第一章工程材料分類與性能

1、l工程材料是用于工程材料是用于制造工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件制造工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件并主并主要要要求力學(xué)性能要求力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)材料。的結(jié)構(gòu)材料。l按組成與結(jié)合鍵分：按組成與結(jié)合鍵分： l 1 1、金屬材料、金屬材料l 2 2、高聚物材料、高聚物材料l 3 3、無(wú)機(jī)非金屬材料（陶瓷）、無(wú)機(jī)非金屬材料（陶瓷）l 4 4、復(fù)合材料、復(fù)合材料l工業(yè)用金屬及合金的總稱工業(yè)用金屬及合金的總稱 l良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和金屬光澤展性和金屬光澤 l用量最大、應(yīng)用最廣泛用量最大、應(yīng)用最廣泛黑色金屬黑色金屬有色金屬有色金屬輕金屬輕金屬, ,重金屬重金屬, ,貴金屬貴金屬, ,稀有金屬稀有金屬

2、l以共價(jià)鍵和離子鍵為主以共價(jià)鍵和離子鍵為主l熔點(diǎn)高、硬度高、耐腐熔點(diǎn)高、硬度高、耐腐蝕、脆性大蝕、脆性大 l分為傳統(tǒng)陶瓷、特種陶分為傳統(tǒng)陶瓷、特種陶瓷和金屬陶瓷三類瓷和金屬陶瓷三類 l以分子鍵和共價(jià)鍵為主以分子鍵和共價(jià)鍵為主l塑性、耐蝕性、電絕緣塑性、耐蝕性、電絕緣性、減振性好，密度小性、減振性好，密度小 l包括塑料、橡膠及合成包括塑料、橡膠及合成纖維等纖維等 共價(jià)鍵共價(jià)鍵l是把兩種或兩種以上不同性質(zhì)或不同結(jié)構(gòu)的材料以是把兩種或兩種以上不同性質(zhì)或不同結(jié)構(gòu)的材料以微觀或宏觀的形式組合微觀或宏觀的形式組合 在一起而形成的材料。在一起而形成的材料。 l包括：包括：l金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料l陶瓷

3、基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料l高分子復(fù)合材料高分子復(fù)合材料 l使用性能：使用性能：材料在使用過(guò)程中所表現(xiàn)的性能。包括材料在使用過(guò)程中所表現(xiàn)的性能。包括力學(xué)性能、物理性能力學(xué)性能、物理性能和和化學(xué)性能?；瘜W(xué)性能。l工藝性能：工藝性能：材料在加工過(guò)程中所表現(xiàn)的性能。包括材料在加工過(guò)程中所表現(xiàn)的性能。包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理鑄造、鍛壓、焊接、熱處理和和切削性能等切削性能等。l第二節(jié)第二節(jié) 材料的力學(xué)性能材料的力學(xué)性能l材料的力學(xué)性能是指材料在承受各種載荷時(shí)的行材料的力學(xué)性能是指材料在承受各種載荷時(shí)的行為。為。l載荷類型通常分為：靜載荷、動(dòng)載荷和變載荷。載荷類型通常分為：靜載荷、動(dòng)載荷和變載荷。載荷的

4、形式載荷的形式l靜載靜載時(shí)材料的力學(xué)性能時(shí)材料的力學(xué)性能靜拉伸試驗(yàn)（彈性和剛度、強(qiáng)度、塑性）靜拉伸試驗(yàn)（彈性和剛度、強(qiáng)度、塑性）硬度（布氏硬度、洛氏硬度）硬度（布氏硬度、洛氏硬度）l動(dòng)載動(dòng)載時(shí)材料的力學(xué)性能時(shí)材料的力學(xué)性能沖擊韌性沖擊韌性疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度l高溫力學(xué)性能高溫力學(xué)性能（蠕變、其它力學(xué)性能）（蠕變、其它力學(xué)性能）l斷裂韌性斷裂韌性l通過(guò)不同的實(shí)驗(yàn)可測(cè)得材料各種性質(zhì)的性能判據(jù)。通過(guò)不同的實(shí)驗(yàn)可測(cè)得材料各種性質(zhì)的性能判據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣拉伸試驗(yàn)力力伸長(zhǎng)曲線伸長(zhǎng)曲線：以拉伸載荷和試樣伸長(zhǎng)量為坐以拉伸載荷和試樣伸長(zhǎng)量為坐標(biāo)所繪制的曲線標(biāo)所繪制的曲線。典型的拉伸過(guò)程典型的拉伸過(guò)程分為

5、四個(gè)階段分為四個(gè)階段彈性變形、塑彈性變形、塑性變形、頸縮和性變形、頸縮和斷裂斷裂l材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為為變形變形。l外力去處后能夠恢復(fù)外力去處后能夠恢復(fù) 的變形稱為的變形稱為彈性變形彈性變形，l外力去處后不能恢復(fù)外力去處后不能恢復(fù) 的變形稱為的變形稱為塑性變形塑性變形。低碳鋼的應(yīng)力低碳鋼的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線拉伸試樣拉伸試樣拉伸試驗(yàn)機(jī)拉伸試驗(yàn)機(jī)應(yīng)力應(yīng)力 = P/F0應(yīng)變應(yīng)變 = (l-l0)/l0l彈性極限：彈性極限：材料承受最大彈性變形材料承受最大彈性變形l時(shí)的應(yīng)力。指標(biāo)為彈性極限時(shí)的應(yīng)力。指標(biāo)為彈性極限 e。2、彈性模

6、量、彈性模量：材料在彈性狀態(tài)下：材料在彈性狀態(tài)下的應(yīng)力和應(yīng)變比值。的應(yīng)力和應(yīng)變比值。E表征材料產(chǎn)生彈性變形的難易程度。表征材料產(chǎn)生彈性變形的難易程度。）（MPatgE el3. 剛度：剛度：材料受力時(shí)抵抗彈性變形的能材料受力時(shí)抵抗彈性變形的能力。剛度與彈性模量成正比，剛度越大，力。剛度與彈性模量成正比，剛度越大，則材料在一定應(yīng)力下承受的彈性變形越則材料在一定應(yīng)力下承受的彈性變形越小。小。二、強(qiáng)度二、強(qiáng)度l材料在外力作用下抵抗變形和材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力。斷裂的能力。 1、 屈服點(diǎn)屈服點(diǎn) s：材料發(fā)生微量塑：材料發(fā)生微量塑性變形時(shí)的應(yīng)力值。性變形時(shí)的應(yīng)力值。 2、規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力規(guī)

7、定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力 0.2：殘余：殘余變形量為變形量為0.2%時(shí)的應(yīng)力值。時(shí)的應(yīng)力值。 3、抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 b：材料斷裂前所：材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力值。承受的最大應(yīng)力值。s0.2l機(jī)械零件在使用時(shí)，一般不允許發(fā)生塑性變形，所機(jī)械零件在使用時(shí)，一般不允許發(fā)生塑性變形，所以屈服強(qiáng)度是大多數(shù)機(jī)械零件設(shè)計(jì)時(shí)選材的主要依以屈服強(qiáng)度是大多數(shù)機(jī)械零件設(shè)計(jì)時(shí)選材的主要依據(jù)也是評(píng)定金屬材料承載能力的重要機(jī)械性能指標(biāo)。據(jù)也是評(píng)定金屬材料承載能力的重要機(jī)械性能指標(biāo)。材料的屈服強(qiáng)度越高，允許的工作應(yīng)力越高，零件材料的屈服強(qiáng)度越高，允許的工作應(yīng)力越高，零件所需的截面尺寸和自身重量就可以較小。所需的截面尺寸和自身重量就

8、可以較小。 l屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值S S/b b稱為稱為屈強(qiáng)比屈強(qiáng)比。屈。屈強(qiáng)比小，工程構(gòu)件的可靠性高，說(shuō)明即使外載或某強(qiáng)比小，工程構(gòu)件的可靠性高，說(shuō)明即使外載或某些意外因素使金屬變形，也不至于立即斷裂。但屈些意外因素使金屬變形，也不至于立即斷裂。但屈強(qiáng)比過(guò)小，則材料強(qiáng)度的有效利用率太低。強(qiáng)比過(guò)小，則材料強(qiáng)度的有效利用率太低。 斷后伸長(zhǎng)率：斷后伸長(zhǎng)率：%100001 lll %100010 FFF 斷面收縮率：斷面收縮率：斷裂后拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象l說(shuō)明：說(shuō)明：l 用面縮率表示塑性比伸長(zhǎng)率更接近真實(shí)變形。用面縮率表示塑性比伸長(zhǎng)率更接近真實(shí)變形。l 對(duì)

9、于直徑對(duì)于直徑d0 相同的試樣，相同的試樣，l0 ， 。 只有當(dāng)只有當(dāng)l0/d0 為常數(shù)時(shí)，塑性值才有可比性。為常數(shù)時(shí)，塑性值才有可比性。 當(dāng)當(dāng)l0=10d0 時(shí)，伸長(zhǎng)率用時(shí)，伸長(zhǎng)率用 表示；表示； 當(dāng)當(dāng)l0=5d0 時(shí)，伸長(zhǎng)率用時(shí)，伸長(zhǎng)率用 5 表示。顯然，表示。顯然， 5 l 時(shí)，無(wú)頸縮，為脆性材料表征；時(shí)，無(wú)頸縮，為脆性材料表征； 時(shí)，有頸縮，為塑性材料表征時(shí)，有頸縮，為塑性材料表征l硬度：硬度：材料抵抗局部變形的能力。軟硬的指標(biāo)。表征強(qiáng)材料抵抗局部變形的能力。軟硬的指標(biāo)。表征強(qiáng)度與塑性的一個(gè)綜合判據(jù)。度與塑性的一個(gè)綜合判據(jù)。l實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)： l1 1）設(shè)備簡(jiǎn)單、操作迅速方便、直接

10、、非破壞性試驗(yàn)。）設(shè)備簡(jiǎn)單、操作迅速方便、直接、非破壞性試驗(yàn)。l2 2）近似估計(jì)抗拉強(qiáng)度和耐磨性。）近似估計(jì)抗拉強(qiáng)度和耐磨性。l3 3）硬度與切削加工性、焊接性、冷成型性能間聯(lián)系，加工工藝）硬度與切削加工性、焊接性、冷成型性能間聯(lián)系，加工工藝參考。參考。l4 4）檢驗(yàn)材料和熱處理質(zhì)量、熱處理工藝合理性及評(píng)定工藝性能）檢驗(yàn)材料和熱處理質(zhì)量、熱處理工藝合理性及評(píng)定工藝性能參考。參考。硬度試驗(yàn)方法三類：硬度試驗(yàn)方法三類：l壓力法壓力法：布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、：布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、顯微硬度、超聲波硬度；顯微硬度、超聲波硬度；l劃痕法劃痕法：莫氏硬度、銼刀硬度；：莫氏硬度、銼刀硬度；l

11、回跳法回跳法: :肖氏硬度肖氏硬度. .l機(jī)械制造最廣泛的是布氏硬度、洛氏硬度和機(jī)械制造最廣泛的是布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。維氏硬度。 l1. 布氏硬度布氏硬度HB)(2102. 022dDDDPHB l壓頭為鋼球壓頭為鋼球時(shí)，布氏硬度用符號(hào)時(shí)，布氏硬度用符號(hào)HBS表示，適用于表示，適用于布氏硬度值在布氏硬度值在450以下的材料。以下的材料。l壓頭為硬質(zhì)合金壓頭為硬質(zhì)合金時(shí)，用符號(hào)時(shí)，用符號(hào)HBW表示，適用于布氏表示，適用于布氏硬度在硬度在650以下的材料。以下的材料。l符號(hào)符號(hào)HBS或或HBW之前的數(shù)字表示硬度值，符號(hào)后面之前的數(shù)字表示硬度值，符號(hào)后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及

12、載荷保持的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時(shí)間。時(shí)間。如如120HBS10/1000/30表示直徑為表示直徑為10mm的鋼球的鋼球在在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持）載荷作用下保持30s測(cè)得的布測(cè)得的布氏硬度值為氏硬度值為120，1015s不注不注。圖紙上標(biāo)注時(shí)在圖紙上標(biāo)注時(shí)在3040個(gè)范圍。個(gè)范圍。l布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。材料。l適于測(cè)量適于測(cè)量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼,鑄鐵及有色金屬的硬度。鑄

13、鐵及有色金屬的硬度。l材料的材料的 b與與HB之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系： 對(duì)于低碳鋼對(duì)于低碳鋼: b(MPa)3.6HB 對(duì)于高碳鋼：對(duì)于高碳鋼： b(MPa)3.4HB 對(duì)于鑄鐵：對(duì)于鑄鐵： b(MPa)1HB或或0.6(HB-40)002. 0bdKHR0012011F0ba22F0+F1c33F0d金鋼石作壓頭，金鋼石作壓頭，K為為100；淬火鋼球作壓頭，；淬火鋼球作壓頭，K為為130l根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個(gè)標(biāo)尺，根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個(gè)標(biāo)尺，A A、B B、C C、D D、E E、F F、G G、H H、K K，常用的標(biāo)尺為，常用的標(biāo)尺為A A、B B、C

14、C、D D。l符號(hào)符號(hào)HRHR前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺, ,l如如50HRA50HRA、30HRB30HRB、60HRC60HRC、40HRD40HRDlHRAHRA用于測(cè)量高硬度材料，如硬質(zhì)合金、表面淬火層和滲碳層。用于測(cè)量高硬度材料，如硬質(zhì)合金、表面淬火層和滲碳層。lHRBHRB用于測(cè)量硬度較低的材料，如有色金屬和退火、正火鋼等。用于測(cè)量硬度較低的材料，如有色金屬和退火、正火鋼等。lHRCHRC用于測(cè)量中等硬度的材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。用于測(cè)量中等硬度的材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。lHRDHRD用于薄鋼板、中等厚度表面硬化零件等。用于薄鋼板、

15、中等厚度表面硬化零件等。l洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便，壓痕小，適用范圍廣。操作簡(jiǎn)便，壓痕小，適用范圍廣。l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：測(cè)量結(jié)果分散度大。測(cè)量結(jié)果分散度大。維氏硬度試驗(yàn)原理維氏硬度試驗(yàn)原理維氏硬度計(jì)維氏硬度計(jì)l維氏硬度用符號(hào)維氏硬度用符號(hào)HV表示表示，符號(hào)前的數(shù)字為硬度值，后符號(hào)前的數(shù)字為硬度值，后面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時(shí)間，如面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時(shí)間，如640HV30/20，30表示表示30kgf，20表示保持表示保持20秒，秒，1015s不注。不注。 維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)，既可測(cè)量，既可測(cè)

16、量由極軟到極硬的材料的硬度，又能互相比較。既可測(cè)量由極軟到極硬的材料的硬度，又能互相比較。既可測(cè)量大塊材料、表面硬化層的硬度，又可測(cè)量金相組織中不大塊材料、表面硬化層的硬度，又可測(cè)量金相組織中不同相的硬度。同相的硬度。 l1) 1) 肖氏硬度肖氏硬度 又名回跳硬度。是把規(guī)定形狀和重量的又名回跳硬度。是把規(guī)定形狀和重量的金剛石或鋼球沖頭從初始高度金剛石或鋼球沖頭從初始高度h h0 0落在試樣表面上，沖頭落在試樣表面上，沖頭彈起一定高度彈起一定高度h h，測(cè)，測(cè)h h與與h h0 0的比值與肖氏硬度系數(shù)的乘積的比值與肖氏硬度系數(shù)的乘積就是肖氏硬度值。用符號(hào)就是肖氏硬度值。用符號(hào)HSHS表示。表示。

17、lHS = RHS = Rh/hh/h0 0式中式中 R R：肖氏硬度系數(shù)：肖氏硬度系數(shù)l肖氏硬度主要取決于材料彈性變形能力的大小。試肖氏硬度主要取決于材料彈性變形能力的大小。試驗(yàn)時(shí)，沖頭回跳高度與材料硬度有關(guān)。材料愈硬其彈性驗(yàn)時(shí)，沖頭回跳高度與材料硬度有關(guān)。材料愈硬其彈性極限愈高，沖頭回跳高度越高。肖氏硬度值是一個(gè)無(wú)量極限愈高，沖頭回跳高度越高。肖氏硬度值是一個(gè)無(wú)量綱的值，可在硬度計(jì)上直接讀取。它適用于測(cè)量大型表綱的值，可在硬度計(jì)上直接讀取。它適用于測(cè)量大型表面光滑的工件，如大型冷軋輥的驗(yàn)收就采用肖氏硬度。面光滑的工件，如大型冷軋輥的驗(yàn)收就采用肖氏硬度。l2) 2) 努氏硬度努氏硬度 將兩相

18、對(duì)棱邊夾角分別為將兩相對(duì)棱邊夾角分別為172172 3030 和和130130 的菱形錐體金剛石壓頭以規(guī)定的試驗(yàn)力壓入試樣表面，的菱形錐體金剛石壓頭以規(guī)定的試驗(yàn)力壓入試樣表面，以規(guī)定的保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量其壓痕的長(zhǎng)對(duì)角以規(guī)定的保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量其壓痕的長(zhǎng)對(duì)角線，計(jì)算出壓痕投影面積，則壓痕投影單位面積所承受線，計(jì)算出壓痕投影面積，則壓痕投影單位面積所承受的平均壓力值就是努氏硬度值。用符號(hào)的平均壓力值就是努氏硬度值。用符號(hào)HKHK表示。表示。l努氏硬度試驗(yàn)可以測(cè)量極薄、極細(xì)小試樣，又可測(cè)努氏硬度試驗(yàn)可以測(cè)量極薄、極細(xì)小試樣，又可測(cè)量如玻璃、瑪瑙、礦石等脆性材料的硬度。特別適用于量如玻

19、璃、瑪瑙、礦石等脆性材料的硬度。特別適用于對(duì)經(jīng)表面熱處理或化學(xué)熱處理的工件硬度和硬度梯度的對(duì)經(jīng)表面熱處理或化學(xué)熱處理的工件硬度和硬度梯度的測(cè)定。測(cè)定。l3) 3) 莫氏硬度莫氏硬度 是一種劃痕硬度。硬度可以定義為材料抵是一種劃痕硬度。硬度可以定義為材料抵抗劃痕的能力。將十種礦物按硬度逐漸增高的次序排列，抗劃痕的能力。將十種礦物按硬度逐漸增高的次序排列，得到了莫氏硬度的等級(jí)如下：得到了莫氏硬度的等級(jí)如下：(1)(1)滑石；滑石；(2)(2)石膏；石膏；(3)(3)方方解石；解石；(4)(4)氟石；氟石；(5)(5)磷灰石；磷灰石；(6)(6)長(zhǎng)石；長(zhǎng)石；(7)(7)石英；石英；(8)(8)黃黃石

20、；石；(9)(9)藍(lán)寶石或剛玉；藍(lán)寶石或剛玉；(10)(10)金剛石。金剛石。l如果被測(cè)材料能劃傷某一級(jí)莫氏等級(jí)的材料，而不能劃如果被測(cè)材料能劃傷某一級(jí)莫氏等級(jí)的材料，而不能劃傷相鄰高級(jí)的莫氏等級(jí)材料，則就此可以近似確定此材傷相鄰高級(jí)的莫氏等級(jí)材料，則就此可以近似確定此材料的莫氏硬度值。如普通玻璃大約是料的莫氏硬度值。如普通玻璃大約是5.55.5級(jí)，淬硬鋼大約級(jí)，淬硬鋼大約是是6.56.5級(jí)，這種測(cè)量硬度的方法很粗略，適合于礦物識(shí)別。級(jí)，這種測(cè)量硬度的方法很粗略，適合于礦物識(shí)別。l4) 4) 銼刀硬度銼刀硬度 是一種劃痕硬度，是利用經(jīng)過(guò)標(biāo)定的硬是一種劃痕硬度，是利用經(jīng)過(guò)標(biāo)定的硬度不同的幾把銼刀

21、，通過(guò)銼削試樣或工件，可以確定被度不同的幾把銼刀，通過(guò)銼削試樣或工件，可以確定被測(cè)物的硬度范圍。測(cè)物的硬度范圍。l標(biāo)準(zhǔn)銼刀：其形狀、大小、刀紋都應(yīng)當(dāng)一致，每?jī)砂唁S標(biāo)準(zhǔn)銼刀：其形狀、大小、刀紋都應(yīng)當(dāng)一致，每?jī)砂唁S刀相差刀相差5HRC5HRC。如果工件能被。如果工件能被55HRC55HRC的銼刀銼削，而不能的銼刀銼削，而不能被被50HRC50HRC的銼刀銼削，便可確定該工件的硬度在的銼刀銼削，便可確定該工件的硬度在50HRC50HRC55HRC55HRC之間。之間。l5) 5) 超聲波硬度超聲波硬度 是用一根鑲有金剛石錐體壓是用一根鑲有金剛石錐體壓頭的超聲波傳感器桿，在固定試驗(yàn)力作用下與頭的超聲波

22、傳感器桿，在固定試驗(yàn)力作用下與試件接觸，壓頭壓入試件后，桿的諧振頻率發(fā)試件接觸，壓頭壓入試件后，桿的諧振頻率發(fā)生改變，通過(guò)測(cè)量傳感器桿諧振頻率的變化即生改變，通過(guò)測(cè)量傳感器桿諧振頻率的變化即可測(cè)定試樣硬度?？蓽y(cè)定試樣硬度。l在試驗(yàn)中，其值可直接在刻度盤上讀出，一般在試驗(yàn)中，其值可直接在刻度盤上讀出，一般用洛氏硬度或維氏硬度來(lái)表示。用洛氏硬度或維氏硬度來(lái)表示。l1. 1. 沖擊試驗(yàn)：沖擊試驗(yàn)：擺錘式一次性沖擊試驗(yàn)。（擺錘式一次性沖擊試驗(yàn)。（U U型口型口和和V V型口）型口）l 2. 2. 沖擊吸收功：沖擊吸收功：擺錘沖斷試樣所做的功，稱為擺錘沖斷試樣所做的功，稱為沖擊吸收功，以沖擊吸收功，以A

23、 Ak k表示。表示。lA Ak k值對(duì)材料組織缺陷十分敏感，是檢驗(yàn)冶煉值對(duì)材料組織缺陷十分敏感，是檢驗(yàn)冶煉和熱加工質(zhì)量的有效方法。和熱加工質(zhì)量的有效方法。 l對(duì)一般常用鋼材來(lái)說(shuō)，對(duì)一般常用鋼材來(lái)說(shuō)，A Ak k越大，韌性越好。越大，韌性越好。l3. 沖擊韌性：沖擊韌性：是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。指標(biāo)為沖擊韌性值壞的能力。指標(biāo)為沖擊韌性值ak 。 l材料的沖擊韌性隨溫度下降而下降。材料的沖擊韌性隨溫度下降而下降。在某一溫度范圍內(nèi)沖擊韌在某一溫度范圍內(nèi)沖擊韌性值急劇下降的現(xiàn)象稱性值急劇下降的現(xiàn)象稱韌脆轉(zhuǎn)變韌脆轉(zhuǎn)變。發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的溫度的范圍發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的

24、溫度的范圍稱稱韌脆轉(zhuǎn)變溫度韌脆轉(zhuǎn)變溫度。材料的使用溫度應(yīng)高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度。材料的使用溫度應(yīng)高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度。韌l材料在低于材料在低于 s的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。l材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時(shí)的最大應(yīng)材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時(shí)的最大應(yīng)力稱為力稱為疲勞極限疲勞極限。用。用 -1表示。表示。l疲勞失效的特點(diǎn)：疲勞失效的特點(diǎn)： 斷裂前沒(méi)有明顯的塑性變形斷裂前沒(méi)有明顯的塑性變形l 發(fā)生斷裂突然發(fā)生斷裂突然l 危險(xiǎn)性大、易產(chǎn)生事故危險(xiǎn)性大、易產(chǎn)生事故 -1Nn21N1N2NnNc鋼鐵材料：107次非鐵合金：108次疲勞極限疲勞極限北極星

25、導(dǎo)彈北極星導(dǎo)彈1943年美國(guó)年美國(guó)T-2油輪發(fā)生斷裂油輪發(fā)生斷裂l2 2、應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子、應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子l描述裂紋尖端附近應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度的指標(biāo)。描述裂紋尖端附近應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度的指標(biāo)。aYKI l3 3、斷裂韌度：、斷裂韌度： 當(dāng)外加拉應(yīng)力逐漸增大或裂紋逐漸擴(kuò)展時(shí)，裂紋尖端的當(dāng)外加拉應(yīng)力逐漸增大或裂紋逐漸擴(kuò)展時(shí)，裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子隨之增大，故應(yīng)力場(chǎng)的應(yīng)力也隨著增大，當(dāng)增應(yīng)力強(qiáng)度因子隨之增大，故應(yīng)力場(chǎng)的應(yīng)力也隨著增大，當(dāng)增大到某一臨界值時(shí)，就能使裂紋擴(kuò)展，最終使材料斷裂。這大到某一臨界值時(shí)，就能使裂紋擴(kuò)展，最終使材料斷裂。這個(gè)個(gè)應(yīng)力強(qiáng)度因子應(yīng)力強(qiáng)度因子KIKI的臨界值稱為材料的斷裂韌度，用的臨界值稱為

26、材料的斷裂韌度，用K KICIC表示。表示。l斷裂韌度：斷裂韌度：l C C為斷裂應(yīng)力，為斷裂應(yīng)力，a aC C為臨界裂紋半長(zhǎng)為臨界裂紋半長(zhǎng)l用來(lái)反映材料抵抗脆性斷裂能力的性能指標(biāo)用來(lái)反映材料抵抗脆性斷裂能力的性能指標(biāo)CCICaYK l根據(jù)應(yīng)力強(qiáng)度因子根據(jù)應(yīng)力強(qiáng)度因子K KI I和斷裂韌度和斷裂韌度K KICIC的相對(duì)大小，的相對(duì)大小，可判斷含裂紋的材料在受力時(shí)，裂紋是否會(huì)擴(kuò)可判斷含裂紋的材料在受力時(shí)，裂紋是否會(huì)擴(kuò)展而導(dǎo)致斷裂。展而導(dǎo)致斷裂。l斷裂韌度是材料固有的力學(xué)性能指標(biāo)，是強(qiáng)度斷裂韌度是材料固有的力學(xué)性能指標(biāo)，是強(qiáng)度和韌性的綜合體現(xiàn)。它與裂紋的大小、形狀、和韌性的綜合體現(xiàn)。它與裂紋的大小

27、、形狀、外加應(yīng)力等無(wú)關(guān)，主要取決于材料的成分、內(nèi)外加應(yīng)力等無(wú)關(guān)，主要取決于材料的成分、內(nèi)部組織和結(jié)構(gòu)。部組織和結(jié)構(gòu)。一、物理性能一、物理性能l1. 1. 密度和熔點(diǎn)密度和熔點(diǎn) 1 1）密度：金屬材料可分為輕金屬（密度小于）密度：金屬材料可分為輕金屬（密度小于4.5g/cm34.5g/cm3）和重金屬（密度大于和重金屬（密度大于4.5g/cm34.5g/cm3）。）。 材料的相對(duì)密度直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量，對(duì)于陶瓷材材料的相對(duì)密度直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量，對(duì)于陶瓷材料來(lái)說(shuō)，相對(duì)密度更是決定其性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。料來(lái)說(shuō)，相對(duì)密度更是決定其性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一?？估瓘?qiáng)度與相對(duì)密度之比稱為抗拉強(qiáng)度與相對(duì)密度之

28、比稱為比強(qiáng)度比強(qiáng)度 l2 2）熔點(diǎn)）熔點(diǎn)是指材料的熔化溫度。通常，是指材料的熔化溫度。通常，材料的熔點(diǎn)材料的熔點(diǎn)越高，高溫性能就越好越高，高溫性能就越好。陶瓷熔點(diǎn)一般都顯著高于。陶瓷熔點(diǎn)一般都顯著高于金屬及合金的熔點(diǎn)，所以陶瓷材料的高溫性能普遍金屬及合金的熔點(diǎn)，所以陶瓷材料的高溫性能普遍比金屬材料好。由于玻璃不是晶體，所以沒(méi)有固定比金屬材料好。由于玻璃不是晶體，所以沒(méi)有固定熔點(diǎn)，而高分子材料一般也不是完全晶體，所以也熔點(diǎn)，而高分子材料一般也不是完全晶體，所以也沒(méi)有固定熔點(diǎn)。按照熔點(diǎn)的高低，金屬材料可分為沒(méi)有固定熔點(diǎn)。按照熔點(diǎn)的高低，金屬材料可分為易熔金屬（熔點(diǎn)小于易熔金屬（熔點(diǎn)小于170017

29、00 C C）和難熔金屬（熔點(diǎn)大）和難熔金屬（熔點(diǎn)大于于17001700 C C）2. 2. 電學(xué)性能電學(xué)性能 1 1）導(dǎo)電性）導(dǎo)電性一般用電阻率來(lái)表示材料的導(dǎo)電性能，電阻率越低，材料的導(dǎo)電一般用電阻率來(lái)表示材料的導(dǎo)電性能，電阻率越低，材料的導(dǎo)電性越好。電阻率的單位用性越好。電阻率的單位用mm表示。表示。金屬及其合金一般具有良好的導(dǎo)電性，而高分子材料和陶瓷材料金屬及其合金一般具有良好的導(dǎo)電性，而高分子材料和陶瓷材料一般都是絕緣體，但是有些高分子復(fù)合材料卻具有良好的導(dǎo)電性，一般都是絕緣體，但是有些高分子復(fù)合材料卻具有良好的導(dǎo)電性，某些特殊成分的陶瓷材料則是具有一定導(dǎo)電性的半導(dǎo)體。某些特殊成分的陶

30、瓷材料則是具有一定導(dǎo)電性的半導(dǎo)體。通常金屬的電阻率隨溫度的升高而增加，而非金屬材料則與此相通常金屬的電阻率隨溫度的升高而增加，而非金屬材料則與此相反。反。2 2） 介電常數(shù)介電常數(shù)雖然絕緣體不能導(dǎo)電，但它們對(duì)電場(chǎng)并不是毫無(wú)反應(yīng)的。表示絕雖然絕緣體不能導(dǎo)電，但它們對(duì)電場(chǎng)并不是毫無(wú)反應(yīng)的。表示絕緣材料電性能的物理量稱為介電常數(shù)緣材料電性能的物理量稱為介電常數(shù)，單位是，單位是F/mF/m，表示其對(duì)電，表示其對(duì)電容器容量的影響程度。容器容量的影響程度。 真空介電常數(shù)真空介電常數(shù)0 0=8.85=8.85101012 F/m12 F/m。l3. 3. 熱學(xué)性能熱學(xué)性能l（1 1）熱容量）熱容量 在沒(méi)有體

31、積變化時(shí)，熱容量在沒(méi)有體積變化時(shí)，熱容量C C是溫度變化是溫度變化11時(shí)材料熱量的變時(shí)材料熱量的變化。材料發(fā)生相變時(shí)其內(nèi)部的原子或分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這使材化。材料發(fā)生相變時(shí)其內(nèi)部的原子或分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這使材料中的熱容量也發(fā)生變化，所以科學(xué)家們經(jīng)常利用測(cè)定材料熱容量料中的熱容量也發(fā)生變化，所以科學(xué)家們經(jīng)常利用測(cè)定材料熱容量的變化來(lái)分析相變過(guò)程。的變化來(lái)分析相變過(guò)程。（2 2） 熱膨脹性熱膨脹性 材料的熱膨脹性通常用線膨脹系數(shù)材料的熱膨脹性通常用線膨脹系數(shù)L L來(lái)表示。它表示每變化來(lái)表示。它表示每變化11時(shí)引起的材料相對(duì)膨脹量的大小。對(duì)于精密儀器或機(jī)器的零時(shí)引起的材料相對(duì)膨脹量的大小。對(duì)于精密

32、儀器或機(jī)器的零件，熱膨脹系數(shù)是一個(gè)非常重要的性能指標(biāo)；在有兩種以上材料組件，熱膨脹系數(shù)是一個(gè)非常重要的性能指標(biāo)；在有兩種以上材料組合成的零件中，常因材料的熱膨脹系數(shù)相差過(guò)大而導(dǎo)致零件的變形合成的零件中，常因材料的熱膨脹系數(shù)相差過(guò)大而導(dǎo)致零件的變形或破壞。或破壞。陶瓷的熱膨脹系數(shù)最低，金屬次之，高分子材料最高。陶瓷的熱膨脹系數(shù)最低，金屬次之，高分子材料最高。l（3 3）導(dǎo)熱性）導(dǎo)熱性 熱量會(huì)通過(guò)固體發(fā)生傳遞，材料的導(dǎo)熱性用導(dǎo)熱系數(shù)熱量會(huì)通過(guò)固體發(fā)生傳遞，材料的導(dǎo)熱性用導(dǎo)熱系數(shù)l來(lái)表示，其單位為來(lái)表示，其單位為W/W/（mKmK）。）。 材料導(dǎo)熱性的好壞直接影響著材料的使用性能，如果零材料導(dǎo)熱性的

33、好壞直接影響著材料的使用性能，如果零件材料的導(dǎo)熱性太差，則零件在加熱或冷卻時(shí)，由于表面和件材料的導(dǎo)熱性太差，則零件在加熱或冷卻時(shí)，由于表面和內(nèi)部產(chǎn)生溫差，膨脹不同，就會(huì)產(chǎn)生變形或斷裂。一般導(dǎo)熱內(nèi)部產(chǎn)生溫差，膨脹不同，就會(huì)產(chǎn)生變形或斷裂。一般導(dǎo)熱性好的材料（如銅、鋁等）常用來(lái)制造熱交換器等傳熱設(shè)備性好的材料（如銅、鋁等）常用來(lái)制造熱交換器等傳熱設(shè)備的零部件。的零部件。 通常，金屬及合金的導(dǎo)熱性遠(yuǎn)高于非金屬材料。通常，金屬及合金的導(dǎo)熱性遠(yuǎn)高于非金屬材料。l4. 4. 磁學(xué)性能磁學(xué)性能l 材料在磁場(chǎng)中的性能叫做磁性材料在磁場(chǎng)中的性能叫做磁性。磁性材料又分為軟磁性材料。磁性材料又分為軟磁性材料和硬磁性材料兩種。和硬磁性材料兩種。l軟磁性材料軟磁性材料（如電工用純鐵、硅鋼片等）容易被磁化，導(dǎo)磁性能（如電工用純鐵、硅鋼片等）容易被磁化，導(dǎo)磁性能良好，但外加磁場(chǎng)去掉后，磁性基本消失。良好，但外加磁場(chǎng)去掉后，磁性基本消失。l硬磁性材料硬磁性材料（如淬火的鈷