《金属工艺学》第一章金属材料的力学性能

第一章金属的力学性能
（一）教学内容
拉伸试验和低碳钢拉伸曲线；拉伸试验测得的强度指标：σe、σs和σb，以及拉伸试验测得的塑性指标：δ、φ。

布氏硬度和洛氏硬度试验法的原理及应用。

摆锤式一次冲击试验法原理和冲击韧性指标αk。

金属疲劳的概念。

（二）教学目的与要求：
本章阐述了金属五大机械性能指标强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度的概念、测试方法和应用。

要求掌握强度和塑性指标的符号、单位及意义；掌握布氏硬度和洛氏硬度的测定原理、方法、符号及应用。

了解拉伸试验方法和拉伸曲线图；了解多次冲击试验和疲劳试验的概念。

（三）重点、难点
本章的重点是拉伸试验、布氏硬度试验、洛氏硬度试验、一次冲击试验的测试原理，以及经试验所获得的强度、塑性、硬度和韧性指标的符号、物理函义及其应用。

要求学生应完成上述四种机械性能测试的实验。

（四）考核知识点与考核要求
1．强度和塑性指标的符号、单位及意义（掌握）
2．掌握布氏硬度和洛氏硬度的测定原理、方法、符号及应用。

（识记）
3．了解拉伸试验方法和拉伸曲线图；了解多次冲击试验和疲劳试验的概念。

（识记）。

第一篇金属材料材料导论第一章金属材料的主要性能第一节金属材料的力学性能力学性能的定义：材料在外力作用下，表现出的性能。

一、强度与塑性概念：应力；应变拉伸实验F（k·∆L（mm）∆L e1.强度：定义：塑性变形、断裂的能力。

衡量指标：屈服强度、抗拉强度。

（1）屈服点：定义：发生屈服现象时的应力。

公式：σs＝F s/A o（MPa）（2）抗拉强度：定义：最大应力值。

公式：σb＝F b/A o2.塑性：定义：发生塑性变形，不破坏的能力。

衡量指标：伸长率、断面收缩率。

（1）伸长率：定义：公式：δ＝（L1－L0）/L0×100％（2）断面收缩率：定义：公式：Ψ＝（A0－A1）/A0×100％总结：δ、Ψ越大，塑性越好，越易变形但不会断裂。

二、硬度硬度：定义：抵抗更硬物体压入的能力。

衡量：布氏硬度、洛氏硬度等。

1.布氏硬度：HB（1）应用范围：铸铁、有色金属、非金属材料。

（2）优缺点：精确、方便、材料限制、非成品检验和薄片。

2.洛氏硬度：HRC用的最多一定锥形的金刚石（淬火钢球），在规定载荷和时间后，测出的压痕深度差即硬度的大小（表盘表示）。

（1）应用范围：钢及合金钢。

（2）优缺点：测成品、薄的工件，无材料限制，但不精确。

总结：数值越大，硬度越高。

第二章铁碳合金第一节纯铁的晶体结构及其同素异晶转变一、金属的结晶结晶：液态金属凝结成固态金属的现象。

实际结晶温度－金属以实际冷却速度冷却结晶得到的结晶温度Tn。

一、金属结晶的过冷现象：金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，Tn<T o。

过冷度：T o-Tn＝∆T（变量）。

理论结晶温度实际结晶温度O 时间总结：晶粒越小，则材料的力学性能越好。

细化主要途径是：（1）提高过冷度：冷却速度越大，生核速率越大>长大速率。

（2）变质处理（孕育处理）：在液态金属中，加入一些细小的金属粉末（变质剂）（3）机械振动（4）热处理（5）压力加工二、纯金属的晶体结构纯金属的晶格类型：1.体心立方晶格：纯铁（α-Fe）2.面心立方晶格；γ－Fe三、纯铁的同素异晶转变纯铁：α－Fe（912℃）→γ－Fe（1394℃）→δ-Fe（1538℃）→L第二节铁碳合金的基本组织一、固溶体：定义：溶质原子进入溶剂中，依然保持晶格类型的金属晶体。

名目第一局部章节习题………………..2页第二局部常见解答题……………..21页第三局部综合测试题…………….30页(摘自德州科技职业学院)第一局部章节习题第一章金属的力学性能一、填空题1、金属工艺学是研究工程上常用材料性能和___________的一门综合性的技术根底课。

2、金属材料的性能可分为两大类：一类喊_____________，反映材料在使用过程中表现出来的特性，另一类喊__________，反映材料在加工过程中表现出来的特性。

3、金属在力作用下所显示与弹性和非弹性反响相关或涉及力—应变关系的性能，喊做金属________。

4、金属反抗永久变形和断裂的能力称为强度，常用的强度判定依据是__________、___________等。

5、断裂前金属发生不可逆永久变形的能力成为塑性，常用的塑性判定依据是________和_________。

6、常用的硬度表示方法有__________、___________和维氏硬度。

二、单项选择题7、以下不是金属力学性能的是〔〕A、强度B、硬度C、韧性D、压力加工性能8、依据拉伸实验过程中拉伸实验力和伸长量关系，画出的力——伸长曲曲折折线〔拉伸图〕能够确定出金属的〔〕A、强度和硬度B、强度和塑性C、强度和韧性D、塑性和韧性9、试样拉断前所承受的最大标称拉应力为〔〕A、抗压强度B、屈服强度C、疲惫强度D、抗拉强度10、拉伸实验中，试样所受的力为〔〕A、冲击B、屡次冲击C、交变载荷D、静态力11、属于材料物理性能的是〔〕A、强度B、硬度C、热膨胀性D、耐腐蚀性12、常用的塑性判定依据是〔〕A、断后伸长率和断面收缩率B、塑性和韧性C、断面收缩率和塑性D、断后伸长率和塑性13、工程上所用的材料，一般要求其屈强比〔〕A、越大越好B、越小越好C、大些，但不可过大D、小些，但不可过小14、工程上一般规定，塑性材料的δ为〔〕A、≥1%B、≥5%C、≥10%D、≥15%15、适于测试硬质合金、外表淬火刚及薄片金属的硬度的测试方法是〔〕A、布氏硬度B、洛氏硬度C、维氏硬度D、以上方法都能够16、不宜用于成品与外表薄层硬度测试方法〔〕A、布氏硬度B、洛氏硬度C、维氏硬度D、以上方法都不宜17、用金刚石圆锥体作为压头能够用来测试〔〕A、布氏硬度B、洛氏硬度C、维氏硬度D、以上都能够18、金属的韧性通常随加载速度提高、温度落低、应力集中程度加剧而〔〕A、变好B、变差C、无妨碍D、难以判定19、判定韧性的依据是〔〕A、强度和塑性B、冲击韧度和塑性C、冲击韧度和多冲抗力D、冲击韧度和强度20、金属疲惫的判定依据是〔〕A、强度B、塑性C、抗拉强度D、疲惫强度21、材料的冲击韧度越大，其韧性就〔〕A、越好B、越差C、无妨碍D、难以确定三、简答题22、什么喊金属的力学性能？常用的金属力学性能有哪些？23、什么是疲惫断裂？如何提高零件的疲惫强度？四、计算题24、测定某种钢的力学性能时，试棒的直径是10mm，其标距长度是直径的五倍，Fb=33.81KN，Fs=20.68KN，拉断后的标距长度是65mm。

金属工艺学绪论金属工艺学是一门传授有关制造金属零件工艺方法的综合性技术基础课，主要讲述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，金属零件的加工工艺过程和机构工艺性。

第一篇 金属材料的基本知识第一章 金属材料的主要性能第一节 金属材料的力学性能金属材料的力学性能是金属材料在力的作用下所表现出来的性能。

一、强度与塑性1.强度金属材料的抗变形能力（永久变形）和断裂能力称之为强度。

抵抗能力越大，则强度越高。

2.塑性塑性是指金属材料受力后在断裂之前产生不可逆永久变形的能力。

断面收缩率是指试样拉断后，缩颈处面积变化量与原始横截面积比值的百分率。

⨯-=0l s s ψ100% 二、硬度 硬度是指金属材料抵抗其他更硬物体压入其表面的能力。

（1）布氏硬度 102.O SF H B W ⨯=（2）洛氏硬度（3）维氏硬度三、韧性冲击韧性是指金属材料在断裂前吸收变形能量的能力。

韧性主要反映了金属抵抗冲击力而不断裂的能力。

韧性好的金属抗冲击的能力强。

S A k k =α 四、疲劳强度 金属材料在无数次交变载荷的作用下而不发生断裂的最大应力称为疲劳强度，用1-σ表示。

提高疲劳强度的措施：通过改善零件的结构形状，避免应力集中，改善表面粗糙度，进行表面热处理和表面强化处理等可以提高材料的疲劳强度。

第二节 金属材料的物理、化学及工艺性能一、物理性能金属材料的物理性能主要有密度、熔点、热胀冷缩、导热性、导电性和磁性等。

二、化学性能金属材料的化学性能主要是指在常温或高温时，抵抗各种介质侵蚀的能力。

三、工艺性能工艺性能是指是否易于进行冷、热加工的性能。

第二章 铁碳合金第一节 纯铁的晶体结构及其同素异形体转变一、纯铁晶体结构及同素异晶转变晶体：原子在空间呈规律性排列。

结晶：金属的结晶就是金属液态转变为晶体的结构。

过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差，称为过冷度。

晶核：液态中先出现一些极小晶体，称为晶核。

晶粒：每个晶核长成的晶体称为晶粒。

第一篇金属材料的基本知识第一章金属材料的主要性能金属材料的力学性能又称机械性能，是金属材料在力的作用所表现出来的性能.零件的受力情况有静载荷，动载荷和交变载荷之分。

用于衡量在静载荷作用下的力学性能指标有强度，塑性和硬度等；在动载荷和作用下的力学性能指标有冲击韧度等;在交变载荷作用下的力学性能指标有疲劳强度等。

金属材料的强度和塑性是通过拉伸试验测定的。

P6低碳钢的拉伸曲线图1，强度强度是金属材料在力的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。

强度有多种指标，工程上以屈服点和强度最为常用。

屈服点：δs是拉伸产生屈服时的应力。

产生屈服时的应力=屈服时所承受的最大载荷/原始截面积对于没有明显屈服现象的金属材料，工程上规定以席位产生0.2%变形时的应力，作为该材料的屈服点。

抗拉强度:δb是指金属材料在拉断前所能承受的最大应力。

拉断前所能承受的最大应力=拉断前所承受的最大载荷/原始截面积2，塑性塑性是金属材料在力的作用下,产生不可逆永久变形的能力。

常用的塑性指标是伸长率和断面收缩率。

伸长率：δ试样拉断后，其标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率.伸长率=（原始标距长度－拉断后的标距长度）÷拉断后的标距长度×100%伸长率的数值与试样尺寸有关,因而试验时应对所选定的试样尺寸作出规定，以便进行比较。

同一种材料的δ5 比δ10要大一些。

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称为断面收缩率，以ψ表示。

收缩率=(原始横截面积－断口处横截面积）÷原始横截面积×100％伸长率和断面收缩率的数值愈大，表示材料的塑性愈好.3，硬度金属材料表面抵抗局部变形（特别是塑性变形、压痕、划痕）的能力称为硬度。

金属材料的硬度是在硬度计上测出的。

常用的有布氏硬度法和洛氏硬度法。

1，布氏硬度（HB）是以直径为D的淬火钢球HBS或硬质合金球HBW为压头，在载荷的静压力下,将压头压入被测材料的表面，停留若干秒后卸去载荷，然后采用带刻度的专用放大镜测出压痕直径d，并依据d的数值从专门的表格中查出相应的HB值.布氏硬度法测试值较稳定，准确度较洛氏法高。