11任務(wù)1.1：認(rèn)識(shí)金屬材料的力學(xué)性能知識(shí)點(diǎn)3：金屬材料剛度指標(biāo)的測(cè)定

《金屬材料及熱處理》項(xiàng)目1金屬材料的性能與檢測(cè)《金屬材料及熱處理》23《金屬材料及熱處理》Oeσ彈性變形階段金屬材料在彈性變形階段，其應(yīng)力和應(yīng)變成正比例關(guān)系，符合胡克定律一、金屬材料的剛度44剛度：材料抵抗彈性變形的能力。表征了材料彈性變形的難易程度。胡克定律：物理意義：金屬材料產(chǎn)生單位彈性的相對(duì)變形所需的應(yīng)力?！督饘俨牧霞盁崽幚怼乏?或γ)為應(yīng)變，即單位長(zhǎng)度的變形量

彈性模量剪切模量彈性模量：彈性下應(yīng)力與應(yīng)變的比值,表征材料抵抗彈性變形能力的力學(xué)性能指標(biāo)。一、金屬材料的剛度55在拉伸曲線上，彈性模量E就是直線（OP）部分的斜率。材料的E越大，剛度越大；即具有一定外形尺寸的零件或構(gòu)件保持其原有尺寸與形狀的能力越大。E對(duì)組織不敏感，只與材料的化學(xué)成分有關(guān)；零件的剛度主要決定于E，也與形狀、截面等有關(guān)?？梢酝ㄟ^(guò)增加橫截面積或改變截面形狀來(lái)提高零件的剛度。彈性模量E：《金屬材料及熱處理》是表示材料抵抗彈性變形能力和衡量材料“剛度”的指標(biāo)。二、金屬材料的剛度指標(biāo)66延遲符剛度指標(biāo)是選定機(jī)械零件材料的重要依據(jù)之一。在設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)，對(duì)要求剛度大的零件，應(yīng)選用具有高彈性模量的材料。例如鏜床的鏜桿應(yīng)有足夠的剛度，以保證加工精度。對(duì)于一些須嚴(yán)格限制變形的結(jié)構(gòu)（如機(jī)翼、高精度的裝配件等），須通過(guò)剛度分析來(lái)控制變形。許多結(jié)構(gòu)（如建筑物、船體結(jié)構(gòu)等）也要通過(guò)控制剛度以防止發(fā)生振動(dòng)、顫振或失穩(wěn)?！督饘俨牧霞盁崽幚怼范⒔饘俨牧系膭偠戎笜?biāo)77表1-1

常用金屬的彈性模量金屬?gòu)椥阅Ａ縀/MPa切變模量Ｇ/MPa鐵鎳鈦鋁銅鎂2140002100001180107200013240045000840008400044670270004927018000《金屬材料及熱處理》三、常用金屬的彈性模量8知識(shí)點(diǎn)6：金屬材料韌性指標(biāo)的測(cè)定《金屬材料及熱處理》項(xiàng)目1金屬材料的性能與檢測(cè)任務(wù)1.1：認(rèn)識(shí)金屬材料的力學(xué)性能89一、金屬材料的韌性9延遲符韌性：是指金屬材料破斷時(shí)單位體積所消耗的變形功和斷裂功，用以表征材料對(duì)斷裂的抗力。金屬韌性可以分為沖擊吸收能量和斷裂韌度。1．沖擊吸收能量（沖擊韌度）

材料抵抗沖擊載荷而不破壞的能力。夏比沖擊試驗(yàn)→測(cè)定沖擊吸收能量（沖擊韌度）2．?dāng)嗔秧g度KIC(斷裂韌性)材料抵抗內(nèi)部裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的性能.99《金屬材料及熱處理》10二、金屬材料的韌性指標(biāo)10延遲符沖擊吸收能量（沖擊韌度）1夏比沖擊試驗(yàn)→測(cè)定沖擊吸收能量（沖擊韌度）1010《金屬材料及熱處理》二、金屬材料的韌性指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣有兩種：Ｕ形缺口試樣，aKU；Ｖ形缺口試樣，aKV；試樣沖斷時(shí)所消耗的沖擊功Ak為:Ak=mgH–mgh(J)

沖擊韌性值ak

就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊功。沖擊韌度（沖擊韌性）11111《金屬材料及熱處理》二、金屬材料的韌性指標(biāo)材料的aK值愈大，韌性就愈好；材料的aK值愈小，材料的脆性愈大通常把a(bǔ)K值小的材料稱為脆性材料研究表明，材料的aK值隨試驗(yàn)溫度的降低而降低。因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果必須標(biāo)明實(shí)驗(yàn)溫度沖擊韌度（沖擊韌性）11212《金屬材料及熱處理》TITANIC建造中的Titanic號(hào)1313《金屬材料及熱處理》TITANIC的沉沒(méi)與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān)Titanic號(hào)鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗(yàn)結(jié)果二、金屬材料的韌性指標(biāo)Titanic近代船用鋼板沖擊韌度（沖擊韌性）11414《金屬材料及熱處理》1943年美國(guó)T-2油輪發(fā)生斷裂二、金屬材料的韌性指標(biāo)北極星導(dǎo)彈有的大型轉(zhuǎn)動(dòng)零件、高壓容器、橋梁等，常在其工件應(yīng)力遠(yuǎn)低于屈服點(diǎn)σS的情況下突然發(fā)生斷裂——低應(yīng)力脆性斷裂。固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的殼體焊縫裂紋斷裂韌度KIC21515《金屬材料及熱處理》產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因：機(jī)件內(nèi)部存在著微裂紋和其它缺陷以及它們的擴(kuò)展。二、金屬材料的韌性指標(biāo)材料中存在裂紋時(shí)，在裂紋尖端就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而形成裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)。應(yīng)力強(qiáng)度因子：描述裂紋尖端附近應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度的指標(biāo)。Y---為與裂紋形狀、加載方式和試樣幾何尺寸有關(guān)的無(wú)量綱系數(shù)；σ---外加拉應(yīng)力（Mpa）；a---裂紋長(zhǎng)度的一半（m）；（MPa·m1/2或MN·m3/2）斷裂韌度KIC21616《金屬材料及熱處理》二、金屬材料的韌性指標(biāo)

C---為斷裂應(yīng)力，aC---為臨界裂紋半長(zhǎng)隨應(yīng)力的增大，KI不斷增大，當(dāng)KI增大到某一定值時(shí)，這可使裂紋前沿的內(nèi)應(yīng)力大到足以使材料分離，從而導(dǎo)致裂紋突然擴(kuò)失穩(wěn)擴(kuò)展，材料快速發(fā)生斷裂。應(yīng)力強(qiáng)度因子的臨界值，稱為材料的斷裂韌度，用KIC表示。斷裂韌性：反映材料抵抗內(nèi)部裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力，即抵抗脆性斷裂能力的性能指標(biāo)。斷裂韌度KIC21717《金屬材料及熱處理》二、金屬材料的韌性指標(biāo)

C---為斷裂應(yīng)力，aC---為臨界裂紋半長(zhǎng)KＩ＞＞

KIC，材料必發(fā)生裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展而脆斷。KＩ＜

KIC，材料中裂紋不擴(kuò)展或擴(kuò)展緩慢。KIC是材料固有的力學(xué)性能指標(biāo)，是強(qiáng)度和韌性的綜合體現(xiàn)；試驗(yàn)來(lái)測(cè)定，主要取決于材料成分、內(nèi)部組織和結(jié)構(gòu)；斷裂韌度KIC21818《金屬材料及熱處理》1919《金屬材料及熱處理》常見(jiàn)工程材料的斷裂韌度K1C值（MN·m-3/2）

根據(jù)K1=Yσa≥K1C的臨界判據(jù)知：為使零件不發(fā)生脆斷，設(shè)計(jì)者可以控制三個(gè)參數(shù)：材料的斷裂韌度K1C

、名義工作應(yīng)力σ和零件內(nèi)的裂紋長(zhǎng)度a，它們之間的定量關(guān)系能直接用于設(shè)計(jì)計(jì)算，可以解決以下三方面的工程實(shí)際問(wèn)題：1）根據(jù)零件的實(shí)際工作應(yīng)力σ和其內(nèi)可能的裂紋尺寸a，確定材料應(yīng)有的斷裂韌度K1C，為正確選材提供依據(jù)；2）根據(jù)零件所使用的材料斷裂韌度K1C及已探傷出的零件內(nèi)存在的裂紋尺寸a，確定零件的臨界斷裂應(yīng)力σC，為零件最大承載能力設(shè)計(jì)提供依據(jù)；3）根據(jù)已知材料的斷裂韌度K1C和零件的實(shí)際工作應(yīng)力σ，估算斷裂時(shí)的臨界裂紋長(zhǎng)度aC，為零件的裂紋探傷提供依據(jù)。斷裂韌度KIC220《金屬材料及熱處理》二、金屬材料的韌性指標(biāo)21知識(shí)點(diǎn)4：金屬材料塑性指標(biāo)的測(cè)定

《金屬材料及熱處理》項(xiàng)目1金屬材料的性能與檢測(cè)任務(wù)1.1：認(rèn)識(shí)金屬材料的力學(xué)性能21《金屬材料及熱處理》22材料在外力作用下會(huì)發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為變形。外力卸載后完全恢復(fù)原狀的變形稱為彈性變形外力卸載后不能恢復(fù)原狀的變形稱為塑性變形一、金屬材料的塑性金屬材料的塑性：指金屬材料在載荷作用下，斷裂前發(fā)生不可恢復(fù)的永久變形的能力?！督饘俨牧霞盁崽幚怼?323一、金屬材料的塑性良好的塑性是金屬材料進(jìn)行塑性加工的必要條件。金屬材料的塑性指標(biāo)通過(guò)拉伸試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。金屬材料的塑性指標(biāo)通常有：1.斷后伸長(zhǎng)率2.斷面收縮率《金屬材料及熱處理》242425二、金屬材料的塑性指標(biāo)25指試樣拉斷后標(biāo)距伸長(zhǎng)量Δ

L

與原始標(biāo)距L0之比。

Lu—試樣拉斷后的標(biāo)距長(zhǎng)度,mm;L0—試樣的原始標(biāo)距長(zhǎng)度,mm。1斷后伸長(zhǎng)率（A或δ）《金屬材料及熱處理》

圖1-1拉伸試樣a)拉伸前b)拉伸后一般把A>5％的材料稱為塑性材料，A<5％的材料稱為脆性材料。26二、金屬材料的塑性指標(biāo)262斷面收縮率（Z或ψ）指試樣拉斷處橫截面積的收縮量Δ

A與原始橫截面積A0之比。So—試樣拉原始橫截面積,mm2;Su—試樣拉斷后縮頸處的面積,mm2;《金屬材料及熱處理》27三、金屬材料的塑性指標(biāo)測(cè)定27拉伸試驗(yàn)機(jī)拉伸試驗(yàn)常溫下用靜載荷對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行軸向拉伸，同時(shí)連續(xù)測(cè)量拉伸力和的相應(yīng)的試樣伸長(zhǎng)，直至試樣斷裂。《金屬材料及熱處理》28三、金屬材料的塑性指標(biāo)測(cè)定28FF拉伸前拉伸后試樣伸長(zhǎng)量△l=Lu-L0A或δ=△l/lZ或ψ=(S0-Su)/S0《金屬材料及熱處理》29四、金屬材料塑性的意義29《金屬材料及熱處理》任何零件都要求材料具有一定的塑性。對(duì)必須承受強(qiáng)烈變形的材料，塑性指標(biāo)具有重要的意義：1、安全性好，重要的受力零件要求具有一定的塑性，以防止超載時(shí)發(fā)生斷裂。2、材料具有一定的塑性，緩和應(yīng)力集中。3、塑性優(yōu)良的材料冷壓成形性好。很顯然，斷后伸長(zhǎng)率（A或δ）和斷面收縮率（Z或ψ）越大，說(shuō)明材料在斷裂前發(fā)生的塑性變形量越大，也就是材料的塑性越好。3030拉力試樣的原標(biāo)距長(zhǎng)度為50mm，直徑為10mm，經(jīng)拉力試驗(yàn)后，將已斷裂的試樣對(duì)接起來(lái)測(cè)量，若最后的標(biāo)距長(zhǎng)度為71mm，頸縮區(qū)的最小直徑為4.9mm，試求該材料的伸長(zhǎng)率和斷面收縮率的值？練習(xí)題一《金屬材料及熱處理》S0=3.14x(10/2)2=78.5(mm2)Su=3.14x(4.9/2)2=18.85(mm2)解：三、金屬材料的塑性指標(biāo)測(cè)定3131任務(wù)1.1：認(rèn)識(shí)金屬材料的力學(xué)性能知識(shí)點(diǎn)5：金屬材料硬度指標(biāo)的測(cè)定

《金屬材料及熱處理》項(xiàng)目1金屬材料的性能與檢測(cè)32黃金很軟←→硬度低金屬鉻鋼鐵很硬←→硬度高33什么是硬度？如何測(cè)定硬度？是材料彈性、塑性、強(qiáng)度和韌性等力學(xué)性能的綜合物理量指標(biāo)硬度的高低也同時(shí)反映了強(qiáng)度、塑性的大小。金屬材料及熱處理反映了材料抵抗塑性變形的能力，也可理解為材料抵抗其他硬物體壓入其表面的能力。硬度：衡量材料軟硬程度的性能指標(biāo)。什么是金屬材料的硬度？如何測(cè)定金屬材料的硬度？材料的硬度可以用壓入或刻痕的方式來(lái)鑒別，采用相對(duì)比較來(lái)定量確定硬度。常用測(cè)量硬度的方法--壓入法

常用測(cè)量硬度試驗(yàn)方法布氏硬度HB試驗(yàn)洛氏硬度HR試驗(yàn)

維氏硬度HV試驗(yàn)金屬材料及熱處理測(cè)定基礎(chǔ)：根據(jù)測(cè)定材料使用不同形狀和尺寸的壓頭；施加給定的作用力；在給定的力作用下，凹痕大小與材料的屈服強(qiáng)度成正比；即硬度可由壓痕大小與所施加力之間的關(guān)系來(lái)衡量。布氏硬度試驗(yàn)PART01HB(Brinell-hardness)布氏硬度HB(Brinell-hardness)試驗(yàn)金屬材料及熱處理F——試驗(yàn)力(N)D——球體直徑(mm)d——壓痕平均直徑(mm)

金屬材料及熱處理布氏硬度HB(Brinell-hardness)試驗(yàn)布氏硬度HB(Brinell-hardness)試驗(yàn)金屬材料及熱處理應(yīng)用：√適于測(cè)量鑄鐵、非鐵合金及退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼的硬度。特別對(duì)軟金屬，如鋁、鉛、錫等更為適宜。

×

不適于測(cè)量成品零件或薄件及比壓頭還硬的材料的硬度。優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)較精確穩(wěn)定。缺點(diǎn)：壓痕大，操作較繁瑣費(fèi)時(shí)。布氏硬度計(jì)指示器壓頭手輪絲杠工作臺(tái)加載裝置洛氏硬度試驗(yàn)PART02HR(Rockwellhardness)adbhh金屬材料及熱處理洛氏硬度HR(Rockwellhardness)試驗(yàn)洛氏硬度HR(Rockwellhardness)試驗(yàn)殘余壓痕深度h=h1-h0金剛石壓頭N=100，碳化鎢合金球壓頭N=130金屬材料及熱處理初始試驗(yàn)力F0加主試驗(yàn)力F1初始試驗(yàn)力F0

洛氏硬度HR(Rockwellhardness)試驗(yàn)洛氏硬度指標(biāo)測(cè)量金屬材料及熱處理常用的三種洛氏硬度的試驗(yàn)條件及應(yīng)用范圍金屬材料及熱處理硬度符號(hào)壓頭類型總實(shí)驗(yàn)力F/N硬度值有效范圍應(yīng)用舉例HRA120°金剛石圓錐體588.420~95硬質(zhì)合金,表面淬硬層,滲碳層HRBWΦ1.588mm碳化鎢球980.710~100非鐵金屬,退火,正火鋼HRC120°金剛石圓錐體147120~70淬火,調(diào)質(zhì)鋼等洛氏硬度HR(Rockwellhardness)試驗(yàn)洛氏硬度HR(Rockwellhardness)試驗(yàn)鋼球壓頭與金剛石壓頭金屬材料及熱處理指示器壓頭手輪絲杠工作臺(tái)卸載手柄加載手柄洛氏硬度壓痕優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便，壓痕小，適用范圍廣。缺點(diǎn)：測(cè)量結(jié)果分散度大。

主要應(yīng)用于測(cè)定鋼鐵（退火、正火、淬火、調(diào)質(zhì)鋼）、非鐵合金、硬質(zhì)合金等的硬度；維氏硬度試驗(yàn)PART03HV(diamondpenetratorhardness)夾角136度的正四棱錐體金剛石壓頭廣泛用于科研單位和高校，以及薄件表面硬度檢驗(yàn)金屬材料及熱處理

維氏硬度HV試驗(yàn)金屬材料及熱處理按三個(gè)試驗(yàn)力范圍規(guī)定的測(cè)量金屬維氏硬度的方法試驗(yàn)名稱試驗(yàn)力范圍/N硬度符號(hào)維氏硬度試驗(yàn)小力值維氏硬度試驗(yàn)顯微維氏硬度適于較大工件和較深表面層的硬度測(cè)定小力值維氏硬度計(jì)適于較薄工件、工具表面或鍍層(如滲碳、滲氮層)的硬度測(cè)定適于金屬箔、極薄表面層的硬度測(cè)定測(cè)量金相組織中不同相的顯微硬度顯微維氏硬度計(jì)維氏硬度HV試驗(yàn)49知識(shí)點(diǎn)2：金屬材料強(qiáng)度指標(biāo)的測(cè)定

《金屬材料及熱處理》項(xiàng)目1金屬材料的性能與檢測(cè)任務(wù)1.1：認(rèn)識(shí)金屬材料的力學(xué)性能4950強(qiáng)度指標(biāo)50

任務(wù)：請(qǐng)通過(guò)拉伸試驗(yàn)繪制拉伸曲線，描述金屬材料常用強(qiáng)度指標(biāo)的名稱、代表符號(hào)、單位、數(shù)值含義；kbFeso

s’《金屬材料及熱處理》51一、金屬材料的強(qiáng)度51《金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)》強(qiáng)度:金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力。金屬材料的強(qiáng)度種類抗拉強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度抗扭強(qiáng)度最基本的強(qiáng)度指標(biāo)《金屬材料及熱處理》5252《金屬材料及熱處理》一、金屬材料的強(qiáng)度53一、金屬材料的強(qiáng)度53按GB/T228.1—2010的規(guī)定，把一定尺寸和形狀的金屬試樣(見(jiàn)圖1-1)裝夾在試驗(yàn)機(jī)上，然后對(duì)試樣逐漸施加拉伸載荷，直至把試樣拉斷為止，根據(jù)試樣在拉伸過(guò)程中承受的載荷和產(chǎn)生的變形量之間的關(guān)系，可測(cè)出該金屬的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(見(jiàn)圖1-2)。圖1-2低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖圖1-1拉伸試樣a)拉伸前b)拉伸后5454《金屬材料及熱處理》二、金屬材料的常用強(qiáng)度指標(biāo)55二、金屬材料的常用強(qiáng)度指標(biāo)55強(qiáng)度指標(biāo)是設(shè)計(jì)中決定許用應(yīng)力的重要依據(jù)。常用的強(qiáng)度指標(biāo)1.彈性極限（σe）----表征材料抵抗彈性變形的能力2.屈服強(qiáng)度（Re）----表征材料抵抗微量塑性變形的能力3.抗拉強(qiáng)度（Rm）----表征材料抵抗斷裂的能力4.疲勞強(qiáng)度（S）----表征材料交變應(yīng)力下脆性斷裂的能力《金屬材料及熱處理》56二、金屬材料的常用強(qiáng)度指標(biāo)56彈性極限：指材料產(chǎn)生彈性變形承受的最大應(yīng)力值。（MPa）它表征了材料抵抗彈性變形的能力。彈性變形：金屬材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形,當(dāng)外力去掉后能恢復(fù)到原來(lái)形狀及尺寸的性能。1彈性極限（σe）《金屬材料及熱處理》式中So

——試樣的原始截面積(mm2)；Fe——試樣完全彈性變形時(shí)所能承受的最大載荷（N)。OeF57二、金屬材料的常用強(qiáng)度指標(biāo)2屈服強(qiáng)度（Re）定義：當(dāng)金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)，在試驗(yàn)期間發(fā)生塑性變形而力不增加時(shí)的應(yīng)力為試樣屈服時(shí)的應(yīng)力。sl（F0.2）0.2%l0o《金屬材料及熱處理》F二、金屬材料的常用強(qiáng)度指標(biāo)582屈服強(qiáng)度（Re）（MPa）它表征了材料抵抗微量塑性變形的能力。試樣屈服時(shí)的最小載荷(N)試樣原始橫截面積(mm2)《金屬材料及熱處理》屈服強(qiáng)度區(qū)分為上屈服強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度。屈服階段1）上屈服強(qiáng)度：試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最高應(yīng)力值，用ReH表示。2）下屈服強(qiáng)度：在屈服期間，不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)的最低應(yīng)力值，用ReL表示（MPa）試樣屈服時(shí)的最大載荷(N)試樣原始橫截面積(mm2)59二、金屬材料的常用強(qiáng)度指標(biāo)2屈服強(qiáng)度（Re）《金屬材料及熱處理》不同類型曲線的上屈服強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度60二、金屬材料的常用強(qiáng)度指標(biāo)2屈服強(qiáng)度（Re）Rr0.2=F0.2/S0（MPa）0.2%l0

bkFesR/

工程上規(guī)定低塑性材料或脆性材料試樣發(fā)生某一微量塑性變形(規(guī)定殘余延伸率為0.2％)時(shí)的應(yīng)力作為該材料的屈服強(qiáng)度，即“規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度”，用符號(hào)Rr0.2或σ0.2表示。脆性材料（如：高碳淬火鋼、鑄鐵等材料）在斷裂前沒(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象。《金屬材料及熱處理》61二、金屬材料的常用強(qiáng)度指標(biāo)2屈服強(qiáng)度（Re

/σS）當(dāng)材料單位面積上所受的應(yīng)力σe<R<

Re

(σs)時(shí)，只產(chǎn)生微量的塑性變形。當(dāng)R>

Re

(σs)時(shí)，材料將產(chǎn)生明顯的塑性變形。屈服強(qiáng)度---是塑性材料選材和評(píng)定的依據(jù)。

材料的屈服點(diǎn)越高，允許的工作應(yīng)力也就越高，則零件的截面尺寸及自身質(zhì)量就可減小。因此，材料的屈服點(diǎn)或規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力是機(jī)械零件設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是評(píng)定金屬材料性能的重要指標(biāo)。注《金屬材料及熱處理》62二、金屬材料的常用強(qiáng)度指標(biāo)623抗拉強(qiáng)度（Rm/σb）定義：材料在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力。用符號(hào)：Rm或σb表示它表示金屬材料抵抗大量塑性變形的能力。試樣屈服后的最大載荷Rm/σbRe/σsσe《金屬材料及熱處理》b強(qiáng)化階段縮頸階段63二、金屬材料的常用強(qiáng)度指標(biāo)633抗拉強(qiáng)度（Rm/σb）注：

Re/

s

、Rm/σb

是設(shè)計(jì)與選材的重要依據(jù)零件在工作中所承受的應(yīng)力，不允許超過(guò)抗拉強(qiáng)度，否則會(huì)產(chǎn)生斷裂?？估瓘?qiáng)度也是機(jī)械零件設(shè)計(jì)和選材的重要依據(jù)。特別是對(duì)脆性材料來(lái)講?！督饘俨牧霞盁崽幚怼范?、金屬材料的常用強(qiáng)度指標(biāo)Rm/σbRe/σsσeRe（

s

）

、Rm（σb）是設(shè)計(jì)與選材的重要依據(jù)注意一般機(jī)件都有是在彈性狀態(tài)下工作，不允許有微小的塑性變形，更不允許工作應(yīng)力大于Rm

，因此，Re(

σs

)、Rm（

σb）作為選擇材料的依據(jù)。屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值Re/Rm（σS

/σb）稱為屈強(qiáng)比。屈強(qiáng)比小，工程構(gòu)件的可靠性高，說(shuō)明即使外載荷或某些意外因素使金屬變形，也不至于立即斷裂。但若屈強(qiáng)比過(guò)小，則材料強(qiáng)度的有效利用率太低。64《金屬材料及熱處理》二、金屬材料的常用強(qiáng)度指標(biāo)交變應(yīng)力：應(yīng)力的大小和方向隨時(shí)間發(fā)生周期性變化。疲勞斷口上可清楚顯示疲勞裂紋源、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和最后斷裂區(qū)。所以，根據(jù)斷口就可判斷是否發(fā)生疲勞斷裂。654疲勞強(qiáng)度（S）《金屬材料及熱處理》疲勞斷裂：零件在交變應(yīng)力作用下，即使交變應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料的屈服強(qiáng)度Re(

s

)時(shí)，經(jīng)過(guò)一定循環(huán)周次后仍會(huì)發(fā)生斷裂的現(xiàn)象稱之為疲勞斷裂。

疲勞斷裂過(guò)程：裂紋萌生、疲勞裂紋擴(kuò)展、最后斷裂。疲勞源區(qū)和疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)的微觀形貌二、金屬材料的常用強(qiáng)度指標(biāo)一個(gè)疲勞源兩個(gè)疲勞源微裂紋疲勞條紋疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)疲勞源區(qū)66《金屬材料及熱處理》疲勞強(qiáng)度試驗(yàn):二、金屬材料的常用強(qiáng)度指標(biāo)實(shí)際的疲勞極限指的是能經(jīng)受N次循環(huán)而不發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值。通常采用的是旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)。規(guī)定一個(gè)循環(huán)數(shù)作為“實(shí)驗(yàn)基數(shù)”。國(guó)標(biāo)規(guī)定N次循環(huán)（一般試驗(yàn)時(shí)規(guī)定鋼鐵材料經(jīng)受l07次循環(huán)，非鐵金屬經(jīng)受108次循環(huán)）后的疲勞強(qiáng)度用σN表示。674疲勞強(qiáng)度（S）疲勞強(qiáng)度是指材料在無(wú)限多次交變載荷作用而不會(huì)產(chǎn)生破壞的最大應(yīng)力，稱為疲勞強(qiáng)度或疲勞極限。《金屬材料及熱處理》當(dāng)零件所受的應(yīng)力低于某一值時(shí)，即使循環(huán)周次無(wú)窮多也不發(fā)生斷裂，稱此應(yīng)力值為疲勞強(qiáng)度或疲勞極限二、金屬材料的常用強(qiáng)度指標(biāo)鋼鐵：N=107非鐵金屬：

N=108N—循環(huán)基數(shù)影響疲勞強(qiáng)度的因素:內(nèi)部缺陷、表面劃痕、殘留應(yīng)力等684疲勞強(qiáng)度（S）《金屬材料及熱處理》疲勞斷裂是零構(gòu)件常見(jiàn)的一種失效形式，它是一種脆性斷裂，危害很大。影響疲勞抗力的因素：載荷類型、材料本質(zhì)、零件表面狀態(tài)、工作溫度、腐蝕介質(zhì)等。提高疲勞抗力的方法：設(shè)計(jì)上減小應(yīng)力集中；降低表面粗糙度值，強(qiáng)化表面。二、金屬材料的常用強(qiáng)度指標(biāo)694疲勞強(qiáng)度（S）《金屬材料及熱處理》據(jù)統(tǒng)計(jì)，在機(jī)械零件的斷裂中，80％以上都屬于疲勞斷裂。。1943年美國(guó)T-2油輪發(fā)生斷裂二、金屬材料的常用強(qiáng)度指標(biāo)70《金屬材料及熱處理》典型案例：低碳鋼的低應(yīng)力斷裂事故分析：由于構(gòu)件中宏觀裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展造成，裂紋源總是從內(nèi)部的宏觀缺陷開(kāi)始的?！督饘俨牧霞盁崽幚怼啡蝿?wù)1.1：認(rèn)識(shí)金屬材料的力學(xué)性能項(xiàng)目1金屬材料的性能與檢測(cè)71什么是金屬材料的性能？金屬材料及熱處理金屬材料的性能是用來(lái)表征材料在給定外界條件下的行為參量，當(dāng)外界條件發(fā)生變化時(shí)，同一種材料的某些性能也會(huì)隨之發(fā)生變化。。73一、金屬材料的性能73金屬材料的性能使用性能工藝性能力學(xué)性能物理性能化學(xué)性能鑄造性能鍛壓性能熱處理性能焊接性能切削加工性能應(yīng)用范圍安全性使用壽命可加工性《金屬材料及熱處理》74一、金屬材料的性能74力學(xué)性能：

強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性、疲勞強(qiáng)度等物理性能：密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性、磁性等；化學(xué)性能：耐腐蝕性、抗氧化性、化學(xué)穩(wěn)定性等；工藝性能：鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性、熱處理工藝性能等《金屬材料及熱處理》75二、金屬材料的力學(xué)性能75力學(xué)性能：材料在各種載荷（外力）作用下所表現(xiàn)出來(lái)的抵抗變形和破壞的能力以及接受變形的能力。主要指標(biāo)：強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性、疲勞強(qiáng)度等。→零件設(shè)計(jì)、材料選擇、工藝評(píng)定的依據(jù)?！督饘俨牧霞盁崽幚怼?6三、金屬材料的力學(xué)性能類別76強(qiáng)度指標(biāo)1.彈性極限2.屈服強(qiáng)度3.抗拉強(qiáng)度4.疲勞強(qiáng)度1《金屬材料及熱處理》強(qiáng)度是指材料在外力作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力。由于所受載荷的形式不同，金屬材料的強(qiáng)度可分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度等。強(qiáng)

度77三、金屬材料的力學(xué)性能類別77剛度指標(biāo)1.彈性模量2《金屬材料及熱處理》剛度是指材料在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力，它表征了材料彈性變形的難易程度。彈性模量指的是在應(yīng)力—應(yīng)變曲線上完全彈性變形階段中應(yīng)力與應(yīng)變的比值。剛

度78三、金屬材料的力學(xué)性能類別783《金屬材料及熱處理》塑性是指金屬材料在載荷作用下斷裂前發(fā)生不可恢復(fù)的永久變形的能力。塑

性塑性指標(biāo)1.斷后伸長(zhǎng)率2.斷面收縮率4材料在沖擊載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力稱為沖擊韌性，簡(jiǎn)稱韌性。韌

性韌性指標(biāo)1.沖擊吸收能量2.斷裂韌度79三、金屬材料的力學(xué)性能類別795《金屬材料及熱處理》硬度是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)，是材料抵抗比它更硬的物體壓入的能力硬度硬度指標(biāo)1.布氏硬度2.洛氏硬度3.維氏硬度硬度是金屬材料力學(xué)性能的一個(gè)綜合物理量，也就是說(shuō)，在一定程度上，硬度高低也同時(shí)反映了金屬材料的強(qiáng)度、塑性的大小。8080延遲符強(qiáng)度指標(biāo)1.彈性極限2.屈服強(qiáng)度3.抗拉強(qiáng)度4.疲勞強(qiáng)度剛度指標(biāo)1.彈性模量塑性指標(biāo)1.斷后伸長(zhǎng)率2.斷面收縮率硬度指標(biāo)1.布氏硬度2.洛氏硬度3.維氏硬度韌性指標(biāo)1.沖擊吸收能量2.斷裂韌度12345《金屬材料及熱處理》三、金屬材料的力學(xué)性能類別81四、力學(xué)性能與失效形式的關(guān)系81延遲符力學(xué)性能強(qiáng)度塑性剛度硬度韌性疲勞強(qiáng)度失效形式斷裂塑性變形過(guò)量彈變磨損《金屬材料及熱處理》82五、材料性能的實(shí)質(zhì)及意義82延遲符決定材料性能實(shí)質(zhì)：構(gòu)成材料原子的類型：材料的成分描述了組成材料的元素種類以及各自占有的比例。材料中原子的排列方式：原子的排列方式除了和元素自身的性質(zhì)有關(guān)以外，還和材料經(jīng)歷的生產(chǎn)加工過(guò)程有密切的關(guān)系。研究的意義：性能決定了材料的用途。性能決定了材料和零部件生產(chǎn)方法。性能的變化規(guī)律為改變材料性能達(dá)到人們需求提供途徑。《金屬材料及熱處理》知識(shí)點(diǎn)2：金屬材料的化學(xué)性能

項(xiàng)目1金屬材料的性能與檢測(cè)《金屬材料及熱處理》任務(wù)1.2：認(rèn)識(shí)金屬材料的物理和化學(xué)性能838484化學(xué)性能：是指金屬在室溫或者高溫抵抗各種介質(zhì)的化學(xué)侵蝕的能力。耐腐蝕性金屬材料在常溫下抵抗周圍介質(zhì)腐蝕破壞作用的能力。高溫抗氧化性金屬材料在加熱時(shí)抵抗氧化作用的能力?；瘜W(xué)穩(wěn)定性金屬材料在室溫或高溫時(shí)抵抗各種化學(xué)作用的能力。=耐腐蝕性+抗氧化性《金屬材料及熱處理》一、金屬材料的化學(xué)性能類別二、金屬材料的化學(xué)性能金屬材料在常溫下抵抗氧、水蒸氣等化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞作用的能力。1耐腐蝕性腐蝕也是零件失效的一個(gè)主要原因，根據(jù)零件的工作環(huán)境的不同，在選擇材料制造零件時(shí)要特別注意考慮材料耐不同介質(zhì)腐蝕的能力。85《金屬材料及熱處理》二、金屬材料的化學(xué)性能1耐腐蝕性例如鈦和鈦合金耐腐蝕性能遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼，即使把它們放在海水中數(shù)年，取出后仍光亮如新。廣泛用于醫(yī)學(xué)、航天等領(lǐng)域。86《金屬材料及熱處理》金屬材料在加熱時(shí)抵抗氧化作用的能力。二、金屬材料的化學(xué)性能2高溫抗氧化性材料在使用過(guò)程中，尤其是在高溫下使用要考慮材料的抗氧化性。例如：在鑄造、鍛造、熱處理、焊接等熱加工作業(yè)時(shí)，會(huì)發(fā)生氧化現(xiàn)象；避免氧化的方法：還原保護(hù)性氣體87《金屬材料及熱處理》金屬材料在室溫或高溫時(shí)抵抗各種化學(xué)作用的能力。=耐腐蝕性+抗氧化性二、金屬材料的化學(xué)性能3化學(xué)穩(wěn)定性88《金屬材料及熱處理》在海水、酸、堿等腐蝕環(huán)境中工作的零件，應(yīng)選擇化學(xué)穩(wěn)定性良好的材料，例如化工設(shè)備通常采用不銹鋼來(lái)制造。二、金屬材料的化學(xué)性能3化學(xué)穩(wěn)定性金屬材料在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性---熱穩(wěn)定性。用于制造在高溫下工作的零件的金屬材料，要有良好的熱穩(wěn)定性。89《金屬材料及熱處理》在高溫下工作的熱能設(shè)備(鍋爐、汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等)上的零件，應(yīng)選擇熱穩(wěn)定性好的材料制造；90知識(shí)點(diǎn)1：金屬材料的物理性能

《金屬材料及熱處理》項(xiàng)目1金屬材料的性能與檢測(cè)任務(wù)1.2：認(rèn)識(shí)金屬材料的物理和化學(xué)性能9091一、金屬材料的物理性能類別91（一）密度（二）熱學(xué)性能⒈熔點(diǎn)；⒉導(dǎo)熱性；⒊熱膨脹性；（三）電學(xué)性能⒈電阻率ρ；⒉電阻溫度系數(shù)；⒊介電性（四）磁學(xué)性能1.磁導(dǎo)率；2.磁化強(qiáng)度金屬材料在重力、溫度、電磁等各種物理?xiàng)l件使用下所表現(xiàn)出的性能。《金屬材料及熱處理》92二、金屬材料的物理性能921密度定義：?jiǎn)挝惑w積金屬材料的質(zhì)量按密度大小分類輕金屬：ρ＜5.0×103kg/m3

如鋁、鎂重金屬：ρ＞5.0×103kg/m3如銅、鎳單位：1g/cm3=103kg/m3密度最大的金屬是：鋨ρ=22.57g/cm3不同材料的密度是不同的，是選擇材料重要性能指標(biāo)之一?！督饘俨牧霞盁崽幚怼?3二、金屬材料的物理性能931密度《金屬材料及熱處理》抗拉強(qiáng)度Rm與密度ρ之比稱為比強(qiáng)度；彈性模量E與密度ρ之比稱為比彈性模量。這兩者也是衡量某些零件材料性能的重要指標(biāo)。如密度大的材料將增加零件的重量，降低零件單位重量的強(qiáng)度，即降低比強(qiáng)度。常用材料的密度表材料鉛鋼鐵鈦鋁錫鎢塑料玻璃鋼碳纖維復(fù)合材料密度/(g/cm3)1l.38.97.84.52.77.2819.30.9~2.22.01.1~1.694二、金屬材料的物理性能942熔點(diǎn)定義：金屬材料從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度。單位：攝氏度℃按熔點(diǎn)分類低熔點(diǎn)金屬：T＜1000℃,例：鉛，錫純金屬有固定的熔點(diǎn)；合金的熔點(diǎn)取決于成分；陶瓷的熔點(diǎn)一般都顯著高于金屬及合金的熔點(diǎn)，而高分子材料一般不是完全晶體，沒(méi)有固定的熔點(diǎn)。高熔點(diǎn)金屬：2000℃＜

T,例：鎢，鉬，釩中熔點(diǎn)金屬：1000℃＜

T＜2000℃,例：鐵是金屬和合金在冶煉鑄造、焊接時(shí)重要的工藝參數(shù)《金屬材料及熱處理》95二、金屬材料的物理性能952熔點(diǎn)按熔化難易分類易熔金屬：T＜320℃使用舉例：熔斷器和防火安全閥等難熔金屬：T＞1800℃使用舉例：飛船外殼、火箭、導(dǎo)彈、燃?xì)廨啓C(jī)和噴氣飛機(jī)等《金屬材料及熱處理》96二、金屬材料的物理性能962熔點(diǎn)《金屬材料及熱處理》對(duì)于熱加工材料，熔點(diǎn)是制定熱加工工藝的重要依據(jù)之一，例如，鑄鐵和鑄鋁熔點(diǎn)不同，所以它們的熔煉工藝也有較大區(qū)別。常用材料的熔點(diǎn)材料鎢鈦鐵碳鋼鑄鐵銅鋁鋁合金鉍錫熔點(diǎn)/℃3380167715381450～15001279～11481083660.1447～575271.3231.997二、金屬材料的物理性能973導(dǎo)熱性熱導(dǎo)率越大，導(dǎo)熱性越好。一般來(lái)說(shuō)，金屬越純，導(dǎo)熱能力越強(qiáng)；金屬導(dǎo)熱能力以銀最好，銅、鋁次之；金屬和合金的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)高于非金屬材料，而合金的導(dǎo)熱性比純金屬差；定義：金屬材料傳導(dǎo)熱量的能力制定焊接、鑄造、鍛造和熱處理工藝時(shí)，必須考慮。《金屬材料及熱處理》導(dǎo)熱性能是工程上選擇保溫或熱交換材料的重要依據(jù)之一，也是確定機(jī)件熱處理保溫時(shí)間的一個(gè)參數(shù)。熱導(dǎo)率(也稱導(dǎo)熱系數(shù))λ：表示金屬材料導(dǎo)熱性能的優(yōu)劣。98二、金屬材料的物理性能984熱膨脹性實(shí)際工作中需要考慮熱膨脹的影響舉例：1、鋪設(shè)鐵軌，架設(shè)橋梁2、精密測(cè)量工具3、測(cè)量尺寸4、材料的熱加工工藝定義：金屬材料隨溫度變化體積發(fā)生膨脹或收縮的特性。表征-線膨脹系數(shù)α：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的材料在溫度升高1℃時(shí)的伸長(zhǎng)量。陶瓷的熱膨脹系數(shù)最低，金屬次之，高分子材料最高。如：鐵在0-100℃，α=11.76×10-6℃-1《金屬材料及熱處理》99二、金屬材料的物理性能995導(dǎo)電性金屬的電阻率隨著溫度升高而升高；根據(jù)導(dǎo)電性材料分為導(dǎo)體和絕緣體；金屬材料中導(dǎo)電性能最好的是銀、銅、鋁；合金的導(dǎo)電性比純金屬差定義：金屬材料傳導(dǎo)電流的性能。表征---電阻率ρ

利用舉例：導(dǎo)電性好的用作導(dǎo)電材料；導(dǎo)電性差的用作電阻、電熱元件；沒(méi)有導(dǎo)電性的用作絕緣材料《金屬材料及熱處理》100二、金屬材料的物理性能1005導(dǎo)磁性定義：金屬材料導(dǎo)磁的性能。鐵磁性材料在外加磁場(chǎng)中，能強(qiáng)烈被磁化的金屬材料如：鐵、鈷、鎳等順磁性材料在外加磁場(chǎng)中，呈現(xiàn)十分微弱磁性的金屬材料如：錳、鉻、鉬等抗磁性材料能夠抗拒或減弱外加磁場(chǎng)磁化作用的金屬材料如：銅、金、銀、鉛、鋅等注意：磁性不是固定不變的?！督饘俨牧霞盁崽幚怼疯F磁性材料可用于制造變壓器、電動(dòng)機(jī)、測(cè)量?jī)x表等?？勾判圆牧蟿t用于要求避免電磁場(chǎng)干擾的零件和結(jié)構(gòu)材料，如航海羅盤(pán)。任務(wù)1.3：認(rèn)識(shí)金屬材料的工藝性能知識(shí)點(diǎn)1：金屬材料的工藝性能

《金屬材料及熱處理》項(xiàng)目1金屬材料的性能與檢測(cè)101102金屬材料的工藝性能102《金屬材料及熱處理》金屬材料從鐵礦石經(jīng)過(guò)冶煉、鑄造、鍛造、軋制、熱處理及機(jī)械加工，到成品的生產(chǎn)過(guò)程中，在各種加工條件下表現(xiàn)出來(lái)各種工藝性能。工藝性能：是指材料在制造機(jī)械零件和工具的過(guò)程中，采用某種加工工藝制成