1、金屬材料的性能金屬材料的性能 金屬材料的性能包含金屬材料的性能包含使用性能使用性能和和工藝性能工藝性能。使用性能使用性能是金屬材料在使用條件下所表現出來是金屬材料在使用條件下所表現出來 的性能。的性能。使用性能使用性能包括包括物理性能物理性能、化學性能化學性能 、力學性能。、力學性能。工藝性能工藝性能是金屬在制造加工過程中反映出來的是金屬在制造加工過程中反映出來的 各種性能。各種性能。1.1 金屬的力學性能金屬的力學性能定義定義 : 所謂力學性能是指金屬在力或能的所謂力學性能是指金屬在力或能的作用下，材料所表現出來的性能。作用下，材料所表現出來的性能。 指標指標 : 彈性彈性 、剛度、強度、塑

2、性、剛度、強度、塑性 、 硬度、硬度、沖擊韌性沖擊韌性 、斷裂韌度和疲勞強度等。、斷裂韌度和疲勞強度等。載載 荷荷 定義定義 載荷是指金屬材料在加工及使用過程中所受載荷是指金屬材料在加工及使用過程中所受的外力。的外力。 種類種類 1、靜、靜 載載 荷：大小不變或變化過程緩慢的載荷。荷：大小不變或變化過程緩慢的載荷。 2、沖擊載荷：在短時間內以較高速度作用于、沖擊載荷：在短時間內以較高速度作用于零件上的載荷。零件上的載荷。 3、交變載荷：指大小、方向或大小和方向隨、交變載荷：指大小、方向或大小和方向隨時間作周期性變化的載荷。時間作周期性變化的載荷。 應應 力力 定義定義 : 單位面積上的內力。單

3、位面積上的內力。 金屬受拉伸載荷或壓縮載荷作用時，其橫截面金屬受拉伸載荷或壓縮載荷作用時，其橫截面積上的應力按下式計算：積上的應力按下式計算： = F/S式中式中 應力（應力（MPa）；）； F外力（外力（N）；）； S 橫截面積（橫截面積（mm2）。）。FS拉伸圖拉伸圖 拉伸試樣拉伸試樣按照國家標準（按照國家標準（GB/T 2282002）常用的拉）常用的拉伸試樣圖：伸試樣圖：長試樣：長試樣：L0=10d0、短試樣：、短試樣：L0=5d0力伸長曲線力伸長曲線 拉伸過程拉伸過程應變應變拉力拉力拉伸試樣的頸縮現象拉伸試樣的頸縮現象拉伸試驗拉伸試驗機機初始瞬時效應力伸長曲線 opop 彈性變形階段

4、彈性變形階段 p p點后的水平或鋸齒狀線段點后的水平或鋸齒狀線段屈服階段屈服階段 (3) (3) 屈服后至屈服后至m m點點強化階段強化階段 (4) (4) mkmk縮頸階段（局部塑性變形階段縮頸階段（局部塑性變形階段) )變形階段變形階段退火低碳鋼退火低碳鋼低、中回火鋼低、中回火鋼淬火鋼及鑄鐵淬火鋼及鑄鐵中碳調質鋼中碳調質鋼不同材料的拉伸曲線不同材料的拉伸曲線定義：定義： 金屬材料在靜載荷作用下抵抗塑性變形或斷裂的能金屬材料在靜載荷作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力。力。 強度指標強度指標1、屈服強度、屈服強度 材料的屈服強度或規定殘余伸長強度是機械零件設材料的屈服強度或規定殘余伸長強度是機械零

5、件設計的主要依據，也是評定金屬材料性能的重要指標。計的主要依據，也是評定金屬材料性能的重要指標。 0eHeHFRS強強 度度試樣在拉斷前所能承受的最大應力稱為抗拉強度，試樣在拉斷前所能承受的最大應力稱為抗拉強度， 抗拉強度是機械零件設計和選材的重要依據。抗拉強度是機械零件設計和選材的重要依據。2、 抗拉強度抗拉強度 塑塑 性性 指材料斷裂前發生永久變形的能力。指材料斷裂前發生永久變形的能力。（1）斷后伸長率斷后伸長率 試樣拉斷后，標距的伸長試樣拉斷后，標距的伸長 與原始標距的百分比。與原始標距的百分比。100%uooLLAL（2）斷面收縮率）斷面收縮率 試樣拉斷后，縮頸處橫截試樣拉斷后，縮頸處

6、橫截 面積的縮減量與原始橫截面面積的縮減量與原始橫截面 積的百分比。積的百分比。 塑性指標不直接用于計算，但任何零件都需要一定塑性指標不直接用于計算，但任何零件都需要一定塑性。防止過載斷裂；塑性變形可以緩解應力集中、塑性。防止過載斷裂；塑性變形可以緩解應力集中、削減應力峰值。削減應力峰值。A11.1 10% 屬塑性材料屬塑性材料 硬硬 度度布氏硬度布氏硬度HB 洛氏硬度洛氏硬度HR 維氏硬度維氏硬度HV硬度硬度 是指材料抵抗其他硬物體壓入其表面的能力是指材料抵抗其他硬物體壓入其表面的能力 常用測量硬度的方法常用測量硬度的方法(1)布氏硬度布氏硬度 HB布氏硬度計布氏硬度計 (1)布氏硬度布氏硬

7、度 HB適用范圍適用范圍:v 450HBS;v 650HBW;(1)布氏硬度布氏硬度 HB 表示方法：符號表示方法：符號HBS或或HBW之前的數之前的數字表示硬度值，符號后面的數字按順序分字表示硬度值，符號后面的數字按順序分別表示別表示球體直徑球體直徑、載荷載荷及及載荷保持時間載荷保持時間。如如: :120HBS10/1000/30表示直徑為表示直徑為10mm的的鋼球在鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保載荷作用下保持持30s測得的布氏硬度值為測得的布氏硬度值為120。(2)洛氏硬度洛氏硬度 HRh1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計洛氏硬度計10HRCHBS(

8、3)維氏硬度維氏硬度 HV適用范圍適用范圍: 測量薄板類測量薄板類 ; HVHBS ; 材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力。力。沖擊韌性沖擊韌性 沖擊韌性值沖擊韌性值K就是試樣缺口處單位截面積就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊功。上所消耗的沖擊功。沖擊試驗機沖擊試驗機沖擊試樣和沖擊試驗示意圖沖擊試樣和沖擊試驗示意圖疲勞強度疲勞強度 表示材料經無數次交變載荷作用表示材料經無數次交變載荷作用而不致引起斷裂的最大應力值。而不致引起斷裂的最大應力值。鋼材的循環次數一般取鋼材的循環次數一般取 N = 107有色金屬的循環次數一般取有色金屬的循環次數一般取 N = 10

9、8鋼材的疲勞強度與抗拉強度之間的關系鋼材的疲勞強度與抗拉強度之間的關系: -1 = (0.45 (0.450.55)0.55) b1943年美國年美國T-2油輪發生斷裂油輪發生斷裂1.2 金屬的工藝性能 金屬工藝性能金屬工藝性能是指金屬材料在加工過程中是否易于加是指金屬材料在加工過程中是否易于加工成形的能力。工成形的能力。1、鑄造性能：、鑄造性能：金屬及合金在鑄造工藝中獲得優良鑄件金屬及合金在鑄造工藝中獲得優良鑄件的能力稱為鑄造性能。主要指標有流動性、收縮性和的能力稱為鑄造性能。主要指標有流動性、收縮性和偏析傾向等。偏析傾向等。2、鍛造性能：、鍛造性能：用鍛壓成形方法獲得優良鍛件的難易程用鍛壓

10、成形方法獲得優良鍛件的難易程度稱為鍛造性能。度稱為鍛造性能。3、 焊接性能：焊接性能：焊接性能是指金屬材料對焊接加工的適焊接性能是指金屬材料對焊接加工的適應性。應性。 4、切削加工性能：、切削加工性能：金屬材料的切削加工性能是指金屬金屬材料的切削加工性能是指金屬材料在切削加工時的難易程度。材料在切削加工時的難易程度。 應用舉例 圖示為連桿螺栓，在工作時需保證有足夠的力學性能（如：不產生過量的塑性變形或斷裂）和使用壽命。那么如何判斷該零件是否達到技術要求呢？解決方案 為保證連桿螺栓具有足夠的使用性能，采用合金為保證連桿螺栓具有足夠的使用性能，采用合金鋼材料，其力學性能需達到下列技術要求：鋼材料，其力學性能需達到下列技術要求： 抗拉強度抗拉強度Rm931MPa，屈服強度，屈服強度ReL784 MPa，伸長率伸長率A12%，斷面收縮率，斷面收縮率Z50%，沖擊韌性沖擊韌性K 78