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1、1.7工程材料的性能工程材料的性能性性能能工艺性能工艺性能使用性使用性能能力学性力学性能能：强度、硬度、塑性、强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度韧性、疲劳强度化学性化学性能能：抗氧化性和耐腐蚀性抗氧化性和耐腐蚀性物理性物理性能能：密度、熔点、导电性、密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性和导热性、热膨胀性和 磁性磁性铸造性能、可锻性、可焊性、铸造性能、可锻性、可焊性、切削加工性和热处理工艺性切削加工性和热处理工艺性1.7.1工程材料的力学性能工程材料的力学性能 材料在外力作用下表现出来的各种性能。主要有材料在外力作用下表现出来的各种性能。主要有强度、塑性、强度、塑性、硬度、冲击韧性硬度、冲击韧性和
2、和断裂韧性断裂韧性等。等。强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力。强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力。二、强度：二、强度：、拉伸试样、拉伸试样及及拉伸实验拉伸实验南山学院南山学院、力伸长曲线、力伸长曲线表示表示拉伸力与伸长量关系的曲线拉伸力与伸长量关系的曲线 。oeoe段：直线、弹性变性段：直线、弹性变性es es段：曲线、弹性变形段：曲线、弹性变形+塑塑 性变形性变形b b点：点：出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。伸力达到最大值，试样即将断裂。s ss s段：水平线（略有波动）明显的塑段：
3、水平线（略有波动）明显的塑性变形屈服现象，作用的力基本不变，性变形屈服现象，作用的力基本不变，试样连续伸长。试样连续伸长。s sb b曲线：弹性变形曲线：弹性变形+均匀塑性均匀塑性变形变形南山学院南山学院(2)(2)屈服屈服强度强度 s s:材料产生屈服现象时的最小应力材料产生屈服现象时的最小应力 s s=F=Fs s/S/S0 0 F Fs s ：试样屈服时所承受的拉伸力（试样屈服时所承受的拉伸力（N N）3 3、强度指标强度指标何为何为应力应力?(1)(1)弹性极限弹性极限 e e =F=Fe e/S/S0 0 e e :材料能保持弹性变形的最大应力材料能保持弹性变形的最大应力F Fe e
4、 ：试样屈服时所承受的拉伸力（试样屈服时所承受的拉伸力（N N）S S0 0 ：试样原始横截面积（试样原始横截面积（mmmm）(3)(3)抗拉强度抗拉强度指试样拉断前所承受的最大拉应力。指试样拉断前所承受的最大拉应力。b b=F Fb b/S/S0 0 当材料的内应力当材料的内应力 bb时，材料将产生断裂。时，材料将产生断裂。b b常用作脆性材料的选材和设计的依据。常用作脆性材料的选材和设计的依据。物理意义：物理意义：是在于它反映了材料最大均匀变形的抗力是在于它反映了材料最大均匀变形的抗力。b b :材料的抗拉强度材料的抗拉强度F Fb b ：试样断裂前所承受的最大载荷（试样断裂前所承受的最大
5、载荷（N N）S S0 0 ：试样原始横截面积（试样原始横截面积（mmmm）思考思考:屈强比屈强比?二、塑性二、塑性 塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是伸长率和断面收缩率。标是伸长率和断面收缩率。1 1、伸长率、伸长率2 2、断面收缩率、断面收缩率指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。=(L=(L1 1-L-L0 0)/L)/L0 0
6、 x x 100%100%L L 1:1:拉断后的标距长度拉断后的标距长度。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。L L0 0 :试样的原始标距长度。试样的原始标距长度。=(s=(s0 0-s-s1 1)/s)/s0 0 x 100%x 100%s s0 0:试件原始横截面积。试件原始横截面积。s s1 1:断裂后颈缩处的横截面积。断裂后颈缩处的横截面积。思考思考:金属材料的塑性对材料性能的影响金属材料的塑性对材料性能的影响?三、硬度三、硬度1 1、定义：、定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。它是衡量材料软硬程度的
7、指标，其物理含义与试验方法它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法有关。有关。2 2、硬度的试验方法、硬度的试验方法 （1 1）布氏硬度）布氏硬度 （2 2）洛氏硬度）洛氏硬度 （3 3）维氏硬度）维氏硬度 1 1、布氏硬度试验、布氏硬度试验（布氏硬度计）原理原理:用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面料表面压痕直径压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。以计算硬度的一种压痕硬度试
8、验方法。一、布氏硬度一、布氏硬度一、布氏硬度一、布氏硬度布布氏氏硬硬度度压压痕痕布氏硬度测试原理布氏硬度测试原理2 2、布氏硬度值、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。示。如：120HBS 500HBW3 3、布氏硬度的符号、布氏硬度的符号 用用HBS、HBW表示表示,符号前面为硬度值符号前面为硬度值,后面后面为试验条件。为试验条件。如：150HBS10/1000/30 500HBW5/75005 5、测量范围、测量范围 用于测量用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等.4 4、优缺点、优缺点（
9、1 1）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）（2 2）可测的硬度值不高可测的硬度值不高（3 3）不测试成品与薄件不测试成品与薄件（4 4）测量费时，效测量费时，效率低率低思考思考:如何选择试验的载荷如何选择试验的载荷F F和压球直径和压球直径 D?D?1 1、洛氏硬度试验、洛氏硬度试验（洛氏硬度计）原理原理:用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算
10、硬度的一种压痕硬度试验。压痕硬度试验。二、洛氏硬度二、洛氏硬度二、洛氏硬度二、洛氏硬度2 2、洛氏硬度值、洛氏硬度值 用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。5 5、测量范围、测量范围 用于测量用于测量淬火钢、硬质合金等材料淬火钢、硬质合金等材料.4 4、优缺点、优缺点（1 1）试验简单、方便、迅速试验简单、方便、迅速（2 2）压痕小，可测成品，薄件压痕小，可测成品，薄件（3 3）数据数据不够准确，应测三点取平均值不够准确，应测三点取平均值（4 4）不应测组织不均匀材料，如铸铁。不应测组织不均匀材料，如铸铁。3 3、洛氏硬度的符号、洛氏硬度的
11、符号 用用HRAHRA、HRBHRB、HRCHRC表示表示,。如：如：81.5HRA,85HRB,50HRC81.5HRA,85HRB,50HRC 1 1、维氏硬度试验、维氏硬度试验 原理原理:用用夹角为夹角为136136的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F F（49.03-49.03-980.07N980.07N）压入试样表面，测出压痕对角线长度压入试样表面，测出压痕对角线长度d d。2 2、维氏硬度值、维氏硬度值 用压痕对角线长度表示用压痕对角线长度表示,符号前面为硬度值符号前面为硬度值,后面为试验条件。后面为试验条件。如：如：640HV640HV。4
12、 4、测量范围、测量范围 常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。三、维氏硬度三、维氏硬度三、维氏硬度三、维氏硬度3 3、优缺点、优缺点（1 1）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）（2 2）可测成可测成品与薄件品与薄件（3 3）试样表面要求高，费工。试样表面要求高，费工。布氏硬度计布氏硬度计洛氏硬度计洛氏硬度计第第三三节节 冲冲击击韧韧度度1 1、定义：、定义：抵抗冲击载荷而不被破坏的能力。抵抗冲击载荷而不被破坏的能力。通常用冲击韧性指标通常用冲击韧性指标a aKVKV来来度量。度量。a aKVKV是试件
13、在一次是试件在一次冲击实验时，单位横截面积上所消耗的冲击功冲击实验时，单位横截面积上所消耗的冲击功A AKVKV。a aKVKV值越大，表示材料的冲击韧度越好。值越大，表示材料的冲击韧度越好。2 2、冲击实验冲击实验冲击试样南山学院南山学院第第四四节节 疲劳强疲劳强度度 以上几项性能指标，都是材料在静载荷作用下的性能指以上几项性能指标，都是材料在静载荷作用下的性能指标。而许多零件和制品，经常受到大小及方向变化的交变载标。而许多零件和制品，经常受到大小及方向变化的交变载荷，在这种载荷反复作用下，材料常在远低于其屈服强度的荷，在这种载荷反复作用下，材料常在远低于其屈服强度的应力下也发生断裂，这种现
14、象称为应力下也发生断裂，这种现象称为“疲劳疲劳”。疲劳断裂的原因一般认为是由于材料表面与内部的缺疲劳断裂的原因一般认为是由于材料表面与内部的缺陷（夹杂、划痕、尖角等），造成局部应力集中，形成微陷（夹杂、划痕、尖角等），造成局部应力集中，形成微裂纹。这种微裂纹随应力循环次数的增加而逐渐扩展，使裂纹。这种微裂纹随应力循环次数的增加而逐渐扩展，使零件的有效承载面积逐渐减小，以至于最后承受不起所加零件的有效承载面积逐渐减小，以至于最后承受不起所加载荷而突然断裂。载荷而突然断裂。材料在无数次交变载荷作用下而不被破坏的最大应力材料在无数次交变载荷作用下而不被破坏的最大应力值称为值称为疲劳强疲劳强度度。用。用1表示。表示。