四、疲劳强度
• 金属材料在交变载 荷作用下所能承受 的不引起断裂的最 大应力
• 试验循环次数： • 钢材： 107次 • 有色金属： 108次
疲劳破坏原因：材料 内部杂质、缺陷及 表面划痕等
σ-N 曲线
第二节 金属材料的其他性能
• 包括：物理、化学及工艺性能
一、物理性能
• 金属的固有属性
• 包括：
为锻造性能。锻造性能的好坏主要同金属的塑性和 变形抗力有关。塑性越好，变形抗力越小，金属的 锻造性能越好。
金属工艺学
金属工艺学分为：
• 第一篇：金属材料导论 • 第二篇：铸造 • 第三篇：金属压力加工 • 第四篇：焊接 • 第五篇：切削加工
热加工 冷加工
第一篇：金属材料导论
• 金属材料：性能最好、应用范围最广、用 量最大
• 工程上以合金为主
合金
• 基础金属
熔炼烧结
合金
• • 常用合金 • • •
铁碳合金
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不同物理属性的金属适合制造不同 的金属零件
• 铝、钛、镁等轻金属适合制造： • 飞机、航天飞行器零件等 • 钨、钼、钒等难熔金属合适制造： • 火箭、导弹及喷气飞机外壳、灯丝等 • 铅、锡、锌基合金等易熔金属适合制造： • 保险丝、电焊丝、安全阀及铅字等
二、化学性能
• 金属材料抵抗各种介质侵蚀的能力
物理性能
密度 熔点 热膨胀性 导热性 导电性 磁性
物理性能
密 度 材料单位体积的质量
密度小于5103Kg/m3的金属称为轻金属 密度大于5103Kg/m3的金属称为重金属 熔 点 材料的熔化温度 陶瓷的熔点一般都显著高于金属及合金的熔点 高分子材料一般不是完全晶体，所以没有固定的熔点 热膨胀性 材料受热后的体积膨胀，通常用线膨胀系数表示 对精密仪器或机器的零件，热膨胀系数是一个非常重要的性 能指标
硬 方法的不同 度
布氏硬度(HB) 洛氏硬度(HR) 维氏硬度(HV)
注：各硬度值相互之间不能直接比较，只能通过 硬度对照表换算
1、布氏硬度
• 布氏硬度用圆球作压头来测试
• 圆球种类：淬火钢球（HBS）
•
硬质和进球（HBW）
• 圆球直径：2.5mm,5mm,10mm, • 载荷大小：1870N，7500N，30000N
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物理性能
导热性
材料热传导的能力；用其导热系数来表示
制件材料的 导热性愈差
零件在加热或冷却 时，由于表面和内 部产生温差
膨胀不同，便会 产生破裂
金属及合金的导热系数远高于非金属材料
在金属中，以银为最好，铜和铝次之
磁性
材料能导磁的性能
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物理性能 导电性 材料的导电性一般用电阻率表示 金属的电阻率随温度升高而增加，而非金属材料则与此相反 金属及其合金一般具有良好的导电性，银的导电性最好， 铜、铝次之
铜合金 铝合金 钛合金
合金应具有
• 力学性能 • 物理性能 • 化学性能 • 工艺性能
第一章 金属材料主要性能
• 第一节 金属材料的力学性能
• 金属材料受外力作用时所反映出来的情况
• 力学性能包括：弹性、塑性
•
刚度强度、硬
•
冲击韧性、疲劳强度
•
断裂韧性
•
一 、强度与塑性
• 标准拉伸：
HBS(HBW ) 0.102
2F
N mm2
D(D D 2 d 2 )
式中：F—压力载荷，N D—压头的直径,mm d——压痕直径，mm
• 特点：测量精度高
•
不能测太硬材料（钢球易变形）
•
不能测成品及薄件（压痕大）
• 适合测试：灰铸铁、非铁合金、低碳钢等 材料
2、洛氏硬度
压痕深度 e
0.002
• 特点：能测硬度很高的材料
•
直接读数，操作简单
•
硬度值代表性差，可重复性差
3、维氏硬度
• 维氏硬度用金刚石正四棱锥体 作压头来测试
• 测出对角线长度d,j计算出维氏 硬度HV
• 特点：压痕小，测极薄试样
•
生产率低，不宜成批检
验
三、冲击韧性
• 材料在冲击载荷作用下，抵抗冲击力的作 用而不被破坏的能力
• 包括：铸造性能、可锻性、焊接性和切削 加工性
1 金属在铸造成形过程中获得外形准确、内部健
全铸件的能力称为铸造性能。铸造性能包括流动性、 吸气性、收缩性和偏析等。在金属材料中灰铸铁和 青铜的铸造性能较好。流动性好、缩率小、偏析倾 向小是铸造性好的衡量指标
2、 金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度称
Fb A0
(Pa )
• 2、塑性 • 延伸率
l1 l0 100% l0
• 断面收缩率 A0 A1 100% A0
• , 值越大，则材料的塑性越好
• 例题 • 一直径低碳钢试样，拉伸时测得求
二、硬 度
定义： 材料抵抗局部塑性变形的能力，是衡量材料软硬 程度的指标；多用压入法测定
根据测定
• 包括 化学性能
耐腐蚀性 抗氧化性 热稳定性
化学性能 耐腐蚀性 材料抵抗各种介质侵蚀的能力 非金属材料的耐蚀性能总的说来远远高于金属材料 抗氧化性 材料抵抗高温氧化的能力 抗氧化的材料常在表面形成一层致密的保护膜，来阻碍氧 的进一步扩散
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三、工艺性能
• 金属材料适应常规冷热加工方法的能力
• 金属材料在受力时抵抗塑性变形和断裂的 能力。
• 塑性：金属材料产生塑性变形而不被破坏 的性能
No
mage
• 应力：单位面积所受的拉力
F
R 2
• 应变：单位长度上的伸长量 = L / L
e
s
b
k
弹性极限 屈服极限 抗拉强度 断裂极限
• 1、强度 • 屈服强度
Fs A0
(Pa )
0.2
• 抗拉强度：b
• 用摆锤冲击试验来测定冲击韧性
夏比冲击试验
• 将图l—6所示标准试样放置在图1—7摆锤冲 击试验机的试验台上(图上c处)，然后抬起 摆锤W，让它从一定高度(h1)落下，将试样 击断，摆锤又摆至h2的高度。则击断试样
冲击韧性计算
K
Ak F
(J
/ m2)
式中：K 折断试样所消耗的冲击功（J）
F 试样缺口处原始面积
• 洛氏硬度用金刚石圆锥作压头来测试
符号
•
洛氏硬度： HRA
HRB HRC
压头类型
120° 金刚石圆锥体
直径1.588mm 淬火钢球 120°
金刚石圆锥体
负荷 （kg）
50
90
140
适用范围
很硬或硬而薄的材料， 如硬质合金、表面 处理的工件
软金属，如铜合金、退 火钢件等
硬金属，如淬火工件
• 计算公式： • 金刚石圆锥压头：HR=100-e • 淬火钢球压头：HR=130-e