機械制造基礎金屬材料的性能金屬材料的性能【能力目標】能根據加工要求，正確地選擇機械工程材料。【知識目標】了解工程材料的應用情況，熟悉機械制造常用工程材料的性能。金屬材料的性能

機械工業使用的材料可分為金屬與非金屬材料（工程塑料、橡膠及陶瓷等），金屬材料的使用量約占90%以上。

材料的機械性能也稱力學性能，指金屬材料在各種不同形式的載荷作用下，抵抗變形和破壞的能力，是設計機械零件時選材的重要依據。

機械性能主要有強度、塑性、硬度、沖擊韌性和疲勞強度等。

金屬材料的性能包括力學性能、物理性能、化學性能和工藝性能等。本任務重點介紹力學性能。金屬材料的性能一、金屬材料的力學性能

零件或工具在使用過程中往往會受到不同性質的外力（或稱載荷）的作用。拉力、壓力、彎力、剪力、扭力等分別使金屬材料產生拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉等變形，如圖1-1所示。金屬材料的性能（一）強度和塑性

金屬材料的這種在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力叫作強度。

根據外力性質的不同，強度可分為抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度、抗扭強度等。抗拉強度應用得比較廣泛（因抗拉強度都和其他強度有一定關系）。

抗拉強度是通過拉伸試驗測定的。它是一定形狀與尺寸的試樣（見圖1-2）裝夾在拉力試驗機上，然后逐漸施加拉力，隨著拉力的增大，試樣逐漸變形伸長直至拉斷。在拉伸過程中試驗機自動記錄了每一瞬間的拉力與變形的關系曲線，即拉伸曲線。金屬材料的性能當載荷不超過Pc時，拉伸曲線中OC是直線，即變形與外力成正比，此時只產生彈性變形，就是說，外力去除變形便立即消失，試樣恢復原長。所以Pc稱為彈性極限載荷。金屬材料的性能

當載荷增加超過Pc時，拉伸曲線出現明顯彎曲，此時發生塑性變形，就是說，外力去除后試樣也不會恢復原來長度（即產生永久變形）。當載荷增加到Ps時，雖然外力維持不變，但試樣的變形（伸長）仍不斷增加（拉伸曲線趨于水平），這種現象叫作屈服，引起試樣發生屈服的載荷Ps叫作屈服載荷，S點叫作屈服點。金屬材料的性能當載荷繼續增加時，變形急劇增大（拉伸曲線又再上升），在達到某一最大值Pb時，試樣的局部截面產生縮頸，這時拉力減小，變形很快增大，直到試樣被拉斷為止。金屬材料的性能

金屬材料的性能金屬材料的性能

金屬材料的性能

金屬材料的性能

斷后伸長率和斷面收縮率數值越大，材料的塑性越好。塑性好的材料易于進行壓力加工（軋制、沖壓、鍛造等）、焊接，并且工藝簡單，質量易保證；零件使用過程中，不會突然斷裂。

塑性是金屬材料很重要的性能。在靜載荷作用下的機械零件，使用塑性好的材料比較安全。金屬材料的性能（二）硬度

“硬”和“軟”是相對來講的，例如，用鋸鋸割工件時，材料軟，容易鋸斷，硬則不容易鋸斷。金屬材料的這種抵抗堅硬物體壓入而引起塑性變形的能力稱為硬度。常用的硬度指標有以下三種：布氏硬度HBS（HBW）洛氏硬度HRC維氏硬度HV金屬材料的性能1.布氏硬度HBS（HBW）

用一定壓力P(如30kN)把一定大小(通常直徑D為10mm)的淬硬鋼球或硬質合金球壓在金屬材料表面上如圖1-4所示，然后根據壓成的球面壓痕直徑d的大小就可確定布氏硬度值(一般可在硬度表上查得)。顯然，金屬材料越硬，壓痕的直徑越小，布氏硬度越大。金屬材料的性能

使用淬火鋼球壓頭時布氏硬度值用符號“HBS”表示；

使用硬質合金球壓頭時，布氏硬度值用符號“HBW”表示。

布氏硬度的單位為MPa，不標單位，只寫明硬度值。

布氏硬度測量主要用來測量硬度不超過HB450的較軟金屬材料（退火、正火、調質鋼、有色金屬）以及組織不均勻的鑄鐵的硬度。

因鋼球本身存在著變形的問題，故它不適于測量HB>450的金屬材料的硬度。因壓痕較大，不適合檢查成品。金屬材料的性能2.洛氏硬度HRC HRC是洛氏硬度的一種，它的測量方法與布氏硬度相似，它所采用的壓頭不是淬硬鋼球而是頂角為120的圓錐形金剛石，如圖1-5所示，加的壓力P也較小。根據壓痕深度確定洛氏硬度值。該值在硬度試驗機上直接讀出。顯然，金屬越硬，壓痕的深度越小，洛氏硬度就越大。金屬材料的性能 HRC用于測量HB＝230~700的金屬（如淬火鋼）的硬度。HRC和HBS可以查表換算，一般HB≈10HRC。

洛氏硬度測量主要優點是：快速，而且壓痕小，對零件破壞性小，克服了HB的缺點；

缺點是：各國洛氏硬度標準有差別，不便于比較和使用各國數據。金屬材料的性能3.維氏硬度HV HV是采用高硬度的金剛石四角錐壓頭和小的載荷來測量金屬的硬度。 HV的意義基本上和HBS相同，它也是表示壓痕單位面積上所能抵抗的壓力，因此，HV和HBS可以互相轉換.

凡金屬硬度在HB300以下時，HV≈HBS；

在HB300以上時，由于布氏硬度測量時鋼球變形，所以HBS稍低于HV。在介紹的幾種硬度中，以HBS尤其是HRC最常用。金屬材料的性能（三）沖擊韌度

測定強度和硬度的方法是屬于靜力試驗。

測定金屬材料另一種重要性能——沖擊韌度的方法是屬于動力試驗。

不少機器零件在工作時都或多或少地受到一些沖擊力的作用。金屬材料這種抵抗沖擊力破壞的能力叫作沖擊韌度。

金屬材料的性能金屬材料的性能

在靜試驗力作用下測得的材料力學性能為金屬材料的強度、塑性與硬度。

機械零部件實際上不僅受靜載荷的作用，而且還受到沖擊（動）載荷的作用，如活塞銷、錘桿、沖模等。

沖擊載荷比靜載荷的破壞力大得多，此時，不僅要求機件有高的強度和一定塑性，還必須具備足夠的沖擊韌性。金屬材料的性能

金屬材料的性能

金屬材料的性能二、金屬材料的物理、化學性能物理性能主要指的是：

密度（一個物體的重量與同等體積水的重量之比值）、

熔點（從固態向液態轉化時的溫度）、

導電性（傳導電的性能）、

導熱性（傳導熱的性能）、

熱膨脹性（溫度升高時產生的體積脹大現象）等。化學性能主要指的是耐腐蝕性和耐熱性。金屬材料的性能三、金屬材料的工藝性能

金屬材料通常經過鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、切削加工等方法制成機械零件。標志金屬材料經受這些加工方法的能力稱為工藝性能。在設計零件和選擇工藝方法時，都要考慮金屬材料的工藝性能。

金屬材料的性能

（1）鑄造性能好，主要是指流動性好，收縮和產生偏析（化學成分的不均勻）的傾向小。

（2）可鍛性好，是指金屬