附录C 常用铝合金、不锈钢、铜、锌合金板的化学成分与力学性能C.0.1热镀锌、镀铝锌钢板基板的化学成分（熔炼分析）应符合表C.0.1的规定。
表C.0.1 热镀锌、镀铝锌钢板基板的化学成分
C.0.2 热镀锌、镀铝锌钢板基板的力学性能应符合表C.0.2的规定。
表C.0.2 热镀锌、镀铝锌钢板基板的力学性能
注：1 拉伸试验的方向为纵向（沿轧制方向）；
2 屈服现象不明显时采用R p0.2，否则采用R eH；
3 结构钢强度级别300 MPa仅限于热镀铝锌钢板。
C.0.3 常用铝合金板化学成分应符合表C.0.3的规定。
表C.0.3 常用铝合金板化学成分表
C.0.4常用铝合金板力学性能应符合表C.0.4的规定。
表C.0.4常用铝合金板力学性能表
注：1 本表铝合金板厚为0.6mm～1.5mm；
2 3105板、带材弯曲180°，其他板、带材弯曲90°。t为板或带材的厚度。
C.0.5常用不锈钢板化学成分应符合表C.0.5的规定。
表C.0.5 常用不锈钢板化学成分表
注：表中所列成分除表明范围，其余均为最大值。
C.0.6常用不锈钢板力学性能应符合表C.0.6的规定。
表C.0.6 常用不锈钢板力学性能表
注：本表参考牌号参考美国《不锈钢和耐热铬钢板,薄板及带材规范》ANSI/ASTM A176及日本《不锈钢棒》JIS G4303、《耐热钢棒》JIS G4311、《冷轧不锈钢板材、薄板和带材》 JIS G4305等标准。
C.0.7常用锌合金板化学成分应符合表C.0.7的规定。
表C.0.7 常用锌合金板化学成分表
其中锌的纯度应为99.995%。
C.0.8常用锌合金板力学性能应符合表C.0.8的规定。
表C.0.8 常用锌合金板力学性能表
C.0.9常用铜合金板化学成分应符合表C.0.9的规定。
表C.0.9 常用铜合金板化学成分表
C.0.10常用铜合金板力学性能应符合表C.0.10的规定。
表C.0.10 常用铜合金板力学性能表
00Cr17Ni14Mo2不锈钢 (316L不锈钢 ) SUS316（L）- 00Cr17Ni14Mo2 添加了Mo(2～3%)达到优秀的耐孔蚀和耐腐蚀性，高温Creep强度优秀 特性及实用用途： 化学成分：（单位：wt%) 机械性能： SUS304不锈钢-0Cr18Ni9不锈钢材质性能及用途介绍 作为AUSTENITE系的基本钢种耐腐蚀性、耐热性、低温强度、机械性能优秀，热处理后不发生硬化，几乎没有磁性 特性及实用用途：
化学成分：（单位：wt%) 机械性能： SUS317L不锈钢-00Cr19Ni13Mo3不锈钢材质性能介绍 化学成分：（单位：wt％） 机械性能：
SUS 430不锈钢钢种介绍 1、概要 含有17% Cr, 在高温以混合相(α+γ)形式存在，1000OC以下是α单相的BCC结构。广泛使用的铁素体系不锈钢。 2、特点 1）深冲性能优秀，类似于304钢； 2）对氧化性酸有很强的耐腐蚀性，对碱液及大部分有机酸和无机酸也有一定的耐腐蚀能力；耐应力腐蚀开裂能力强于304钢种； 3）热膨胀系数低于304钢种，耐氧化能力高，适合于耐热设备； 4）冷轧产品外观光亮度好，漂亮； 5)和304比较,价格便宜,作为304钢种的替代钢种。 2、适用范围 主要用作在温和的大气中高抛光装饰用途，如燃气灶表面, 家电部件, 餐具, 建筑内装饰用，洗涤槽, 洗衣机内桶等。 6、热处理 熔点：1425~15100C； 退火：780~8500C。 7、使用状态 1）退火状态： NO.1，2D，2B，N0.4，HL，BA，Mirror,以及各种其他表面处理状态 8、使用注意事项 - 相对304，拉伸性能、焊接性能较差； - 由于是铁素体不锈钢，强度相对较低，加工硬化能力也低，选择使用时应该注意；
不锈钢的物理性能不锈钢和碳钢的物理性能数据对比，碳钢的密度略高于铁素体和马氏体型不锈钢，而略低于奥氏体型不锈钢；电阻率按碳钢、铁素体型、马氏体型和奥氏体型不锈钢排序递增；线膨胀系数大小的排序也类似，奥氏体型不锈钢最高而碳钢最小；碳钢、铁素体型和马氏体型不锈钢有磁性，奥氏体型不锈钢无磁性，但其冷加工硬化生成成氏体相变时将会产生磁性，可用热处理方法来消除这种马氏体组织而恢复其无磁性。奥氏体型不锈钢与碳钢相比，具有下列特点：1）高的电阴率，约为碳钢的5倍。2）大的线膨胀系数，比碳钢大40％，并随着温度的升高，线膨胀系数的数值也相应地提高。3）低的热导率，约为碳钢的1/3。不锈钢的力学性不论不锈钢板还是耐热钢板，奥氏体型的钢板的综合性能最好，既有足够的强度，又有极好的塑性同时硬度也不高，这也是它们被广泛采用的原因之一。奥氏体型不锈钢同绝大多数的其它金属材料相似，其抗拉强度、屈服强度和硬度，随着温度的降低而提高；塑性则随着温度降低而减小。其抗拉强度在温度15~80°C范围内增长是较为均匀的。更重要的是：随着温度的降低，其冲击韧度减少缓慢，并不存在脆性转变温度。所以不锈钢在低温时能保持足够的塑性和韧性。不锈钢的耐热性能耐热性能是指高温下，既有抗氧化或耐气体介质腐蚀的性能即热稳定性，同时在高温时双有足够的强度即热强性。不锈钢国际标准标准标准标准名GB 中华人民共和国国家标准（国家技术监督局）KS 韩国工业标准协会规格Korean Standard AISI 美国钢铁协会规格America Iron and Steel Institute SAE 美国汽车技术者协会规格Society of Automative Engineers ASTM 美国材料试验协会规格American Society for Testing and Material AWS 美国焊接协会规格American Welding Society ASME 美国机械技术者协会规格American Society of Mechanical Engineers BS 英国标准规格British Standard DIN 德国标准规格Deutsch Industria Normen CAS 加拿大标准规格Canadian Standard Associatoin API 美国石油协会规格American Petroleum Association KR 韩国船舶协会规格Korean Resister of Shipping NK 日本省事协会规格Hihon Kanji Koki LR 英国船舶协会规格Llouds Register of Shipping AB 美国舰艇协会规格American Bureau of Shipping JIS 日本工业标准协会规格Japanese Standard 316和316L不锈钢316和317不锈钢（317不锈钢的性能见后）是含钼不锈钢种。317不锈钢中的钼含量略高明于316不锈钢.由于钢中钼，该钢种总的性能优于310和304不锈钢，高温条件下，当硫酸的浓度低于15％和高于85％时，316不锈钢具有广泛的用途。316不锈钢还具有良好的而氯化物侵蚀的性能，所以通常用于海洋环境。316L不锈钢的最大碳含量0.03,可用于焊接后不能进行退火和需要最大耐腐蚀性的用途中。耐腐蚀性：耐腐蚀性能优于304不锈钢，在浆和造纸的生产过程中具有良好的耐腐蚀的性能。而且316不锈钢还耐海洋和侵蚀性工业大气的侵蚀。耐热性：在1600度以下的间断使用和在1700度以下的连续使用中，316不锈钢具有好的耐氧化性能：在800-1575度的范围内，最好不要连续作用316不锈钢，但在该温度范围以外连续使用316不锈钢时，该不锈钢具有良好的耐热性。316L不锈钢的耐碳化物析出的性能比316不锈钢更好，可用上述温度范围。热处理：在1850-2050度的温度范围内进行退火，然后迅速退火，然后迅速冷却。316不锈钢不能过热处理进行硬化。焊接：316不锈钢具有良好的焊接性能。可采用所有标准的焊接方法进行焊接。焊接时可根据用途，分别采用316Cb、316L或309Cb不锈钢填料棒或焊条进行焊接。为获得最佳的耐腐蚀性能，316不锈钢钢的焊接断面需要进行焊后退火处理。如果使用316L不锈钢，不需要进行焊后退火处理。典型用途：纸浆和造纸用设备热交换器、染色设备、胶片冲洗设备、管道、沿海区域建筑物外部用材料。不锈钢加工及施工Drawing深加工：易产生磨擦热量所以使用耐压、耐热性高不锈钢种同时成型加工结束后应除掉表面附着的油。焊接：焊接之前应彻底除掉有害于焊接的锈、油、水份、油漆等，选定适合钢种的焊条。点焊时间距比碳钢点焊间距短，除掉焊渣时应使用不锈钢刷。焊完以后，为了防止局部腐蚀或强度下降，应对表面进行研磨处理或清洗。切断以及冲压：由于不锈钢比一般材料强度高，所以冲压以及剪切时需要更高的压力，而刀与刀间隙准确时才能不发生切变不良和加工硬化，最好采用等离子或激光切断，当不得不采用气割或电弧切断时，对热影响区进行研磨以及必要进行热处理。折弯加工：簿板可以折弯到180，但为了减少弯面的裂纹同半径大小最好2倍板厚的，厚板沿压延方向时给2倍板厚半径，与压延垂直方
纯铝的强度低，不宜用来制作承受载荷的结构零件。向铝中加入适量的硅、铜、镁、锰等合金元素，可制成强度较高的铝合金，若在经冷变形强化或热处理，可进一步提高强度。 根据铝合金的成分和生产工艺特点,通常分为形变与铸造铝合金两大类.工业上应用的主要有铝-锰,铝-镁,铝-镁-铜,铝-镁-硅-铜,铝-锌-镁-铜等合金.变形铝合金也叫熟铝合金,据其成分和性能特点又分为防锈铝,硬铝,超硬铝,锻铝和 特殊铝等五种. 铝合金是纯铝加入一些合金元素制成的，如铝—锰合金、铝—铜合金、铝—铜—镁系硬铝合金、铝—锌—镁—铜系超硬铝合金。铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类，各种类均有各自的使用范围，并有各自的代号，以供使用者选用。 铝合金基本常识 一、分类：展伸材料分非热处理合金及热处理合金 1.1 非热处理合金：纯铝—1000系，铝锰系合金—3000系，铝矽系合金—4000系，铝镁系合金—5000系。 1.2 热处理合金：铝铜镁系合金—2000系，铝镁矽系合金—6000系，铝锌镁系合金—7000系。 二、合金编号：我国目前通用的是美国铝业协会〈Aluminium Association〉的编号。兹举 例说明如下：1070-H14(纯铝)
2017-T4(热处理合金) 3004-H32(非热处理合金) 2.1第一位数：表示主要添加合金元素。 1：纯铝 2：主要添加合金元素为铜 3：主要添加合金元素为锰或锰与镁 4：主要添加合金元素为矽 5：主要添加合金元素为镁 6：主要添加合金元素为矽与镁 7：主要添加合金元素为锌与镁 8：不属於上列合金系的新合金 2.2第二位数：表示原合金中主要添加合金元素含量或杂质成分含量经修改的合金。 0：表原合金 1：表原合金经第一次修改 2：表原合金经第二次修改 2.3第三及四位数： 纯铝：表示原合金 合金：表示个别合金的代号 ＂-″：后面的Hn或Tn表示加工硬化的状态或热处理状态的鍊度符号-Hn ：表示非热处理合金的鍊度符号 -Tn ：表示热处理合金的鍊度符号 2 铝及铝合金的热处理 一、鍊度符号：若添加合金元素尚不足於完全符合要求，尚须藉冷加工、淬水、时效
铝合金的典型机械性能(Typical Mechanical Properties) 铝合金牌号 及状态拉伸强度(25°C MPa)屈服强度(25°C MPa)硬度500kg力10mm球延伸率 1.6mm(1/16in)厚度 5052-H112 175 195 60 12 5083-H112 180 211 65 14 6061-T651 310 276 95 12 7050-T7451 510 455 135 10 7075-T651 572 503 150 11 2024-T351 470 325 120 20 铝合金的典型物理性能(Typical Physical Properties) 铝合金牌号及状态热膨胀系数 (20-100℃) μm/m?k熔点范围 (℃)电导率20℃(68℉) (%IACS) 电阻率20℃(68℉) Ωmm2/m 密度(20℃)(g/cm3) 2024-T351 23.2 500-635 30 0.058 2.82 5052-H112 23.8 607-650 35 0.050 2.72 5083-H112 23.4 570-640 29 0.059 2.72 6061-T651 23.6 580-650 43 0.040 2.73 7050-T7451 23.5 490-630 41 0.0415 2.82 7075-T651 23.6 475-635 33 0.0515 2.82 铝合金的化学成份(Chemical Composition Limit Of Aluminum ) 合金 牌号硅Si 铁Fe 铜Cu 锰Mn 镁Mg 铬Cr 锌Zn 钛Ti 其它铝 每个合计最小值 2024 23.2 0.5 3.8-4.9 0.3-0.9 1.2-1.8 0.1 0.25 0.15 0.05 0.15 余量5052 25 0.4 0.1 0.1 2.2-2.8 0.15-0.35 0.1 -- 0.05 0.15 余量5083 23.8 0.4 0.1 0.3-1.0 4.0-4.9 0.05-0.25 0.25 0.15 0.05 0.15 余量6061 23.6 0.7 0.15-0.4 0.15 0.8-1.2 0.04-0.35 0.25 0.15 0.05 0.15 余 量 7050 23.5 0.15 20.-2.6 0.1 1.9-2.6 0.04 5.7-6.7 0.06 0.05 0.15 余量7075 23.6 0.5 1.2-2.0 0.3 2.1-2.9 0.18-0.28 5.1-6.1 0.2 0.05 0.15 余 量 美铝典型应用领域 用途 2024 5052 5083 6061 7050 7075 农业 -- ● -- ● -- -- 航空器● -- -- ●●● 模具 -- ● -- ● -- ● 机械设备●● -- ●●● 五金零件 -- -- -- ● -- -- 建筑 -- ● -- ● -- --
附录A 结构用铝合金材料力学性能 常见结构用铝合金板、带材力学性能（标准值）可按表A-1采用，结构用铝合金棒、管、型材力学性能（标准值）可按表A-2采用。结构用铝合金板、带、棒、管、型材的化学成分可按表A-3采用。 表A-1 结构用铝合金板、带材力学性能标准值
注：1. 伸长率标准值中，A适用于厚度不大于12.5mm的板材，A适用于厚度大于12.5mm的板材。502. 表中焊接折减系数的数值适用于材料焊接后存放的环境温度大于10℃，存放时间大于3d（6XXX系列）或30d（7XXX系列）的情况。 3. 表中焊接折减系数的数值适用于厚度不超过15mm的MIG焊，以及3xxx系列、5xxx系列合金和8011A合金厚度不超
过6mm的TIG焊。对于6xxx系列和7xxx系列合金厚度不超过6mm的TIG焊，焊接折减系数的数值必须乘以0.8。当厚度超过上述规定，如无试验结果或国内外相关规范规定，3xxx系列、5xxx系列合金和8011A合金焊接折减系数的数值必须乘以0.9，6xxx系列和7xxx系列合金焊接折减系数的数值必须乘状态不需进行上述折减。O焊）。对于TIG（0.64焊）或MIG（0.8以． 表A-2 结构用铝合金棒、管、型材力学性能标准值
适用于厚度（或直的板（或棒）材，A注：1. 伸长率标准值中，A适用于厚度（或直径）不大于12.5mm50 12.5mm的板（或棒）材。径）大于系6XXX（2. 表中焊接折减系数的数值适用于材料焊接后存放的环境温度大于10℃，存放时间大于3d 系列）的情况。列）或30d（7XXX8011A系列合金和MIG焊，以及3xxx系列、5xxx3. 表中焊接折减系数的数值适用于厚度不超过15mm的焊接折减系数的7xxx系列合金厚度不超过6mmTIG焊，合金厚度不超过6mm的TIG焊。对于6xxx系列和系列合。当厚度超过上述规定，如无试验结果或国内外相关规范规定，3xxx系列、5xxx的数值必须乘以0.8系列合金焊接折减系数的数值必须乘0.9，6xxx系列和7xxx金和8011A合金焊接折减系数的数值必须乘以TIG焊）。对于O状态不需进行上述折减。以0.8（MIG焊）或0.64（
静拉伸试验 一、实验目的 1、测45#钢的屈服强度s σ、抗拉强度m R 、断后伸长率δ和断面收缩率ψ。 2、测定铝合金的屈服强度s σ、抗拉强度m R 、断后伸长率δ和断面收缩率ψ。 3、观察并分析两种材料在拉伸过程中的各种现象。 二、使用设备 微机控制电子万能试验机、0.02mm 游标卡尺、试验分化器 三、试样 本试样采用经过机加工直径为10mm 左右的圆形截面比例试样，试样成分分别为铝合金和45#，各有数支。 四、实验原理 按照我国目前执行的国家 GB/T 228—2002标准—《金属材料 室温拉伸试验方法》的规定，在室温1035℃℃的范围内进行试验。将试样安装在试验机的夹头当中，然后开动试验机，使试样受到缓慢增加的拉力（一般应变速率应≤0.1m/s ），直到拉断为止，并且利用试验机的自动绘图装置绘出材料的拉伸图。 试验机自动绘图装置绘出的拉伸变形L ?主要是整个试样，而不仅仅是标距部分的伸长，还包括机器的弹性变形和试样在夹头中的滑动等因素，由于试样开始受力时，头部在头内的滑动较大，故绘出的拉伸图最初一段是曲线。 塑性材料与脆性材料的区别： （1）塑性材料： 脆性材料是指断后伸长率5%δ≥的材料，其从开始承受拉力直至试样被拉断，变形都比较大。塑性材料在发生断裂时，会发生明显的塑性变形，也会出现屈服和颈缩等现象； （2）脆性材料： 脆性材料是指断后伸长率5%δ<的材料，其从开始承受拉力直至试样被拉断，变形都很小。并且，大多数脆性材料在拉伸时的应力—应变曲线上都没有明显的直线段，几乎没有塑性变形，在断裂前不会出现明显的征兆，不会出现屈服和颈缩等现象，只有断裂时的应力值—强度极限。 脆性材料在承受拉力、变形记小时，就可以达到m F 而突然发生断裂，其抗拉强度也远远 小于45钢的抗拉强度。同样，由公式0m m R F S =即可得到其抗拉强度，而根据公式，10 l l l δ-=。 五、实验步骤 1、试样准备 用笔在试样间距0L （10cm ）处标记一下。用游标尺测量出中间横截面的平均直径，并且测出试样在拉伸前的一个总长度L 。 2、试验机准备：
铝合金的牌号、状态和性能 1 铝及铝合金的分类 纯铝比较软，富有延展性，易于塑性成形。如果根据各种不同的用途，要求具有更高的强度和改善材料的组织和其他各种性能，可以在纯铝中添加各种合金元素，生产出满足各种性能和用途的铝合金。 铝合金可加工成板、带、条、箔、管、棒、型、线、自由锻件和模锻件等加工材(变形铝合金)，也可加工成铸件、压铸件等铸造材(铸造铝合金)。 纯铝—1×××系，如1000合金 非热处理型合金Al-Mn系合金—3×××系，如3003合金 Al-Si系合金—4×××系，如4043合金变形铝合金Al-Mg系合金—5×××系，如5083合金 Al-Cu系合金—2×××系，如2024合金 热处理型合金Al-Mg-Si系合金—6×××系，如6063合金铝及Al-Zn-Mg系合金—7×××系，如7075合金铝合金Al-其它元素—8×××系，如8089合金 纯铝系 非热处理型合金Al-Si系合金，如ZL102合金 Al-Mg系合金，如ZL103合金 铸造铝合金Al-Cu-Si系合金，如ZL107合金 Al-Cu-Mg-Si系合金，如ZL110合金 热处理型合金Al-Mg-Si系合金，如ZL104合金 Al-Mg-Zn系合金，如ZL305合金
2 变形铝合金分类、牌号和状态表示法 3. 1 变形铝合金的分类 变形铝合金的分类方法很多，目前，世界上绝大部分国家通常按以下三种方法进行分类。 ⑴按合金状态图及热处理特点分为可热处理强化铝合金和不可热处理强化铝合金两大类。不可热处理强化铝合金（如：纯铝、Al-Mn、Al-Mg、Al-Si系合金）和可热处理强化铝合金（如：Al-Mg-Si、Al-Cu、Al-Zn-Mg系合金）。 ⑵按合金性能和用途可分为：工业纯铝、光辉铝合金、切削铝合金、耐热铝合金、低强度铝合金、中强度铝合金、高强度铝合金（硬铝）、超高强度铝合金（超硬铝）、锻造铝合金及特殊铝合金等。 ⑶按合金中所含主要元素成分可分为：工业纯铝（1×××系），Al-Cu合金（2×××系），Al-Mn合金（3×××系），Al-Si合金（4×××系），AL-Mg合金（5×××系），Al-Mg-Si 合金（6×××系），Al-Zn-Mg合金（7×××系），Al-其它元素合金（8×××系）及备用合金组（9×××系）。 这三种分类方法各有特点，有时相互交叉，相互补充。在工业生产中，大多数国家按第三种方法，即按合金中所含主要元素成分的4位数码法分类。这种分类方法能较本质的反映合金的基本性能，也便于编码、记忆和计算机管理。我国目前也采用4位数码法分类。 3.3 中国变形铝合金状态代号及表示方法 根据GB/T16475–1996标准规定，基础状态代号用一个英文大写字母表示。细分状态代号采用基础状态代号后跟一位、两位或多位阿拉伯数字表示。 3.3.1基础状态代号 3.3.2 细分状态代号 HXX状态 H后面的第一位数字表示获得该状态的基本处理程序 H1 ——单纯加工硬化状态 适用于未经附加热处理，只经加工硬化即获得所需强度的状态。
不锈钢的力学性能 材料的力学性能是指材料在不同环境（温度、介质、湿度）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。 一、强度（抗拉强度、屈服强度） 不锈钢的强度由各种因素来确定，但最重要的和最基本的因素是其中添加的不同化学元素，主要是金属元素。不同类型的不锈钢由于其化学成分的差异，就有不同的强度特性。 （1）马氏体型不锈钢 马氏体型不锈钢与普通合金钢一样具有通过淬火实现硬化的特性，因此可通过选择牌号及热处理条件来得到较大范围的不同的力学性能。 马氏体型不锈钢从大的方面来区分，属于铁—铬—碳系不锈钢.进而可分为马氏体铬系不锈钢和马氏体铬镍系不锈钢。在马氏体铬系不锈钢中添加铬、碳和钼等元素时强度的变化趋势和在马氏体铬镍系不锈钢中添加镍的强度特性如下所述。 马氏体铬系不锈钢在淬火—回火条件下，增加铬的含量可使铁素体含量增加，因而会降低硬度和抗拉强度。低碳马氏体铬不锈钢在退火条件下，当铬含量增加时硬度有所提高，而延伸率略有下降。在铬含量一定的条件下，碳含量的增加使钢在淬火后的硬度也随之增加，而塑性降低。添加钼的主要目的是提高钢的强度、硬度及二次硬化效果。在进行低温淬火后，钼的添加效果十分明显。含量通常少于1%。 在马氏体铬镍系不锈钢中，含一定量的镍可降低钢中的δ铁素体含量，使钢得到最大硬度值。 马氏体型不锈钢的化学成分特征是，在0.1%----1.0%C，12%---27%Cr的不同成分组合基础上添加钼、钨、钒和铌等元素。由于组织结构为体心立方结构，因而在高温下强度急剧下降。而在600℃以下，高温强度在各类不锈钢中最高，蠕变强度也最高。 （2）铁素体型不锈钢 据研究结果，当铬含量小于25%时铁素体组织会抑制马氏体组织的形成，因而随铬含量的增加其强度下降；高于25%时由于合金的固溶强化作用，强度略有
《工程材料力学性能》课后答案 机械工业出版社 2008第2版 第一章 单向静拉伸力学性能 1、 试述退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸力-伸长曲线图上的区别？为什么？ 2、 决定金属屈服强度的因素有哪些？【P12】 答：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。 外在因素：温度、应变速率和应力状态。 3、 试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？【P21】 答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。 4、 剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂，为什么断裂性质完全不同？【P23】 答：剪切断裂是在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离，一般是韧性断裂，而解理断裂是在正应力作用以极快的速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，解理断裂通常是脆性断裂。 5、 何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？ 答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。上述断口三区域的形态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。 6、 论述格雷菲斯裂纹理论分析问题的思路，推导格雷菲斯方程，并指出该理论的局限性。 【P32】 答： 212?? ? ??=a E s c πγσ，只适用于脆性固体,也就是只适用于那些裂纹尖端塑性变形可以忽略的情况。 第二章 金属在其他静载荷下的力学性能 一、解释下列名词： （1）应力状态软性系数—— 材料或工件所承受的最大切应力τmax 和最大正应力σmax 比值，即： () 32131max max 5.02σσσσσστα+--== 【新书P39 旧书P46】 （2）缺口效应—— 绝大多数机件的横截面都不是均匀而无变化的光滑体，往往存在截面的急剧变化，如键槽、油孔、轴肩、螺纹、退刀槽及焊缝等，这种截面变化的部分可视为“缺口”，由于缺口的存在，在载荷作用下缺口截面上的应力状态将发生变化，产生所谓的缺口效应。【P44 P53】 （3）缺口敏感度——缺口试样的抗拉强度σbn 的与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb 的比值，称为缺口敏感度，即： 【P47 P55 】 （4）布氏硬度——用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。【P49 P58】 （5）洛氏硬度——采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度所表示的硬度【P51 P60】。 （6）维氏硬度——以两相对面夹角为136。的金刚石四棱锥作压头，采用单位面积所承
材料力学性能课后答案(整理版) 1、解释下列名词。 1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。 3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。 6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。 韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b的台阶。 8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。是解理台阶的一种标志。 9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。 10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。 沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。 11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变 12.弹性不完整性：理想的弹性体是不存在的，多数工程材料弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象,称之为弹性不完整性。弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等决定金属屈服强度的因素有哪些？ 答：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。外在因素：温度、应变速率和应力状态。 2、试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？ 答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。 3、剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂，为什么断裂性质完全不同？ 答：剪切断裂是在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离，一般是韧性断裂，而解理断裂是在正应力作用以极快的速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，解理断裂通常是脆性断裂。 4、何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？ 答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。上述断口三区域的形态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。5、论述格雷菲斯裂纹理论分析问题的思路，推导格雷菲斯方程，并指出该理论 的局限性。
2219铝合金具有比强度高,低温和高温力学性能好,断裂韧度高,抗应力腐蚀性能好等特点，适用于在高温315℃下工作的结构件、高强度焊接件，在航天和航空得到广泛的应用。2219铝合金属于可热处理强化形变形铝合金，在固溶时效处理之后，铝合金的力学性能得到很大提高。 一、化学成分 2219 铝合金管材的化学成分应符合 GB/T3190《变形铝及铝合金化学成分》国标的规定，具体化学成分见表 1。 表 1 2219铝合金的化学成分 Cu Mn Si Zr Fe Mg Zn V Ti Al 5.8~ 6.80.2~0.4≤0.20.1~0.25≤0.3≤0.020.100.05~0.150.02~0.1Ba 二、2219铝合金的主要性能 不同热处理状态下的2219铝合金在20°C 时的体积电导率为44/%IACS(O态)、28/%IACS(T31、T37、T351 态)、30/%IACS(T62、T81、T87、T851 态)；不同状态的 2219 铝合金在20 °C 时的电阻率为39/nΩ·m(O 态)、62/nΩ·m(T31、T37、T351 态)、57/nΩ·m(T62、T81、T87、T851 态)；各种状态下的2219 铝合金在20 °C 时的电阻温度系数均为0.1/ nΩ·m·K-1。其中T3 表示经过热处理之后再冷加工处理，最后自然时效到基本稳定的状态，第二位数字表示经过热处理之后进行冷加工的变形量。T62 适用于退火态或者自由加态的材料，经过固溶热处理之后，进行人工时效的产品。T8 表示经过固溶热处理之后进行经冷加工，最后人工时效的状态，第二位数字代表冷加工时，对材料进行的变形量。此外，在上述所述热处理状态的代号后面添加“51”，表示产品进行了消除应力处理。 2219-O热处理状态下的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及弹性模量分别为175 MPa、75 MPa、18 %以及73 GPa；2219-T42 热处理状态下的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及弹性模量分别为360 MPa、185 MPa、20 %以及73 GPa；2219-T31和2219-T351热处理状态下的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及弹性模量分别为360 MPa、250 MPa、17 %以及73 GPa；2219-T37 热处理状态下的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及弹性模量分别为395 MPa、315 MPa、11%以及73 GPa；2219-T62 热处理状态下的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及弹性模量分别为415 MPa、290 MPa、10%以及73 GPa；2219-T81 和2219-T851 热处理状态下的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及弹性模量分别为455 MPa、350 MPa、10 %以及73 GPa；2219-T87 热处理状态下的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及弹性模量分别为475 MPa、395 MPa、10 %以及73 GPa。 三、加工工艺 a.铝合金型材生产包括熔铸、挤压和氧化三个过程。 1、熔铸是铝材生产的首道工序。主要过程为：（1）配料：根据需要生产的具体合金牌号，计算出各种合金成分的添加量，合理搭配各种原材料。（2）熔炼：将配好的原材料按工艺要求加入熔炼炉内熔化，并通过除气、除渣精炼手段将熔体内的杂渣、气体有效除去。（3）铸造：熔炼好的铝液在一定的铸造工艺条件下，通过深井铸造系统，冷却铸造成各种规格的圆铸棒。 2、挤压：挤压是型材成形的手段。先根据型材产品断面设计、制造出模具，利用挤压机将加热好的圆铸棒从模具中挤出成形。 3、氧化：挤压好的铝合金型材，其表面耐蚀性不强，须通过阳极氧化进行表面处理以增加铝材的抗蚀性、耐磨性及外表的美观度。其主要过程为：（1）表面预处理：用化学或物理的方法对型材表面进行清洗，裸露出纯净的基体，以利于获得完整、致密的人工氧化膜。还可以
第一章 1.解释下列名词①滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。②弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。③循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。④包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。⑤塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。⑥韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 脆性：指金属材料受力时没有发生塑性变形而直接断裂的能力 ⑦加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时 ,由于晶粒发生滑移 , 出现位错的缠结,使晶粒拉长、破碎和纤维化,使金属的强度和硬度升高,塑性和韧性降低的现象。⑧解理断裂：解理断裂是在正应力作用产生的一种穿晶断裂，即断裂面沿一定的晶面（即解理面）分离。 2.解释下列力学性能指标的意义弹性模量）；（2）ζ p（规定非比例伸长应力）、ζ e（弹性极限）、ζ s（屈服强度）、ζ（屈服强度）；（3）ζ b（抗拉强度）；（4）n（加工硬化指数）; （5）δ （断后伸长率）、ψ （断面收缩率） 4.常用的标准试样有 5 倍和10倍，其延伸率分别用δ 5 和δ 10 表示，说明为什么δ 5>δ 10。答：对于韧性金属材料，它的塑性变形量大于均匀塑性变形量，所以对于它的式样的比例，尺寸越短，它的断后伸长率越大。 5.某汽车弹簧，在未装满时已变形到最大位置，卸载后可完全恢复到原来状态；另一汽车弹簧，使用一段时间后，发现弹簧弓形越来越小，即产生了塑性变形，而且塑性变形量越来越大。试分析这两种故障的本质及改变措施。答：（1）未装满载时已变形到最大位置：弹簧弹性极限不够导致弹性比功小；（2）使用一段时间后，发现弹簧弓形越来越小，即产生了塑性变形，这是构件材料的弹性比功不足引起的故障，可以通过热处理或合金化提高材料的弹性极限（或屈服极限），或者更换屈服强度更高的材料。 6.今有 45、40Cr、35CrMo 钢和灰铸铁几种材料，应选择哪种材料作为机床机身？为什么？答：应选择灰铸铁。因为灰铸铁循环韧性大，也是很好的消振
不锈钢的力学性能： （一）强度（抗拉强度、屈服强度） 不锈钢的强度是由各种因素不确定，但最重要的和最基本的因素是其中添加的不同化学因素，主要是金属元素。不同类型的不锈钢由于其化学成分的差异，就有不同的强度特性。（1）马氏体型不锈钢 马氏体型不锈钢与普通合金钢一样具有通过淬火实现硬化的特性，因此可通过选择牌号及热处理条件来得到较大范围的不同的力学性能。 马氏体型不锈钢从大的方面来区分，属于铁-铬-碳系不锈钢。进而可分为马氏体铬系不锈钢和马氏体铬镍系不锈钢。在马氏体铬系不锈钢中添加铬、碳和钼等元素时强度的变化趋势和在马氏体铬系不锈钢中添加镍的强度特性如下所述。马氏体铬系不锈钢在淬火-回火条件下，增加铬的含量可使铁素体含量增加，因而会降低硬度和抗拉强度。低碳马氏体铬不锈钢在退火条件下，当铬含量增加时硬度有所提高，而延伸率略有下降。在铬含量一定的条件下，碳含量的增加使钢在淬火后的硬度也随之增加，而塑性降低。添加钼的主要目的是提高钢的强度、硬度及二次硬化效果。在进行低温淬火后，钼的添加效果十分明显。含量通常少于1%。 在马氏体铬镍系不锈钢中，含一定量的镍可降低钢中的δ 铁素体含量，使钢得到最大硬度值。 马氏体型不锈钢的化学成分特征是，在0.1%-1.0%C，12%-27%Cr的不同成分组合基础上添加钼、钨、钒、和铌等元素。由于组织结构为体心立方结构，因而在高温下强度急剧下降。而在600℃以下，高温强度在各类不锈钢中最高，蠕变强度也最高。 (2)铁素体型不锈钢 据研究结果，当铬含量小于25%时铁素体组织会抑制马氏体组织的形成，因而随铬含量的增加其强度下降；高于25%时由于合金的固溶强化作用，强度略有提高。钼含量的增加可使其更易获得铁素体组织，可促进α’相、б相和x相的析出，并经固溶强化后其强度提高。但同时也提高了缺口敏感性，从而使韧性降低。钼提高铁素体型不锈钢强度的作用大于铬的作用。铁素体型不锈钢的化学成分的特征是含11%-30%Cr，其中添加铌和钛。其高温强度在各类不锈钢中是最低的，但对热疲劳的抗力最强。（3）奥氏体型不锈钢 奥氏体型不锈钢中增加碳的含量后，由于其固溶强化作用使强度得到提高。 奥氏体型不锈钢的化学成分特性是以铬、镍为基础添加钼、钨、铌和钛等元素。由于其组织为面心立方结构，因而在高温
三种材料力学性能的异同 姓名：学号：班号： 摘要: 通过静态拉伸实验测定三种金属和合金材料的力学性能，对实验数据进行分析计算，并对比三种材料力学性能的异同。 关键词:低碳钢、铝合金、铸铁、力学性能，引伸计 引言：力学实验是材料、机械、力学相关课程的重要部分，无论是理论的产生、公式的验证、材料性能的测定等，都离不开实验。通过实验，不仅巩固了理论知识，还可以熟悉和训练实验技能，培养严肃认真的精神和良好的科学习惯。因此力学实验是材料、力学、机械类课程实践教学的重要环节。此次便是通过实验，分析、总结，归纳实验数据和结果，更深入了解和认识低碳钢、铝合金、铸铁的力学性能；为深入专业课程学习奠定基础；同时初步掌握力、变形测试技术及数据处理能力、培养解决实际问题的科研动手能力。 一、实验目的和内容 1、熟悉实验设备（试验机和引伸计等）测定金属材料的拉伸时力学性能参数， 如测定低碳钢的屈服极限，强度极限，延伸率和截面收缩率等指标； 2、观察实验中现象（如断口和颈缩现象），并比较金属材料在拉伸时的变形及破坏形式。 3、比较不同金属材料在拉伸时的力学性能特点。 二、实验名称 拉伸试验 三、实验设备 1. WDW－3050电子万能试验机（50mm引伸计） 2. 50分度游标卡尺 四、试件 d0 1、拉伸试验所采用的试件 试件采用三种材料：低碳钢、和铸铁。低碳钢 和铝合金属于塑性材料；铸铁属于脆性材料。试件 的外形如图所示。
1．测定屈服极限σs 、强度极限σb 可根据相应的载荷除以横截面原始面积而得到，即： 0s s A P = σ， 0b b A P =σ 2．测定断后伸长率δ和断面收缩率ψ 断后伸长率和断面收缩率分别用下式进行计算： %100_001?= L L L δ， %100_0 10?=A A A ψ 其中： L 0—试件标距原长。 L 1—试件拉断后的标距长度，可将拉断后的试件对紧，然后测量。 A 0—试件横截面的原始面积。 A 1—试件拉断后颈缩处的最小横截面面积。 注：本实验的辅助器械是50mm 引伸计，用以测量应变。在铝合金及低碳钢的实验中采用了这种引伸计，而在铸铁的实验中，出于对引伸计的保护，并未加挂引伸计。 六、实验方法及步骤 1、 先用游标卡尺测量试件中间等直杆两端及中间这三个横截面处的直径：在每一横截面内沿互相垂直方向各测量一次并取平均值。用所测得的三个平均值中最小的值作为试件的初始直径d 0，并按d 0计算试件的初始横截面面积A 0。 再根据试件的初始直径d 0 计算试件的标距l 0，并用游标卡尺在试件中部等直杆段内量取试件标距l 0 。 2、先将试件悬空安装在试验机的下夹头内，再利用工作台移动上夹头到适当位置，然后用夹头将试件上下端夹紧。 3、调整好相机（DH 相机）位置和焦距。 4、打开实验软件，先点联机按钮，然后设置参数。点击试样录入按钮,输入试验编号及试样参数等。点击参数设置按钮，输入试验开始点、横梁速度及方向等。 5、选择试验编号和实验曲线，将负荷与位移清零。 6、点击“试验开始”按钮，开始式样，同时仔细观察试样在试验过程中的各种现象。 7、试件被拉断后取下试件，量取拉断后的标距和颈缩处的直径。 8、查看并保存数据。 9、实验结束后，点击“脱机”按钮，关闭实验软件。然后关闭试验机及计算机。
一铝的基本特性与应用范围 二铝及铝合金的分类 纯铝比较软，富有延展性，易于塑性成形。如果根据各种不同的用途，要求具有更高的强度和改善材料的组织和其他各种性能，可以在纯铝中添加各种合金元素，生产出满足各种性能和用途的铝合金。 铝合金可加工成板、带、条、箔、管、棒、型、线、自由锻件和模锻件等加工材(变形铝合金)，也可加工成铸件、压铸件等铸造材(铸造铝合金)。
纯铝— 1×××系，如1000合金 非热处理型合金 Al-Mn系合金— 3×××系，如3003合金 Al-Si系合金— 4×××系，如4043合金变形铝合金 Al-Mg系合金— 5×××系，如5083合金 Al-Cu系合金— 2×××系，如2024合金 Al-Mg-Si系合金— 6×××系，如6063合金铝及热处理型合金 Al-Zn-Mg系合金—7×××系，如7075合金铝合金 Al-其它元素— 8×××系，如8089合金 纯铝系 非热处理型合金 Al-Si系合金，如ZL102合金 Al-Mg系合金，如ZL103合金 铸造铝合金 Al-Cu-Si系合金，如ZL107合金 Al-Cu-Mg-Si系合金，如ZL110合金 热处理型合金 Al-Mg-Si系合金，如ZL104合金 Al-Mg-Zn系合金，如ZL305合金
3 变形铝合金分类、牌号和状态表示法 3. 1 变形铝合金的分类 变形铝合金的分类方法很多，目前，世界上绝大部分国家通常按以下三种方法进行分类。 ⑴按合金状态图及热处理特点分为可热处理强化铝合金和不可热处理强化铝合金两大类。不可热处理强化铝合金（如：纯铝、Al-Mn、Al-Mg、Al-Si系合金）和可热处理强化铝合金（如：Al-Mg-Si、Al-Cu、Al-Zn-Mg 系合金）。 ⑵按合金性能和用途可分为：工业纯铝、光辉铝合金、切削铝合金、耐热铝合金、低强度铝合金、中强度铝合金、高强度铝合金（硬铝）、超高强度铝合金（超硬铝）、锻造铝合金及特殊铝合金等。 ⑶按合金中所含主要元素成分可分为：工业纯铝（1×××系），Al-Cu合金（2×××系），Al-Mn合金（3×××系），Al-Si合金（4×××系），AL-Mg合金（5×××系），Al-Mg-Si合金（6×××系），Al-Zn-Mg 合金（7×××系），Al-其它元素合金（8×××系）及备用合金组（9×××系）。 这三种分类方法各有特点，有时相互交叉，相互补充。在工业生产中，大多数国家按第三种方法，即按合金中所含主要元素成分的4位数码法分类。这种分类方法能较本质的反映合金的基本性能，也便于编码、记忆和计算机管理。我国目前也采用4位数码法分类。 3. 2 中国变形铝合金的牌号表示法 根据GB/T16474 — 1996“变形铝及铝合金牌号表示方法”，凡化学成分与变形铝及铝合金国际牌号注册协议组织（简称国际牌号注册组织）命名的合金相同的所有合金，其牌号直接采用国际四位数字体系牌号，未与国际四位数字体系牌号的变形铝合金接轨的，采用四位字符牌号（但试验铝合金在四位字符牌号前加X）命名，并按要求注册化学成分。 四位字符体系牌号的第一、三、四位为阿拉伯数字，第二位为英文大写字母（C、I、L、N、O、P、Q、Z字母除外）。牌号的第一位数字表示铝及铝合金的组别，如1×××系为工业纯铝，2×××为Al-Cu系合金，3×××为Al-Mn系合金，4×××为Al-Si系合金，5×××为Al-Mg系合金，6×××为Al-Mg-Si系合金，7×××为Al-Zn-Mg系合金，8×××为Al-其它元素合金，9×××为备用合金组。 除改型合金外，铝合金组别按主要合金元素来确定，主要合金元素指极限含量算术平均值为最大的合金元素。当有一个以上的合金元素极限含量算术平均值同为最大时，应按Cu、Mn、Si、Mg、Mg2Si、Zn、其它元素的顺序来确定合金组别。牌号的第二位字母表示原始纯铝或铝合金的改型情况，最后两位数字用以标识同一组中不同的铝合金或表示铝的纯度。 我国的变形铝及铝合金表示方法与国际上较通用的方法基本一致。 3.3 中国变形铝合金状态代号及表示方法 根据GB/T16475–1996标准规定，基础状态代号用一个英文大写字母表示。细分状态代号采用基础状态代号后跟一位、两位或多位阿拉伯数字表示。 3.3.1