第一篇工程材料一、材料的分類二、材料的應(yīng)用情況；三、材料的重要性。概述第一章金屬材料的性能教學(xué)目的與要求：1.了解材料性能的分類。2.掌握性能參數(shù)的獲得方法。3.掌握金屬材料常用性能指標(biāo)的名稱、代表符號(hào)、單位、數(shù)值含義。教學(xué)內(nèi)容：

1.材料性能與應(yīng)用的關(guān)系。

2.性能的分類。

3.常用機(jī)械性能指標(biāo)的基本概念。

4.常用機(jī)械性能參數(shù)的測(cè)試方法。

5.拉伸，沖擊，硬度實(shí)驗(yàn)。重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：常用機(jī)械性能指標(biāo)的名詞、代表符號(hào)、單位、數(shù)值含義。難點(diǎn)：常用機(jī)械性能參數(shù)的測(cè)試原理。概述第一節(jié)金屬材料的機(jī)械性能定義:表示材料承受外力作用的能力，又稱為力學(xué)性能。最常見實(shí)驗(yàn)有:拉伸實(shí)驗(yàn)、硬度實(shí)驗(yàn)和沖擊實(shí)驗(yàn)。四大項(xiàng)性能指標(biāo):強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性。學(xué)習(xí)思路:定義、符號(hào)、單位、數(shù)值含義。一、強(qiáng)度拉伸試驗(yàn)試樣：圖中d0和l0分別為試樣在拉伸前的計(jì)算直徑和計(jì)算長(zhǎng)度，d和l分別為試樣在拉斷后的斷口直徑和計(jì)算長(zhǎng)度。標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣示意圖

拉伸試驗(yàn)設(shè)備：拉伸試驗(yàn)機(jī)kbb—極限載荷點(diǎn)力學(xué)拉伸試驗(yàn)過(guò)程Fee—彈性極限點(diǎn)sS—屈服點(diǎn)K—斷裂點(diǎn)拉伸曲線FFL應(yīng)力—應(yīng)變曲線縮頸o拉伸試驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)錄像

根據(jù)拉伸試驗(yàn)研究表明，低碳鋼在外加載荷作用下的變形過(guò)程可分為三個(gè)階段，即彈性變形階段、塑性變形階段和斷裂階段。應(yīng)力—應(yīng)變曲線的動(dòng)畫過(guò)程3、屈服強(qiáng)度（屈服極限）概念：材料抵抗應(yīng)力作用下，開始發(fā)生明顯塑性變形，拉力不增加，應(yīng)變?cè)黾樱a(chǎn)生屈服現(xiàn)象的最小應(yīng)力值稱為屈服強(qiáng)度。單位：MPa（N/mm2）;表示符號(hào)：σs它表征了材料抵抗微量塑性變形的能力。屈服強(qiáng)度——是塑性材料選材和評(píng)定的依據(jù)。***條件屈服強(qiáng)度概念：某些材料（鑄鐵等）在做拉伸曲線時(shí)和低碳鋼不一樣，并沒(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象(低碳鋼和鑄鐵的應(yīng)力——應(yīng)變曲線比較)。鑒于這種情況，我們?nèi)藶榈膶ｉT規(guī)定，把當(dāng)試樣產(chǎn)生的殘余塑性變形量為標(biāo)距長(zhǎng)度的0.2%時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值(σ0.2)定為該材料的屈服強(qiáng)度（條件屈服強(qiáng)度）。單位：MPa(N/mm2);表示符號(hào)：σ0.2實(shí)際意義：一些工程零件(如緊固螺栓)在使用時(shí)是不允許發(fā)生塑性變形的，因此屈服強(qiáng)度是工程設(shè)計(jì)與選材的重要依據(jù)之一。低碳鋼和鑄鐵的應(yīng)力——應(yīng)變曲線比較疲勞極限獲得方法：通過(guò)旋轉(zhuǎn)彎曲試驗(yàn)方法3、條件疲勞極限

對(duì)于鋼鐵材料，取N=107的循環(huán)周次所對(duì)應(yīng)的最大應(yīng)力為它的σ-1。對(duì)于大多數(shù)非鐵金屬及其合金的疲勞曲線上沒(méi)有水平直線部分。示意圖這種情況要根據(jù)零件的工作條件及使用壽命確定一個(gè)疲勞極限的循環(huán)周次，并以此所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力σN作為疲勞極限，亦稱條件疲勞極限。一般規(guī)定：鑄鐵取N=107次，非鐵金屬取N=108次；金屬的疲勞曲線二、塑性（一）布什硬度如圖所示：布氏硬度測(cè)試原理圖HBS(HBW)=P/F=0.102式中：P和F分別是載荷和壓痕面積。

三、硬度概念：硬度是指材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力，是衡量金屬軟硬的判據(jù)。常用方法：通常用布氏硬度、洛氏硬度等來(lái)表示材料的硬度。布什硬度的表示方法硬度值的標(biāo)注方法如下：硬度值

硬度代號(hào)

壓頭直徑D/載荷P/保荷時(shí)間T如：150HBS10/3000/30500HBW5/750表示用直徑10mm的淬火鋼球壓頭，在3000kgf載荷作用下保荷時(shí)間為30秒所測(cè)得的布氏硬度值為150。表示用直徑5mm的硬質(zhì)合金球在750kgf載荷作用下保荷時(shí)間為10~15秒所測(cè)得的布氏硬度值為500。（二）洛氏硬度如圖所示為洛氏硬度測(cè)試原理圖。HR=K-e/0.002式中：HR為洛氏硬度代號(hào)；K為常數(shù)，當(dāng)采用金剛石圓錐壓頭時(shí)K=100，用淬鋼球壓頭時(shí)K=130。

洛氏硬度測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)錄像洛氏硬度的表示方法

硬度值

硬度代號(hào)如：60HRC表示用金剛石圓錐壓頭，載荷為150kgf所測(cè)得的硬度值為60。（三）布氏硬度與洛氏硬度的比較與選用共同點(diǎn)與不同點(diǎn)布什硬度和洛氏硬度特點(diǎn)比較：1、測(cè)定準(zhǔn)確性布什大于洛氏2、測(cè)量范圍洛什大于布氏3、測(cè)量效率洛什大于布氏4、應(yīng)用對(duì)象布什硬度：主要用于原材料、毛坯和半成品的硬度的單件、小批測(cè)量。不適合于測(cè)量厚度太小和成品零件的硬度。洛氏硬度：不僅可以用于測(cè)量原材料、毛坯和半成品的硬度，也可以用于測(cè)量成品的硬度，不僅可以用于單件、小批測(cè)量，也可以用于大批量測(cè)量。四、沖擊韌度概念：沖擊韌度表示材料抵抗沖擊載荷作用的能力，并以沖斷試樣每單位面積所消耗的功來(lái)表示。αk=Ak/F=G(H-h)/F(J/m2)第二節(jié)金屬的物理性能和化學(xué)性能一、物理性能

1.導(dǎo)熱性常用導(dǎo)熱系數(shù)λ來(lái)評(píng)價(jià)，λ值愈大，導(dǎo)熱性愈好，它對(duì)加工和使用都有很大的影響。2.熱脹冷縮性用線膨脹系數(shù)或體積膨脹系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)。線膨脹系數(shù)或體積膨脹系數(shù)愈大，材料的尺寸或體積隨溫度升高而增大愈多，隨溫度降低而減少愈多，不僅對(duì)零件的使用有很大影響，而且影響零件的加工。二、化學(xué)性能

化學(xué)性能是指金屬在室溫或者高溫抵抗各種介質(zhì)化學(xué)作用的能力，即化學(xué)穩(wěn)定性。1.抗氧化性

2.抗腐蝕性本章小節(jié)

本章的主要內(nèi)容為三個(gè)實(shí)驗(yàn)：拉伸實(shí)驗(yàn)、硬度測(cè)試、沖擊實(shí)驗(yàn)；通過(guò)三個(gè)實(shí)驗(yàn)可以掌握材料主要性能指標(biāo)：強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性的基本概念、單位及其獲得方法。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)了解材料性能的分類、掌握性能參數(shù)的獲得方法以及金屬材料常用性能指標(biāo)的名稱、代表符號(hào)、單位、數(shù)值含義。