金屬材料與熱處理

（優(yōu)選）金屬材料與熱處理當前1頁，總共128頁。

★材料按物質(zhì)結構不同分：

金屬材料、非金屬材料（有機高分子材料和陶瓷料)、復合材料★材料按用途不同分：

機械工程材料、土木工程材料、電工材料、電子材料

★材料按功能不同分：

結構材料、功能材料、磁性材料等當前2頁，總共128頁。材料分類復合材料金屬材料陶瓷材料高分子材料當前3頁，總共128頁。材料發(fā)展概括▲石器時代銅器時代：司母戊鼎（公元前11—16世紀）1130×780×1100戰(zhàn)國編鐘（前475—221年）65個總重2500Kg天然石，獸骨，樹枝泥巴（日曬→原始陶器；火燒→瓷器用具）鐵器時代滄州大獅（公元953年）重50T,長5.3m,寬3m人工復合材料塑料、橡膠、陶瓷、鈦合金、碳纖維、納米等陶器時代當前4頁，總共128頁。滄州鐵獅鑄造于公

元953年。鐵獅子通高5.78米，身長6.5米，體寬3.17米，重約40噸當前5頁，總共128頁。本課程的性質(zhì)和目的是機械類專業(yè)必修的一門專業(yè)技術2、目的：a獲得有關金屬熱處理、金屬材料的基本知識。

b熟悉常見金屬材料的牌號、性能特點及應用；了解它們之間成分、組織、性能、熱處理的關系。c具有選擇零件材料的能力，確定加工工藝路線的能力。d為后續(xù)課程和從事技術工作打下基礎。1、性質(zhì)：本課學習方法是：預習、筆記、復習、討論問題本教材的重點：常見的材料牌號及應用，鋼的熱處理基礎課。當前6頁，總共128頁。第一章金屬的性能金屬材料的性能〈使用性能—力學、物理、化學力學性能：受外力作用下所表現(xiàn)出的性能。不能說：機械性能判據(jù)如：強度、塑性、硬度、韌性、疲勞強度等第一節(jié)金屬的力學性能工藝性能—鑄造、鍛壓、焊接、切削加工一、基本概念1、彈性：指物體在外力作用下改變基本形狀和尺寸，當外力卸除后物體又恢復到其原始形狀和尺寸的特性。研究力學性能意義：是選擇和使用金屬材料的重要依據(jù)當前7頁，總共128頁。2、內(nèi)力：金屬受到外力時為保其不變形，在材料內(nèi)部作用者與外力相對抗的力稱為內(nèi)力。3、應力：單位面積上的內(nèi)力。4、應變：指由外力所引起的物體原始尺寸或形狀的相對變化；通常以百分比（%）表示5、載荷：金屬材料在加工及使用過程中所受的外力。按作用性質(zhì)分：靜載荷：指大小不變或變化過程緩慢的載荷。。當前8頁，總共128頁。沖擊載荷：在短時間內(nèi)以較高速度作用于零件上的載荷。循環(huán)載荷：指大小、方向隨時間發(fā)生周期性變化的載荷當前9頁，總共128頁。按作用形式不同分：當前10頁，總共128頁。6、變形：材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為變形。分為彈性變形與塑性變形外力去處后能夠恢復的變形稱為彈性變形。外力去處后不能恢復的變形稱為塑性變形。當前11頁，總共128頁。一、強度概念：強度是指金屬抵抗永久變形（塑性變形）和斷裂

的能力。通過拉伸試驗測得大小。強度的大小通常用應力來表示。=F/S-----應力Pa1Pa=1N/m21MPa=106Pa

按載荷的作用方式不同，強度可分為：抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度、和抗扭強度。注意：一般多以抗拉強度作為判別金屬強度高低的指標。當前12頁，總共128頁。拉伸實驗

（金屬的抗拉強度和塑性都是通過拉伸試驗測定）（GB/T228-2002）當前13頁，總共128頁。1.拉伸試樣2.力—伸長曲線（以低碳鋼試樣為例）3.脆性材料的拉伸曲線當前14頁，總共128頁。1.拉伸試樣（GB6397-86）長試樣：L0=10d0短試樣：L0=5d0當前15頁，總共128頁。當前16頁，總共128頁。萬能材料試驗機

a)WE系列液壓式b)WDW系列電子式當前17頁，總共128頁。當前18頁，總共128頁。當前19頁，總共128頁。2.力－伸長曲線彈性變形階段屈服階段頸縮現(xiàn)象拉伸試驗中得出的拉伸力與伸長量的關系曲線。強化階段

當前20頁，總共128頁。

(a)試樣(b)伸長(c)產(chǎn)生縮頸(d)斷裂當前21頁，總共128頁。拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象當前22頁，總共128頁。ΔLF03.脆性材料的拉伸曲線（與低碳鋼試樣相對比）脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象。

當前23頁，總共128頁。應力

=P/F0應變

=(l-l0)/l0當前24頁，總共128頁。三、強度

——金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和破壞的能力

工程上常用的金屬材料的強度指標：屈服點（σs）或規(guī)定殘余伸長應力（σr）抗拉強度(σb)當前25頁，總共128頁。屈服點（σs）:指材料產(chǎn)生屈服時的應力規(guī)定殘余伸長率為0.2%時的應力材料屈服時的拉力（N）屈服點（屈服極限）原標準（GB228-76）：屈服強度很重要，大多數(shù)零件不允許有塑性變形規(guī)定殘余伸長應力:對有明顯屈服現(xiàn)象的材料對無明顯屈服現(xiàn)象的材料當前26頁，總共128頁?？估瓘姸?材料在拉伸條件下所能承受最大力的應力值拉伸過程中最大的拉力（N）若零件在使用時不允許產(chǎn)生過量塑性變形，應以材料的σs或σ0.2進行設計計算。若零件在使用時只要求不發(fā)生破壞，則以材料的σb來設計計算。因此σs和σb是機械零件設計計算的主要依據(jù)。很重要，表示零件破壞前能抗的最大應力值當前27頁，總共128頁。強度的意義強度是指金屬材料抵抗塑性變形和斷裂的能力，一般鋼材的屈服強度在200～1000MPa之間。強度越高，表明材料在工作時越可以承受較高的載荷。當載荷一定時，選用高強度的材料，可以減小構件或零件的尺寸，從而減小其自重。因此，提高材料的強度是材料科學中的重要課題，稱之為材料的強化。當前28頁，總共128頁。二、塑性

——在外力作用下金屬材料在斷裂前產(chǎn)生不可逆永久變形的能力常用的塑性判據(jù)：拉伸時的斷后伸長率和斷面收縮率當前29頁，總共128頁。1、斷后伸長率由于同一材料用不同長度的試樣測得的斷后伸長率δ數(shù)值不同，因此應注明試樣尺寸比例。如:δ10——試樣L0=10d0δ5——試樣L0=5d0試樣拉斷后的標距（mm）試樣原始標距（mm）當前30頁，總共128頁。2、斷面收縮率試樣斷裂后縮頸處的最小橫截面積（mm2）試樣原始截面積（mm2）δ和ψ是用來判斷材料在斷裂前所能產(chǎn)生的最大塑性變形量大小。一般認為ψ＞5％的材料為塑性材料，如低碳鋼；ψ＜5％的為脆性材料，如灰鑄鐵

.

當前31頁，總共128頁。塑性對材料的意義:1.是金屬材料進行壓力加工的必要條件;2.提高安全性:因為零件在工作時萬一超載，也會由于塑性變形使材料強化而避免突然斷裂

當前32頁，總共128頁。強度與塑性是一對相互矛盾的性能指標。在金屬材料的工程應用中，要提高強度，就要犧牲一部分塑性。反之，要改善塑性，就必須犧牲一部分強度。正所謂“魚和熊掌二者不能兼得”。但通過細化金屬材料的顯微組織，可以同時提高材料的強度和塑性。當前33頁，總共128頁。超塑性通常情況下金屬的伸長率不超過90%，而有些金屬及其合金在某些特定的條件下，最大伸長率可高達1000%～2000%，個別的可達6000%，這種現(xiàn)象稱為超塑性。由于超塑性狀態(tài)具有異常高的塑性，極小的流動應力，極大的活性及擴散能力，在壓力加工、熱處理、焊接、鑄造、甚至切削加工等很多領域被中應用。當前34頁，總共128頁。

GB/T228-2002新標準

GB/T228-1987舊標準名稱符號名稱符號屈服強度①－屈服點σs上屈服強度ReH上屈服點σsU下屈服強度ReL下屈服點σsL規(guī)定殘余延伸強度Rr規(guī)定殘余延伸應力σr抗拉強度Rm抗拉強度σb斷后伸長率A或A11.3斷后伸長率δ5或δ10斷面收縮率Z斷面收縮率ψ當前35頁，總共128頁。三、硬度硬度：硬度試驗方法:壓入法

它是材料性能的一個綜合的物理量。(表示金屬材料在一個小的體積范圍內(nèi)金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力）硬度是各種零件和工具必須具備的力學性能指標。布氏硬度（HB）洛氏硬度（HR）維氏硬度（HV）當前36頁，總共128頁。材料抵抗表面局部塑性變形的能力。當前37頁，總共128頁。一、布氏硬度1、測定原理布氏硬度計

當前38頁，總共128頁。當前39頁，總共128頁。

布氏硬度試驗原理圖當前40頁，總共128頁。2、計算公式HBS：淬火鋼球作壓頭；適用于＜450HBSHBW：硬質(zhì)合金作壓頭；適用于＜650HBW當前41頁，總共128頁。試驗時，根據(jù)被測的材料不同，球直徑、試驗力及試驗力保持時間按表1-1選擇材料種類布氏硬度范圍HBS（HBW）試樣厚度/mm0.102球的直徑/mm試驗力F/KN（kgf)試驗力保持時間/s鋼、鑄鐵140-4506～34～2<23010.05.02.529.42(3000)7.355(750)1.839(187.5)12<140>66～31010.05.09.807(1000)2.452(250)12非鐵金屬>1306～34～2<23010.05.02.529.42(3000)7.355(750)1.839(187.5)3036～1309～36～31010.05.09.807(1000)2.452(250)308～35>62.510.02.452(250)60表1-1布氏硬度試驗規(guī)范當前42頁，總共128頁。3、表示方法XXXHBS(W)XX/XXX/XX硬度值壓頭直徑（mm）試驗力保持時間（s）500HBW5/750例：表示用直徑5mm硬質(zhì)合金球在7355N試驗力作用下保持10~15s測得的布氏硬度值為500120HBS10/1000/30表示用直徑10mm鋼球壓頭在9807N試驗力作用下保持30s測得的布氏硬度值為120習慣上布氏硬度值不標出試驗規(guī)范，如170HBS。當前43頁，總共128頁。4、適用范圍

常用于測小于450HBS的原材料或零件毛坯的硬度，不能測淬火鋼件的硬度。優(yōu)點：測值重復性強、測量結果準確缺點：壓痕大，不適合成品檢驗當前44頁，總共128頁。二、洛氏硬度測定原理當前45頁，總共128頁。當前46頁，總共128頁。當前47頁，總共128頁。硬度符號壓頭類型總實驗力F/N硬度值有效范圍應用范圍HRA金剛石圓錐體58870～85適用于測量硬質(zhì)合金、表面淬硬層或滲碳層HRB直徑為1.588mm鋼球98025～100適用于測量非鐵金屬,退火、正火鋼等HRC金剛石圓錐體147020～67適用于調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等試驗時，根據(jù)被測的材料不同，壓頭的類型、試驗力及按表1-2選擇，對應的洛氏硬度標尺為HRA、HRB、HRC三種表1-2常用的三種洛氏硬度的試驗條件及應用范圍2、符號當前48頁，總共128頁。3、表示方法硬度值+HR52HRC70HRA例：洛氏硬度HRC可以用于硬度很高的材料，在鋼件熱處理質(zhì)量檢查中應用最多。4、適用范圍優(yōu)點：測量迅速簡便，壓痕小，可在成品零件上檢測。當前49頁，總共128頁。三、維氏硬度1、測定原理用一定的試驗力F，將頂角為1360的金剛石四棱錐壓入金屬表面，保持一定時間后卸去試驗力，然后測出壓痕對角線長度d1、d2（mm），并求出壓痕對角線的平均值d。

當前50頁，總共128頁。當前51頁，總共128頁。2、計算公式3、表示方法硬度值+HV+試驗力/保持時間如：640HV30/204、適用范圍適用于測量零件薄的表面硬化層的硬度。當前52頁，總共128頁。四、沖擊韌性

強度、硬度、塑性等力學性能指標都是材料在靜載荷作用下的表現(xiàn)。

材料在工作時還經(jīng)常受到動載荷的作用，沖擊載荷就是常見的一種。在設計和制造受沖擊載荷的零件和工具（如鍛錘、沖床、鉚釘槍等）時，必須考慮所用材料除具有足夠的靜載荷作用下得力學性能指標外，還必須具有足夠的抵抗沖擊載荷的能力。當前53頁，總共128頁。沖擊載荷與靜載荷的主要區(qū)別在于加載時間短、加載速率高、應力集中。由于加載速率提高，金屬形變速率也隨之增加。沖擊載荷對材料的作用效果或破壞效應大于靜載荷。

材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力，稱為沖擊韌性。示例：玻璃在沖擊載荷作用下非常容易破裂，說明其沖擊韌性很低。當前54頁，總共128頁。1、沖擊試驗沖擊試樣沖擊試驗原理一次擺錘沖擊試驗沖擊韌性的表示方法當前55頁，總共128頁。當前56頁，總共128頁。如不能制備標準試佯，可采用寬度7.5mm或5mm等小尺寸試祥,試樣的其他尺寸及公差與相應缺口的標準試樣相同，缺口應開在試樣的窄面上。其中5mm×10mm×55mm試樣常用于薄板材料的檢驗。焊接接頭沖擊試樣的形狀和尺寸與相應的標準試樣相同，但其缺口軸線應當垂直焊縫表面。當前57頁，總共128頁。原理沖擊韌性可以通過一次擺錘沖擊試驗來測定，試驗時將帶有U型或V型缺口的沖擊試樣放在試驗機架的支座上，將擺錘升至高度H1，使其具有勢能mgH1；然后使擺錘由此高度自由下落將試樣沖斷，并向另一方向升高至H2，這時擺錘的勢能為mgH2。所以，擺錘用于沖斷試樣的能量

AK=mg（H1-H2），即為沖擊功（焦耳/J）。當前58頁，總共128頁。當前59頁，總共128頁。當前60頁，總共128頁。

2.材料沖擊韌性的表示方法國標GB/T229－1994沖擊功吸收功：表征金屬材料沖擊韌性高低的指標是沖擊功吸收功，也就是材料在斷裂前所吸收的能量。根據(jù)試樣缺口的不同，沖擊吸收功用AKV和AKU表示，單位為焦耳，數(shù)值可從試驗機的刻度盤上讀出。當前61頁，總共128頁。2.材料沖擊韌性的表示方法國標GB/T229－2007沖擊吸收能量：表征金屬材料沖擊韌性高低的指標是沖擊吸收能量;K＝mg（H1-H2）當前62頁，總共128頁。2.材料沖擊韌性的表示方法按照國標GB/T229－2007，U型缺口試樣和V型缺口試樣的沖擊能量分別表示為KU和KV，并用下標數(shù)字2或8表示擺錘刀刃半徑，如KU2

，其單位是焦耳（J）。沖擊吸收能量的大小直接由試驗機的刻度盤上直接讀出。當前63頁，總共128頁。沖擊吸收能量的值越大，材料的韌性越大，越可以承受較大的沖擊載荷。沖擊吸收能量K或沖擊韌性值K越大，材料的韌性越大，越可以承受較大的沖擊載荷。一般把沖擊吸收能量低的材料稱為脆性材料，沖擊吸收能量高的材料稱為韌性材料。當前64頁，總共128頁?！拘≠Y料】GB/T229－2007與GB/T229－1994相比，在金屬沖擊韌性的名稱和符號等方面有較大變化，為方便讀者學習，將關于金屬材料沖擊韌性的新、舊標準名稱和符號對照列于下表中。當前65頁，總共128頁。新標準GB/T229－2007舊標準GB/T229－1994名稱符號名稱符號沖擊吸收能量K沖擊吸收功AKU型缺口試樣在2mm錘刃下的沖擊吸收能量KU2U型缺口沖擊吸收功(2mm錘刃)AKUU型缺口試樣在8mm錘刃下的沖擊吸收能量KU8V型缺口試樣在2mm錘刃下的沖擊吸收能量KV2V型缺口沖擊吸收功(2mm錘刃)AKVV型缺口試樣在2mm錘刃下的沖擊吸收能量KV8轉變溫度Tt韌脆轉變溫度TC當前66頁，總共128頁。缺口沖擊試驗最大的優(yōu)點就是測量迅速簡便用于控制材料的冶金質(zhì)量和鑄造、鍛造、焊接及熱處理等熱加工工藝的質(zhì)量。用來評定材料的冷脆傾向（測定韌脆轉變溫度）。設計時要求機件的服役溫度高于材料的韌脆轉變溫度。3.沖擊試驗的應用當前67頁，總共128頁。3.沖擊試驗的應用缺口沖擊試驗由于其本身反映一次或少數(shù)次大能量沖擊破斷抗力，因此對某些特殊服役條件下的零件，如彈殼、裝甲板、石油射孔槍等，有一定的參考價值。通過一次擺錘沖擊試驗測定的沖擊吸收吸收能量K是一個由強度和塑性共同決定的綜合性力學性能指標，不能直接用于零件和構件的設計計算，但它是一個重要參考，所以將材料的沖擊韌性列為金屬材料的常規(guī)力學性能，ReL(Rr0.2)、Rm、A、Z和K被稱為金屬材料常規(guī)力學性能的五大指標。當前68頁，總共128頁。低溫脆性當前69頁，總共128頁。低溫脆性——隨溫度降低，材料由韌性狀態(tài)轉變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的現(xiàn)象。冷脆：材料因溫度降低導致沖擊韌性的急劇下降并引起脆性破壞的現(xiàn)象。對壓力容器、橋梁、汽車、船舶的影響較大。

當前70頁，總共128頁。當前71頁，總共128頁。體心立方金屬具有韌脆轉變溫度，而大多數(shù)面心立方金屬沒有。當前72頁，總共128頁。沖擊韌性與溫度有密切的關系，溫度降低，沖擊韌性隨之降低。當?shù)陀谀骋粶囟葧r材料的韌性急劇下降，材料將由韌性狀態(tài)轉變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)。這一溫度稱為轉變溫度（Tt

）。轉變溫度（Tt

）越低，表明材料的低溫韌性越好，對于在寒冷地區(qū)使用的材料要十分重要。當前73頁，總共128頁。金屬材料的成分對韌脆轉變溫度的影響很大，一般的碳素鋼，其韌脆轉變溫度（Tt

）大約為-20℃，某些合金鋼的韌脆轉變溫度（Tt

）可達-40℃以下。當前74頁，總共128頁。TITANIC建造中的Titanic號TITANIC的沉沒與船體材料的質(zhì)量直接有關當前75頁，總共128頁。1912年4月號稱永不沉沒的泰坦尼克號（Titanic）首航沉沒于冰海，成了20世紀令人難以忘懷的悲慘海難。20世紀80年代后，材料科學家通過對打撈上來的泰坦尼克號船板進行研究，回答了80年的未解之謎。由于Titanic號采用了含硫高的鋼板，韌性很差，特別是在低溫呈脆性。所以，當船在冰水中撞擊冰山時，脆性船板使船體產(chǎn)生很長的裂紋，海水大量涌入使船迅速沉沒。下圖中左面的試樣取自海底的Titanic號，沖擊試樣是典型的脆性斷口，右面的是近代船用鋼板的沖擊試樣。當前76頁，總共128頁。4.提高沖擊韌性的途徑?jīng)_擊韌性是一個對材料組織結構相當敏感的量，所以提高材料的沖擊韌性的途徑有：

改變材料的成分，如加入釩、鈦、鋁、氮等元素，通過細化晶粒來提高其韌性，尤其是低溫韌性；

提高材料的冶金質(zhì)量，減少偏析、夾渣、氣泡等缺陷；當前77頁，總共128頁。五、疲勞強度當前78頁，總共128頁。

人工作久了就會感到疲勞，難道金屬工作久了也會疲勞嗎？金屬的疲勞能得到恢復嗎？金屬材料在受到交變應力或重復循環(huán)應力時，往往在工作應力小于屈服強度的情況下突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞。當前79頁，總共128頁。1998年6月3日，德國發(fā)生了戰(zhàn)后最慘重的一起鐵路交通事故。一列高速列車脫軌，造成100多人遇難。事故的原因已經(jīng)查清，是因為一節(jié)車廂的車輪“內(nèi)部疲勞斷裂”引起的。首先是一個車輪的輪箍發(fā)生斷裂，導致車輪脫軌，進而造成車廂橫擺，此時列車正好過橋，橫擺的車廂以其巨大的力量將橋墩撞斷，造成橋梁坍塌，壓住了通過的列車車廂，并使已通過橋洞的車頭及前5節(jié)車廂斷開，而后面的幾節(jié)車廂則在巨大慣性的推動下接二連三地撞在坍塌的橋體上，從而導致了這場近50年來德國最慘重的鐵路事故。當前80頁，總共128頁。當前81頁，總共128頁。1.變動載荷和循環(huán)應力1.變動載荷——引起疲勞破壞的外力，指載荷大小、甚至方向均隨時間變化的載荷，其在單位面積上的平均值即為變動應力。變動應力可分為規(guī)則周期變動應力(也稱循環(huán)應力)和無規(guī)則隨機變動應力兩種。金屬疲勞產(chǎn)生的原因當前82頁，總共128頁。a)應力大小變化b)c）應力大小和方向都變化d)應力大小和方向無規(guī)則變化當前83頁，總共128頁。1.平均應力2.應力幅tσ一個應力循環(huán)當前84頁，總共128頁。

2.疲勞斷裂零件在循環(huán)應力作用下,在一處或幾處產(chǎn)生局部永久性累積損傷,經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后突然產(chǎn)生斷裂的過程,稱為疲勞斷裂.

疲勞斷裂由疲勞裂紋產(chǎn)生—擴展—瞬時斷裂三個階段組成。

當前85頁，總共128頁。盡管疲勞失效的最終結果是部件的突然斷裂,但實際上它們是一個逐漸失效的過程，從開始出現(xiàn)裂紋到最后破斷需要經(jīng)過很長的時間。疲勞斷裂的宏觀斷口一般由三個區(qū)域組成，即疲勞裂紋產(chǎn)生區(qū)（裂紋源）、裂紋擴展區(qū)和最后斷裂區(qū)。3.疲勞斷口當前86頁，總共128頁。3.疲勞斷口軸的疲勞斷口疲勞輝紋（掃描電鏡照片）當前87頁，總共128頁。當應力低于某值時，材料經(jīng)受無限次循環(huán)應力也不發(fā)生疲勞斷裂，此應力稱為材料的疲勞極限，記作σR（R為應力比），就是S-N曲線中的平臺位置對應的應力。通常，材料的疲勞極限是在對稱彎曲疲勞條件下（R＝－1）測定的，對稱彎曲疲勞極限記作σ-1。4.疲勞強度當前88頁，總共128頁。當前89頁，總共128頁。若疲勞曲線上沒有水平部分，常以規(guī)定斷裂循環(huán)次數(shù)對應的應力為條件疲勞極限。對一般低、中強度鋼：107周次對高強度鋼：108周次對鋁合金，不銹鋼：108周次對鈦合金：107周次當前90頁，總共128頁。在工程中，有時根據(jù)零件壽命的要求，在規(guī)定的某一循環(huán)周次下，測出σmax，并稱之為疲勞強度，實際上就是條件疲勞極限。當前91頁，總共128頁。5.提高疲勞極限的途徑(1)在零件結構設計中盡量避免尖角、缺口和截面突變。(2)提高零件表面加工質(zhì)量。(3)對材料表面進行強化處理。當前92頁，總共128頁。當前93頁，總共128頁。四、沖擊韌性在設計和制造受沖擊載荷的零件和工具（如鍛錘、沖床、鉚釘槍等）時，必須考慮所用材料的沖擊吸收功或沖擊韌度。一、擺錘式一次沖擊試驗當前94頁，總共128頁。

把試樣放在試驗機的支承面上，試樣的缺口背向擺錘沖擊方向。將質(zhì)量為m的擺錘安放到規(guī)定的高度H，然后下落，將試樣打斷，并擺過支點升到某一高度h，試樣在沖擊試驗力一次作用下，折斷時所吸收的功為沖擊吸收功為Ak。當前95頁，總共128頁。1、試樣沖斷時所消耗的沖擊功Ak為:

Ak=mgH–mgh(J)2、沖擊韌度ak

AK

ak=(J/cm2)Sk二、沖擊吸收功和沖擊韌度就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊功。沖擊吸收功Ak

作為材料韌性判據(jù)，與溫度、試樣形狀、尺寸、表面粗糙度、內(nèi)部組織和缺陷有關。當前96頁，總共128頁。1.沖擊韌度對材料內(nèi)部缺陷反映很敏感能夠靈敏地顯示材料的宏觀缺陷和組織微小變化，因此在生產(chǎn)中可用來檢驗材料的冶金質(zhì)量,熱加工質(zhì)量沖擊韌度對材料的意義:2.沖擊韌度隨溫度下降越來越低→冷脆現(xiàn)象在韌脆轉變溫度以下，材料由韌性狀態(tài)轉變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)。材料的韌脆轉變溫度越低，說明低溫沖擊性能越好

當前97頁，總共128頁。第四節(jié)疲勞強度交變應力：是指大小和方向構隨時間周期變化的應力。材料的疲勞：材料在循環(huán)應力和應變作用下，在一處或幾處產(chǎn)生局部永久性累計損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過程。在多次交變應力作用，金屬會在遠小于抗拉強度σb，甚至小于屈服點σs。的應力下失效（出現(xiàn)裂紋或完全斷裂）

疲勞破壞的原因：應力集中——微裂紋——擴展——斷裂破壞。疲勞強度（σ-1）：金屬材料經(jīng)無窮多次（107）應力循環(huán)而不發(fā)生疲勞破壞的最大應力值。當前98頁，總共128頁。疲勞曲線：實驗證明，一般鋼鐵材料所受交變應力最大值σmax與其失效前的應力循環(huán)次數(shù)（疲勞壽命）N的曲線關系。當前99頁，總共128頁。當前100頁，總共128頁。當前101頁，總共128頁。當前102頁，總共128頁。當前103頁，總共128頁。第一章金屬材料的力學性能

本節(jié)重點：金屬材料的力學性能主要內(nèi)容：金屬材料的力學性能,包括材料的強度、硬度、塑性、沖擊韌性、疲勞強度等。本節(jié)難點：各性能指標的物理意義和測定方法當前104頁，總共128頁。材料分類復合材料金屬材料陶瓷材料高分子材料當前105頁，總共128頁。材料的性能使用性能工藝性能物理性能化學性能

力學性能

熱處理性能鑄造性能焊接性能鍛造性能切削加工性能

(指金屬材料在使用過程中表現(xiàn)出的性能)(指金屬材料在加工過程中表現(xiàn)出的性能)當前106頁，總共128頁。金屬材料的力學性能

-----------是指金屬材料在受外力作用時所反映出來的性能。思考如果把鐵絲和鋼絲折彎有何區(qū)別?常用的力學性能主要有：強度、硬度、塑性、沖擊韌度和疲勞強度等。研究力學性能意義：是選擇和使用金屬材料的重要依據(jù)當前107頁，總共128頁。第一節(jié)剛度、強度、塑性一、拉伸試驗及拉伸曲線拉伸試驗機當前108頁，總共128頁。當前109頁，總共128頁。OE段：彈性變形階段；平臺或鋸齒（ES段）：屈服階段；SB段：均勻塑性變形階段，是強化階段。B點：形成了“縮頸”。BK段：非均勻變形階段，承載下降，到K點斷裂。彈性變形——去除外力后試樣恢復原狀的變形塑性變形——在外力消失后留下來的這部分不可恢復的變形

1、變形過程當前110頁，總共128頁。2、應力與應變曲線應力σ：單位面積上試樣承受的載荷。這里用試樣承受的載荷除以試樣的原始橫截面積S0表示:

F σ=——(Mpa) S0應變ε：單位長度的伸長量。這里用試樣的伸長量除以試樣的原始標距表示:

Δl

ε=——

l0應力－應變曲線（σ-ε曲線）形狀和拉伸曲線相同，單位不同思考怎樣比較不同材料抵抗外力能力的大??？當前111頁，總共128頁。2、應力與應變曲線比例極限（σp）例:彈簧秤彈性極限（σe）如:彈簧屈服極限（σs）抗拉極限(σb)當前112頁，總共128頁。二、剛度

——是表征金屬材料抵抗彈性變形的能力σ＝Eε

式中的E為與材料有關的常數(shù)，稱為彈性模量，工程上常用E作為衡量材料剛度的指標。E值越大，在一定應力作用下產(chǎn)生的彈性變形越小，則剛度越大彈性模量主要取決于金屬材料的種類，即金屬的本性（晶格類型、晶格常數(shù)等）。一般機械零件大都在彈性狀態(tài)下工作，對剛度有一定要求，如機床主軸、起重機臂等，在使用時不允許產(chǎn)生過量的彈性變形。當前113頁，總共128頁。三、強度

——金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和破壞的能力

工程上常用的金屬材料的強度指標：屈服點（σs）或規(guī)定殘余伸長應力（σr）抗拉強度(σb)當前114頁，總共128頁。屈服點（σs）:指材料產(chǎn)生屈服時的應力規(guī)定殘余伸長率為0.2%時的應力材料屈服時的拉力（N）屈服點（屈服極限）原標準（GB228-76）：屈服強度很重要，大多數(shù)零件不允許有塑性變形規(guī)定殘余伸長應力:對有明顯屈服現(xiàn)象的材料對無明顯屈服現(xiàn)象的材料當前115頁，總共128頁?？估瓘姸?材料在拉伸條件下所能承受最大力的應力值拉伸過程中最大的拉力（N）若零件在使用時不允許產(chǎn)生過量塑性變形，應以材料的σs或σ0.2進行設計計算。若零件在使用時只要求不發(fā)生破壞，則以材料的σb來設計計算。因此σs和σb是機械零件設計計算的主要依據(jù)。很重要，表示零件破壞前能抗的最大應力值當前116頁，總共128頁。四、塑性

——在外力作用下金屬材料在斷裂前產(chǎn)生不可逆永久變形的能力常用的塑性判據(jù)：拉伸時的斷后伸長率和斷面收縮率當前117頁，總共128頁。1、斷后伸長率由于同一材料用不同長度的試樣測得的斷后伸長率δ數(shù)值不同，因此應注明試樣尺寸比例。如:δ10——試樣L0=10d0δ5——試樣L0=5d0試樣拉斷后的標距（mm）試樣原始標距（mm）當前118頁，總共128頁。2、斷面收縮率試樣斷裂后縮頸處的最小橫截面積（mm2）試樣原始截面積（mm2）δ和ψ是用來判斷材料在斷裂前所能產(chǎn)生的最大塑性變形量大小。一般認為ψ＞5％的材料為塑性材料，如低碳鋼；ψ＜5％的為脆性材料，如灰鑄鐵

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當前119頁，總共128頁。塑性對材料的意義:1.是金屬材料進行壓力加工的必要條件;2.提高安全性:因為零件在工作時萬一超載，也會由于塑性變形使材料強化而避免突然斷裂

當前120頁，總共128頁。第二節(jié)沖擊韌性在設計和制造受沖擊載荷的零件和工具（如鍛錘、沖床、鉚釘槍等）時，必須考慮所用材料的沖擊吸收功或沖擊韌度。一、擺錘式一次沖擊試驗當前121頁，總共128頁。

把試樣放在試驗機的支承面上，試樣的缺口背向擺錘沖擊方向。將質(zhì)量為m的擺錘安放到規(guī)定的高度H，然后下落，將試樣打斷，并擺過支點升到某一高度h，試樣在沖擊試驗力一次作用下，折斷時所吸收的功為沖擊吸收功為Ak。當前122頁，總共128頁