹性模量弹性模量(刚度刚度)E：材料受力时抵抗弹性变形的能力，表征材料产生弹材料受力时抵抗弹性变形的能力
6、，表征材料产生弹性变形的难易程度性变形的难易程度材料的力学性能指标静载荷作用返回返回Figure 2.12 General characteristics of hardness-testing methods and formulas for calculating hardness.The quantity P is the load applied.Source:H.W.Hayden,et al.,The Structure and Properties of Materials,Vol.III(John Wiley&Sons,1965).Hardness TestsHardness C
7、onversion ChartFigure 2.14 Chart for converting various hardness scales.Note the limited range of most scales.Because of the many factors involved,these conversions are approximate.材料的力学性能指标动载荷作用l冲击韧性冲击韧性材料抵抗冲击载荷的能力材料抵抗冲击载荷的能力 k(J/m2)SAkkkAS 摆锤冲断试样所消耗的冲击功摆锤冲断试样所消耗的冲击功 试样缺口处的横截面积试样缺口处的横截面积式中式中材料的力学性能
8、指标动载荷作用返回材料的力学性能指标交变载荷作用l疲劳强度疲劳强度材料抵抗材料抵抗交变载荷交变载荷的能力的能力1作用载荷不变时，材料变形量随时间延长而缓慢增加作用载荷不变时，材料变形量随时间延长而缓慢增加在给定温度、规定时间内，试样产生的蠕变量不超在给定温度、规定时间内，试样产生的蠕变量不超过规定值时的最大应力过规定值时的最大应力l 蠕变强度蠕变强度材料经受无数次（材料经受无数次（108）交变载荷而不破坏所承受的最大）交变载荷而不破坏所承受的最大应力应力大小与方向随时间变化的载荷大小与方向随时间变化的载荷特点：特点：抵抗能力：交变载荷抵抗能力：交变载荷破坏形式：突然断裂破坏形式：突然断裂材料的
9、力学性能指标其他载荷作用l磨损磨损 机器运转时，任何零件在接触状态下的相机器运转时，任何零件在接触状态下的相对运动都会产生摩擦，导致零件磨损，最后失对运动都会产生摩擦，导致零件磨损，最后失效。效。按磨损的破坏机理，磨损可分为：按磨损的破坏机理，磨损可分为：（1 1）黏着磨损）黏着磨损 （2 2）磨粒磨损）磨粒磨损 （3 3）腐蚀磨损）腐蚀磨损失效形式与力学性能之间的关系 磨损磨损断裂断裂塑性变形塑性变形过量弹性变形过量弹性变形bs1HBkE两者密切联系，一般，两者密切联系，一般，HB b两者密切联系，一般，两者密切联系，一般，k返回返回返回返回低碳钢拉伸低碳钢拉伸返回返回布氏硬度实验原理布氏硬度实验原理返回返回冲击实验冲击实验思 考 题1 1、金属材料的性能包括哪些？、金属材料的性能包括哪些？2 2、什么是金属的力学性能？它包括哪些主要、什么是金属的力学性能？它包括哪些主要力学性能指标？力学性能指标？
