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第四章工程材料第一节金属材料的性能1.金属材料包括黑色金属和有色金属两大类，2.材料有金属材料与非金属材料两大类，金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。
3.使用性能指的是材料在使用过程中所表现出来的性能，包括物理性能、化学性能和力学性能。
4.工艺性能指金属材料从冶炼到成品的生产过程中，在各种加工条件下所表现出来的性能。
5.力学性能指金属材料在外力作用下所表现出来的性能，包括强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度。
6.在外力作用下，金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度。
7.材料不能恢复的变形称为塑性变形，产生永久变形而不断裂的能力称为塑性。
8.硬度是固体材料对外界物体机械作用的局部抵抗能力，硬度是反应材料弹性、强度与塑性等的综合性能指标。
9.金属材料抵抗冲击载荷的能力称为冲击韧性，用A k表示，单位是J，A k低的叫做脆性材料，A k高的叫做韧性材料。
10.疲劳强度指金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力，实验时规定，钢经受107次，有色金属材料经受108次交变载荷作用时不产生断裂的最大应力。
11.常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
布氏硬度硬度（以球形压头压入，测量压痕直径，计算得到硬度值）、洛氏硬度（测量压痕深度，得到硬度值）和维氏硬度（测量对角线的长度，得到硬度值）。
12.硬度高的材料强度高，耐磨性好，切削性能较差。
13.材料的硬度过高或者过低，韧性过大其切削加工性较差，硬度在150~250HBS时有较好切削加工性。
第二节黑色金属材料1.常用的黑色金属材料有钢和铸铁两种，我们把碳的质量分数在0.02-2.11%的铁碳合金叫做钢，铸铁是碳质量分数在2.11-6.69%的铁碳合金。
2.中碳钢碳的质量分数在0.25-0.60%，中合金钢合金元素质量分数在5~10%。
3.普通钢中，硫质量分数ωs≤0.05%，磷质量分数ωP≤0.045%；优质钢中，硫磷质量分数ωP、ωs一般均小于≤0.04%；高级优质钢中，硫质量分数ωs≤0.03%，磷质量分数ωP≤0.035%，高级优质钢通常在钢号后面加符号“A”或者中文汉字“高”。
汽车机械基础课后习题答案第七章汽车的常用材料1、金属材料的工艺性能指在制造零件的过程中，采用某种加工方法制造成品的难易程度，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能。
金属材料的使用性能指在使用条件下所表现出来的性能，包括物理性能、化学性能和力学性能。
金属工艺性能的好坏，关系零件加工的质量、成本和寿命，影响到汽车的安全使用和品牌的声誉；金属材料的机械零件大多以力学性能为设计依据的，掌握金属材料的力学性能至关重要。
2、金属抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度。
常用的强度指标如下：（1）上屈服强度ReH金属材料在拉伸试验时，试样发生屈服而力首次下降前的最高应力。
（2）下屈服强度ReL在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应力。
（3）抗拉强度Rm表示金属材料抵抗塑性变形不致断裂的最大应力。
金属局部体积内表面抵抗塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度。
（1）布氏硬度符号为HBW。
（2）洛氏硬度根据所用压头和标尺不同，洛氏硬度符号有HRA、HRB、HRC、HRD、HRE、HRF、HRG、HRH、HRK等，其中HRC最为常用。
金属材料在载荷的作用下，断裂前产生塑性变形的能力称为塑性。
常用拉伸试样断裂前的最大相对变形量来表示塑性好坏的指标，该指标分为断后伸长率和断面收缩率两种。
（1）断后伸长率用A来表示；（2）断面收缩率用Z来表示。
α表示。
金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧性。
用冲击韧度kR等表示。
材料承受无数次交变循环应力而不破坏的最大应力值，称为疲劳强度。
用1-3、（1）低碳钢，碳的质量分数低于0.25%（2）中碳钢，碳的质量分数在0.25%~0.6%之间（3）高碳钢，碳的质量分数高于0.60%4、灰铸铁的抗拉强度低，塑性和韧性差，但具有良好的切削性、耐磨性、润滑性、减振性和铸造性。
不可以铸造。
5、相同点：都是用铸造的方法形成毛坯；不同点：含碳量不同、力学性能不同等。
如，当零件的形状较为复杂，或零件的质量较大，而零件的力学性能要求又较高，不能选用铸铁代替，用型钢或锻造又不能实现时，只能采用铸钢。
金属材料知识概述承压设备制造是国民经济的基础产业，各种生产工艺的要求各不尽相同，如：压力从真空到高压甚至超高压、温度从低温到高温以及腐蚀性、易燃、易爆物料等，使得设备处在极其复杂的操作条件下运行。
由于不同的生产条件对设备材料有不同的要求，因此，合理的选用材料是设计承压设备的关键环节。
例如：对于高温容器，由于钢材在高温的长期作用下，材料的力学性能和金属组织都会发生明显的变化，加之承受一定的工作压力，因此在选材时必须考虑到材料的强度及高温条件下组织的稳定性。
容器内部盛装的介质大多具有一定的腐蚀性，因此需要考虑材料的耐腐蚀情况。
对于频繁开、停车的设备或可能受到冲击载荷作用的设备，还要考虑材料的疲劳等。
而低温条件下操作的设备，则需要考虑材料低温下的脆性断裂问题。
一、金属材料的分类二、金属材料的性能三、影响材料性能的因素四、特种设备对材料的要求五、特种设备常用材料标准一、金属材料分类黑色金属：铁和铁的合金均称为黑色金属纯铁：化学纯铁含碳量几乎为零，工业纯铁含碳量<0.05%。
纯铁是很软的，一般不应用到实际中。
铁碳合金：以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。
生铁：把铁矿石放到高炉中冶炼而成的，含碳量2％～4.3％（也有资料称3.5%—5.5%、2.11%-6.67%）的铁碳合金称为生铁。
生铁质硬而脆，缺乏韧性，几乎没有塑性变形能力，因此不能通过锻造、轧制、拉拔等方法加工成形，主要用来炼钢和制造铸件，如白口铁、灰口铁和球墨铸铁。
也有习惯上把炼钢生铁叫做生铁，把铸造生铁简称为铸铁。
钢：含碳量在0.04%-2.3%之间（也有资料称0.03%-1.2%）的铁碳合金称为钢。
为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。
钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。
有色金属：除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、铝等。
金属材料分类（钢材）1、按化学成分分类：①碳素钢：简称碳钢。
除铁、碳外主要含有少量Si、Mn及P、S等杂质，这些总含量不超过2%，按含碳量不同分为：低碳钢——含碳量小于0.25%中碳钢——含碳量等于0.25%～0.6%高碳钢——含碳量大于0.6%②合金钢：除碳钢所含元素外，还含有其它一些合金元素：如Cr、Ni、Mo、W、V、B等，按合金元素含量不同分类：低合金钢——合金元素含量小于5%中合金钢——合金元素含量等于5%～10%高合金钢——合金元素含量大于10%金属材料分类（钢材）2、按用途分类：①建筑工程用钢或构件用钢①普通碳素结构钢②低合金结构钢③钢筋用钢等②结构钢机器零件用钢调质结构钢表面硬化结构钢：包括渗碳钢、渗氨钢、表面淬火用钢易切削结构钢冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、冷镦用钢。
绪论单元测试1.下列哪一项不是当代文明和国民经济的三大支柱？（）A:材料B:能源C:信息D:电子答案:D2.下列哪一项不是三大新技术革命的重要标志？（）A:信息技术B:合成技术C:新材料D:生物技术答案:B3.复合材料中常见的基体材料有哪些？（）A:合成树脂B:橡胶C:陶瓷D:石墨答案:ABCD4.由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素熔合在一起形成的具有金属特性的材料称为合金。
（）A:错B:对答案:B5.具有加热软化、冷却硬化特性，且过程可逆的塑料称为热固性塑料。
（）A:错B:对答案:A第一章测试1.下列哪些金属材料是有色金属？（）A:MnB:CuC:FeD:Cr答案:B2.下列哪些材料属于无机非金属材料？（）A:铜矿石B:水凝胶C:树脂D:氧化铝答案:D3.下面哪些键合方式属于化学键？ ( )A:金属键B:共价键C:离子键D:氢键答案:ABC4.体心立方的晶体堆砌密度要高于面心立方。
（）A:对B:错答案:B5.高分子材料结晶度越高其光学性能越好。
（）A:错B:对答案:B第二章测试1.下面哪些性能指标不是材料的力学性能指标（）A:弹性模量B:屈服强度C:断裂强度D:伸长率答案:D2.设计弹簧等弹性零件不需要考虑材料的哪些力学性能指标（）A:硬度B:弹性极限C:冲击韧性D:弹性模量答案:A3.材料的使用性能在使用条件下所表现出来的性能，包括（）A:力学性能B:化学性能C:物理性能D:可加工性能答案:ABC4.对与结构工程材料，主要考察的性能指标是力学性能。
（）A:对B:错答案:A5.在应力应变曲线中，塑性材料都具有明显的屈服点。
（）A:对B:错答案:B第三章测试1.下列生活中的常见材料，属于有机合成高分子材料的是（）A:钢筋混凝土B:塑料C:陶瓷D:油脂答案:B2.被称为“塑料王”的塑料品种是（）A:聚丙烯B:聚乙烯C:聚碳酸酯D:聚四氟乙烯答案:D3.塑料是一类在常温下有固定的形状和强度，在高温下具有可塑性的高分子材料。
2022-2023学年第一学期《金属材料与热处理》期末考试补考试卷一、判断题(每题2分，共20题）1、使用性能是指金属材料在加工条件下所表现出来的性能。
[判断题] *对错(正确答案)2、组成元素相同而结构不同的各金属晶体,就是同素异构体。
[判断题] *对(正确答案)错3、晶界越多,金属的力学性能越差。
[判断题] *对错(正确答案)4、一般硬度高的材料,强度也较高。
[判断题] *对(正确答案)错5、通常材料越软,塑性越好,它的切削性能也越好。
[判断题] *对错(正确答案)6、碳素结构钢Q235A中字母A的含义是高级的意思。
[判断题] *对错(正确答案)7、通常情况下含碳量越高,钢的强度、硬度越高,而塑性、韧性越低。
[判断题] *对(正确答案)错8、含碳量为0.15% 和0.35%的钢属于亚共析钢,在室温下的组织由珠光体和铁素体组成, 所以它们的力学性能相同。
[判断题] *对错(正确答案)9、铸铁的铸造性能好，故常用来铸造形状复杂的工件。
[判断题] *对(正确答案)错10、形变强化可以提高金属的强度。
[判断题] *对(正确答案)错11、珠光体、索氏体、屈氏体都是片层状的铁素体和渗碳体的混合物，所以它们的力学性能相同。
[判断题] *对错(正确答案)12、下贝氏体具有较高的强度、硬度和较好的塑性、韧性。
[判断题] *对(正确答案)错13、淬透性好的钢，淬火后硬度一定高。
[判断题] *对错(正确答案)14、完全退火不适用于高碳钢。
[判断题] *对(正确答案)错15、在去应力退火过程中，钢的组织不发生变化。
[判断题] *对(正确答案)错16、感应加热表面淬火，淬硬层深度取决于电流频率，频率越高，淬硬层越深。
[判断题] *对错(正确答案)17、淬火后的钢，回火时随温度的变化，组织会发生不同的转变。
[判断题] *错18、钢渗氮后无须淬火即有很高的硬度及耐磨性。
[判断题] *对(正确答案)错19、表面淬火只适用于中碳钢和中碳合金钢。
机械基础电子教案<2>第1章 机械概述[课程名称]金属材料的性能，机械零件的强度 [教材版本]李世维主编。
中等职业教育国家规划教材——机械基础（机械类）。
第2版。
北京：高等教育出版社，2006 [教学目标与要求] 一、 知识目标1、了解金属材料的物理性能、化学性能、力学性能和工艺性能所包括的内容。
2、 了解机械零件失效和强度的内涵，内力和应力的定义。
3、掌握应力的常用单位380b MPa τ=的换算方法。
二、 能力目标1、掌握力学性能对金属材料所起的作用和工艺性能对加工的影响。
2、掌握应力对材料的强度的关系。
三、 素质目标 1、了解金属材料的物理、化学、力学和工艺性能对零件使用的影响。
2、了解失效、应力与零件强度的关系。
四、 教学要求1、了解金属材料各种性能的定义及应力和强度的含义。
2、掌握力学性能对机械零件强度的影响。
[教学重点]1、金属材料的力学性能和应力与强度的关系。
2、了解失效的含义。
掌握强度的各种表示方法及应力的常用单位。
[难点分析]强度的分类和应力的分类[教学方法]讲练法、演示法、归纳法[学生分析]1、金属材料的物理、化学性能对学生来说比较熟悉，初中已多少学过，而力学性能、工艺性能和强度是新知识，可能比较陌生。
2、强度的种类较多，应多举例以示区别。
失效的含义较难，可能一时难以理解，应多做解释。
[教学资源]1、机械基础网络课程。
北京：高等教育出版社，20062、吴联兴主编。
机械基础练习册。
北京：高等教育出版社，2006[教学安排]教学步骤：讲授与演示交叉进行，穿插提问与设问，最后归纳小结。
2学时（90分钟）[教学过程]一、导入新课（10分钟）常用的机器零件都是由金属材料制成的，特别是一些重要的关键零件，不仅要求寿命长耐用，而且机械尺寸精巧又要易于加工，价格还要低廉，这就要求我们必须研究金属材料的物理、化学、力学和工艺性能，以满足各种不同的机械零件的性能要求。
如坦克的履带和挖掘机的铲齿都要求材料不仅要硬，还要耐磨损；机床的齿轮不仅要求表面硬度很高，而且芯部要具有足够的韧性；飞机的零件不仅要求材料要轻，同时还必须具有足够的强度，以抵抗气流的冲击。
金属材料基础金属材料是以金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。
包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。
人类文明的发展的今天和社会的进步同金属材料关系十分密切。
继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。
现代种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。
性能一般分为工艺性能和使用性能两类。
工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。
金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。
由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。
使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括力学性能、物理性能、化学性能等。
金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。
在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非常强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。
金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为力学性能〔过去也称为机械性能〕。
金属材料的力学性能是零件的设计和选材时的主要依据。
外加载荷性质不同〔例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等〕，对金属材料要求的力学性能也将不同。
常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。
金属材料的分类随着科学技术的发展不仅新的金属材料品种不断出现，而且传统的金属材料，如钢铁、铜、铝等合金材料品种也日益增加。
金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。
①黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90％以上的工业纯铁，含碳2％～4％的铸铁，含碳小于2％的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。
广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。
②有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。
关于汽车冲压件材料性能要求汽车冲压件的使用性能对冲压材料性能的要求所谓使用性能，是指机械零件在服役条件下所表现出来的力学性能、物理和化学性能。
使用性能是选材时要考虑的最主要因素。
不同的零件所要求的使用性能也不一样，在选材时，首要的任务就是准确地判定零件所要求的主要使用性能。
汽车冲压件主要以车身覆盖件、车架纵梁和横梁、车厢、车轮及发动机用的覆盖件为主，还有一些支撑件与连接件。
每个具体的汽车零部件的使用和工作条件不同，承受的负荷不同，因此对用材的要求也有很大的差异。
2．1汽车驾驶室零部件对材料性能的要求汽车驾驶室零部件大都是覆盖件，外形复杂，成形复杂，但受力不大，采用模具成形工艺，材料的成形性能就成了主要矛盾，因此要求材料具有成形性、张紧刚性、延伸性、抗凹性、耐腐性和焊接性等。
产品设计时，通常根据板制零件受力情况和形状复杂程度来选择钢板品种。
一般选用拉延性能优良的低碳冷轧钢板、超低碳冷轧钢板。
近几年，成形性优异、强度更高的含磷冷轧钢板、高弓童度冷轧钢板、冷轧双相钢板、烘烤硬化冷轧钢板、超低碳钢高强度冷轧钢板以及其他种类钢板如涂镀层钢板、拼焊钢板和TRIP钢板等，也被大量应用到车门外板、车门内板、车门加强板、车顶盖、行李箱盖板和保险杠等汽车车身零件上。
东风重型汽车车身目前常用的材料牌号及拉延级别如表1。
2.2汽车车厢零件对材料性能的要求汽车车厢零件形状不太复杂，大都采用辊压成形工艺，对材料的成形性、刚性、耐腐蚀性和焊接性都有一定的要求。
一般选用成形性能和焊接性较好的高强度钢板。
通常，采用强度级别为300-600 MPa高强度钢板和超细晶粒钢。
东风重型汽车车厢常用的材料牌号及强度要求如表22.2.3汽车车架零件对材料性能的要求车架、车厢中板及一些用于支撑和连接的零部件，都是重要的承载件，大都采用模具成形工艺，要求材料有较高的强度和较好的塑性，以及疲劳耐久性、碰撞能量吸收能力和焊接性等。
一般选用成形性能较好的高强度钢板、超细晶粒钢板（强度级别在300-610 MPa）和超高强度板（强度级别在610-1000 MPa）。
工程材料的性能包括使用性能和工艺性能。
使用性能是指材料在使用条件下表现出来的性能如力学性能、物理性能和化学性能；工艺性能是指材料在加工过程中反映出的性能如切削加工性能、铸造性能、塑性加工性能、焊接性能和热处理性能等。
其具体的分类如下：一、强度、刚度、塑性、硬度材料在静载荷的作用下所表现出的各种性能称为静态力学性能。
材料的静态力学性能可以通过静载试验确定，该试验可以确定材料在静载荷作用下的变形（弹性变形、塑性变形）和断裂行为，这些数据广泛应用于结构载荷机件的强度和刚度设计中，也是材料加工工艺有关材料变形行为的重要资料。
在生产金属材料的工厂，静载试验是检验材料质量的基本手段之一。
此外，科学工作者也能够从材料的变形和断裂行为的分析中得到很多有关材料性能的重要资料，这些资料对于研究和改善材料的组织与性能十分必要。
一、拉伸试验拉伸试验是工业上应用最广泛的金属力学性能试验方法之一。
这种试验方法的特点是温度、应力状态和加载速率是确定的，并且常用标准的光滑圆柱试样进行试验。
通过拉伸试验可以揭示材料在静载荷作用下常见的三种失效形式，即弹性变形、塑性变形和断裂。
还可以标定出材料最基本的力学性能指标，如屈服强度σ、抗拉强度σb、断后伸长率δ和断面收材料的性能使用性能工艺性能强度、硬度、塑性和韧性等室温下抵抗各种化学作用的性能高温下抵抗各种化学作用的性能密度、熔点、磁性、导电导热性、热膨胀性等缩率ψ。
1、拉伸试验曲线拉伸试验曲线有以下几种表示方法：（1）载荷－伸长曲线（P-ΔL）这是拉伸试验机的记录器在试验过程中直接描画出的曲线。
P是载荷的大小，ΔL指试样标距长度L0受力后的伸长量。
（2）工程应力－应变曲线（σ－ε曲线）令F0为试样原有的横截面面积，则拉伸应力σ＝P / F0，拉伸应变ε＝ΔL / L0。
以σ－ε为坐标作图得到的曲线就是工程应力－应变曲线，它和P-ΔL曲线形状相似，仅在尺寸比例上有一些差异。
图2－1为低碳钢的拉伸曲线。
由图可见，低碳钢在拉伸过程中，可分为弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。
（3）真应力－应变曲线（S－e曲线）指试样在受载过程中任一瞬间的真应力（S = P / F）和真应变（e = ln L / L0）之间的关系曲线。
图2-1低碳钢的工程应力－应变曲线2、弹性和刚度（1）弹性：当外加应力σ小于σe（如图2－1）时，试样的变形能在卸载后（σ＝0）立即消失，即试样恢复原状，这种不产生永久变形的性能称为弹性。
σe为不产生永久变形的最大应力，称为弹性极限。
（2）刚度：在弹性范围内，应力与应变成正比，即σ＝Eε，或E＝σ/ε，比例常数E 称为弹性模量，它是衡量材料抵抗弹性变形能力的指标，亦称为刚度。
它是一个对组织不敏感的参数，主要取决于材料本身，与合金化、热处理、冷热加工等关系不大。
3、强度强度是指在外力作用下材料抵抗变形和断裂的能力，是材料最重要、最基本的力学性能指标之一。
（1）屈服点与屈服强度屈服点σs与屈服强度σ是材料开始产生明显塑性变形时的最低应力值，即σs＝Fs / A0 （2－1）式中：Fs 屈服载荷；A0 试样的原始横截面积。
工业上使用的某些金属材料（如高碳钢和一些经热处理后的钢等），在拉伸试验中没有明显的屈服现象发生，故无法确定其屈服点。
按GB228-87规定，屈服强度为试样标距部分产生%残余伸长时的应力值，即σ＝/ A0 （2－2）式中：试样标距产生%残余伸长时的载荷；A0 试样的原始横截面积。
通常，机械零件不仅是在破断时形成失效，而往往是在发生少量塑性变形后，零件精度降低而形成了失效。
所以，屈服点或屈服强度是零件设计时的主要依据，同时也是评定金属材料强度的重要指标之一。
（2）抗拉强度抗拉强度σb是材料在破断前所承受的最大应力值，即σb ＝Fb / A0 （2－3）式中：Fb 试样在破断前所承受的最大载荷；A0 试样的原始横截面积。
抗拉强度是零件设计时的重要依据，同时也是评定金属材料强度的重要指标之一。
4、塑性塑性是指材料在静载荷作用下，产生塑性变形而不破坏的能力。
伸长率δ和断面收缩率ψ是表示材料塑性好坏的指标。
（1）伸长率伸长率是指试样拉断后标距增长量与原始标距之比，即δ ＝（Lk─L0）/ L0 × 100% （2－4）式中：Lk 试样断裂后的标距；L0 试样原始标距。
（2）断面收缩率断面收缩率是指试样拉断处横截面积的缩减量与原始横截面积之比，即ψ ＝（A0─Ak）/ A0 × 100%式中：Ak 试样断裂处的最小横截面积；A0 试样的原始横截面积。
虽然塑性指标通常不直接用于工程设计计算，但任何零件都要求材料具有一定的塑性。
因为零件使用过程中，偶然过载时，由于能产生一定的塑性变形而不至于突然脆断。
同时，塑性变形还有缓和应力集中、削减应力峰的作用，在一定程度上保证了零件的工作安全。
此外，各种成型加工都要求材料具有一定的塑性。
二、硬度硬度是衡量材料软硬程度的指标。
目前工程上，测定硬度最常用的方法是压入法，该方法所表示的硬度是指材料表面抵抗硬物压入的能力。
硬度试验设备简单，操作迅速方便，又可以直接在零件或工具上进行试验而不破坏工件，并且还可以根据硬度值估计材料的近似抗拉强度和耐磨性。
此外，硬度与材料的冷成型性、切削加工性、可焊性等工艺性能间也存在着一定的联系，可作为选择加工工艺时的参考。
由于以上原因，所以硬度试验在实际生产中作为产品质量检查、制定合理加工工艺的最常用的重要试验方法。
在产品设计图样的技术条件中，硬度也是一项主要技术指标。
测定硬度的方法很多，生产中应用较多的有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等试验方法。
1、布氏硬度布氏硬度试验通常是以一定的压力F，将直径为D的淬火钢球或硬质合金球压入被测材料的表层，经过规定的保持载荷时间后，卸除载荷，即得到一直径为d的压痕，见图2-2。
载荷除以压痕表面积所得之值即为布氏硬度，以HB表示。
单位为MPa，但习惯上不标出。
用钢球为压头所测出的硬度值以HBS表示；以硬质合金球为压头所测得的硬度值以HBW 表示，HBS和HBW前面的数字代表其硬度值。
HBS适用于测量退火、正火、调质钢及铸铁、有色合金等硬度小于450HB的较软金属；HBW适用于测量硬度值在650HB以下的材料。
布氏硬度试验的优点是测定结果较准确，不足之处是压痕大，不适合成品检验。
2、洛氏硬度洛氏硬度试验是以一定的压力将一特定形态的压头压入被测材料的表面，如图2-3所示。
根据压痕的深度来测量材料的软硬，压痕愈深，硬度愈低，反之硬度愈高。
被测材料的硬度可直接在硬度计刻度盘上读出。
表2-1 常用洛氏硬度的试验条件和应用按压头和载荷不同，洛氏硬度分为HRA、HRB和HRC三种类型，如表2-1所示。
洛氏硬度测量简单易行，压痕小，既可以测量成品和零件的硬度，也可以检测较薄工件或表面较薄硬化层的硬度。
三种洛氏硬度中，以HRC应用最多。
3、维氏硬度维氏硬度的测定原理与布氏硬度基本相同，不同之处在于压头采用锥面夹角为136°的金刚石正四棱锥体，压痕为正四方锥形，如图2-4所示。
维氏硬度用HV表示，单位为MPa。
由于维氏硬度所用载荷小，压痕浅，故特别适用于测量零件表面的薄硬化层、镀层及薄片材料的硬度。
此外，载荷可调范围大，对软硬材料均适用。
其缺点是硬度的测定较麻烦，工作效率不如测洛氏硬度高。
图2-2 布氏硬度试验原理图图2-3洛氏硬度试验原理图图2-4维氏硬度试验原理图二、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧度材料在动载荷的作用下所表现出的各种性能称为动态力学性能。
动载荷主要是指加载速度较快，材料的塑性变形速度也较快的冲击载荷和作用力大小与方向作周期性变化的交变载荷。
在这类载荷作用下，材料强度和塑性都表现出下降的现象，而且难以像静载荷那样测出外力与变形的关系曲线。
所以，其力学性能指标必须从另一角度来定义。
材料的动态力学性能指标主要有冲击韧度、疲劳强度和耐磨性等三种。
一、冲击韧度冲击载荷是以很大速度作用于工件上的载荷。
许多零件和工具在工作过程中，往往受到冲击载荷的作用，如冲床的冲头、锻锤的锤杆、内燃机的活塞销与连杆、风动工具等。
由于冲击载荷的加载速度高，作用时间短，使金属在受冲击时，应力分布与变形很不均匀。
故对承受冲击载荷的零件来说，仅具有足够的静载荷强度指标是不够的，必须还具有抵抗冲击载荷的能力。
1、韧性的定义韧性是指零件在工作状态承受载荷的作用下，对所引起的塑性变形和断裂的抵抗程度。
它是强度和塑性的综合表现。
2、冲击韧度的定义冲击韧度（αk）是指材料抵抗冲击载荷的能力。
以单位面积承受的冲击吸收功来衡量，即αk ＝Ak / A0 （2－5）式中：Ak 试样所承受的冲击吸收功，（J）；A0 试样断口处的原始横截面积（cm2）。
3、冲击韧度的测试原理与方法材料的冲击韧度是在摆锤式冲击试验机上测得的，见图2-5。
冲击试验标准试样是10mm×10mm×55mm。
可分为无缺口、V型缺口和U型缺口三种。
图2-5 摆锤式冲击试验示意图材料的冲击韧度除了取决于材料本身之外，还与环境温度及缺口的状况密切相关。
所以，冲击韧度除了用来表征材料的韧性大小外，还用来测量金属材料随环境温度下降由塑性状态转变为脆性状态的韧脆转变温度。
也用来考察材料对缺口的敏感性。
4、多冲抗力在生产中，冲击载荷下工作的零件，往往是经受千万次小能量冲击而破坏的，很少是受大能量一次性冲击破坏的，因此应进行多次冲击试验以确定其多次冲击抗力。
二、疲劳强度工程中有许多零件，如发动机曲轴、齿轮、弹簧及滚动轴承等都是在交变应力或重复应力作用下工作的。
在这种情况下，零件往往在工作应力低于其屈服强度的条件下发生断裂，这种现象称为疲劳断裂。
疲劳断裂都是突然发生的，事先均无明显的塑性变形预兆，很难事先觉察到，也属于低应力脆断，故具有很大的危险性。
1、疲劳强度疲劳强度是用来表示材料抵抗交变应力的能力。
常用σγ表示，其下脚标γ为应力循环对称因素。
γ = σmin / σmax （2－6）式中：σmin 是交变循环应力中的最小应力值；σmax是交变循环应力中的最大应力值。
对于对称循环交变应力，γ =－1，这种情况下材料的疲劳代号为σ-1。
2、疲劳强度的测量材料的疲劳强度是在疲劳试验机上测定的。
试验规定，钢在经受106~107次，有色金属107~108次交变应力循环作用而不发生断裂的最大应力为材料的疲劳强度。
金属材料的疲劳强度通常都小于屈服点，这说明材料抵抗交变应力比抵抗静应力的能力低。
材料的疲劳强度值虽然取决于材料本身的组织结构状态，但也随试样表面粗糙度和张应力的增加而下降。
疲劳强度对缺口也很敏感。
为提高零件的疲劳强度，除改善内部组织和外部结构形状避免应力集中外，还可以通过降低零件表面粗糙度和采取表面强化方法如表面淬火、喷丸处理、表面滚压等来提高疲劳强度。
