金属工艺学第篇第章金属材料的主要性能
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第2章2.2金属材料的主要性能
布氏硬度是使用最早、应用最 广的硬度试验方法，主要适用 于测定灰铸铁、有色金属、各 种软钢等硬度不是很高（硬度 值必须小于 650）的材料。
用符号 HBW 表示， 示例：
可测从很软到很硬的金属材 符号 HR 前面的数字表示硬度值，
料。
HR 后面的字母表示不同洛氏硬度
用一台硬度计测定从软到硬不 的标尺
2.2.2金属材料的工艺性能
工艺性能是指金属材料在加工过程中是否易于加工成形的能力，它包括铸造性能、锻 造性能、焊接性能和切削加工性能等。工艺性能直接影响到零件的制造工艺和加工质 量，是选材和制定零件工艺路线时必须考虑的因素之一。
1.铸造性能 金属及合金在铸造工艺中获得优良铸件的能力称为铸造性能。衡量铸造性能的主 要指标有流动性、收缩性和偏析倾向等。金属材料中，以灰铸铁和青铜的铸造性 能较好。 (1） 流动性 熔融金属的流动能力称为流动性，它主要受金属化学成分和浇注温度等的影响。 流动性好的金属容易充满铸型，从而获得外形完整、尺寸精确、轮廓清晰的铸件。 (2） 收缩性 铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减小的现象称为收缩性。铸件收缩不仅 影响尺寸精度，还会使铸件产生缩孔、疏松、内应力、变形和开裂等缺陷，故用 于铸造的金属其收缩率越小越好。 (3） 偏析倾向 金属凝固后，内部化学成分和组织的不均匀现象称为偏析。偏析严重时能使铸件 各部分的力学性能有很大的差异，降低了铸件的质量。这对大型铸件的危害更大。
1.强度
金属材料在外载荷的作用下抵抗变形和破坏的能力称为强度。金属材料的强度指 标有屈服强度和抗拉强度。屈服强度是指金属材料呈现屈服现象时，在试验期间
R 达到塑性变形发生而力不增加的应力点，区分为上屈服强度
和下屈服强度
eH
R 。上屈服强度是试样发生屈服而力首次下降前的最大应力；下屈服强度是指 eL
金属材料的主要性能(金工第一章)
4
力学性能指标 一、弹性和刚度 二、强度与塑性
三、冲击韧性 四、疲劳 五、硬度
2019/11/17
5
§1-1 金属材料的力学性能 基本概念：
拉伸试验
应力：单位截面上所受的力（应力 = P/F0） 应变：单位长度所产生的变形量（应变 = (l-l0)/l0）
先制成拉伸试样（如图1-1）（常用的有10倍和5倍试样），置于试 验机夹头内，加拉力P，产生伸长量Δl，随着Ｐ↑， Δl ↑ ，根据Ｐ、 Δl 绘成的图叫载荷—伸长图。 根据应力σ (单位截面所受的载荷）与应变ε(单位长度所产生的伸长 量）所绘制成的图叫应力—应变图。 拉伸图（载荷—伸长图、应力—应变图）
(通过冲击实验测得)
14
韧脆转变温度 材料的冲击韧性随温
度下降而下降。在某 一温度范围内冲击韧 性值急剧下降的现象 称韧脆转变。发生韧 脆转变的温度范围称 韧脆转变温度。材料 的使用温度应高于韧 脆转变温度。
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韧
体心立方金属具有韧脆转 变温度，而大多数面心立 方金属没有。
15
金属材料的主要性能(金工第一章)
1 2019/11/17
金属材料的主要性能(金工第一章)
2 2019/11/17
第一章 金属材料的主要性能 （金工第一章） §2-1 金属材料的力学性能 §2-1 金属材料的物理、化学及工艺性能（自学）
3 2019/11/17
使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。包括力学性能、
洛氏硬度的优点：操作简便， 压痕小，适用范围广。
缺点：测量结果分散度大。
洛氏硬度压痕
维氏硬度
维氏硬度试验原理 维氏硬度压痕
维氏硬度计
维氏硬度用符号HV表示，符号前的数字为硬度值，后 面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。
金属材料的主要性能
金属工艺学
37
金属的结晶过程
凝固— 一般非晶体由液态向固态转变的过程。 结晶— 由液态金属转变为固态晶体的过程。
ºC
T0：理论结晶温度 T1：实际结晶温度
L ΔT=T0--T1（过冷度）
T0
T1 S
0
2019/12/30
纯金属的冷却曲线（实际）
金属工艺学
38
结晶的必要条件----过冷度 金属的结晶过程：
原理：
HV
F S
F 1.8544 0.102 d 2
(N
/ m m2 )
F——试验载荷（N），范围5～120Kgf；
D——压痕对角线长度（mm） ；
S——压痕面积（mm2） 。
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金属工艺学
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优点： 所用载荷小； 压痕深度浅； 测量范围大。
缺点： 生产率低； 不适合成批生产检验
材料的 和 的数值越大，塑性越好。
塑性对材料的意义： 1. 提高安全性 2. 便于压力加工成型
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金属工艺学
11
二、 硬度
硬度：是材料抵抗局部变形的能力 。
硬度是综合性能指标 硬度测量简便迅速，不破坏零件
工程上常用的有:
布氏硬度(HB) 洛氏硬度(HR) 维氏硬度(HV)
应用范围： 适用于测量零件薄的表面硬化层、金属镀层： 薄片金属。
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金属工艺学
22
三、韧性
—金属材料断裂前吸收的变形能量的能力。
冲击韧度（ak):是金属材料抵抗冲击载荷作用而 不破坏的能力。
梅氏标准试样 GB229－84
2019/12/30
金属工艺学
《金属工艺学》第一章金属材料的力学性能
2）调整毛坯的硬度，以利于切削 加工；
3）消除毛坯的内应力，防止零件 的变形。
二、钢铁生产 基本知识点： ① 铸铁件生产 ② 炼钢的原料----生铁 ③ 钢锭 ④ 型材
1. 钢铁生产
是以铁矿石为
原料经在高炉冶炼成生铁（含硅
量较高，硬度较低） ，一部分用
于浇注成铸铁件（毛坯），即铸
造生产。另一部分浇注成生铁块，
第一章 钢铁材料及热处理
一、钢铁材料与热处理的关系
基本知识点：
1.钢铁自身固有的力学性能一般 是不能满足零件的受力性要求。
2.钢铁机械零件必须经过热处理 才能用。
机械中的大多数金属零件
是用钢或铸铁制造的，但钢铁 材料自身固有的性能，是不能 满足如受力性、可切削加工性。 必须要经过热处理：
1）提高零件的受力性；
a) 布氏硬度（HB）测定的原理：
根据压痕直径d，按下式求出压 痕表面积上的应力值，此应力值 即为材料的布氏硬度值。
HBS F 0.102
2F
(N mm2)
A
D(D D2 d 2
b) 布氏硬度值的表示方法
如230HBS、500HBW。 S ——淬火钢球压头。 W——硬质合金钢球压头。
① 流动性 指熔融金属流动的能 力。流动性好的金属，容易充 满铸型，铸件外形完整、尺寸 准确。
② 收缩率 材料的收缩量愈小， 铸件产生的疏松、缩孔、变形、 裂纹等缺陷愈少。
③ 偏析 指铸件凝固后内部化学 成分不均匀现象。材料偏析严 重，铸件各部分的力学性能就 不一致。
基本知识点：
① 铸铁类的铸造性能最好，铝合 金其次；钢的铸造性能较差。
用作炼钢的原料。
2. 钢锭
是用转炉、平炉、
电炉对生铁进一步精炼成钢液，
3）消除毛坯的内应力，防止零件 的变形。
二、钢铁生产 基本知识点： ① 铸铁件生产 ② 炼钢的原料----生铁 ③ 钢锭 ④ 型材
1. 钢铁生产
是以铁矿石为
原料经在高炉冶炼成生铁（含硅
量较高，硬度较低） ，一部分用
于浇注成铸铁件（毛坯），即铸
造生产。另一部分浇注成生铁块，
第一章 钢铁材料及热处理
一、钢铁材料与热处理的关系
基本知识点：
1.钢铁自身固有的力学性能一般 是不能满足零件的受力性要求。
2.钢铁机械零件必须经过热处理 才能用。
机械中的大多数金属零件
是用钢或铸铁制造的，但钢铁 材料自身固有的性能，是不能 满足如受力性、可切削加工性。 必须要经过热处理：
1）提高零件的受力性；
a) 布氏硬度（HB）测定的原理：
根据压痕直径d，按下式求出压 痕表面积上的应力值，此应力值 即为材料的布氏硬度值。
HBS F 0.102
2F
(N mm2)
A
D(D D2 d 2
b) 布氏硬度值的表示方法
如230HBS、500HBW。 S ——淬火钢球压头。 W——硬质合金钢球压头。
① 流动性 指熔融金属流动的能 力。流动性好的金属，容易充 满铸型，铸件外形完整、尺寸 准确。
② 收缩率 材料的收缩量愈小， 铸件产生的疏松、缩孔、变形、 裂纹等缺陷愈少。
③ 偏析 指铸件凝固后内部化学 成分不均匀现象。材料偏析严 重，铸件各部分的力学性能就 不一致。
基本知识点：
① 铸铁类的铸造性能最好，铝合 金其次；钢的铸造性能较差。
用作炼钢的原料。
2. 钢锭
是用转炉、平炉、
电炉对生铁进一步精炼成钢液，
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拉伸试验
强度：材料在外力作用下抵抗永久变形和 断裂的能力。
塑性：材料在外力作用下产生永久变形而 不破坏的能力。
硬度
硬度：金属材料抵抗其他更硬物体压入表面的 能力，衡量材料的软硬程度。
硬度试验方法很多，机械工业普遍采用 压入法来测定硬度，压入法又分为布氏硬度、 洛氏硬度、维氏硬度等。
布氏硬度是用单位压痕面积的力作 为布氏硬度值的计量，符号HBS、HBW
洛氏硬度是用压痕深度作为洛氏 硬度值的计量即，符号HR
维氏硬度也是以单位压痕面积的力作为 硬度值计量。试验力较小，压头是锥面夹角 为136°的金刚石正四棱锥体，维氏硬度用符 号HV表示。
冲击韧性和疲劳强度
冲击韧性：冲击载荷下材料抵抗变形和断 裂的能力。
疲劳强度：金属材料在无数次重复或交变 载荷作用下而不致引起断裂的 最大应力。
使用性能：金属材料在使用过程中所表现出来 的性能。
（物理性能、化学性能、力学性能） 工艺性能：金属材料在各种加工过程中所表现
出来的性能。 （铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削性能）
1. 金属材料的力学性能
力学性能：指金属材料在外力（载荷）作用下 所表现出的抵抗变形和破坏的能力。
强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。 外力形式：拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转等。 载荷形式：静载荷、冲击载荷、交变载荷等。
2.金属材料物理性能和化学性能
物理性能：密度、熔点、导热性、导电 性金属材料的工艺性能（略）
工艺性能：铸造性能、锻造性能、 焊接性能、切削加工性能
金属材料的主要性能.pptx
碳当量只是对焊接产生冷裂纹倾向及脆化倾向的一种估算方法
第9页/共17页
焊接性还受钢板厚度、焊后应力条件、焊缝氢含量的影响。 2、冷裂纹敏感系0
Cr
Ni 60
Mo 15
V 10
5B
h 600
H 60
H ——焊缝金属中扩散氢含量(ml/100g)
第15页/共17页
二、耐腐蚀性能
1. 耐腐蚀性能是材料在使用工艺条件下抵抗腐蚀性介质侵蚀的能力。 2. 材料遭受腐蚀后，其重量、厚度、力学性能、组织结构及电极过程等都可能发生变化，其变化程度可用
以衡量材料的耐腐蚀性能。△
第16页/共17页
感谢您的观看！
第17页/共17页
1、刚度
• 刚度：零、构件载受力时抵抗弹性变形的能力。等于材料弹性模量与零构件 截面积的乘积。
2、强度、弹性、塑性指标 试样的静拉伸过程
第2页/共17页
（1）强度：材料抵抗变形或者断裂的能 力
比例极限sp 弹性极限se 屈服强度ss 抗拉强度sb 断裂强度sk
第3页/共17页
（2）弹性和塑性指标
本节中所讲 的材料的力 学性能指标 及应用
刚度：刚度设计中，考虑构件 在受力时发生的弹性变形量。 主要力学性能是材料的弹性模 量。如精密机床主轴等零构件
弹性指标：弹性极限和弹性 模量是设计弹性零件考虑的 性能指标。如汽车板簧和各 类弹簧等
屈服强度和塑性：一般零件 的抗断裂设计。
硬度：在耐磨零件中必须考虑的 性能指标。如滚珠轴承等.
弹性：材料发生弹性变形的大小。 塑性：材料断裂前发生塑性变形的能力
•
弹性指标：弹性能（弹性比功）m
•
塑性指标：断后伸长率d
断面收缩
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焊接性还受钢板厚度、焊后应力条件、焊缝氢含量的影响。 2、冷裂纹敏感系0
Cr
Ni 60
Mo 15
V 10
5B
h 600
H 60
H ——焊缝金属中扩散氢含量(ml/100g)
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二、耐腐蚀性能
1. 耐腐蚀性能是材料在使用工艺条件下抵抗腐蚀性介质侵蚀的能力。 2. 材料遭受腐蚀后，其重量、厚度、力学性能、组织结构及电极过程等都可能发生变化，其变化程度可用
以衡量材料的耐腐蚀性能。△
第16页/共17页
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1、刚度
• 刚度：零、构件载受力时抵抗弹性变形的能力。等于材料弹性模量与零构件 截面积的乘积。
2、强度、弹性、塑性指标 试样的静拉伸过程
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（1）强度：材料抵抗变形或者断裂的能 力
比例极限sp 弹性极限se 屈服强度ss 抗拉强度sb 断裂强度sk
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（2）弹性和塑性指标
本节中所讲 的材料的力 学性能指标 及应用
刚度：刚度设计中，考虑构件 在受力时发生的弹性变形量。 主要力学性能是材料的弹性模 量。如精密机床主轴等零构件
弹性指标：弹性极限和弹性 模量是设计弹性零件考虑的 性能指标。如汽车板簧和各 类弹簧等
屈服强度和塑性：一般零件 的抗断裂设计。
硬度：在耐磨零件中必须考虑的 性能指标。如滚珠轴承等.
弹性：材料发生弹性变形的大小。 塑性：材料断裂前发生塑性变形的能力
•
弹性指标：弹性能（弹性比功）m
•
塑性指标：断后伸长率d
断面收缩
第1章 金属材料的性能
试验前
将金属材料制成一定形状和尺寸的标准拉伸试样，如下图所示。
原始横截面积
圆形横截面试样断裂 后缩颈处最小直径
断后最小横截面积
圆形标准拉伸试样
圆形横截面 试样平行长 度的直径 原始标距
断后标距
试验时
将标准试样装夹在拉伸试验机上，缓慢进行拉伸。试验机会自动 记录拉伸过程中载荷与伸长量之间的关系，绘制出力—伸长曲线 。
布氏硬度与试验力除以压痕表面 积的商成正比，即
布氏硬度 0.102
2F
πD(D D2 d 2 )
布氏硬度
硬度数 符号 球体直 试验力 试验力保持时间 值 （HBW）径（mm） （kgf） （10～15s不标注）
示例
350 HBW5/750
600 HBW1/30/20
表示用直径为5 mm的 硬质合金球在750 kgf试验 力下保持10～15 s测定的 布氏硬度值为350；
金属材料具有适当的硬度 和足够的脆性时切削加工性能 良好。
削提 加高 工钢 性的 能切
改变钢的化学成分（如加入少量铅、磷等元素）
进行适当的热处理（如低碳钢进行正火、高碳钢进 行球化退火等）
1.3.5 热处理工艺性能
热处理工艺性能是指金属材料经热处理可使性能顺利改善的性质。
示例
对于钢而言，热处理工艺性能主要包括：
维氏硬度的适用范围宽，具有连续性，所以可测量从极软到极硬 的材料。数值准确可靠，误差小，故广泛应用于测量金属镀层、薄片 材料和化学热处理后的渗层硬度等。但不适于成批生产的常规试验。
1.1.4 韧性
韧性是指材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力。
1.冲击吸收能量
冲击吸收能量采用夏比摆锤冲击试验测定。
将金属材料制成一定形状和尺寸的标准拉伸试样，如下图所示。
原始横截面积
圆形横截面试样断裂 后缩颈处最小直径
断后最小横截面积
圆形标准拉伸试样
圆形横截面 试样平行长 度的直径 原始标距
断后标距
试验时
将标准试样装夹在拉伸试验机上，缓慢进行拉伸。试验机会自动 记录拉伸过程中载荷与伸长量之间的关系，绘制出力—伸长曲线 。
布氏硬度与试验力除以压痕表面 积的商成正比，即
布氏硬度 0.102
2F
πD(D D2 d 2 )
布氏硬度
硬度数 符号 球体直 试验力 试验力保持时间 值 （HBW）径（mm） （kgf） （10～15s不标注）
示例
350 HBW5/750
600 HBW1/30/20
表示用直径为5 mm的 硬质合金球在750 kgf试验 力下保持10～15 s测定的 布氏硬度值为350；
金属材料具有适当的硬度 和足够的脆性时切削加工性能 良好。
削提 加高 工钢 性的 能切
改变钢的化学成分（如加入少量铅、磷等元素）
进行适当的热处理（如低碳钢进行正火、高碳钢进 行球化退火等）
1.3.5 热处理工艺性能
热处理工艺性能是指金属材料经热处理可使性能顺利改善的性质。
示例
对于钢而言，热处理工艺性能主要包括：
维氏硬度的适用范围宽，具有连续性，所以可测量从极软到极硬 的材料。数值准确可靠，误差小，故广泛应用于测量金属镀层、薄片 材料和化学热处理后的渗层硬度等。但不适于成批生产的常规试验。
1.1.4 韧性
韧性是指材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力。
1.冲击吸收能量
冲击吸收能量采用夏比摆锤冲击试验测定。
第一章金属材料主要性能x
3、断裂韧性K1C
材料抵抗裂纹扩展的能力断裂韧性表示。
反应材料有裂纹存在时，抵抗脆性断裂的能
力。 K1c可通过试验来测定，它是材料本身的特性， 与材料成分、热处理及加工工艺等有关。 为安全设计提供了一个重要的力学性能指标
当K1达到临界值K1C时，零件内裂纹将发生失稳 扩展而出现低应力脆性断裂，而K1＜K1C时，零 件安全可靠。
◆
影响力学性能的主要因素
1、含碳量 含碳量越高，强度和硬度越高，但塑性显著降低。 2、杂质元素：有益Si、Mn，有害S、P 3、合金元素 加入某些合金元素，可提高和改善其综合力学 性能，并获得某些特殊的物理和化学性能 4、温度 一般，低温条件下强度有所增加，塑性和冲击韧 性下降 ，高温条件下相反。 5、热处理工艺
第一篇 金属材料导论
第一章、金属材料主要性能 第二章、金属和合金的晶体结构与结晶 第三章、铁碳合金 第四章、钢的热处理
第一章
金属材料主要性能
材料---组织---性能 ▼ 使用性能: 力学 物理 化学 工艺性能: 铸造 锻造 焊接 切削加工 热处理
§1
金属材料机械性能
外力（静载、动载）
材料-------------性能 （弹性、塑形、刚度、强度、 冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性） 是指金属材料在外力的作用下所表现出 来的抵抗能力。
式中
F0.2—试样标距产生的0.2%残 余伸长时载荷（N）； Ao—试样的原始横截面积（mm2）。
屈服强度的测定
F0.2
s
o
0.2%l0
l
规定残余伸长应力：
r0.2 =Fr0.2/S 0
(3)抗拉强度( tensile strength ):
试样在断裂前所能承受的最大应力。
金属工艺学习题答案
式中 Δl——伸长量( mm )
l——原始长度( mm)
（2）缩颈现象在力—拉伸图上哪一点？如果没有出现缩颈现象，是否表示该试样没 发生塑性变形？
答：当载荷超过试样所能承受的最大载荷 时，试样上某部分形开始变细就出出了颈
缩现象。颈缩发生在拉伸曲线上 bk 段。没有发生颈缩现象，不表示该试样没有发生塑
如果零件的硬度提高，相应的它的塑性就会降低，其它力学性能也会相应改变，同 时，各种硬度与强度间有一定的换算关系，所以通常只在零件图上标注其硬度要求。其 他力学性能要求可以按照换算关系获得。
（4）布氏和洛氏硬度各有什么优缺点？下列情况采用哪种硬度法来检查其硬度：库 存钢材，硬质合金刀头，锻件，台虎钳钳口。
第二篇 铸 造
第三章 砂型铸造
第三章 砂型铸造
（3）什么是铸造工艺图？它包括哪些内容？它在铸件生产的准备阶段起着哪些重要 作用？
答：铸造工艺图是在零件图上用各种工艺符合及参数表示出铸造工艺方案的图形。
包括：浇注位置，铸型分型面，型芯的数量、形状、尺寸及其固定方法，加工余量， 收缩率，浇注系统，起模斜度，冒口和冷铁的尺寸和布置等。
库存钢材——布氏硬度
锻件——布氏硬度
硬质合金刀头——洛氏硬度
台虎钳钳口——洛氏硬度。
（5）下列符号所代表的力学性能指标的名称和含义是什么？
E, s ,b , 0.2 , 1, , ,k , HRC, HBS, HBW , HV .
答：E——弹性模量。表示引起单位变形时所需要的应力。即材料的 E 越大，产生 的弹性变形越小，刚度越大。E 值主要取决于材料的本性。
：断面收缩率。是指试样拉断处横截面积的收缩量Δ S 与原始横截面积 S0 之比。
s0 s1 100% s0
金属材料的主要性能(精品)精选全文
??? 布氏硬度和洛氏硬度硬度各有什么优缺点? ???下列零件用哪种硬度法测量 1. 硬质合金刀头 2 锻件
三、韧性 金属在断裂前吸收的变形能量——韧性。 其常用指标为------冲击韧度（ak ）
第二章 铁 碳 合 金
铁碳合金根据含碳量的不同可分为: 碳钢 ： C<2.11%; 生铁： 2.11%≤C<5%. （铸铁：2.8%≤C≤4.0%)
400
Q235-A
420
310
2
4
15
16
270
50
229
曲轴
700
QT700-2
气缸体
250
HT250
活塞
143
ZAlSi2
铸钢件
3
570
ZG310-570
轴、杆
55（淬火）
610
45钢
σb/ MPa
应 用
力 学 性 能
牌 号
复习题
1. 解释应力与应变的概念 2. 说明σS 、σ0.2 、σb、σ－1 、δ％、αk、45-50HRC、300HBS的名称和含义 3. 查阅有关资料列表统计如下材料的力学性能指标值：Q215-A; 35; T10; HT300; QT450-10; ZG340-640(ZG55）; ZCuSn10Pb1(10-1锡青铜); ZAlSi7Mg(ZL101) 。
2. 塑性
应用中：δ10——试样 L0=10d0 δ5 ——试样 L0=5d0
☆ 伸长率：试样拉断后,其标距的伸长与原始标距的百分比.
塑性: 材料在外力作用下，产生永久变形而不引起破坏的能力。
☆断面收缩率: 试样拉断后, 缩颈处截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比
三、韧性 金属在断裂前吸收的变形能量——韧性。 其常用指标为------冲击韧度（ak ）
第二章 铁 碳 合 金
铁碳合金根据含碳量的不同可分为: 碳钢 ： C<2.11%; 生铁： 2.11%≤C<5%. （铸铁：2.8%≤C≤4.0%)
400
Q235-A
420
310
2
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15
16
270
50
229
曲轴
700
QT700-2
气缸体
250
HT250
活塞
143
ZAlSi2
铸钢件
3
570
ZG310-570
轴、杆
55（淬火）
610
45钢
σb/ MPa
应 用
力 学 性 能
牌 号
复习题
1. 解释应力与应变的概念 2. 说明σS 、σ0.2 、σb、σ－1 、δ％、αk、45-50HRC、300HBS的名称和含义 3. 查阅有关资料列表统计如下材料的力学性能指标值：Q215-A; 35; T10; HT300; QT450-10; ZG340-640(ZG55）; ZCuSn10Pb1(10-1锡青铜); ZAlSi7Mg(ZL101) 。
2. 塑性
应用中：δ10——试样 L0=10d0 δ5 ——试样 L0=5d0
☆ 伸长率：试样拉断后,其标距的伸长与原始标距的百分比.
塑性: 材料在外力作用下，产生永久变形而不引起破坏的能力。
☆断面收缩率: 试样拉断后, 缩颈处截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比
金属材料的主要性能课件.ppt
即用一定直径的球体（钢球或硬质合金球）以 相应的试验力压入试样表面，经规定保持时间后 卸除试验力，用测量的表面压痕直径计算硬度的 一种压痕硬度试验。
金属材料的主要性能课件
布氏硬度值用球面压痕单位表面积上所承受的平均压力表示：
H(B HS B )0 W .102 2F
D (D D 2d2)
式中：F—试验力（N）； D—球体直径（mm）； d—压痕平均直径（mm）。
➢ 金属材料的力学性能：金属
材料在外力作用下表现出来
塑性
的特性，如弹性、塑性、强 弹性
刚度
度、硬度和韧性等。 ➢ 力学性能判据（指标）：用
来表征材料力学性能的各种 临界值或规定值，可通过试
强度
金属力 学性能
韧性
硬度
验测定。
金属材料的主要性能课件
１.弹性
弹性： 即物体在外力 作用下改变其形状 和尺寸，当外力卸 除后物体又回复到 原始形状和尺寸的 特性。
HRA(HRC)=100-h
HRB=130-h
h —— 残余压痕深度增量，用0.002mm为单位 表示。 100,130 ——相应标尺满量程值。
金属材料的主要性能课件
优点：操作简便，压痕小，用于成品和薄形件
缺点：测量数值分散
应用：淬火钢，调质钢批量生产零件
当HRC为20-67时有效 例如：50HRC
伸长率
压缩率
塑性
断面收缩率
金属材料的主要性能课件
（1）伸长率
➢ 即试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。
δ=(L1 - L0)/ L0 ×100%
式中
δ——伸长率（%）；
L1——试样拉断后标距（mm)； L0 ——试样原始标距（mm)。
金属材料的主要性能课件
布氏硬度值用球面压痕单位表面积上所承受的平均压力表示：
H(B HS B )0 W .102 2F
D (D D 2d2)
式中：F—试验力（N）； D—球体直径（mm）； d—压痕平均直径（mm）。
➢ 金属材料的力学性能：金属
材料在外力作用下表现出来
塑性
的特性，如弹性、塑性、强 弹性
刚度
度、硬度和韧性等。 ➢ 力学性能判据（指标）：用
来表征材料力学性能的各种 临界值或规定值，可通过试
强度
金属力 学性能
韧性
硬度
验测定。
金属材料的主要性能课件
１.弹性
弹性： 即物体在外力 作用下改变其形状 和尺寸，当外力卸 除后物体又回复到 原始形状和尺寸的 特性。
HRA(HRC)=100-h
HRB=130-h
h —— 残余压痕深度增量，用0.002mm为单位 表示。 100,130 ——相应标尺满量程值。
金属材料的主要性能课件
优点：操作简便，压痕小，用于成品和薄形件
缺点：测量数值分散
应用：淬火钢，调质钢批量生产零件
当HRC为20-67时有效 例如：50HRC
伸长率
压缩率
塑性
断面收缩率
金属材料的主要性能课件
（1）伸长率
➢ 即试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。
δ=(L1 - L0)/ L0 ×100%
式中
δ——伸长率（%）；
L1——试样拉断后标距（mm)； L0 ——试样原始标距（mm)。
金属材料的性能
第一章 金属材料的性能金属材料的力学性能是指金属材料在受外力作用时所反映出来的性能，主要有：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度。
金属材料的物理性能：主要有密度、熔点、热膨胀性、导电性和导热性等。
金属材料的化学性能是指其抵抗各种化学作用的能力，主要是抵抗活泼介质的化学侵蚀能力，如耐酸性、耐碱性等。
金属材料的工艺性能是物理化学力学性能的综合。
按工艺方法的不同，可分为铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削性能和切削加工性能等。
第二章金属的晶体结构金属的性能是由金属的晶体结构来决定晶格类型：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。
晶体缺陷：可分为三大类：点缺陷、线缺陷、面缺陷。
过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度，用△T 表示，△T=To-Tn ，当△T=0时，融化速度与结晶速度形同：只有△T>0时才开始结晶。
金属的同素异构转变：一种金属能以几种晶格类型存在的性质，叫同素异构性。
金属在固态时改变其晶格类型的过程，称为金属的同素异构转变。
纯铁在1394℃和912℃发生的晶格类型的转变，都是同素异构转变，简式：e C e e F F F -−−→←-−−→←-︒︒αλδ912C 1394 第三章铁碳合金相图铁碳合金相图是在平衡条件下，铁碳合金的成分、温度和组织之间关系的图形。
第四章钢的热处理钢的热处理就是将钢在固态下加热到一定的温度，经过保温，然后以适当的速度冷却，一般不改变工作的形状和整体的化学成分，而改变工作内部组织，从而得到所需性能的工艺方法。
╱ 整体热处理：1.退火：完全退火、球化退火、去应力退火等。
2.正火 3淬火。
4．回火低温回火、中温回火、高温回火热处理╲表面热处理：1.表面淬火：火焰加热、感应加热、激光加热2．表面化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗奥氏体的形成可分为四个阶段：1.奥氏体晶核的形成。
2.奥氏体晶核的长大。
3，残余奥氏体的溶解。
4。
奥氏体成分的均匀化。
等温转变曲线：即TTT曲线（T——time，T——temperature，T——transformation），可综合反映过冷奥氏体在不同过冷度下等温温度、保持时间与转变产物所占的百分数（转变开始及转变终止）的关系曲线，又称为“C曲线”。
金属材料的主要性能概述
1. 三种常见的金属的晶格 类型：
体心立方 面心立方 密排六方
2. 金属的结晶：原子由无序状态向有 序状态转变的过程。有晶体形成。
基本概念
凝固：一般非晶体由液态向固态转变的过程 。 结晶：由液态金属转变为固态晶体的过程。
晶体： 原子排列时有序的，原子在三维空间做规则 的、周期性的、重复排列。有一定的熔点和 凝固点，性能趋向各向异性。
2 、共析反应
一定成分的固相在一定的温度下同时析出两种成分和
结构均不相同的 新的固相的反应。
727 ℃
A2.11%c
F0.02%c+Fe3C6.69%c
共析反应的产物即珠光体 P＝F0.02%c+Fe3C6.69%c
1.5.2 铁碳合金状态图分析
纯铁的熔点 A3线
ACD线—液相线
渗碳体的熔点
碳在奥氏体中的最大溶解度
共析钢和亚共析钢的结晶过程分析
A—奥氏体
P—珠光体 F—铁素体
过共析钢结晶过程分析 共晶生铁结晶过程分析
亚共晶、过共晶生铁结晶过程分析
L’d—变态莱氏体
工业纯铁
亚共析钢
共析钢
过共析钢
亚共晶白口铸铁
共晶白口铸铁
过共晶白口铸铁
1.6 工业用钢分类及选材
碳素结构钢（0.38%C)
碳素钢 优质碳素结构钢 (0.2-0.7%C用途广)
Ø莱氏体：是液态铁碳合金发生共晶转变所形成的奥氏 体与渗碳体的共晶体（Ld）。硬度高，塑性 差。
两种反应：
1、共晶反应
一定成分的液相在一定的温度下同时结晶出两种成 分和结构均不相同的固相的反应。
1148ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ℃
L 4.3%c
A2.11%c+Fe3C6.69%c
体心立方 面心立方 密排六方
2. 金属的结晶：原子由无序状态向有 序状态转变的过程。有晶体形成。
基本概念
凝固：一般非晶体由液态向固态转变的过程 。 结晶：由液态金属转变为固态晶体的过程。
晶体： 原子排列时有序的，原子在三维空间做规则 的、周期性的、重复排列。有一定的熔点和 凝固点，性能趋向各向异性。
2 、共析反应
一定成分的固相在一定的温度下同时析出两种成分和
结构均不相同的 新的固相的反应。
727 ℃
A2.11%c
F0.02%c+Fe3C6.69%c
共析反应的产物即珠光体 P＝F0.02%c+Fe3C6.69%c
1.5.2 铁碳合金状态图分析
纯铁的熔点 A3线
ACD线—液相线
渗碳体的熔点
碳在奥氏体中的最大溶解度
共析钢和亚共析钢的结晶过程分析
A—奥氏体
P—珠光体 F—铁素体
过共析钢结晶过程分析 共晶生铁结晶过程分析
亚共晶、过共晶生铁结晶过程分析
L’d—变态莱氏体
工业纯铁
亚共析钢
共析钢
过共析钢
亚共晶白口铸铁
共晶白口铸铁
过共晶白口铸铁
1.6 工业用钢分类及选材
碳素结构钢（0.38%C)
碳素钢 优质碳素结构钢 (0.2-0.7%C用途广)
Ø莱氏体：是液态铁碳合金发生共晶转变所形成的奥氏 体与渗碳体的共晶体（Ld）。硬度高，塑性 差。
两种反应：
1、共晶反应
一定成分的液相在一定的温度下同时结晶出两种成 分和结构均不相同的固相的反应。
1148ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ℃
L 4.3%c
A2.11%c+Fe3C6.69%c
金属工艺学第1章金属材料的性能.ppt
金属工艺学
σ
σ-1
107
lgN
图1-6 疲劳曲线
金属工艺学
1.2物理化学性能
1、物理性能 金属材料的物理性能主要有：密度、熔
点、热膨胀性、导电性和导热性等。 2、化学性能
它是金属材料在室温或高温时抵抗各种 化学作用的能力，主要是指抵抗活泼介 质的化学侵蚀能力，如耐酸性、耐碱性、 抗氧化性等。
金属工艺学
1.3工艺性能
工艺性能:金属材料能适应加工工艺要求 的能力.
铸造性,可锻性,可焊性,切削加工形等
金属工艺学
思考题
1 、颈缩现象发生在拉伸图上哪一点? 如果没发生颈缩,是否表明该试样没有 塑性变形? 2、σ0.2 的意义?能在拉伸图上画出吗?
金属工艺学
金属工艺学
主讲人：
金属工艺学
第一章 金属材料的性能
• 1.1 力学性能 • 1.2 物理化学性能 • 1.3 工艺性能 • 重点：金属材料的力学性能 • 难点：金属材料的力学性能
金属工艺学
1.1 力学性能
力学性能是指金属材料在受外力作用时所反映出来的性能。 力学性能指标，是选择、使用金属材料的重要依据。金属材料的力
学性能主要有：强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。
金属材料性能两大类： 1 使用性能：机械零件在正常工作情况下应具
备的性能。包括：机械性能、物理、化学性能
2 工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、
热处理性能、切削性能等。
载荷分类:静载荷、冲击载荷、疲劳载荷。
金属工艺学
1.1.1强度
强度 材料在外力作用，抵抗塑性变形 或断裂的能力。抗拉强度 σ+ ; 抗压强度σ- ; 抗弯强度σw ;抗
HB F / S压 0.102 2F / D(D D2 d 2 )
σ
σ-1
107
lgN
图1-6 疲劳曲线
金属工艺学
1.2物理化学性能
1、物理性能 金属材料的物理性能主要有：密度、熔
点、热膨胀性、导电性和导热性等。 2、化学性能
它是金属材料在室温或高温时抵抗各种 化学作用的能力，主要是指抵抗活泼介 质的化学侵蚀能力，如耐酸性、耐碱性、 抗氧化性等。
金属工艺学
1.3工艺性能
工艺性能:金属材料能适应加工工艺要求 的能力.
铸造性,可锻性,可焊性,切削加工形等
金属工艺学
思考题
1 、颈缩现象发生在拉伸图上哪一点? 如果没发生颈缩,是否表明该试样没有 塑性变形? 2、σ0.2 的意义?能在拉伸图上画出吗?
金属工艺学
金属工艺学
主讲人：
金属工艺学
第一章 金属材料的性能
• 1.1 力学性能 • 1.2 物理化学性能 • 1.3 工艺性能 • 重点：金属材料的力学性能 • 难点：金属材料的力学性能
金属工艺学
1.1 力学性能
力学性能是指金属材料在受外力作用时所反映出来的性能。 力学性能指标，是选择、使用金属材料的重要依据。金属材料的力
学性能主要有：强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。
金属材料性能两大类： 1 使用性能：机械零件在正常工作情况下应具
备的性能。包括：机械性能、物理、化学性能
2 工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、
热处理性能、切削性能等。
载荷分类:静载荷、冲击载荷、疲劳载荷。
金属工艺学
1.1.1强度
强度 材料在外力作用，抵抗塑性变形 或断裂的能力。抗拉强度 σ+ ; 抗压强度σ- ; 抗弯强度σw ;抗
HB F / S压 0.102 2F / D(D D2 d 2 )
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参考文献
1．鞠鲁粤 主编，工程材料与成形技术基础，高等教
育出版社， 2004.6 2．吕广庶、张远明主编，工程材料及成形技术基础，
高等教育出版社， 2001.9 3．严绍华主编，材料成形技术基础，清华大学出版
社，2001.8 4．施江澜 主编， 材料成形技术基础，机械工程出版
社，2001.8
如何学好本课程？
▪ 力学性能指标，是选择、使用金属材料的 重要依据。
一、强度与塑性
▪ 强度:材料抵抗由外力载荷所引起的应变或 断裂的能力。
▪ 塑性:材料在外力作用下产生不可逆永久变 形而不破坏的能力。
▪ 拉伸试验
标准试件
低碳钢拉伸曲线
F——Δl：载荷伸长量拉伸曲线 σ——ε：应力应变曲线
铸铁拉伸曲线
σ= F/Ao ε= △L / L0
公元前6000年：人类发明金属冶炼[1] 公元前4000年：古埃及人掌握炼铜技术[1] 公元前2500年：中国人开始使用铁 公元18世纪末：瓦特(JamesWatt,1736～1819，英国)
发明了蒸汽机以后，大量使用铁轨 和铸铁管 ，铸铁的冶炼才走上工业 化生产的道路。
从此，金属材料在材料工业中就占有了统治性的主导地位。
我国是世界上最早发现和使用金属的国家之一
商朝的青铜器 春秋战国的铁器 人工合成材料
2. 工程材料的分类
按属性分类：
金属材料 陶瓷材料 高分子材料 复合材料
金属 Metal
陶瓷 Ceramic
高分子 Polymer
复合材料 Composites
2. 工程材料的分类
按功能：
结构材料 功能材料 生物材料 智能材料 信息材料
即使天上掉馅饼， 也只有早起的人才能得到
是否想学好本课程？
▪ 为了应付考试？
记录老师讲课重点（经常提到）
▪ 为了工作需要？
认真读懂教材和参考书
▪ 为了扩大知识面？ 广泛涉及课外书籍、勤于思考
约
定
❖不旷课
❖字迹工整、按时独立完成作业 ❖课堂内不吃东西 ❖关闭通信等能够发出声音的工具
❖......
第一篇 金属材料导论
1. 材料工业的重要程度
材料作为能制造有用物品的物质， 与能源和信息共同构成了人类社 会赖以生存与发展的基本资源， 故材料、能源和信息并列为现代 科学和现代文明的三大支柱，而 在这三者之间，材料又是最重要 的基础。
1. 材料工业的重要程度
➢ 历史学家把人类社会的发展按其使用的材料
类型划分为石器时代、青铜时代、铁器时代， 而今正处于人工合成材料的新时代。
用于刀具、磨具、轧辊、轴承等领域。
5. 高温合金与难熔合金—超过1300℃有很高强度，用于飞机发
动机等。
6. 金属材料的研究现状
6. 金属基复合材料—高比强度、高比弹性模量，用于航空航天等
领域。
7. 共晶合金定向凝固材料—超高温下呈现更高强度，用于制造
涡轮叶片等。
8. 金属非晶及微晶材料—通过快速冷凝而得到，如金属玻璃、
按材料维度：
三维块体材料 二维薄膜材料 一维纤维材料 零维纳米材料
材料类别不同，则性能不同、用途不同、成型 的技术也不同。
3. 什么是金属材料
金属材料——以金属元素为主要成分、 原子通过金属键结合而成的一 类固体材料。Fra bibliotek金属材料
铁合金：钢、铸铁 非铁合金：铜、铝、钛、镁及其合金
4. 金属材料的发展历史
4. 金属材料的发展历史
1820年：（英）法拉第开始研究合金钢 1839年：巴比特研制出轴承合金 1856年：（德）贝斯麦在转炉中将生铁精炼成钢 1906年：泰勒和霍特研制出高速钢 1912年：（美）海恩兹发明钨铬钴硬质合金 1923年：克虏伯公司发明钨钴硬质合金 1940年：（日）北圆一郎等发明特超硬铝 1948年：（美）米尔斯研制出球墨铸铁 1959年：福特公司研制出TiC金属陶瓷切削刀具（TiC-Ni-Mo合金） 1970年：美国和瑞典研制出粉末高速钢
▪ 金属工艺学中涉及到的知识点在机械制造工程 中的地位。
课程的性质、任务和要求
性质：
➢ 研究常用工程材料及其成形方法的综合性课程 ➢ 体现理论教学与实践环节密切结合的技术基础课程
任务和要求：
➢了解产品的制造过程 ➢掌握常用工程材料的种类与性能，能初步选用 ➢掌握材料成形的基本原理和工艺特点，能初步运用
第一章 金属材料的主要性能
▪ 教学重点：金属材料的力学性能（表达方式、
测定方法、单位量纲、物理意义）
▪ 教学难点：拉伸曲线（F-Δl或б-ε曲线）特 点；硬度实验过程
第一节 金属材料的力学性能
▪ 力学性能是指金属材料在受外力作用时所 反映出来的固有性能。
▪ 金属材料的力学性能主要有：强度、塑性、 硬度、冲击韧度和疲劳强度等。
当前，金属材料的研究领域包括：
1. 高纯材料—优异的软磁性、良好的耐腐蚀性、高残余电阻率，用
于高真空容器、核反应堆等。
2. 高强度材料—可减轻重量，用于航空航天、深海潜艇、原子能
等领域。
3. 超易切削钢—提高刀具寿命30倍，降低成本、节约能源。
4. 硬质合金与金属陶瓷—高硬度、高耐磨性、耐高温、抗氧化，
金属微晶材料。前者具有超耐腐蚀性、高磁导率、低热胀系数等，用于变 压器铁心；后者具有高强度、高韧性、高抗疲劳断裂性等。
9. 金属间化合物—原子按照金属健与部分共价键结合，高温强度
高、抗氧化性好、弹性模量高、密度低，应用于多领域。
10. 纳米金属材料—颗粒径＜100nm的金属材料，具有超导性。用
于电子工业、原子能工业、航空航天工业、化学工业等。
5. 金属材料的优越性
自20世纪50年代以后，高分子材料、先进陶瓷材料、复 合材料迅速发展，开始出现一些金属材料的“代用品”。那 么钢铁材料是否已经进入“夕阳”工业了哪？？
否。 金属材料具有其他材料不能完全取代的独 特性质和使用性能。
高模量
高韧性
高磁性
金属材料
高 导电 性
6. 金属材料的研究现状
分别以σ和ε 为纵坐标和横坐 标，绘出应力-应 变曲线。应力-应 变曲线的形状与 拉伸曲线完全相 似，只是坐标与 数值不同。
同学们好
金属工艺学
上册（第四版）
邓文英主编
高等教育出版社
绪
论
▪ 什么叫金属工艺学？
是一门研究有关制造金属零件工艺方法 的综合性技术基础课。
▪ 它主要研究：
（1）各种工艺方法本身的规律性及其在机械制 造中的应用和相互联系；
（2） 金属机件的加工工艺过程和结构工艺性；
（3）常用金属材料性能对加工工艺的影响等。