第一章 金属材料的性能

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。

【关键字】加工《金属材料学》习题第一章金属材料的性能1.在设计机械零件时多用哪两种强度指标？为什么？2.在设计刚度好的零件，应根据何种指标选择材料。

采用何种材料为宜？材料的E越大，其塑性越差，这种说法是否正确？为什么？3.常用的硬度试验方法有几种？其应用范围如何？这些方法测出的硬度值能否进行比较？4.标锯不相同的伸长率能否进行比较？为什么？5.反映材料的受冲击载荷的性能指标是什么？不同条件下测得的这种指标能否比较？怎样应用这种性能指标？6.疲劳破坏是怎样形成的？提高零件疲劳寿命的方法有哪些？为什么表面粗糙和零件尺寸增大能使材料的疲劳强度值减小？7.断裂韧度是表明材料何种性能的指标？为什么要求在设计零件时考虑这种指标？第二章金属的结构与结晶1.解释下列名词：晶体，非晶体，金属键；晶格，晶胞，晶格常数，致密度，配位数；晶面指数，晶向指数；晶体的各向异性，同素异构（晶）转变；点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，位错；单晶体，多晶体；过冷度，形核率，成长率，自由能差；蜕变处理，蜕变剂。

2.常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数有什么特点？α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn各属何种晶体结构？3.已知Cu的原子直径为2.56，求Cu的晶格常数，并计算1mm3Cu中的原子数。

4.在立方晶体结构中，一平面通过y＝1/2、z＝3并平行于X轴，它的晶面指数是多少？试绘图表示。

5.在面心立方晶格中，哪个晶面和晶向的原子密度最大？6.为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？7.过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？8.金属结晶的基本规律试什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？9.在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生产中如何应用蜕变处理？举例说明。

10.简述铸钢锭的组织和缺陷。

11.为什么钢锭希望尽量减少柱状晶区？而铜锭、铝锭往往希望扩大柱状晶区？12.如果其他条件相同，试比较在下列铸造条件下，铸件晶粒的大小：（1）金属模浇注与沙模浇注；（2）高温浇注与低温浇注；（3）铸成薄件与铸成厚件；（4）浇注时采用震动与不采用震动。

金属材料的力学性能(总6页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除复习旧课1、材料的发展历史2、工程材料的分类讲授新课第一章金属材料的力学性能材料的性能有使用性能和工艺性能两类使用性能是保证工件的正常工作应具备的性能，主要包括力学性能、物理性能、化学性能等。

工艺性能是材料在被加工过程中适应各种冷热加工的性能，包括铸造性能、锻压性能、焊接性能、热处理性能、切削加工性能等。

力学性能是指金属在外力作用下所显示的性能能。

金属力学性能指标有：强度、刚度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。

第一节刚度、强度与塑性一、拉伸试验及力—伸长曲线L 0——原始标距长度；L1——拉断后试样标距长度d 0——原始直径。

d1——拉断后试样断口直径国际上常用的是L0=5 d0（短试样），L0=10 d0（长试样）[拉伸曲线]：拉伸试验中记录的拉伸力F与伸长量ΔL（某一拉伸力时试样的长度与原始长度的差ΔL=Lu-L0）的F—ΔL曲线称为拉伸曲线图。

Oe段：为纯弹性变形阶段，卸去载荷时，试样能恢复原状Es段：屈服阶段Sb段：强化阶段，试样产生均匀的塑性变形，并出现了强化Bk段：局部塑性变形阶段二、刚度刚度:金属材料抵抗弹变的能力指标：弹性模量 E E= σ / ε (Gpa )弹性范围内. 应力与应变的比值（或线形关系，正比）E↑刚度↑一定应力作用下弹性变形↓三、强度指标σ= F/S o强度：强度是指材料抵抗塑性变形和断裂的能力。

强度表示：强度一般用拉伸曲线上所对应某点的应力来表示。

单位采用N/mm2(或MPa 兆帕）σ= F/Aoσ——应力（MPa）；F——拉力（N）；S o——截面积（mm2）。

常用的强度判据主要有屈服点、条件屈服强度（也称为规定残余伸长应力）和抗拉强度等。

1、屈服点与条件屈服强度[屈服强度]σs 产生屈服时的应力（屈服点），亦表示材料发生明显塑性变形时的最低应力值。

第一章材料的性能第一节材料的机械性能一、强度、塑性及其测定1、强度是指在静载荷作用下，材料抵抗变形和断裂的才能。

材料的强度越大，材料所能承受的外力就越大。

常见的强度指标有屈服强度和抗拉强度，它们是重要的力学性能指标，是设计，选材和评定材料的重要性能指标之一。

2、塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的才能。

塑性指标用伸长率δ和断面收缩率ф表示。

二、硬度及其测定硬度是衡量材料软硬程度的指标。

目前，消费中测量硬度常用的方法是压入法，并根据压入的程度来测定硬度值。

此时硬度可定义为材料抵抗外表局部塑性变形的才能。

因此硬度是一个综合的物理量，它与强度指标和塑性指标均有一定的关系。

硬度试验简单易行，有可直接在零件上试验而不破坏零件。

此外，材料的硬度值又与其他的力学性能及工艺能有亲密联络。

三、疲劳机械零件在交变载荷作用下发生的断裂的现象称为疲劳。

疲劳强度是指被测材料抵抗交变载荷的才能。

四、冲击韧性及其测定材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的才能被称为冲击韧性。

为评定材料的性能，需在规定条件下进展一次冲击试验。

其中应用最普遍的是一次冲击弯曲试验，或称一次摆锤冲击试验。

五、断裂韧性材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的才能称为断裂韧性。

它是材料本身的特性。

六、磨损由于相对摩擦，摩擦外表逐渐有微小颗粒别离出来形成磨屑，使接触外表不断发生尺寸变化与重量损失，称为磨损。

引起磨损的原因既有力学作用，也有物理、化学作用，因此磨损使一个复杂的过程。

按磨损的机理和条件的不同，通常将磨损分为粘着磨损、磨料磨损、接触疲劳磨损和腐蚀磨损四大根本类型。

第二节材料的物理化学性能1、物理性能：材料的物理性能主要是密度、熔点、热膨胀性、导电性和导热性。

不同用途的机械零件对物理性能的要求也各不一样。

2、化学性能：材料的化学性能主要是指它们在室温或高温时抵抗各种介质的化学侵蚀才能。

第三节材料的工艺性能一、铸造性能：铸造性能主要是指液态金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析的倾向。