第一章金屬機械性能

重點掌握各種機械性能指標（強度,塑性；沖擊韌性；硬度HB，HRC，HV；疲勞強度）的物理意義和單位。熟悉有關性能的術語、符號意義及應用場合，并了解其測定方法。一般要求材料的斷裂韌性。第一章金屬機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*力學性能（機械性能）

物理性能化學性能

工藝性能使用過程中表現(xiàn)出來的性能各種加工過程中表現(xiàn)出來的性能鑄造性能：流動性、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表現(xiàn)出的性能。包括：強度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強度、斷裂韌性力學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的變形稱為彈性變形。外力去除不能恢復的變形稱為塑性變形。低碳鋼的應力-應變曲線（動畫）拉伸試樣拉伸試驗機應力（R）

=P/F0應變

=(L-L0)/L0拉伸實驗拉伸曲線1.1彈性和剛度彈性：材料彈性變形的能力。指標為彈性極限e，即材料承受最大彈性變形時的應力。比例極限σp

：應力和應變保持直線關系的最大應力值。剛度：材料受力時抵抗彈性變形的能力。指標為彈性模量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，其他強化材料的手段如熱處理、冷熱加工、合金化等對彈性模量的影響很小?？梢酝ㄟ^增加橫截面積或改變截面形狀來提高零件的剛度。

1.2強度強度：材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。屈服強度（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力值。

條件屈服強度0.2（Rr0.2）：殘余變形量為0.2%時的應力值。

抗拉強度b（Rm）：材料斷裂前所承受的最大應力值。s0.21.3塑性

斷裂前材料產(chǎn)生塑性變形的能力。

伸長率（延伸率）：（A)斷面收縮率：(Z)斷裂后拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象說明：用斷面縮率表示塑性比伸長率更接近真實變形。直徑d0相同時，L0，A。只有當L0/d0為常數(shù)時，塑性值才有可比性。當L0=10d0時，伸長率用A11.5（δ10）表示；當L0=5d0時，伸長率用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曲線常用力學性能名稱和符號新舊標準對照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。指標為沖擊韌性αk(通過沖擊實驗測得)。沖擊吸收功Ak:試樣沖斷時所消耗的功。

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)

測定沖擊韌性值的意義

1）評定材料相對韌性的大小

2）評定材料的變脆傾向

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。材料的使用溫度應高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度。韌TITANIC建造中的Titanic號TITANIC的沉沒與船體材料的質(zhì)量直接有關Titanic號鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗結(jié)果Titanic近代船用鋼板1.5疲勞材料在低于s的重復交變應力作用下長時間工作發(fā)生突然斷裂的現(xiàn)象。疲勞強度（極限）：材料經(jīng)無數(shù)次應力循環(huán)而不發(fā)生疲勞斷裂的最高應力值，用-1

表示。條件疲勞強度（極限)：材料在規(guī)定次數(shù)應力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時的最大應力值。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。疲勞應力示意圖疲勞曲線示意圖通過改善材料的形狀結(jié)構(gòu);減少表面缺陷,提高表面光潔度;進行表面強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

壓頭為鋼球時，布氏硬度用符號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，用符號HBW表示，適用于布氏硬度在650以下的材料。符號HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值,符號后面的數(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測得的布氏硬度值為120。布氏硬度壓痕布氏硬度的優(yōu)點：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。缺點：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)驗關系：對于低碳鋼:

b(MPa)≈3.6HB

對于高碳鋼：b(MPa)≈3.4HB

對于鑄鐵：

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洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計洛氏硬度用符號HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個標尺，常用的標尺為A、B、C。

符號HR前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標尺。HRA用于測量高硬度材料,如硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。HRB用于測量低硬度材料,如有色金屬和退火、正火鋼等。HRC用于測量中等硬度材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。洛氏硬度的優(yōu)點：操作簡便，壓痕小，適用范圍廣。缺點：測量結(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維氏硬度試驗原理維氏硬度壓痕維氏硬度用符號HV表示，符號前的數(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間。維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點。小負荷維氏硬度計顯微維氏硬度計1.7斷裂韌性油輪斷裂和北極星導彈發(fā)動機殼