金屬材料的性能[目標]1.掌握金屬材料主要力學性能（強度、塑性、硬度、沖擊韌性）的指標、測試方法及其應用選擇;

2.了解金屬材料的物理性能、化學性能;

[重點]1.強度、塑性、硬度、韌性的概念、指標及應用；2.強度、塑性、硬度、韌性之間的關系；

[難點]1.各力學性能的應用；2.強度、塑性、硬度、韌性之間的關系。金屬材料的性能1.1金屬材料的力學性能金屬材料制成的零件或構件在加工和使用過程中都不可避免受到外力（載荷）的作用。在外力作用下，材料所表現出來的性能就是力學性能。金屬材料的性能1.1.1常見外力與常用力學性能

1.常見外力靜力（靜載荷）：大小不變或變化很慢的力；沖擊力（動載荷）：以很大的速率突然增大或減小的力，力的變化速度具有加速度；交變力（循環載荷）：大小、方向隨時間發生周期性變化的力。

2.常用力學性能

對應上述力的分類，常用的力學性能分為：靜力作用下的力學性能：剛度、強度、塑性、彈性、硬度；沖擊力作用下的力學性能：沖擊韌性；交變力作用下的力學性能：疲勞強度。1.拉伸試驗強度：材料抵抗變形和斷裂的能力

121.1.2強度

2.低碳鋼拉伸曲線彈性變形階段：ob段oa段：比例彈性變形階段ab段：非比例彈性變形階段塑性變形階段：cg段cde段：屈服階段ef段：均勻塑性變形階段

f點：形成“縮頸”fg段：非均勻變形階段

g點:斷裂

縮頸現象R

=F/S(N/mm2=MPa)e

=ΔL/L03.強度指標

RA:

彈性極限

抵抗開始塑變的能力

抗微量塑性變形能力

ReL:屈服強度抵抗明顯塑變的能力

Rm

:抗拉強度

抵抗斷裂的能力低碳鋼拉伸曲線舊國標強度指標?e

:RA?s:ReL?b:Rm

屈服強度的確定規定塑性延伸強度塑性延伸率（伸長率）為0.2%時的應力值低碳鋼應力應變曲線規定塑性延伸強度

Rp0.21.斷面收縮率:

Z(ψ)=（S0-S

）/S0×100%

A(δ)=（L-L0

）/L0×100%1.1.3塑性

2.伸長率:塑性:材料在斷裂前最大塑性變形的能力出版社1.1.4硬度

硬度：材料抵抗硬物壓入表面的能力壓入法硬度試驗：布氏硬度試驗法洛氏硬度試驗法維氏硬度試驗法1.布氏硬度（HBW）

2.洛氏硬度（HRA/HRB/HRC）

3.維氏硬度（HV）

三種硬度指標的比較方法壓頭公式測試方法表示法

舉例特點布氏硬

度硬質合金球HB=F/S(MPa)壓痕直徑d硬度據d查表350HBS550HBW壓痕面積大洛氏硬

度金剛石圓錐HR=N-h/0.002壓痕深度h硬度直接讀取75HRA80HRB60HRC操作簡便

高效

壓痕小維氏硬

度金剛石

四方角錐體HV=F/S(MPa)對角線長d硬度據d查表450HV可測范圍廣精度高

壓痕小適用范圍1.HB:壓痕大；不能用于薄件、成品、硬的材料。

（1）原材料、毛坯、半成品

（2）灰鑄鐵、軸承合金、退火、正火、調質鋼2.HR：壓痕小、損傷小

（1）成品

（2）硬質合金、淬硬鋼、調質鋼、有色金屬等3.HV:壓痕小、精度高、極軟到極硬，對試樣表面要求高（1）很薄的工件如0.003mm（2）工件薄層硬度如工件鍍硬層0.1mm課堂練習：硬度測試選擇表面鍍層灰鑄鐵件出版社1.1.5沖擊韌性沖擊韌性：材料在沖擊力作用下抵抗斷裂的能力1.沖擊力出版社2.沖擊試驗K＝mg(H-h)(J=N·M)ɑk

＝

S：缺口處截面積3.低溫脆性溫度下降，韌性降低壓力容器、橋梁、鐵路、汽車、船舶尤為重視Titanic1912年4月14日：夜11時40分，當時世界上最先進、最豪華的郵輪泰坦尼克號在北大西洋水域撞上冰山，4.5萬噸的鋼鐵巨輪迅速沉沒于4000米的海水之中，1500多名乘客葬身海底，釀成20世紀最為悲慘的海難。出版社1.1.6疲勞強度材料在交變力作用下，抵抗疲勞斷裂的能力。1.交變力出版社2.疲勞斷裂在交變力（循環載荷）作用下，材料經過較長時間工作或多次應力循環后，在工作應力低于其屈服強度的情況下突然斷裂，這種現象稱為疲勞斷裂。1—疲勞源2—裂紋擴展區3—瞬時斷裂區N??112?2N1N2?r?NN1083.疲勞試驗及疲勞強度σr：疲勞強度材料經無限次應力循環而不斷裂的最大應力值。σN:

條件疲勞強度4.r—交變力的循環特性系數kk

德國高鐵出軌事件

1998年6月3日，一輛從德國慕尼黑開往漢堡的高速列車途中突然出軌，脫軌的車廂如離弦之箭直直地撞向了鐵軌旁的大橋，大橋瞬間塌毀，后面的8節車廂一個接一個地撞了上來，101名乘客在短短180秒內頃刻間失去了生命，造成了世界高鐵歷史上第一次重大傷亡事故。5.提高金屬疲勞強度的措施（1）疲勞斷裂始于微小裂紋，經擴展而斷裂。（2）裂紋源：內部缺陷：氧化、脫碳、夾雜、疏松、孔洞等加工缺陷：刀痕、擦傷、微裂紋設計不當：尖角、缺口、截面突變1.2金屬材料的其他性能1.2.1

物理性能

密度熔點導熱性導電性熱膨脹性磁性

1.2.2化學性能

耐腐蝕性抗氧化性

化學穩定性1.2.3

工藝性能

鑄造性能鍛造性能焊接性能切削加工性能力學性能應用韌性：在沖擊載荷作用下的零件，為了保證零件的安全性，必須考慮金屬材料的沖擊韌性，如鍛錘錘頭。彈性極限：彈性極限是設計彈性零件考慮