金属的性能(力学性能和工艺性能)

金属材料的性能一、金属材料的力学性能任何机械零件工作时都会受到外力的作用，如行车吊运重物，钢丝绳会受到重物拉力的作用；柴油机连杆会受到拉力、压力、甚至交变外力和冲击力的作用等。

在这些外力作用下，材料所表现出来的一系列特性和抵抗的能力称力学性能。

按作用形式不同，外力常分为静载荷、冲击载荷和交变载荷等。

材料的力学性能也分为强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。

1．强度和塑性强度是指材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。

强度用应力表示，其符号为σ，单位为MPa，1MPa=1N/mm2。

常用来衡量金属材料强度的指标有屈服点（σs）和抗拉强度（σb）等。

金属材料的屈服点和抗拉强度是通过把材料做成标准试样，在材料试验机上进行拉伸试验测得的。

常用的拉伸试样如图4-1所示。

图中l0为试样的标距长度，d0为试样截面的直径。

按国家标准规第四章金属材料与热处理定，试样可以分为长试样和短试样两种，长试样l0=10 d0，而短试样l0=5 d0。

试验时，随着拉力的缓慢增加，试样的长度也逐渐增长，即产生变形。

在整个试验中，把拉力与试样的相应变形，画在以伸长量∆l为横坐标、拉力F为纵坐标的图上，所连成的曲线即为力—变形曲线，如图4-2所示。

图4-l 拉仲试样图4-2 低碳钢力—变形曲线图a）拉伸前b）拉伸后由图4-2可知，在开始的Oe阶段，试样在拉力作用下均匀伸长，伸长量与拉力保持正比关系。

这时若去掉拉力，试样将恢复原状，此时材料处于弹性变形阶段，弹性变形在e 点处达到最大极限。

因此，在e点处试样所承受的拉力与试样横截面积之比称为弹性极限，用σe表示。

当超过e点后，材料除弹性变形外，开始产生塑性变形，拉力与伸长量之间的正比关系不再保持。

当拉力增大到F s时，即使拉力不再增加，材料仍会继续伸长一定距离，这种现象称为“屈服”。

在s点处，试样承受的拉力与试样原始横截面积之比称为屈服点，用σs表示σs=F s/A0式中F s r——试样屈服时的拉力（N）；A0——试样原始截面积（mm2）。

1、金属材料的性能包括：使用性能和工艺性能。

2、使用性能：是指金属材料在使用条件下所表现出来的性能，包括①物理性能（如密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等）。

②化学性能（如抗腐蚀性、抗氧化性等）。

③力学性能（如强度、塑性、硬度、冲击韧性及疲劳强度等）。

④工艺性能。

力学性能的概念：力学性能是指金属在外力作用下所表现出来的性能。

3、力学性能包括：强度、硬度、塑性、冲击韧性a)金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。

强度的大小用应力来表示。

b)根据载荷作用方式不同，强度可分为：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等。

一般情况下多以抗拉强度作为判别金属强度高低的指标。

4、金属材料受到载荷作用而产生的几何形式和尺寸的变化称为变形。

变形分为：弹性变形和塑性变形两种5、不能随载荷的去除而消失的变形称为塑形变形。

在载荷不增加或略有减小的情况下，试样还继续伸长的现象叫做屈服。

屈服后，材料开始出现明显的塑性变形。

Fs称为屈服载荷6、sb：强化阶段：7、随塑性变形增大，试样变形抗力也逐渐增加，这种现象称为形变强化（或称加工硬化）。

Fb：试样拉伸的最大载荷。

8、在拉伸试验过程中，载荷不增加（保持恒定），试样仍能继续伸长时的应力称为屈服点。

用符号σs表示，计算公式：σs=Fs/So对于无明显屈服现象的金属材料可用规定残余伸长应力表示，计算公式：σ0.2=F0.2/So9、（2）抗拉强度材料在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用符号σb表示。

计算公式为：σb=Fb/So10、断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性。

塑性由拉伸试验测得的。

常用伸长率和断面收率表示。

11、伸长率：试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率。

用δ表示：计算公式：δ=(l1-l0)/l0×100%断面收缩率：试样拉断后，缩颈处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率。

用ψ表示12、材料抵抗局部变形特别是塑性变形压痕或划痕的能力称为硬度。

第二节金属材料的力学性能（硬度、韧性、疲劳）及工艺性能一、复习要求1、知道硬度的概念；2、熟悉硬度测试的方法及原理；3、知道各种硬度测试的表示方法；4、知道各种硬度测试方法的特点并能根据特点进行合理选用；5、知道冲击韧性的概念并了解其测试原理、方法及适用；6、知道疲劳的概念并了解其特征和产生疲劳的原因；7、知道疲劳曲线和疲劳极限的概念并了解影响疲劳极限的因素；8、了解工艺性能的种类及影响因素。

二、课前自主复习（一）、复法指导1、复习内容1）、硬度、韧性、疲劳概念；2）、硬度、韧性、疲劳的测试方法及应用场合；3）、影响硬度、韧性、疲劳的因素。

2、怎么复1）、抓住载荷特性及衡量指标结合强度、塑性的概念对硬度、韧性、疲劳的概念进行比较记忆；2）、课堂以探究解析硬度、韧性、疲劳等知识应用选择来帮助同学理解知识为主；3）、提出问题、分析问题、解决问题并及时巩固问题并学会对知识的迁移应用。

（二）、知识准备1）、硬度是指金属材料在静载荷的作用下抵抗局部变形特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。

2）、硬度的测试方法有很多，最常用的有布氏硬度测试法、洛氏硬度测试法和维氏硬度测试法。

分别用HB、HR、HV表示。

3）、布氏硬度值根据所采用的压头材料不一样，分别用符号HBS（钢球）和HBW（硬质合金球）表示。

4）、洛氏硬度有HRA、HRB、HRC三种标尺，压头型式分为1200的金刚石圆锥体和直径为Φ1.588mm的钢球两种。

5）、维氏硬度用的是1360的正四棱锥体金钢石压头。

6）、冲击韧性在指金属材料在冲击载荷的作用下而不破坏的能力。

常用的测试方法有大能量一次冲击试验和小能量多次冲击试验，测试结果分别用冲击韧度αk和规定冲击载荷下冲击的次数N表示的。

7）、疲劳是金属材料在交变载荷作用下虽然承受小于或远远小于屈服点的应力但在较长的时间后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象。

8）、疲劳曲线指的是作用的交变应力与循环次数的关系曲线。