第1页：工程材料的性能
工程材料的性能：本页为图示内容，标明本篇从使用性能与工艺性能两条线展开。
第2页：金属材料的主要性能
一、金属材料的主要性能使用性能工艺性能机械性能物理性能化学性能铸造性能锻造性能焊接性能切削加工性能热处理性能
第3页：工艺性能
工艺性能
- 工程材料的性能——工艺性能
- 工艺性能：是指制造工艺过程中，材料适应加工的性能。
- 金属材料的一般加工过程：铸造、锻造、焊接、切削加工、热处理等。
第4页：铸造性能
铸造性能
- 1.铸造性能
- 金属材料铸造获得优良铸件的能力称为铸造性能。
- 包括：
- 1）.流动性
- 2）.收缩性
- 3）.偏析性
第5页：锻造性能
锻造性能
- 2.锻造性能
- 金属材料用锻压方法加工的适应能力称为锻造性能。
- 锻造性能主要取决于金属材料的塑性和变形抗力。塑性好、变形抗力小，锻造性能越好。
- 不同类型的合金，锻造性能不同。
第6页：锻造加工图
锻造加工图：本页为图示内容，展示在锻压设备上把金属坯料加工成形的过程。
第7页：焊接性能
焊接性能
- 3.焊接性能
- 金属材料对焊接加工的适应能力称为焊接性能（可焊性）。
- 金属材料焊接性能主要取决于金属材料的碳质量分数。
- 碳质量分数<0.18%焊接性能好。
- 碳质量分数>0.35%焊接性能差。
第8页：切削加工性能
切削加工性能
- 4.切削加工性能
- 金属材料切削加工性一般用切削后的表面质量（粗糙度）和刀具寿命、断削性衡量。
- 适当的硬度（170HB~230HB），足够的脆性是良好切削性的必要条件。
第9页：热处理工艺性
热处理工艺性
- 5.热处理工艺性
- 热处理工艺性主要考虑淬透性，即钢接受淬火的能力。
- 热处理工艺性主要与钢中含碳量、合金元素种类及含量有关。
第10页：机械性能
机械性能
- 工程材料的性能——机械性能
- 机械性能，也称为力学性能。是指金属材料在外力作用时表现出的性能。
- 包括：强度、塑性、硬度、韧性以及疲劳强度等指标。
第11页：力学性能指标体系
力学性能指标体系：材料的力学性能静载动载韧性判据疲劳判据冲击吸收功疲劳强度强度判据塑性判据硬度判据屈服强度抗拉强度规定残余伸长应力断后伸长率断面收缩率布氏硬度洛氏硬度维氏硬度
第12页：拉伸实验
拉伸实验
第13页：低碳钢拉伸曲线
低碳钢拉伸曲线
- 低碳钢拉伸曲线
- 缓慢加载单向静载
- 三个阶段：
- 弹性变形、
- 弹塑性变形、
- 断裂。
第14页：材料的强度与抗拉强度
材料的强度与抗拉强度
- 材料的强度
- 材料的强度――材料所能承受的极限应力.σ=F/So单位: MPa(MN/mm2)表示材料抵抗变形和断裂的能力
- 1．抗拉强度
- σb=Fb/So
- 材料被拉断前所承受的最大应力值（材料抵抗外力而不致断裂的极限应力值）。Fb－试样拉断前的最大拉力(N)；S0－试样原截面积(mm2)
第15页：屈服强度σs
屈服强度σs
- 2．屈服强度σs和条件屈服强度σ0.2
- a:屈服强度
- σs=Fs/So
- σs代表材料开始明显塑性变形的抗力,是设计和选材的主要依据之一。Fs－试样产生屈服现象时的载荷(N)；S0－试样原截面积(mm2)
第16页：条件屈服强度σ0.2
条件屈服强度σ0.2
- 2．σs和σ0.2
- 除低碳钢、中碳钢及少数合金钢有屈服现象外，大多数金属材料没有明显的屈服现象，因此，对这些材料，规定产生0.2%残余伸长时的应力作为条件屈服强度σ0.2可以替代σs，称条件（名义）屈服强度。
- 屈服强度标志着材料对起始塑性变形的抗力，是工程技术中最重要的机械性能指标之一，设计零件时常以σs或σ0.2作为选用金属材料的依据。
第17页：疲劳强度σ-1
疲劳强度σ-1
- 3．疲劳强度σ-1
- 交变载荷：载荷的大小和方同随时间作周期性变化；
- 疲劳：在交变应力作用下，往往在远小于强度极限，甚至小于屈服极限的应力下发生断裂的现象。
- 80%的断裂由疲劳造成
- 疲劳极限：材料经无数次应力循环而不发生疲劳断裂的最高应力值。
第18页：条件疲劳极限
条件疲劳极限
- 3．疲劳强度σ-1
- 条件疲劳极限：经受107应力循环而不致断裂的最大应力值。
- 陶瓷、高分子材料的疲劳抗力很低，金属材料疲劳强度较高，纤维增强复合材料也有较好的抗疲劳性能。
- 影响因素：循环应力特征、温度、材料成分和组织、夹杂物、表面状态、残余应力等。
第19页：循环应力波形图
循环应力波形图：本页为图示内容，展示交变应力随时间周期性变化的幅值与频率。
第20页：延伸率
延伸率
- 三、塑性
- 1．延伸率
- lk:试样拉断后最终标距长度
- l0:试样原始标距长度
- 延伸率与试样尺寸有关，5,10(lo=5do, 10do)
第21页：断面收缩率
断面收缩率
- 三、塑性
- 2．断面收缩率
- δ、ψ越大，材料的塑性越好;
- 一般δ达5%，ψ达10%能满足大多数零件要求;
- <5%,脆性材料
- ≈5%～10％，韧性材料
- ＞10%,塑性材料
第22页：硬度
硬度
- 四、硬度
- 硬度：抵抗外物压入的能力，称为硬度
- 硬度是反映材料性能的综合性指标。
第23页：布氏硬度HBW
布氏硬度HBW
- 四、硬度
- 1．布氏硬度
- 用直径为D硬质合金球，以相应的试验力F压入被测材料的表面，保持规定的时间后，卸掉试验力，用读数显微镜测出材料表面的压痕直径d。计算压痕单位面积上所受的力，即为被测金属的布氏硬度值HBW。（查表）
- 适于测量退火、正火、调质、铸铁及有色金属的硬度。（较软的材料）
第24页：布氏硬度计
布氏硬度计：本页为图示内容，展示硬质合金球压头与加载机构。
第25页：布氏硬度测试原理
布氏硬度测试原理：本页为图示内容，标出压头直径D、试验力F与压痕直径d的关系。
第26页：布氏硬度计算式
布氏硬度计算式
- 布氏硬度硬度测定
- 布氏硬度HB布氏硬度计式中，F——试验力，N；D——压头直径，mm；d——压痕直径，mm。
第27页：布氏硬度F/D2选择表
布氏硬度F/D2选择表：本页为图示内容，按材料种类与硬度范围给出推荐的比值。
第28页：布氏硬度表示方法
布氏硬度表示方法：布氏硬度用符号HBW表示，适用于布氏硬度在650以下的材料。符号HBW之前的数字表示硬度值,符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如120HBW10/1000/30表示直径为10mm的硬质合金球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。布氏硬度压痕
第29页：洛氏硬度
洛氏硬度
- 2．洛氏硬度
- 压头为金刚石或钢球，施加2个载荷（初始载荷、主载荷）压如金属表面经规定保持时间后，卸除主试验力，测量在初试验力下的残余压痕深度h。
- 定义：每压入0.002mm相当于洛氏1度
- 洛氏硬度常用标尺有：B、C、A三种
- ①HRB轻金属，未淬火钢（1/16英寸钢球）
- ②HRC较硬，淬硬钢制品（金刚石圆锥）
- ③HRA硬、薄试件（金刚石圆锥）
第30页：洛氏硬度测试原理
洛氏硬度测试原理1-在初试验力F0下的压人深度；2-由主试验力F1引起的压入深度；3-卸除主试验力F1后的弹性回复深度；4-残余压人深度h；5-试样表面；6-测量基准面；7-压头位置。h洛氏硬度测试示意图
第31页：洛氏硬度种类与应用
洛氏硬度种类与应用：本页为图示内容，列出HRA、HRB、HRC所用压头与适用材料范围。
第32页：洛氏硬度标尺表
洛氏硬度标尺表：本页为图示内容，列出各标尺的压头类型、总试验力与适用硬度范围。
第33页：洛氏硬度适用范围
洛氏硬度适用范围
- 洛氏硬度的测定
- 洛氏硬度HRC适用范围：
- HRC 20~70。
- 若硬度高于此范围则用洛式硬度A标尺HRA。
- 若硬度低于此范围则用洛氏硬度B标尺HRB。
第34页：三种洛氏标尺的选用
三种洛氏标尺的选用
HRA用于测量高硬度材料,如硬质合金、表淬层和渗碳层。HRB用于测量低硬度材料,如有色金属和退火、正火钢等。HRC用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。缺点：测量值有局部性，测量结果分散度大。钢球压头与金刚石压头洛氏硬度压痕
第35页：维氏硬度HV
维氏硬度HV
- 3．维氏硬度
- 压头是136°金刚石四棱锥，测量出压痕对角线长度，换算成硬度，以HV表示。
- 维氏硬度的压力一般可选5，10，20，30，50，100，120kg等，
- 较小的压力（几克~几十克）可以测定显微组织硬度。
第36页：维氏硬度压头与压痕
维氏硬度压头与压痕：本页为图示内容，显示正四棱锥金刚石压痕对角线的测量方向。
第37页：显微硬度压痕
显微硬度压痕：本页为图示内容，显示微小载荷下在单个晶粒或组织上留下的菱形压痕。
第38页：硬度计
硬度计：本页为图示内容，展示布氏、洛氏与维氏硬度测试设备的外形结构。
第39页：冲击韧性
冲击韧性
- 五、冲击韧性
- 韧性：材料断裂前吸收变形能量的能力----韧度
- 冲击韧性：冲击载荷下材料抵抗变形和断裂的能力。
第40页：冲击韧性ak
冲击韧性ak
- 五、冲击韧性
- ak=Ak/S(J/cm2)
- Ak：冲击破坏所消耗的功
- S：标准试样断口截面积
- ak值低的材料叫做脆性材料，断裂时无明显变形，金属光泽，呈结晶状。
- ak值高，明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽，韧性材料。
- 韧性与温度有关——脆性转变温度TK
第41页：冲击试验与试样
冲击试验与试样：本页为图示内容，展示摆锤冲击带有缺口的标准试样。
第42页：Titanic号钢板冲击试验
Titanic号钢板冲击试验
- 一项新的科学研究回答了80年未解之谜
- 由于早年的Titanic号采用了含硫高的钢板，韧性很差，特别是在低温呈脆性。所以，冲击试样是典型的脆性断口。近代船用钢板的冲击试样则具有相当好的韧性。Titanic号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果
第43页：内部结构对性能的影响
内部结构对性能的影响
- 影响材料性能的两要素
- 1.内部结构
- 材料质量、化学成分、组织状态45号钢的平衡组织T12钢的平衡组织
第44页：外部条件对性能的影响
外部条件对性能的影响
- 2.外部条件
- 变形处理和热处理
- 同一材料（T8钢）在不同热处理条件下的组织：退火组织（P)淬火组织（M）
第45页：工程材料性能小结
工程材料性能小结
- 小结
- 主要应掌握以下内容：
- 1、强度的含义及其指标：屈服强度、抗拉强度。
- 2、塑性的含义及其指标：延伸率、断面收缩率。
- 3、硬度的含义及其指标：布氏硬度、洛氏硬度。
- 4、冲击韧性的含义及其指标：冲击功。
- 5、疲劳强度的含义。
