工程材料性能包括使用性能和工艺性能。使用性能是指材料

第2章工程材料的基本知识2.1 金属材料的主要性能用来制造零件的金属材料应具有优良的使用性能及工艺性能。

所谓使用性能，是指机器零件在正常工作情况下金属材料应具备的性能，它包括机械性能(或称之为力学性能)、物理和化学性能。

而工艺性能是指零件在冷、热加工制造过程中，金属材料应具备的与加工工艺相适应的性能。

2.2金属材料的机械性能所谓机械性能，是指零件在载荷作用下所反映出来的抵抗变形或断裂的性能。

机械性能指标是零件在设计计算、选材、工艺评定以及材料检验时的主要依据。

由于外加载荷性质的不同(例如拉伸、压缩、扭转、冲击及循环载荷等)，所以对金属材料的机械性能指标要求也将不同。

常用的机械性能指标包括：强度、硬度、塑性、冲击韧性及疲劳强度等。

一. 强度金属材料在外力作用下抵抗破坏(过量的塑性变形或断裂)的性能叫做强度。

由于外力的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等，所以强度也分为：抗拉强度、）抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、屈服强度。

一般以测定材料的抗拉强度（σb 为主。

二. 硬度硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。

目前常用的测定硬度的方法为压入法。

它是用特定的几何形状压头在一定载荷作用下，压入被测试样材料表面，根据被压入的程度来测定其硬度值。

所以硬度值的物理意义是金属材料表面抵抗局部压入塑性变形的能力。

常用的硬度的指标有：布氏硬度(HBS或HBW)及洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)。

1. 布氏硬度布氏硬度测定原理是用一定大小的载荷将一定直径的淬火钢球或硬质合金球压求出应入被测金属表面，保持一定时间后卸载，根据载荷P和压痕的表面积F凹力值作为布氏硬度值。

布氏硬度试验法用于测定硬度不高的金属材料，如铸铁、有色金属、一般经退火、正火后的钢材等。

2. 洛氏硬度洛氏硬度测定原理是以测量压痕深度为硬度的计量指标，由于采用了不同的压头及载荷，可用来测量从极软到极硬的金属材料的硬度。

洛氏硬度的三种标度(HRA、HRB、HRC)中，常用的是HRC洛氏硬度，它采用金刚石圆锥体做压头，可用来测量硬度很高的材料，如淬火钢、调质钢等。

第一单元金属材料基础知识综合训练一、名词解释1.金属材料金属材料是由金属元素或以金属元素为主要材料构成的，并具有金属特性的工程材料。

2.合金合金是指两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的金属材料。

3.钢铁材料以铁或以它为主而形成的金属材料，称为钢铁材料。

4.非铁金属除钢铁材料以外的其它金属，都称为非铁金属。

5.钢铁。

钢铁是铁和碳的合金。

6．力学性能力学性能是指金属在力作用下所显示的与弹性和非弹性反应相关或涉及应力──应变关系的性能，如弹性、强度、硬度、塑性、韧性等。

7．强度强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。

8．屈服点屈服点是指试样在拉伸试验过程中力不增加(保持恒定)仍然能继续伸长(变形)时的应力。

屈服点用符号σs表示,单位为N/mm2或MPa。

9．抗拉强度抗拉强度是指试样拉断前承受的最大标称拉应力。

抗拉强度用符号σb表示，单位为N/mm2或MPa。

10．断后伸长率试样拉断后的标距伸长与原始标距的百分比称为断后伸长率，用符号δ或δ5表示。

11．塑性塑性是指金属在断裂前发生不可逆永久变形的能力。

12．冲击韧度A KU或A KV与冲击试样断口处的横截面积S的比值称为冲击韧度，用аKU或аKV表示，单位是J/cm2。

13．硬度硬度是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标，也是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。

14．疲劳零件在循环载荷作用下，经过一定时间的工作后会发生突然断裂的现象称为金属的疲劳。

15．物理性能物理性能是指金属在重力、电磁场、热力（温度）等物理因素作用下，其所表现出的性能或固有的属性。

15．化学性能化学性能是指金属在室温或高温时抵抗各种化学介质作用所表现出来的性能，它包括耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性等。

17．工艺性能工艺性能是指金属材料在制造机械零件或工具的过程中，适应各种冷、热加工的性能，也就是金属材料采用某种加工方法制成成品的难易程度。

18．磁性金属材料在磁场中被磁化而呈现磁性强弱的性能称为磁性。

第一章金属材料的力学性能机械制造中使用的材料品种很多，为了正确使用材料，并把它加工成合格的工件，必须掌握材料的使用性能和工艺性能。

使用性能，是指为保证工件正常工作材料应具备的性能，包括力学性能、物理和化学性能等。

工艺性能，是指材料在加工过程中所表现出来的性能，包括铸造性能、锻压性能、焊接性能和切削加工性等。

所谓力学性能，是指材料在外力作用下所表现出来的性能，主要有强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等，是设计机械零件时选材的重要依据。

这些性能指标是通过试验测定的。

第一节刚度、强度、塑性刚度、强度和塑性是根据试验测定出来的。

将材料制成标准试样(图1-1a)，然后把试样装在试验机上施加静拉力，随着拉力的增加试样逐渐变形，直到拉断为止(图1-1b)。

将试样从开始到拉断所受的力F 及所对应的伸长量ΔL绘制在F—ΔL坐标上，得出力一伸长曲线。

低碳钢的力一伸长曲线如图1—2所示。

从图1—2可知，在OE 阶段，试样的伸长量随拉力成比例增加，若去除拉力后试样恢复原状，这种变形称为弹性变形。

超过E 点后，若去除拉力试样不能完全恢复原状，尚有一部分伸长量保留下来，这部分保留下来的变形称为塑性变形。

当拉力增加到F s 时，力一伸长曲线在S 点呈现水平台阶，即表示外力不再增加而试样继续伸长，这种现象称为屈服，该水平台阶称为屈服台阶。

屈服以后，试样又随拉力增加而逐渐均匀伸长。

达到B 点，试样的某一局部开始变细，出现缩颈现象。

由于在缩颈部分试样横截面积迅速减小，因此使试样继续伸长所需的拉力也就相应减小。

当达到K 点时，试样在缩颈处断裂。

低碳钢在拉伸过程中经历了弹性变形、弹一塑性变形和断裂三个阶段。

F —ΔL 曲线与试样尺寸有关。

为了消除试样尺寸的影响，把拉力F 除以试样原始横截面积A0，得出试样横截面积上的应力，同时把伸长量ΔL 除以试样原始标距L 0，得到试样的应变LL ε∆=0F A σ=σ—ε曲线与F —ΔL 曲线形状一样，只是坐标不同。

材料的力学性能材料是机械产品制造所必须的物质基础，材料的力学性能包括使用性能和工艺性能。

使用性能：是指材料在使用过程中表现出来的性能，它包括力学性能和物理、化学性能等。

工艺性能：是指材料对各种加工工艺适应的能力，它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理工艺性能等。

切削加工的过程一般在常温下，在不改变材料物理、化学性能的前提下，去除材料上多余金属，使之成为成品的过程。

材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现的抵抗能力。

材料的力学性能是确定材料切削加工方案的主要依据。

1.1材料的强度强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。

强度指标一般用单位面积所承受的载荷即力表示，符号为σ，单位为MPa。

工程中常用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在外力作用下，产生屈服现象时的应力，或开始出现塑性变形时的最低应力值，用σs 表示。

抗拉强度是指金属材料在拉力的作用下，被拉断前所能承受的最大应力值，用σb表示。

对于大多数机械零件，工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是零件强度设计的依据；对于因断裂而失效的零件，而用抗拉强度作为其强度设计的依据。

低碳钢拉伸试验铸铁拉伸试验结论一：在切削加工中，假定其他条件不变，则随着被加工材料强度极限（或弹性模量）的增大，切削力也随之增大，机床负荷增加。

而且在工件安装方面，注意要有足够的夹紧力。

2材料的塑性塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。

工程中常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率。

(1)伸长率AA= （L1-L0）/L0 ×100%式中： L0—试样原标距的长度（mm）L1—试样拉断后的标距长度（mm）(2) 断面收缩率φ断面收缩率是指试样拉断后断面处横截面积的相对收缩值。

φ= （A0-A1）/A0 ×100%式中：A0—试样的原始截面积（mm2）A1—试样断面处的最小截面积（mm2）伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好；反之，塑性越差。

作业1.1 材料的使用性能一、填空题1. 1.金属材料的性能包括使用性能和工艺性能，前者包括力学性能和物理、化学性能等。

2. 材料主要的工艺性能主要有铸造性、锻造性、焊接性、切削加工工艺性、热处理工艺性等。

3.金属材料在静载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度。

它是通过静拉伸实验测定的，用于表示脆性材料条件屈服强度的符号为R0.2。

4. 屈服点表示的是材料抵抗塑性变形的能力；抗拉强度表示的是材料抵抗断裂的能力；刚度表示的是材料抵抗弹性变形的能力。

5. 材料常用的塑性指标有断后伸长率和断面收缩率两种。

其中用断面收缩率表示塑性更接近材料的真实变形。

6. 有一钢试样，其直径为10mm,标距长度为50mm,当载荷达到18840N时，试样产生屈服现象。

载荷加到36110N时，试样发生缩颈现象，然后被拉断，拉断后标距长度为63mm,断裂处直径为 6.7mm，则试样的σs=240MPa；σb=460MPa；δ=26%；Ψ=55.1%。

7. 疲劳断裂分为疲劳裂纹萌生、疲劳裂纹扩展、断裂三个阶段。

8. 工地上，钢筋在使用之前一般要进行拉伸，其目的是增加材料的强度，硬度，该种强化材料的方法称为变形强化（加工硬化）。

二、是非题（×）1.材料的性能包含工艺性能和使用性能。

工程材料使用性能的好坏，直接影响零件或构件的制造方法和制造成本。

工程材料工艺性能好坏，决定了它的使用寿命和应用范围。

（√）2.金属材料被广泛应用的主要原因是来源广泛、优良的使用性能和工艺性能以及可以通过热处理使金属的性能显著提高。

（×）3.机器中的零件在工作时，材料强度高的不会变形，材料强度低的一定会产生变形。

（√）4.对退火低碳钢进行拉伸试验，会出现载荷不增加而试样继续伸长的现象，这一现象为屈服。

（×）5.所有的金属材料均有明显的屈服现象。

改正：脆性材料无明显屈服现象。

（×）6.屈服点是材料发生屈服时的平均应力。

习题1 材料的力学性能问答题请解释材料的工艺性能、使用性能和力学性能含义答：材料的工艺性能是指将材料加工成零件的难易性，包括可切削性、铸造性、锻压性、焊接性等。

材料的工艺性好坏与所采用的加工方法有关。

使用性能是指材料加工成零件后，是否好用、耐用，使用性能包括力学性能、物理性能、化学性能。

力学性能是指材料受载荷作用时表现出的与变形、断裂相关的一系列性能，主要有强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等。

什么叫强度？常用的强度指标是哪两个？分别代表什么？答：强度——材料受静载荷作用时，抵抗塑性变形和断裂的能力。

常用的强度指标是：屈服强度σs ——材料受静载荷作用时，抵抗塑性变形的能力。

抗拉强度（强度极限）σb ——材料受静载荷作用时，抵抗断裂的能力。

什么叫塑性？常用的塑性指标是哪两个？材料的塑性在工程上有何实用意义？答：塑性——材料在受载荷作用时，发生永久性变形的能力。

常用的塑性指标是：延伸率δ、断面收缩率ψ。

塑性在工程上的实用意义：塑性是变形加工（锻压）的条件。

塑性较好的材料才可以进行变形加工。

塑性好的材料，不易脆断，应用时安全性比较好。

比较布氏硬度、洛氏硬度的测量方法、压头形状和硬度值有效范围。

并指出各自的应用范围。

洛氏硬度在测试时可以直接在读数表上读出硬度值。

布氏硬度需根据测试条件和压痕直径查表才能得到硬度值。

金属材料的硬度与抗拉强度之间存在什么关系？这种关系有什么实用意义？答：金属材料的硬度与强度有一定正比关系。

在实际工作中，在不方便测试零件的强度时，常常通过测试其硬度来换算出强度，既简便，成本又低。

但需要注意这样换算的数据是比较粗略的材料的力学性能指标有很多（如强度、塑性、硬度、冲击韧度等），但是在零件图上，常常只标注硬度值要求，这是为什么？答：测试强度、塑性需采用拉伸试验、测试韧性要用冲击试验，这些试验都是破坏性的，显然不适合于成品零件。

硬度试验很简便，对试验对象的损伤非常小，故适合于测试零件。

1、金属材料的性能包括使用性能和工艺性能 .2、金属材料的使用性能是指材料在使用过程中表现出来的性能，它包括机械性能、物理性能和化学性能等.3、金属材料的工艺性能是指材料对各种加工工艺适应的能力，它包括铸造性能、压力加工性能、焊接性能和切削加工性能等.4、根据载荷作用性质不同，载荷可分为静载荷、冲击载荷、疲劳载荷等三种。

5、材料按照其化学组成可以分为金属材料、非金属材料、复合材料和有机材料四类。

6、材料基本性能包括固有特性和派生特性。

7、材料的工艺性能包括切削加工工艺性能、铸造工艺性能、锻造工艺性能、焊接工艺性能、热处理工艺性能等。

8、工业产品造型材料应具备的特殊性能包括感觉物性、加工成型性、表面工艺性和环境耐候性。

9、钢铁材料按化学组成分为钢材、纯铁和铸铁；其中钢材按化学组成分为碳素钢和合金钢。

10．铸铁材料按照石墨的形态可分为可锻铸铁、灰口铸铁和球墨铸铁三种。

11、变形铝合金主要包括锻铝合金、硬铝合金、超硬铝合金和防锈铝合金。

12、金属制品的常用铸造工艺包括砂型铸造、熔模铸造和金属型铸造等.13、金属材料的表面处理技术包括表面改质处理、表面精整加工和表面被覆处理。

14、塑料按照其重复加工利用性能可以分为热塑性塑料和热固性塑料。

15、塑料制品的成型工艺主要包括吹塑成型、挤塑成型、吸塑成型、注塑成型等。

16、陶瓷材料根据其原料、工艺和用途，可以分为传统陶瓷和近代陶瓷两大类.17、陶瓷制品的工艺过程一般包括原配料、坯料成型和窑炉烧结三个主要工序。

18、陶瓷制品的坯体成型方法主要有压制成型、可塑成型和注浆成型三种。

19、陶瓷制品的旋压成型可以分为覆旋旋压法和仰旋旋压法两种.20、日用陶瓷制品可以分为陶器、瓷器和炻器.其中陶器的气孔率和吸水率介于炻器和瓷器之间。

21、玻璃按用途可分为日用器皿玻璃、技术用玻璃、建筑用玻璃、和玻璃纤维四大类。

22、玻璃的加工工艺包括原料装配、加热熔融、成型加工、热处理和表面装饰。

《汽车材料》复习题第一章金属材料的性能1.材料的性能包括使用性能和工艺性能.使用性能包括材料的力学性能、物理性能和化学性能等。

工艺性能包括铸、锻、焊、切削加工、热处理等性能.2。

材料常用的力学性能指标有：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等.3.材料常用的强度指标屈服强度、抗拉强度和疲劳强度等。

4。

材料常用的塑性指标有断后伸长率和端面收缩率两种。

5。

材料常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度.6。

布氏硬度的符号为HBW和HBS，洛氏硬度的符号为HRA、HRB和HRC。

硬度值的标记用硬度值在前,硬度符号在后的方法，如：l50HBS，70HRC。

7.名词解释：强度、硬度、疲劳强度、塑性、冲击韧性。

第二章钢铁材料1.炼铁：向含铁矿物中加入还原剂，将金属铁还原分离出来，得到生铁的生产工艺过程。

2.炼钢：向生铁中加入氧化剂，将杂质和碳氧化后生成各种氧化物级CO，最终以炉渣和气体的形式排除的工艺过程。

3。

名词解释：晶体、非晶体、晶格、晶胞、合金、相、组织、固溶体、结晶、过冷度。

4。

金属中常见的晶格类型：体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格三种。

5.金属实际的晶体结构多是多晶体结构.单晶体具有各向异性和规则的几何外形，多晶体结构不具有各向异性和规则的几何外形.6.晶体缺陷有点缺陷、线缺陷和面缺陷三种。

常见的点缺陷有晶格空位、间隙原子和置换原子三种；常见的线缺陷有刃型位错和螺型位错两种；常见的面缺陷有晶界和亚晶界两种.7.固溶体分间隙固溶体和置换固溶体。

8。

固溶强化:融入固溶体中的溶质原子造成晶格畸变,晶格畸变增大了位错运动的阻力，使滑移难以进行，从而使合金固溶体的强度与硬度增加。

这种通过融入某种溶质元素来形成固溶体而使金属强化的现象称为固溶强化.9。

纯金属结晶的基本过程包括晶核形成和晶核长大两个过程。

晶核形成的两种方式：自发形核(或同质形核）和非自发形核（或异质形核）。

10。

结晶速度的评价指标有形核速度N和晶核长达速度υ.形核速度N和晶核长大速度υ取决于过冷度△T 的大小，通常可以通过控制过冷度△T来调节晶核的大小.11. 什么叫细晶强化，细晶强化的常用方法有哪些？答:1）工业上将通过细化晶粒而使金属材料力学性能提高的方法称为细晶强化。

工程材料性能包括：1.使用性能①力学性能（强度、硬度、塑韧性、疲劳强度、弹性模量）②物理性能（热电磁光等）③化学性能（耐高温、耐腐蚀、抗氧化等）2.工艺性能（铸造。

锻造、焊接、热处理、切削加工）。

化学成分、组织结构、加工工艺与材料性能的关系：材料化学成分和组织结构是其性能的内部依据，材料的制备工艺、加工变形和热处理决定了组织结构，材料性能是具有一定化学成分和组织结构的外在表现。

Me对金属材料的作用：①Me固溶于基体：固溶强化，降低高温元素扩散速度，提高材料高温力学性能，形成沉淀。

②弥散于第二相：第二相强化，提高塑韧性，若第二项高温性能好还可以提高材料高温力学性能。

③与杂质元素结合：防止晶界偏聚和沿晶界析出，提高塑韧性。

④细化晶粒，提高材料强韧性。

⑤抑制元素扩散：减慢钢A化过程，提高钢A化温度，提高钢的回火稳定性，提高A稳定性提高钢的淬透性，降低钢的焊接性。

⑥Cr、Al、Si在钢表面形成钝化膜，提高基体电位，提高材料耐蚀性。

碳化物的稳定性由什么决定：从热力学角度，取决于碳化物的生成热和形成自由能，碳化物的生成热越大，稳定性越高。

碳化物高温稳定性对刚的影响：①稳定性大则可显著提高钢的回火温度，使基体恢复得比较充分，残余A转变较完全，碳化物保持高弥散度，使钢在强度和韧性方面得到较好配合。

②碳化物作为强化相，稳定性大，在温度及应力长期作用下不易聚集长大，保持原组织形貌，可大大提高材料高温使用寿命。

合金元素与铁的相互作用的工程实际意义：为了保证钢具有良好的耐蚀性(如不锈钢)，需要在室温下获得单一相组织，就是运用合金元素与铁的相互作用规律，通过控制钢中合金元素的种类和含量，使钢在室温条件下获得单相奥氏体或铁素体等单一组织来实现。

合金元素与碳相互作用的实际意义：一方面关系到所形成碳化物的种类、性质和在钢中的分布，而所有这些都会直接影响到钢的性能；同时对钢的热处理亦有较大影响。

另一方面由于合金元素与碳有着不同的亲和力，对相变过程中碳的扩散速度有较大影响；碳化物形成元素阻碍碳的扩散，降低碳原子的扩散速度；弱碳化物形成元素及大多数非碳化物形成元素则无此作用，甚至某些元素(如钴)还有增大碳原子扩散的作用。