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1、第一章 船舶材料基础 材料是造船工业的基础。在造船生产中使用的材材料是造船工业的基础。在造船生产中使用的材材料是造船工业的基础。在造船生产中使用的材材料是造船工业的基础。在造船生产中使用的材料特别是金属材料主要具有满足船舶结构所需的力学料特别是金属材料主要具有满足船舶结构所需的力学料特别是金属材料主要具有满足船舶结构所需的力学料特别是金属材料主要具有满足船舶结构所需的力学性能与工艺性能要求；而这些性能与金属内部原子结性能与工艺性能要求；而这些性能与金属内部原子结性能与工艺性能要求；而这些性能与金属内部原子结性能与工艺性能要求；而这些性能与金属内部原子结构及合金化有着密切的关系，还可以通过热处理
2、强化构及合金化有着密切的关系，还可以通过热处理强化构及合金化有着密切的关系，还可以通过热处理强化构及合金化有着密切的关系，还可以通过热处理强化和改善它们的性能。和改善它们的性能。和改善它们的性能。和改善它们的性能。第一节第一节 金属的力学性能金属的力学性能n n教学目标教学目标教学目标教学目标:n n了解材料的主要力学性能指标：了解材料的主要力学性能指标：了解材料的主要力学性能指标：了解材料的主要力学性能指标：强度强度强度强度(屈服强屈服强屈服强屈服强n n 度、抗拉强度度、抗拉强度度、抗拉强度度、抗拉强度)、塑性塑性塑性塑性(伸长率、断面收缩率伸长率、断面收缩率伸长率、断面收缩率伸长率、断面
3、收缩率)、n n 硬度、冲击韧性、疲劳强度等力学性能及其硬度、冲击韧性、疲劳强度等力学性能及其硬度、冲击韧性、疲劳强度等力学性能及其硬度、冲击韧性、疲劳强度等力学性能及其n n 测试原理；测试原理；测试原理；测试原理；n n强调各种力学性能指标的生产实际意义。强调各种力学性能指标的生产实际意义。强调各种力学性能指标的生产实际意义。强调各种力学性能指标的生产实际意义。南山学院南山学院引言：引言：1 1、金属材料的性能、金属材料的性能使用性能：使用性能：指材料在使用过程中所表现的性能，主要包指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性能、物理性能和化学性能。括力学性能、物理性能和化学性能。工艺性
4、能：工艺性能：指在制造机械零件的过程中，材料适应各种指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加工和热处理的性能。冷、热加工和热处理的性能。2 2、金属材料力学性能、金属材料力学性能包括包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲 压性压性 能、切削加工性能和热处理工艺性能能、切削加工性能和热处理工艺性能等。等。指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有强强度、塑性、硬度、冲击韧度度、塑性、硬度、冲击韧度和和疲劳强度疲劳强度等。等。一、强度和塑性一、强度和塑性一、强度和塑性一、强度和塑性 n n（一）拉伸实验与拉伸曲线（一）拉伸实
5、验与拉伸曲线（一）拉伸实验与拉伸曲线（一）拉伸实验与拉伸曲线1.1.拉伸试样拉伸试样拉伸试样拉伸试样GB6397-86GB6397-86规定金属拉伸试样有：规定金属拉伸试样有：规定金属拉伸试样有：规定金属拉伸试样有：圆形、矩形、异型及全截面圆形、矩形、异型及全截面圆形、矩形、异型及全截面圆形、矩形、异型及全截面常用标准圆截面试样。常用标准圆截面试样。常用标准圆截面试样。常用标准圆截面试样。长试样：长试样：长试样：长试样：L L0 0=10d=10d0 0短试样：短试样：短试样：短试样：L L0 0=5d=5d0 0拉伸试样拉伸试样2.拉伸过程拉伸过程拉拉伸伸试试样样的的颈颈缩缩现现象象拉伸试验
6、机拉伸试验机 opop段段段段：比例弹性变形阶段。：比例弹性变形阶段。：比例弹性变形阶段。：比例弹性变形阶段。pe pe段段段段：非比例弹性变形阶段。：非比例弹性变形阶段。：非比例弹性变形阶段。：非比例弹性变形阶段。平台或锯齿（平台或锯齿（平台或锯齿（平台或锯齿（s s段段段段）：屈服阶段，明：屈服阶段，明：屈服阶段，明：屈服阶段，明 显的塑显的塑显的塑显的塑性变形屈服现象，作用的力基本不变，试性变形屈服现象，作用的力基本不变，试性变形屈服现象，作用的力基本不变，试性变形屈服现象，作用的力基本不变，试样连续伸长。样连续伸长。样连续伸长。样连续伸长。sb sb段段段段：均匀塑性变形阶段，是强化：
7、均匀塑性变形阶段，是强化：均匀塑性变形阶段，是强化：均匀塑性变形阶段，是强化 阶段。阶段。阶段。阶段。b b点点点点：形成了：形成了：形成了：形成了“缩颈缩颈缩颈缩颈”，即试样局部截面明显，即试样局部截面明显，即试样局部截面明显，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。值，试样即将断裂。值，试样即将断裂。值，试样即将断裂。bk bk段段段段：非均匀变形阶段，承载下降，到：非均匀变形阶段，承载下降，到：非均匀变形阶段，承载下降，到：非均匀变形阶段，承载下降，
8、到k k点点点点断裂。断裂。断裂。断裂。l Fl bl ul Fbbk Fss o g fe Fep Fp3.3.材料的拉伸曲线材料的拉伸曲线材料的拉伸曲线材料的拉伸曲线 断裂总伸长为断裂总伸长为断裂总伸长为断裂总伸长为OfOf，其中塑形变形其中塑形变形其中塑形变形其中塑形变形OOg(g(试样断后测得的伸长试样断后测得的伸长试样断后测得的伸长试样断后测得的伸长)，弹性伸长，弹性伸长，弹性伸长，弹性伸长gfgf。低碳钢的拉伸曲线 通常以材料拉伸曲线上的特殊点和线作为强度和塑性的性能指标通常以材料拉伸曲线上的特殊点和线作为强度和塑性的性能指标通常以材料拉伸曲线上的特殊点和线作为强度和塑性的性能指标
9、通常以材料拉伸曲线上的特殊点和线作为强度和塑性的性能指标 退火低碳钢低、中回火钢淬火钢及铸铁中碳调质钢 不同材料的拉伸曲线不同材料的拉伸曲线不同材料的拉伸曲线不同材料的拉伸曲线n n（二）常用强度性能指标（二）常用强度性能指标（二）常用强度性能指标（二）常用强度性能指标 强度强度强度强度:材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力。材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力。材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力。材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力。工程上常用的强度指标有工程上常用的强度指标有工程上常用的强度指标有工程上常用的强度指标有 0.20.20.20.2 （s s s s），b b
10、 b b 表示。表示。表示。表示。n n (1)(1)(1)(1)屈服点屈服点屈服点屈服点与与与与屈服强度屈服强度屈服强度屈服强度:n n 屈服点：屈服点：屈服点：屈服点：产生明显塑性变形的最低应力值产生明显塑性变形的最低应力值产生明显塑性变形的最低应力值产生明显塑性变形的最低应力值.s s s s=F=F=F=Fs s s s/S/S/S/S0 0 0 0 符号：符号：符号：符号：ssss：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：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 F F F Fs s s 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（试
11、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 N N）S S S S0 0 0 0 ：试样原始横截面积（：试样原始横截面积（：试样原始横截面积（：试样原始横截面积（mmmmmmmm）s 屈服强度屈服强度(塑性变形量为塑性变形量为0.2%，微量塑性变形，微量塑性变形)F0.2 0.2 =(M Pa)S 0 试样原始横截面试样原始横截面(mm2)试样产生试样产生0.2%残余塑性变残余塑性变 形时的载荷形时的载荷(N)0.2：试样产生残余塑性变形试样产生残余塑性变形0.2%时的应力时的应力试样产生试样产生0.2%残余塑性变形残余塑性变形 屈服强度屈服强度0.2（s）是金属工程结构设计和选
12、材的主要依据。是金属工程结构设计和选材的主要依据。也是评定金属强度的重要指标之一。也是评定金属强度的重要指标之一。屈服点是具有屈服现象的材料特有的强度指标，大多数合金都屈服点是具有屈服现象的材料特有的强度指标，大多数合金都屈服点是具有屈服现象的材料特有的强度指标，大多数合金都屈服点是具有屈服现象的材料特有的强度指标，大多数合金都没有屈服现象，屈服强度没有屈服现象，屈服强度没有屈服现象，屈服强度没有屈服现象，屈服强度 以以以以0.20.2 表示。表示。表示。表示。n n它表示材料抵抗断裂的能力它表示材料抵抗断裂的能力它表示材料抵抗断裂的能力它表示材料抵抗断裂的能力。F b 试样断裂前的最大载荷试
13、样断裂前的最大载荷(N)b=(M Pa)S 0 试样原始横截面积试样原始横截面积(mm2)bse(2)(2)抗拉强度抗拉强度：试样在断裂前所能承受的最大应力。试样在断裂前所能承受的最大应力。当材料的内应力当材料的内应力b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。也是评定金属强度的重要指标之一。也是评定金属强度的重要指标之一。也是评定金属强度的重要指标之一。也是评定金属强度的重要指标之一。（三）塑性（三）塑性（三）塑性（三）塑性:是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能
14、力。是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。常用的塑性指标常用的塑性指标常用的塑性指标常用的塑性指标是材料断裂时最大相对塑性变形，如是材料断裂时最大相对塑性变形，如是材料断裂时最大相对塑性变形，如是材料断裂时最大相对塑性变形，如 ，表示。表示。表示。表示。(1)(1)(1)(1)断面收缩率断面收缩率断面收缩率断面收缩率:是指试样拉断处横截面积的收缩量是指试样拉断处横截面积的收缩量是指试样拉断处横截面积的收缩量是指试样拉断处横截面积的收缩量 S S S S与原始横截面积与原始横截面积与原始横截面积与原始横截面积S S S S0 0 0
15、0之比。之比。之比。之比。(2)(2)(2)(2)伸长率伸长率伸长率伸长率:是指试样拉断后的标距伸长量是指试样拉断后的标距伸长量是指试样拉断后的标距伸长量是指试样拉断后的标距伸长量 L L L L 与原始标距与原始标距与原始标距与原始标距L L L L 0 0 0 0之比。之比。之比。之比。S S0 0-S -S 1 1 =-100%=-100%S S0 0 l l l l 1 1 1 1 -l l l l0 0 0 0 =-100%=-100%=-100%=-100%l l l l0 0 0 0 或或或或数值越大，则材料的塑性越好。数值越大，则材料的塑性越好。数值越大，则材料的塑性越好。数值
16、越大，则材料的塑性越好。任何零件都需要一定塑性。防止过载任何零件都需要一定塑性。防止过载断裂；塑性变形可以缓解应力集中、削减应力峰值断裂；塑性变形可以缓解应力集中、削减应力峰值。除常温试验之外，还有金属材料高温拉伸试验方法（除常温试验之外，还有金属材料高温拉伸试验方法（除常温试验之外，还有金属材料高温拉伸试验方法（除常温试验之外，还有金属材料高温拉伸试验方法（GB/T433895GB/T433895GB/T433895GB/T433895）和低温）和低温）和低温）和低温拉伸试验方法（拉伸试验方法（拉伸试验方法（拉伸试验方法（GB/T1323991GB/T1323991GB/T1323991GB
17、/T1323991）供选用。）供选用。）供选用。）供选用。练习题一练习题一练习题一练习题一n n拉力试样的原标距长度为拉力试样的原标距长度为50mm50mm，直径为，直径为10mm10mm，经拉力，经拉力试验后，将已断裂的试样对接起来测量，若最后的标距长试验后，将已断裂的试样对接起来测量，若最后的标距长度为度为71mm71mm，颈缩区的最小直径为，颈缩区的最小直径为4.9mm4.9mm，试求该材料的，试求该材料的伸长率和断面收缩率的值？伸长率和断面收缩率的值？n n解：解：n n=（71-5071-50）/50 x100%=42%/50 x100%=42%n nS S0 0=3.14x(10/
18、2)=3.14x(10/2)2 2=78.5(mm=78.5(mm2 2)n nS S1 1=3.14x(4.9/2)=3.14x(4.9/2)2 2=18.85(mm=18.85(mm2 2)n n=(S=(S0 0-S-S1 1)/S)/S0 0 x100%=24%x100%=24%练习题二练习题二n n某工厂买回一批材料（要求：某工厂买回一批材料（要求：某工厂买回一批材料（要求：某工厂买回一批材料（要求：s s s s230MPa230MPa230MPa230MPa；b b b b410MPa410MPa410MPa410MPa；5 5 5 523%23%23%23%；50%50%50%
19、50%）做短试样）做短试样）做短试样）做短试样（0 0 0 0=5=5=5=50 0 0 0；0 0 0 0=10mm=10mm=10mm=10mm）拉伸试验，结果如下：）拉伸试验，结果如下：）拉伸试验，结果如下：）拉伸试验，结果如下：Fs=19KNFs=19KNFs=19KNFs=19KN，F F F Fb b b b=34.5KN=34.5KN=34.5KN=34.5KN；l l l l1 1 1 1=63.1mm=63.1mm=63.1mm=63.1mm；d d d d1 1 1 1=6.3mm;=6.3mm;=6.3mm;=6.3mm;问买问买问买问买回的材料合格吗？回的材料合格吗？回
20、的材料合格吗？回的材料合格吗？练习题二练习题二练习题二练习题二n n某工厂买回一批材料（要求：某工厂买回一批材料（要求：某工厂买回一批材料（要求：某工厂买回一批材料（要求：s230MPas230MPas230MPas230MPa；b410MPab410MPab410MPab410MPa；523%523%523%523%；50%50%50%50%）做短试样（）做短试样（）做短试样（）做短试样（0 0 0 0=5=5=5=50 0 0 0；0 0 0 0=10mm=10mm=10mm=10mm）拉伸试）拉伸试）拉伸试）拉伸试验，结果如下：验，结果如下：验，结果如下：验，结果如下：F F F Fs
21、s s s=19KN=19KN=19KN=19KN，F F F Fb b b b=34.5KN=34.5KN=34.5KN=34.5KN；l l l l1 1 1 1=63.1mm=63.1mm=63.1mm=63.1mm；d d d d1 1 1 1=6.3mm;=6.3mm;=6.3mm;=6.3mm;问买问买问买问买回的材料合格吗？回的材料合格吗？回的材料合格吗？回的材料合格吗？n n解：解：解：解：根据试验结果计算如下：根据试验结果计算如下：根据试验结果计算如下：根据试验结果计算如下：n nssssFsFsFsFss s s s(19x1000)/(3.14x5(19x1000)/(3
22、.14x5(19x1000)/(3.14x5(19x1000)/(3.14x52 2 2 2)=242)=242)=242)=242 230MPa 230MPa 230MPa 230MPa n nb b b b F F F Fb b b b s s s s(34.5x1000)/(3.14x5(34.5x1000)/(3.14x5(34.5x1000)/(3.14x5(34.5x1000)/(3.14x52 2 2 2)=439.5)=439.5)=439.5)=439.5 410MPa 410MPa 410MPa 410MPa n n5 5 5 5 l l l l l l l l 0 0 0
23、 0 x100%x100%x100%x100%(63.1-50)/50 x100%=26.2%(63.1-50)/50 x100%=26.2%(63.1-50)/50 x100%=26.2%(63.1-50)/50 x100%=26.2%23%23%23%23%n n S S S S S S S S 0 0 0 0 x100%x100%x100%x100%60.31%60.31%60.31%60.31%50%50%50%50%n n材料的各项指标均合格，因此买回的材料合格。材料的各项指标均合格，因此买回的材料合格。材料的各项指标均合格，因此买回的材料合格。材料的各项指标均合格，因此买回的材料合
24、格。二、硬度二、硬度二、硬度二、硬度 1 1 1 1、定义：、定义：、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。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。它是衡量材料表面软硬程度的指标，它是衡量材料表面软硬程度的指标，它是衡量材料表面软硬程度的指标，它是衡量材料表面软硬程度的指标，因此硬度不因此硬度不因此硬度不因此硬度不 是是是是 一个单纯的确定的物理量，不是基本的力学性能指一个单纯的确定的物理量，不是基本的力学性能指一个单纯的确定的物理量，不是基本的力学性能指一个单纯的确定的物理量，不是基本的力学性能指
25、 标，而是一个由材料的弹性、强度、塑性、韧性等标，而是一个由材料的弹性、强度、塑性、韧性等标，而是一个由材料的弹性、强度、塑性、韧性等标，而是一个由材料的弹性、强度、塑性、韧性等 一系列不同力学性能组成的综合性能指标，所以硬一系列不同力学性能组成的综合性能指标，所以硬一系列不同力学性能组成的综合性能指标，所以硬一系列不同力学性能组成的综合性能指标，所以硬 度所表示的量不仅决定于材料本身，而且还取决于度所表示的量不仅决定于材料本身，而且还取决于度所表示的量不仅决定于材料本身，而且还取决于度所表示的量不仅决定于材料本身，而且还取决于 试验方法试验条件。试验方法试验条件。试验方法试验条件。试验方法试
26、验条件。2 2 2 2、硬度的测试方法、硬度的测试方法、硬度的测试方法、硬度的测试方法 （1 1 1 1）布氏硬度）布氏硬度）布氏硬度）布氏硬度 （2 2 2 2）洛氏硬度）洛氏硬度）洛氏硬度）洛氏硬度 （3 3 3 3）维氏硬度）维氏硬度）维氏硬度）维氏硬度 引言：引言：引言：引言：（一）布氏硬度一）布氏硬度一）布氏硬度一）布氏硬度HB(Brinell-hardness)HB(Brinell-hardness)HB(Brinell-hardness)HB(Brinell-hardness)n n布氏硬度试验（布氏硬度试验（布氏硬度试验（布氏硬度试验（布氏硬度计布氏硬度计布氏硬度计布氏硬度计）
27、n n1 1 1 1、原理原理原理原理:用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应n n 的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳n n 定状态后卸除试验力，测量材料表面定状态后卸除试验力，测量材料表面定状态后卸除试验力，测量材料表面定状态后卸除试验力，测量材料表面压痕直径压痕直径压痕直径压痕直径，以计，以计，以
28、计，以计n n 算硬度的一种压痕硬度试验方法。算硬度的一种压痕硬度试验方法。算硬度的一种压痕硬度试验方法。算硬度的一种压痕硬度试验方法。布氏硬度计布氏硬度计 2 2 2 2、布氏硬度值、布氏硬度值、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示。用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。符号符号符号符号HBSHBSHBSHBS(淬火钢球淬火钢球淬火钢球淬火钢球)或或或或HBWHBWHBWHBW(硬质合金球硬质合金球硬质合金球硬质合金球)之前的数字表示硬之前的数字表示硬之前的数字表示硬之前的数字
29、表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。保持时间。保持时间。保持时间。如如如如:120HBS120HBS120HBS120HBS10101010/1000100010001000/30303030 表示表示表示表示直径为直径为直径为直径为10mm10mm10mm10mm的钢球的钢球的钢球的钢球在在在在1000k1000k1000k1000k（9.807kN9.807kN9.807kN9.807kN）载荷）
30、载荷）载荷）载荷作用下作用下作用下作用下保持保持保持保持30s30s30s30s测得的测得的测得的测得的布氏硬度值为布氏硬度值为布氏硬度值为布氏硬度值为120120120120。3 3 3 3、优缺点、优缺点、优缺点、优缺点 （1 1 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）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 2 2）可测的硬度值不高可测的硬度值不高可测的硬度值不高可测的硬度值不高 （3 3 3 3）不测试成品与薄件不测试成品与薄件不测试成品与薄件不测试
31、成品与薄件 （4 4 4 4）测量费时，效率低测量费时，效率低测量费时，效率低测量费时，效率低4 4 4 4、测量范围、测量范围、测量范围、测量范围 用于测量用于测量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.（二）洛氏硬度（二）洛氏硬度（二）洛氏硬度（二）洛氏硬度HR(Rockwll hardness)HR(Rockwll hardness)HR(Rockwll hardness)HR(Rockwll hardness)1 1 1 1、原理原理原理原理:用顶角为用顶角
32、为120120金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作 用下压入试用下压入试 样表面，经规定时间后卸除试验力，用测样表面，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压痕硬度试验。量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬度试验。h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计洛氏硬度计n n2 2 2 2、洛氏硬度值、洛氏硬度值、洛氏硬度值、洛氏硬度值 n n用测量的残余压痕深度表示。用测量的残余压痕深度表示。用测量的残余压痕深度表示。用测量的残余压痕深度表示。n n可从表盘上直接读出，可从表盘上直接读出，可从表盘上直接读出，可从表盘
33、上直接读出，如：如：如：如：50HRC50HRC50HRC50HRC。n n3 3 3 3、优缺点、优缺点、优缺点、优缺点n n （1 1 1 1）试验简单、方便、迅速试验简单、方便、迅速试验简单、方便、迅速试验简单、方便、迅速n n （2 2 2 2）压痕小，可测成品，薄件压痕小，可测成品，薄件压痕小，可测成品，薄件压痕小，可测成品，薄件n n （3 3 3 3）数据不够准确，应测三点取平均值数据不够准确，应测三点取平均值数据不够准确，应测三点取平均值数据不够准确，应测三点取平均值n n （4 4 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。不应测组织不均匀材料，如铸
34、铁。不应测组织不均匀材料，如铸铁。n n4 4 4 4、测量范围、测量范围、测量范围、测量范围 n n 用于测量用于测量用于测量用于测量淬火钢、硬质合金等材料淬火钢、硬质合金等材料淬火钢、硬质合金等材料淬火钢、硬质合金等材料.（三）维氏硬度（三）维氏硬度（三）维氏硬度（三）维氏硬度HV(diamond penetrator hardness)HV(diamond penetrator hardness)HV(diamond penetrator hardness)HV(diamond penetrator hardness)1 1 1 1、原理原理原理原理:用夹角为用夹角为用夹角为用夹角为13
35、6136136136的金刚石四棱锥体压头，使用很小试的金刚石四棱锥体压头，使用很小试的金刚石四棱锥体压头，使用很小试的金刚石四棱锥体压头，使用很小试 验力验力验力验力F F F F（）压入试样表面，测出压痕（）压入试样表面，测出压痕（）压入试样表面，测出压痕（）压入试样表面，测出压痕 对角线长度对角线长度对角线长度对角线长度d d d d。n n2 2 2 2、维氏硬度值、维氏硬度值、维氏硬度值、维氏硬度值 n n 用压痕对角线长度表示。用压痕对角线长度表示。用压痕对角线长度表示。用压痕对角线长度表示。如：如：如：如：640HV640HV640HV640HV。n n n n3 3 3 3、优缺
36、点、优缺点、优缺点、优缺点n n （1 1 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）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）n n （2 2 2 2）可测成品与薄件可测成品与薄件可测成品与薄件可测成品与薄件n n （3 3 3 3）试样表面要求高，费工。试样表面要求高，费工。试样表面要求高，费工。试样表面要求高，费工。n n4 4 4 4、测量范围、测量范围、测量范围、测量范围 n n 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。常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层
37、等。常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。n n HVHBSHVHBSHVHBSHVHBS三三三三、冲击吸收功冲击吸收功冲击吸收功冲击吸收功n n材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。n n目前最常见的冲击试验方法是摆锤式一次冲击试验，其试目前最常见的冲击试验方法是摆锤式一次冲击试验，其试目前最常见的冲击试验方法是摆锤式一次冲击试验，其试目前最常见的冲击试验方法是摆锤式一次冲击试验，其试验原理如图所示。验原理如图所示。验原理如图所示。验原理如图所示。冲击试验机冲击试验机冲击试样和冲击试
38、验示意图冲击试样和冲击试验示意图n n试样冲断时所消耗的试样冲断时所消耗的试样冲断时所消耗的试样冲断时所消耗的冲击功冲击功冲击功冲击功A A A Ak k k k为为为为:n n A A A A k k k k=m g H m g h(J)=m g H m g h(J)=m g H m g h(J)=m g H m g h(J)n n 冲击韧性值冲击韧性值冲击韧性值冲击韧性值a a a a k k k k 就是试样缺口处单位截面积上所消耗的就是试样缺口处单位截面积上所消耗的就是试样缺口处单位截面积上所消耗的就是试样缺口处单位截面积上所消耗的 冲击功。冲击功。冲击功。冲击功。n n n n 对一
39、般常用钢材来说，所测冲击吸收功对一般常用钢材来说，所测冲击吸收功对一般常用钢材来说，所测冲击吸收功对一般常用钢材来说，所测冲击吸收功A A A AK K K K越大，材料的韧性越越大，材料的韧性越越大，材料的韧性越越大，材料的韧性越好。实验表明，好。实验表明，好。实验表明，好。实验表明，A A A AK K K K随温度的降低而减小；在某一温度范围，材料的随温度的降低而减小；在某一温度范围，材料的随温度的降低而减小；在某一温度范围，材料的随温度的降低而减小；在某一温度范围，材料的A A A AK K K K值急剧下降，表明材料由韧性状态向脆性状态转变，此时的温度值急剧下降，表明材料由韧性状态向
40、脆性状态转变，此时的温度值急剧下降，表明材料由韧性状态向脆性状态转变，此时的温度值急剧下降，表明材料由韧性状态向脆性状态转变，此时的温度称为韧脆转变温度。称为韧脆转变温度。称为韧脆转变温度。称为韧脆转变温度。A A A AK K K K a a a a k k k k =(J/cm=(J/cm=(J/cm=(J/cm)S S S S0 0 0 0 四、四、四、四、疲劳极限疲劳极限疲劳极限疲劳极限(fatigue strength)(fatigue strength)(fatigue strength)(fatigue strength)n n 许多机械零件如轴、齿轮、弹簧等许多工程结构都是交变
41、许多机械零件如轴、齿轮、弹簧等许多工程结构都是交变许多机械零件如轴、齿轮、弹簧等许多工程结构都是交变许多机械零件如轴、齿轮、弹簧等许多工程结构都是交变应力下工作的，它们应力下工作的，它们应力下工作的，它们应力下工作的，它们工作时所承受的应力通常都低于材料的屈工作时所承受的应力通常都低于材料的屈工作时所承受的应力通常都低于材料的屈工作时所承受的应力通常都低于材料的屈服强度服强度服强度服强度。材料在循环应力或交变应力作用下，在一处或几处产。材料在循环应力或交变应力作用下，在一处或几处产。材料在循环应力或交变应力作用下，在一处或几处产。材料在循环应力或交变应力作用下，在一处或几处产生局部永久性累积损
42、伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程称为材料的疲劳破坏。生完全断裂的过程称为材料的疲劳破坏。生完全断裂的过程称为材料的疲劳破坏。生完全断裂的过程称为材料的疲劳破坏。n n 疲劳破坏与静载荷下的破坏不同，断裂前没有明显的塑性疲劳破坏与静载荷下的破坏不同，断裂前没有明显的塑性疲劳破坏与静载荷下的破坏不同，断裂前没有明显的塑性疲劳破坏与静载荷下的破坏不同，断裂前没有明显的塑性变化，发生断裂也较突然。这种断裂具有很大的危险性，
43、常常变化，发生断裂也较突然。这种断裂具有很大的危险性，常常变化，发生断裂也较突然。这种断裂具有很大的危险性，常常变化，发生断裂也较突然。这种断裂具有很大的危险性，常常造成严重的事故。据统计，大部分机械零件的失效是由金属疲造成严重的事故。据统计，大部分机械零件的失效是由金属疲造成严重的事故。据统计，大部分机械零件的失效是由金属疲造成严重的事故。据统计，大部分机械零件的失效是由金属疲劳造成的。因此，工程上十分重视对疲劳规律的研究。劳造成的。因此，工程上十分重视对疲劳规律的研究。劳造成的。因此，工程上十分重视对疲劳规律的研究。劳造成的。因此，工程上十分重视对疲劳规律的研究。四、四、四、四、疲劳极限疲
44、劳极限疲劳极限疲劳极限(fatigue strength)(fatigue strength)(fatigue strength)(fatigue strength)n n 表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值（或当应力低于某值时，应力循环到无数次也不会发生疲力值（或当应力低于某值时，应力循环到无数次也不会发生疲力值（或当应力低于某值时，应力循环到无数次也不会发生疲力值（或当应力低于某值时，应力循环到无数次也不会发生疲劳断裂，此
45、应力值劳断裂，此应力值劳断裂，此应力值劳断裂，此应力值 ）称为材料的疲劳极限）称为材料的疲劳极限）称为材料的疲劳极限）称为材料的疲劳极限 。通常在对称应力循环条件下的纯弯曲疲劳极限用通常在对称应力循环条件下的纯弯曲疲劳极限用通常在对称应力循环条件下的纯弯曲疲劳极限用通常在对称应力循环条件下的纯弯曲疲劳极限用-1-1-1-1表示。表示。表示。表示。n n钢材的循环次数钢材的循环次数钢材的循环次数钢材的循环次数一般取一般取一般取一般取 N=10N=10N=10N=107 7 7 7n n有色金属的循环次数有色金属的循环次数有色金属的循环次数有色金属的循环次数一般取一般取一般取一般取 N=10N=1
46、0N=10N=108 8 8 8n n钢材的钢材的钢材的钢材的疲劳强度疲劳强度疲劳强度疲劳强度与与与与抗拉强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度之间的关系之间的关系之间的关系之间的关系:n n -1-1-1-1=(0.45=(0.45=(0.45=(0.450.55)0.55)0.55)0.55)b b b bn n1943194319431943年美国年美国年美国年美国T-2T-2T-2T-2油轮发生断裂油轮发生断裂油轮发生断裂油轮发生断裂第二节第二节 金属的晶体结构与结晶金属的晶体结构与结晶n n内容内容内容内容:金属的晶体结构金属的晶体结构金属的晶体结构金属的晶体结构 合金的晶体结构合金的晶体结构
47、合金的晶体结构合金的晶体结构 实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构n n目的目的目的目的:掌握晶体结构及其对材料的物理化掌握晶体结构及其对材料的物理化掌握晶体结构及其对材料的物理化掌握晶体结构及其对材料的物理化 学性能、力学性能及工艺性能的影响，学性能、力学性能及工艺性能的影响，学性能、力学性能及工艺性能的影响，学性能、力学性能及工艺性能的影响，为后续课程的学习做好理论知识的准备。为后续课程的学习做好理论知识的准备。为后续课程的学习做好理论知识的准备。为后续课程的学习做好理论知识的准备。一一一一、晶体的基本知识晶体的基本知识晶体的基本知识晶体的基本知识（一）
48、晶体与非晶体（一）晶体与非晶体（一）晶体与非晶体（一）晶体与非晶体 固态物质根据其原子排列特征，可分为晶体和非晶体两类。固态物质根据其原子排列特征，可分为晶体和非晶体两类。固态物质根据其原子排列特征，可分为晶体和非晶体两类。固态物质根据其原子排列特征，可分为晶体和非晶体两类。晶体的特点是：晶体的特点是：晶体的特点是：晶体的特点是：1 1 1 1、原子在三维空间呈有规则的周期性重复排列。原子在三维空间呈有规则的周期性重复排列。原子在三维空间呈有规则的周期性重复排列。原子在三维空间呈有规则的周期性重复排列。2 2 2 2、具有一定的熔点，如铁的熔点为具有一定的熔点，如铁的熔点为具有一定的熔点，如铁
49、的熔点为具有一定的熔点，如铁的熔点为1538153815381538，铜的熔点为，铜的熔点为，铜的熔点为，铜的熔点为 1083 1083 1083 1083。3 3 3 3、晶体的性能随着原子的排列方位而改变，即单晶体具晶体的性能随着原子的排列方位而改变，即单晶体具晶体的性能随着原子的排列方位而改变，即单晶体具晶体的性能随着原子的排列方位而改变，即单晶体具 有各向异性。有各向异性。有各向异性。有各向异性。一般情况下固态金属都是晶体。最近人们对某些金属采一般情况下固态金属都是晶体。最近人们对某些金属采一般情况下固态金属都是晶体。最近人们对某些金属采一般情况下固态金属都是晶体。最近人们对某些金属采
50、用特殊的工艺措施，也可使固态金属呈非晶态。本教材中主用特殊的工艺措施，也可使固态金属呈非晶态。本教材中主用特殊的工艺措施，也可使固态金属呈非晶态。本教材中主用特殊的工艺措施，也可使固态金属呈非晶态。本教材中主要研究金属的晶体性质与结构。要研究金属的晶体性质与结构。要研究金属的晶体性质与结构。要研究金属的晶体性质与结构。n n非晶体的特点是：非晶体的特点是：非晶体的特点是：非晶体的特点是：1 1 1 1、原子在三维空间呈不规则的排列。原子在三维空间呈不规则的排列。原子在三维空间呈不规则的排列。原子在三维空间呈不规则的排列。2 2 2 2、没有固定熔点，随着温度的升高将逐渐变软，最终变没有固定熔点