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1、第1章 材料的性能,本章知识点先导案例第一节材料的机械性能第二节材料的物理、化学性能第三节材料的加工工艺性能知识扩展先导案例解决本章小结思考题,本章知识点,1掌握材料的强度、硬度、塑性、冲击韧度和疲劳强度等机 械性能的概念及特点。2掌握材料的加工工艺性能。3了解材料的物理和化学特性。,返回,先导案例,请想想该图片的零件材料具有什么性能？为什么？,下一页,返回,先导案例,金属材料的性能直接关系到金属制品和金属结构的质量、使用寿命和加工成本，是产品选材和拟定加工工艺方案的重要依据。其性能主要包括以下两个方面。（1）使用性能，即为了保证零件、工程构件或工具等的正常工作，材料所应具备的性能，它包括力学
2、、物理、化学等方面的性能。（2）工艺性能，即反映金属材料在被制成各种零件、构件和工具的过程中，材料适应各种冷、热加工的性能，主要包括铸造、压力加工、焊接、切削加工、热处理等方面的性能。,下一页,上一页,返回,先导案例,根据载荷性质，零件受力情况可分为静载荷和动载荷两类。静载荷是指逐渐而缓慢的作用在工件上的力，如机床床头箱对床身的压力、钢索的拉力、梁的弯矩、轴的扭矩和剪切力等。动载荷包括冲击载荷和交变载荷等，如空气锤锤杆所受的冲击力。齿轮、曲轴、弹簧等零件所承受力的大小与方向是随时间而变化的载荷等。,下一页,上一页,返回,先导案例,无论何种固体材料，其内部原子之间都存在相互平衡的原子结合力的相互
3、作用。当工作材料受外力作用时，原来的平衡状态受到破坏，材料中任何一个小单元与其邻近的各小单元之间就诱发了新的力，称为内力。在单位截面上的内力，称为应力，以表示。材料在外力作用下引起形状和尺寸改变，称为变形，包括弹性变形（卸载后可恢复原来形状和尺寸）和塑性变形（卸载后不能完全恢复原来形状和尺寸）。,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,一、强度强度是指金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。由于所受载荷的形式不同，金属材料的强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗扭强度、抗剪强度等，各种强度之间有一定的联系。通常多以抗拉强度作为判别金属材料强度高低的指标。金属材料的抗拉强度是用静拉伸力对
4、标准试样在万能材料试验机上进行拉伸试验来测定。,下一页,返回,第一节 材料的机械性能,1拉伸试样为了使金属材料的力学性能指标在测试时能排除因试样形状、尺寸的不同而造成的影响，并便于分析比较，试验时应先将被测金属材料制成标准试样。图1-1所示为圆形拉抻试样。图中，d0是试样的直径，l0是标距长度。根据标距长度与直径之间的关系，试样可分为长试样（l0=10d0）和短试样（l0=5d0）。2力一伸长曲线拉伸试验中记录的拉伸力与伸长的关系曲线叫做力伸长曲线，也称拉伸图。图1-2是低碳钢的力伸长曲线。图中纵坐标表示力F，单位为N；横坐标表示绝对伸长L，单位为mm.,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机
5、械性能,由图可见，低碳钢在拉伸过程中，其载荷与变形关系有以下几个阶段。（1）Oe弹性变形阶段当载荷不超过Fe时，拉伸曲线为直线，即试样的伸长量与载荷成正比。如果卸除载荷，试样仍能恢复到原来的尺寸，即试样的变形完全消失。这种随载荷消失而消失的变形叫弹性变形。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,（2）es塑性变形阶段当载荷超过Fe后，试样将进一步伸长，此时若卸除载荷，弹性变形消失，而另一部分变形却不能消失，即试样不能恢复到原来的尺寸，这种载荷消失后仍继续保留的变形叫塑性变形。当载荷达到Fs时，拉伸曲线出现了水平或锯齿形线段，这表明在载荷基本不变的情况下，试样却继续变形，这种现象为“屈服
6、”。引起试样屈服的载荷称为屈服载荷。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,（3）当载荷超过Fs后，试样的伸长量与载荷以曲线关系上升，但曲线的斜率比Oe段的斜率小，即载荷的增加量不大，而试样的伸长量却很大，这表明在超过Fs后，试样已开始产生大量的塑性变形。当载荷继续增加到某一最大值Fb时，试样的局部截面缩小，产生所谓的“缩颈”现象。由于试样局部截面逐渐缩小，故载荷也逐渐降低，当达到拉伸曲线上k点时，试样随即断裂。Fb为试样断裂时的载荷。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,（4）在试样产生缩颈以前，由载荷所引起试样的伸长，基本上是在整个试样标距长度内发生的，属于均匀变形；缩颈
7、后，试样的伸长主要发生在颈部的一段长度内，属于集中变形。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,3强度指标强度指标是用应力值来度量的。根据力学原理，试样受到载荷作用时，则内部产生大小与载荷相等而方向相反的抗力（即内力）。单位截面积上的内力，称为应力，用符号表示。从拉伸曲线可得出，有三个载荷值比较重要：一个是弹性变形范围内的最大载荷Fe；第二个是最小屈服载荷Fs；另一个是最大载荷Fb。通过这三个载荷值，可以得出金属材料的三个主要强度指标。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,（1）弹性极限。是金属材料能保持弹性变形的最大应力，用e表示。e Fe/SO式中Fe弹性变形范围内的最大
8、载荷（）；SO试样原始横截面积（mm2）。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,（2）屈服强度。是使材料产生屈服现象时的最小应力，用s表示。s OS/Fs式中Fs使材料产生屈服的最小载荷（）；SO试样的原始横截面积（mm2）。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,对于低塑性材料或脆性材料，由于屈服现象不明显，因此这类材料的屈服强度常以产生一定的微量塑性变形（一般用变形量为试样长度的0.2%表示）的应力为屈服强度，用0.2表示，称为条件屈服强度。即0.2 F2.0/OS式中 F0.2塑性变形量为试样长度的0.2时的载荷（）；SO试样原始横截面积（mm2）。,下一页,上一页,返
9、回,第一节 材料的机械性能,（3）抗拉强度。试样断裂前能够承受的最大应力，称为抗拉强度，用b 表示。b=Fb/OS式中Fb试样断裂前所能承受的最大载荷（N）；SO试样的原始横截面积（mm2）。低碳钢的屈服强度s约为240MPa，抗拉强度b约为400MPa。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,工程上所用的金属材料，不仅要具有较高的s，而且要具有一定的屈强比（s/b）。屈强比越小，结构零件的可靠性越高，万一超载也能由于塑性变形而使金属的强度提高，不会立即断裂。但如果屈强比太小，材料强度的有效利用率就太低。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,二、硬度硬度是指金属表面抵抗塑性变
10、形和破坏的能力。它是金属材料的重要性能之一，也是检验机械零件质量的一项重要指标。由于测定硬度的试验设备比较简单，操作方便、迅速，又属无损检验，故在生产上和科研中应用都十分广泛。测定硬度的方法比较多，其中常用的硬度测定法是压入法，它用一定的静载荷（压力）把压头压在金属表面上，然后通过测定压痕的面积或深度来确定其硬度。常用的压入法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度三种。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,（一）布氏硬度布氏硬度的测定原理是用一定大小的载荷F，把直径为D的淬火钢球或硬质合金球压入被测金属表面，保持一定时间后卸除载荷，用金属表面压痕的面积S除以载荷所得的商。作为布氏硬度值。如图
11、1-3所示。布氏硬度值 S/F=式中D球体直径（mm）；F载荷（N）；d压痕平均直径（mm）。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,试验时测量出压痕的平均直径d，经计算或查表即可得出所测材料的布氏硬度值。布氏硬度的符号是：当压头为淬火钢球时，用HBS表示，适合于布氏硬度值在450以下的材料；当压头为硬质合金球时，用HBW表示，适合于布氏硬度值为450650的材料。符号HBS或HBW之前为硬度值，符号后面按压球直径、载荷及载荷保持时间（1015s不标注）的顺序用数字表示试验条件。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,例如：150HBS10/10000/30表示用直径为10mm
12、的淬火钢球在10000N载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为150；500HBW5/7500表示用直径为5mm的硬质合金球在7500N载荷作用下保持1015s测得的布氏硬度值为500。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,由于金属材料有硬有软、有厚有薄，如果采用一种标准的载荷F和压球直径D，就会出现：若对硬的材料合适，而对软的材料会发生压球陷入金属材料内的现象；若对厚的工件合适，而对薄的工作可能发生压穿的现象。因此在生产中进行布氏硬度试验时，要求使用大小不同的载荷F和压球直径D，具体情况如表1-1所列。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,试验后压痕直径应在0.25Dd
13、0.6D的范围内，否则试验结果无效，应考虑换用其他载荷重做试验。因为若d值太小，灵敏度和准确性将随之降低，d值太大，压痕的几何形状不能保持相似关系，影响试验结果的准确性。当试验条件允许时，应尽量选用直径为10mm的球体作压头。选用的F/D2比值不同时布氏硬度值不能直接比较。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,布氏硬度试验的优点是测定的数据准确、稳定，数据重复性强，常用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。其缺点是压痕较大，易损坏成品的表面，不能测定太薄的试样硬度。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,（二）洛氏硬度当材料的硬度较高或试样过小时，需要用洛氏硬度计进
14、行硬度测试。洛氏硬度试验，是用顶角为120o的金刚石圆锥或直径为1.588mm（1/16）的淬火钢球作压头，在初试验力F0及总试验力F（初试验力F0与主试验力F1之和）分别作用下压入金属表面，然后卸除主试验力F1，在初试验力F0下测定残余压入深度，用深度的大小来表示材料的洛氏硬度值，并规定每压入0.002mm为一个硬度单位。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,洛氏硬度试验原理如图1-4所示。图中0-0为金刚石压头没有和试样接触时的位置，1-1为压头在初载荷（100N）作用下压入试样h1位置；2-2为压头在全部规定载荷（初载荷+主载荷）作用下压入h2位置；3-3为卸除主载荷保留初载荷
15、后的位置h3。这样，压痕的深度h=h3-h1，洛氏硬度的计算公式为：洛氏硬度值=-C/（002.0h）式中h压痕深度；C常数，当压头为淬火钢球时C=130，压头为金刚石圆锥时C=100。材料越硬，h便越小，而所测得的洛氏硬度值越大。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,淬火钢球压头适用于退火件、有色金属等较软材料的硬度测定；金刚石压头适用于淬火钢等较硬材料的硬度测定，洛氏硬度所加载荷根据被测材料本身硬度不同而作不同规定，组成不同的洛氏硬度标尺，其试验规范见表1-2。洛氏硬度试验的优点是操作迅速、简便，可从表盘上直接读出硬度值，不必查表或计算，而且压痕小，可测量较薄工件的硬度。其缺点是
16、精确性较差，硬度值重复性差，通常需要在材料的不同部位测试数次，取其平均值来代表材料的硬度。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,（三）维氏硬度维氏硬度的测定原理基本上和布氏硬度相同，也是以单位压痕面积的力作为硬度值计量。所不同的是所用压头锥面夹角为136的金刚石正四棱锥体，如图1-5所示。试验时在载荷F作用下，在试样表面上压出一个正方形锥面压痕，测量压痕对角线的平均长度d，借以计算压痕的面积S，以F/S的数值来表示试样的硬度，用符号HV表示。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,HV=式中F载荷（N）；d压痕对角线的算术平均值（mm）。HV可根据所测得的d值从维氏硬度表中直
17、接查出。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,由于维氏硬度所用的压头为正四棱锥，当载荷改变时，压痕的几何形状恒相似，所以维氏硬度所用载荷可以随意选择（如50N、100N、150N、200N等），而所得到的硬度值是一样的。维氏硬度标注时，在符号HV前方标出硬度值，在HV后面按载荷大小和保持载荷时间（1015s不标出）的顺序用数字表示试验条件。例如：640HV300表示用300N载荷保持1015s测定的维氏硬度为640；640HV300/20表示用300N载荷保持20s测定的维氏硬度值为640。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,维氏硬度可测软、硬金属，尤其是极薄零件和渗碳层
18、、渗氮层的硬度，它测得的压痕轮廓清晰，数值较准确。而且不存在布氏硬度试验那种载荷与压头直径的比例关系的约束，也不存在压头变形问题。但是其硬度值需要测量压痕对角线，然后经计算或查表才能获得，效率不如洛氏硬度试验高，所以不宜用于成批零件的常规检验。布氏、洛氏、维氏三种硬度值没有直接的换算公式，如要换算，需要查换算表（见表1-3）。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,三、塑性金属发生塑性变形但不破坏的能力称为塑性。在拉伸时它们分别为伸长率和断面收缩率。1伸长率伸长率是指试样拉伸断裂时的绝对伸长量与原始长度比值的百分率，用符号表示即：式中l0试样的原始标距长度（mm）；l1试样拉断时的标距
19、长度（mm）。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,2断面收缩率断面收缩率是指试样拉断后，试样断口处横截面积的缩减量与原始横截面积之比值的百分率，用符号表示。即：式中S0试样原始横截面积（mm2）;S1试样断裂处的横截面积（mm2）。必须说明，伸长率的大小与试样的尺寸有关。试样长短不同，测得的伸长率也是不同的。长、短试样的伸长率分别用10和5表示，习惯上，10也常写成。对于同一材料而言，短试样所得的伸长率（5）要比长试样测得的伸长率（10）大一些，两者不能直接进行比较。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,和是材料的重要性能指标。它们的数值越大时，材料的塑性越好。金属材料的
20、塑性好坏，对零件的加工和使用有十分重要意义。例如，低碳钢的塑性较好，故可以进行压力加工；普通铸铁的塑性差，因而不宜进行压力加工，只能进行铸造。同时，由于材料具有一定的塑性，故能够保证材料不致因稍有超载而突然断裂，这就增加了材料使用的安全可靠性。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,四、冲击韧度许多机械零件在工作中，往往要受到冲击载荷的作用，如活塞销、锤杆、冲模、锻模等零件。制造这些零件的材料，其性能不能单纯用静载荷作用下的指标来衡量，而必须考虑材料抵抗冲击载荷的能力。冲击载荷是指加载速度很快而作用时间很短的突发性载荷。金属抵抗冲击载荷而不破坏的能力称为冲击韧度。目前常用一次摆锤冲击弯
21、曲试验来测定金属材料的韧度，其试验原理如图1-6所示。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,试验时，把按规定制作的标准冲击试样的缺口（脆性材料不开缺口）背向摆锤方向放在冲击试验机上图1-6（a），将摆锤（质量为m）扬起到规定高度H1，然后自由落下，将试样冲断。由于惯性，摆锤冲断试样后会继续上升到某一高度H2。根据功能原理可知：摆锤冲断试样所消耗的功AKV=mg（H1-H2）。AKV常叫做冲击吸收功，可从冲击试验机上直接读出。冲击韧度值符号KV表示，单位为焦耳/厘米2（J/cm2）。即 KV=SKV/A,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,试样缺口有U和V两种，冲击韧度值分别
22、以KU和KV表示。KV值越大，材料的冲击韧度越好，断口处则会发生较大的塑性变形，断口呈灰色纤维状；KV值越小，材料的冲击韧度越差，断口处无明显的塑性变形，断口具有金属光泽而较为平整。一般来说，强度、塑性两者均好的材料，KV值也高。材料的冲击韧度除了取决于其化学成份和显微组织外，还与加载速度、温度、试样的表面质量（如缺口、表面粗糙度等）、材料的冶金质量等有关。加载速度越快，温度越低，表面及冶金质量越差，则 值越低。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,在一次冲断条件下测得的冲击韧度值KV，对于判别材料抵抗大能量冲击能力有一定的意义。而绝大多数机件在工作中所承受的多是小能量多次冲击，机件
23、在使用过程中承受这种冲击有上万次或数万次。对于材料承受多次冲击的问题，如果冲击能量低、冲击周次较多时，材料的冲击韧度主要取决于材料的强度，材料的强度高则冲击韧度较好；如果冲击能量高时，则主要取决于材料的塑性，材料的塑性越高则冲击韧度较好。因此冲击韧度值KV一般只作设计和选材的参考。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,五、疲劳强度有许多机件（如齿轮、弹簧等）是在交变应力（指大小和方向随时间发生周期性变化）下工作的，零件工作时所承受的应力通常都低于材料的屈服强度。机件在这种交变载荷作用下经过长时间工作也会发生破坏，通常这种破坏现象叫金属的疲劳。金属的疲劳是在交变载荷作用下，经过一定的循
24、环周次之后出现的。图1-7是某材料的疲劳曲线，横坐标表示循环周次，纵坐标表示交变应力。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,从该曲线可以看出，材料承受的交变应力越大，疲劳破坏前能循环工作的周次越少；当循环交变应力减少到某一数值时，曲线接近水平，即表示当应力低于此值时，材料可经受无数次应力循环而不被破坏。把材料在无数次交变载荷作用下而不被破坏的最大应力值称为疲劳强度。通常光滑试样在对称弯曲循环载荷作用下的疲劳强度用-1表示。对钢材来说，当循环次数N达到107周次时，曲线便出现水平线，所以把经受107周次或更多周次而不破坏的最大应力定为疲劳强度。对于有色金属，一般则需规定应力循环次数在1
25、08或更多周次，才能确定其疲劳强度。,下一页,上一页,返回,第一节 材料的机械性能,影响疲劳强度的因素很多，其中主要有循环应力、温度、材料的化学成份及显微组织、表面质量和残余应力等。应该注意，上述力学性能指标，都是用小尺寸的光滑试样或标准试样，在规定性质的载荷作用下测得的。实践证明，它们不能直接代表材料制成零件后的性能。因为实际零件尺寸往往很大，尺寸增大后，材料中出现的缺陷（如孔洞、夹杂物、表面损伤等）的可能性也越大。而且零件在实际工作中所受的载荷往往是复杂的，零件的形状、表面粗糙度值等也与试样差异很大。这些将在以后课程中讨论。,上一页,返回,第二节 材料的物理、化学性能,一、物理性能材料的物
26、理性能主要有密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和电磁性，这些都是材料的固有属性，不同用途的机械零件，对其物理性能的要求也各不相同。1密度单位体积某种物质的质量称为该物质的密度，用表示。常用金属的密度见表1-4。,下一页,返回,第二节 材料的物理、化学性能,由表可知，不同材料的密度不同。对于金属材料，按照密度的大小可分为轻金属和重金属。一般情况下，密度小于5g/cm。的金属称为轻金属，如铝、镁、钛及其合金；而密度大于5g/cm的金属称为重金属，如铁、铅、钨等。而非金属材料的密度相对较小，例如，陶瓷的密度为2.22.5g/cm。各种塑料的密度更小，一般都在1.01.5g/cm。实际生产中，一些零
27、部件的选材必须考虑材料的密度，如汽车发动机中要求采用质量轻、运动时惯性小的活塞，多采用低密度的铝合金制成。在航空领域中，密度更是选用材料的关键性能之一。,下一页,上一页,返回,第二节 材料的物理、化学性能,2熔点熔点是指材料的熔化温度，它是制订冶炼、铸造、锻造和焊接等热加工工艺规范的一个重要的参数。纯金属都具有固定的熔点。按照熔点的高低，可以将金属分为难熔金属（熔点高于700的金属）和易熔金属（熔点低于700）。工业上常用的防火安全阀及熔断器等零件，使用低熔点的易熔金属。而工业高温炉、火箭、导弹、燃气轮机、喷气飞机等某些零部件，却必须使用耐高温的难熔金属。陶瓷的熔点一般都显著高于金属及合金的熔
28、点，而高分子材料、复合材料一般不是完全晶体，所以没有固定的熔点。,下一页,上一页,返回,第二节 材料的物理、化学性能,3导热性 材料传导热量的性能称为导热性，用热导率（也称导热系数）表示，见表1-4。导热性好的材料（如铜、铝及其合金）常用来制造热交换器等传热设备的零部件。导热性差的材料（陶瓷、木材、塑料等）可用来制造绝热零件。一般来说，金属及合金的导热系数远高于非金属材料，例如，塑料的热导率只有金属的1左右。在制订铸造、焊接、锻造和热处理等热加工工艺时，必须考虑材料的导热性，防止材料由于在加热和冷却过程中形成过大的内应力而造成变形与开裂。,下一页,上一页,返回,第二节 材料的物理、化学性能,4
29、导电性材料传导电流的能力称为导电性。常用其电导率来表示，但用其倒数（电阻率）更方便。通常金属的电阻率随温度的升高而增加。相反，非金属材料的电阻率随温度的升高而降低。金属及其合金具有良好的导电性，银的导电性最好，铜、铝次之，故常用作导电材料。但电阻率大的金属可制造电热元件。高分子材料都是绝缘体，但有的高分子复合材料也有良好的导电性。陶瓷材料虽是良好的绝缘体，但某些成份的陶瓷却是半导体。,下一页,上一页,返回,第二节 材料的物理、化学性能,5热膨胀性材料随着温度变化而膨胀、收缩的特性称为热膨胀性。一般来说，材料受热时膨胀而使体积增大，冷却时收缩而使体积缩小。热膨胀性的大小用线胀系数1和体胀系数v来
30、表示。表1-4列出了常见金属的线膨胀系数。体胀系数近似为线胀系数的3倍。一般，陶瓷的热胀系数最低，金属次之，高分子材料的线胀系数最高。用膨胀系数大的材料制造的零件，在温度变化时尺寸和形状变化较大。生产中，在热加工时要考虑材料热膨胀性的影响，以减少工件的变形和开裂。,下一页,上一页,返回,第二节 材料的物理、化学性能,二、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能力，主要包括耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性等。1耐腐蚀性耐腐蚀性是指材料在常温下抵抗周围各种介质腐蚀的能力。金属材料在腐蚀性介质中常常会发生化学腐蚀或电化学腐蚀，因此，对金属制品的腐蚀防护十分重要。在金属材
31、料中，碳钢、铸铁的耐腐蚀性较差；钛及其合金、不锈钢的耐腐蚀性较好；铝和铜也有较好的耐腐蚀性。非金属材料，如陶瓷材料和塑料等都具有优良的耐蚀性。,下一页,上一页,返回,第二节 材料的物理、化学性能,2抗氧化性材料在加热时抵抗氧化作用的能力称为抗氧化性。金属及合金抗氧化的机理是材料在高温下迅速氧化后，能在表面形成一层连续而致密并与母体结合牢靠的膜阻止进一步氧化。在钢中加入Cr、Si等元素，可大大提高钢的抗氧化性。在高温下工作的发动机气门、内燃机排气阀等轿车零部件，就是采用抗氧化性好的4Cr9Si2等材料来制造的。3化学稳定性化学稳定性是材料耐腐蚀性和抗氧化性的总称。高温下的化学稳定性又称热稳定性。
32、在高温条件下工作的设备（如锅炉、汽轮机、火箭等）上的部件需要选择热稳定好的材料来制造。,上一页,返回,第三节 材料的加工工艺性能,金属材料要制成零件，就要对其进行各种加工。材料对不同加工方法的适应能力称为材料的工艺性能，又称加工工艺性能。材料工艺性能的好坏，直接影响制造零件的工艺方法、质量和成本。主要的工艺性能有以下几个方面。一、铸造性能材料铸造成形获得优良铸件的能力称为铸造性能。衡量铸造性能好坏的指标有流动性、收缩性以及偏析、裂纹倾向等。,下一页,返回,第三节 材料的加工工艺性能,1流动性熔融材料的流动能力称为流动性。它主要受化学成份和浇注温度等因素的影响。流动性好的材料容易充满铸型型腔，从
33、而获得外形完整、尺寸精确和轮廓清晰的铸件。2收缩性铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减小的现象称为收缩性。铸件收缩不仅影响尺寸，还会使铸件产生缩孔、缩松、内应力、变形和开裂等缺陷。因此用于铸造的材料其收缩性越小越好。,下一页,上一页,返回,第三节 材料的加工工艺性能,3偏析铸件凝固后，内部化学成份和组织的不均匀现象称为偏析。偏析严重的铸件各部分的力学性能会有很大的差异，能降低产品的质量。因此，在生产上要设法消除或减轻偏析，大型铸件尤其应当注意。,下一页,上一页,返回,第三节 材料的加工工艺性能,4裂纹裂纹是铸造过程中出现的主要缺陷之一，可分为热裂纹与冷裂纹，热裂纹主要与材料的结晶温度区间有关
34、，而冷裂纹主要与铸件冷却过程中的收缩应力有关。裂纹的存在会严重降低铸件的使用性能和寿命，因此，应予以避免。在金属材料中，铸钢件比铸铁件的热裂倾向要大。一般来说，铸铁比钢的铸造性能好，金属材料比工程塑料的铸造性能好。,下一页,上一页,返回,第三节 材料的加工工艺性能,二、锻造性能锻造性能是指材料是否易于进行压力加工的性能。它取决于材料的塑性和变形抗力。塑性越好，变形抗力越小，材料的锻造性能越好。例如纯铜在室温下就有良好的锻造性能，碳钢在加热状态锻造性能良好，铸铁则不能锻造。,下一页,上一页,返回,第三节 材料的加工工艺性能,三、焊接性能焊接性能是指材料在一定的焊接工艺条件下，获得优良焊接接头的难
35、易程度。焊接性能的确定主要包括两个方面，一是焊接接头产生工艺缺陷的倾向，尤其是出现各种裂纹的可能性；二是焊接接头在使用过程中的可靠性，包括焊接接头的力学性能和其他特殊性能。焊接性能好的材料，易于用一般的焊接工艺焊接，而焊接性能差或不好的材料，必须采用特定的焊接工艺。,下一页,上一页,返回,第三节 材料的加工工艺性能,实际焊接结构所用的材料大多是钢材。影响钢材焊接性能的主要因素是其化学成份，其中含碳量对钢材焊接性能的影响最大。例如，低碳钢具有良好的焊接性，而高碳钢、铸铁的焊接性不好。某些工程塑料也有良好的可焊性，但与金属的焊接机制及工艺方法不同。,下一页,上一页,返回,第三节 材料的加工工艺性能
36、,四、热处理性能 所谓热处理就是通过加热、保温、冷却的方法使材料在固态下的组织结构发生改变，从而获得所要求的性能的一种工艺。在生产上，热处理既可用于提高材料的力学性能及某些特殊性能以进一步充分发挥材料的潜力，亦可用于改善材料的加工工艺性能，如改善切削加工、拉拔挤压加工和焊接性能等。常用的热处理方法有退火、正火、淬火、回火及表面热处理（表面淬火和表面化学热处理）等。,下一页,上一页,返回,第三节 材料的加工工艺性能,五、切削加工性能材料接受切削加工的难易程度称为切削加工性能。切削加工性能主要用切削速度、加工表面的粗糙度和刀具的使用寿命来衡量。影响切削加工性能的因素有工件的化学成份、组织、硬度、导
37、热性和形变强化程度等。一般认为材料具有适当硬度（HBS170230）和足够脆性时较易切削。所以灰铸铁比钢切削性能好，碳钢比高合金钢切削性能好。改变钢的成份和适当热处理可改善切削性能。,上一页,返回,知识扩展,材料的物理性能磁性通常把材料被磁场吸引或磁化的性能叫做磁性，用磁导率来表示材料磁性的大小。具备显著磁性的材料称为磁性材料，可分铁磁材料、顺磁材料和抗磁材料。铁、镍、钴等金属及其合金为铁磁材料，它们在外磁场中能强烈被磁化，主要用于制造变压器、继电器的铁芯、电动机转子和定子等零部件。锰、铬等材料在外磁场中呈现十分微弱的磁性，称为顺磁材料。铜、锌等材料能抗拒或削弱外磁场的磁化作用，称为抗磁材料，
38、多用于仪表壳等不易磁化或能避免电磁干扰的零件。,下一页,返回,知识扩展,非金属材料一般无磁性，但最近也出现了磁性陶（铁氧体）等材料，常用于制作电视机、电话机、录音机及动圈式仪表的永磁体。磁性只存在于一定的温度范围内，当温度升高到一定值时，磁性就会消失，这个温度称为居里点，如铁的居里点为770。,上一页,返回,先导案例解决,该图片零件是一个箱体，体积大，零件使用材料要求强度要好，箱体表面采用了加强筋提高箱体的整体强度性能，零件外形结构较复杂，因此采用了铸造加工制成。,返回,本章小结,了解材料物理、化学性能，对于掌握金属材料机械性能，利用材料的加工工艺性能改变金属材料性能具有非常重要的意义。本章重
39、点是介绍金属材料五种机械性能同时也是本章的难点，这部分知识是今后分析机械制造设备和故障维修的重要知识点，也是以后学习机械加工的必要基础知识。,返回,思考题,1什么是金属的力学性能?根据载荷形式的不同，力学性能主要包括哪些指标?2什么是强度?什么是塑性?衡量这两种性能的指标有哪些?各用什么符号表示?3低碳钢做成的d0=10mm的圆形短试样经拉伸试验，得到如下数据：FS=21 000N，Fb=35 000N，l1=65mm，d1=6mm。试求低碳钢的s、b、5、。,下一页,返回,思考题,4选择下列材料的硬度测试方法：1）调质钢 2）手用钢锯条 3）硬质合金刀片 4）灰铸铁件5下列硬度写法是否正确?
40、如何改正？1）HBSl50 2）HRC40N 3）HRC70 4）HRBl0 5）HRA796什么是冲击韧度?AKV和KV各代表什么?7什么是疲劳现象?什么是疲劳强度?,上一页,返回,图1-1 拉伸试样,返回,图1-2 力伸长曲线,返回,图1-3 布氏硬度试验原理,返回,图1-4 洛氏硬度试验原理,返回,图1-5 维氏硬度试验原理,返回,图1-6 冲击试验原理,返回,图1-7 金属的疲劳曲线,返回,表1-1 布氏硬度试验规范,返回,表1-2 洛氏硬度试验规范,返回,表1-3 洛氏硬度HRC与其他硬度换算表,下一页,返回,表1-3 洛氏硬度HRC与其他硬度换算表,上一页,返回,表1-4 常用金属的物理性能,返回,
