四、冲击韧性
是指材料抵抗冲击载荷
作用而不破坏的能力。
指标为冲击 韧性值ak(通 过冲击实验
测得)。
冲击实验
缺口试样在摆锤 摆动过程中弯曲 断裂，由摆锤的 高度差(h-h’)， 可以求出摆锤所 失去的能量，即 样品断裂所吸收 的能量；用上述 能量除以试样缺 口处的原始截面 积，规定为冲击 韧性k。
塑性指标与塑性加工特别是冷加工性能有关
金箔
一克黄金可以打制成约0.5平方米的纯金箔，厚度为0.12m。
说明： ① 用断面收缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。 ② 直径d0 相同时，l0， 。只有当l0/d0 为常数时，塑 性值才有可比性。 当l0=10d0 时，伸长率用 表示；
当l0=5d0 时，伸长率用5 表示，显然5>
五、导电性 与导热性类似，用电阻率或电导率表示 银，铜，铝电阻率小 玻璃和陶瓷电阻率则很大
六、磁性
根据在磁场中的行为材料有以下分类： 抗磁性材料 顺磁性材料 软磁材料 加磁场时易磁化，外磁场去 掉后，磁性基本消失---纯铁，硅钢片。 铁磁性材料
硬磁材料
加磁场时易磁化，去掉外磁场 后，长期保持较高磁性---钕铁硼。
第一章 材料的性能
使用性能：材料在使用 过程中所表现的性能。
神 舟 一 号 飞 船
包括力学性能、物理性
能和化学性能。
工艺性能：材料在加工
过程中所表现的性能。
包括铸造、锻压、焊接、
热处理和切削性能等。
第一节 材料的力学性能
一、弹性和刚度 二、强度与塑性 三、硬度 四、冲击韧性 五、疲劳 六、断裂韧性
一般，材料熔点越高，高温下保持高 强度能力越强。
三、热膨胀性
线膨胀系数----物体在温度升高一度时 某一方向长度的变化 精密机械要求线膨胀系数小 可以利用热膨胀特性制造温控阀 热膨胀使材料在加热和冷却过程中产生 热应力
四、导热性
导热系数---单位温差驱动力下每秒通 过单位截面积的热量
碳（金刚石）导热最好 银，铜导热也很好 玻璃和陶瓷的导热则最差。 材料导热性好坏影响其加热和冷却时 内应力大小。
对于运动构件，材料密度越小，消耗 能量越少，效率越高。 对飞机等的选材常用比强度作为指标。
比强度：抗拉强度与密度之比 子弹头里灌铅增加其惯性 ----铅的密度为12g/cm3
飞机和材料
二、熔点
锡的熔点为505K---作焊料
铅的熔点为600K---作保险丝
镍的熔点为1726K----作高温合金 钨的熔点为3680K---作电极材料
掌握布氏硬度和洛氏硬度的优缺点及 应用场合。
钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为108。
循环交变应力示意图
应力寿命曲线示意图
疲劳断口
风机输入轴疲劳断口
通过改善材料形状结构，减少表面缺陷，提高表面 光洁度，进行表面强化等方法可提高材料疲劳抗力.
疲劳裂纹扩展的非晶体学模型
六、断裂韧性
油轮断裂和北极星导弹发动机壳体爆炸与材料 中存在缺陷有关
TITANIC 的沉没
与船体材料的质量
直接有关
Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图） 的冲击试验结果
Titanic
近代船用钢板
五、疲劳
材料在低于s重复交变应力作用下发生断裂的现象.
材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大
应力称为疲劳极限。用-1表示。
注：下标 -1 表示对称循环交变应力。
三、可焊性 大型建筑、桥梁 能否焊上 焊缝质量
钢的含碳量越低，可焊性越好
四、切削加工性 是否容易切削，并得到精确形状、高表面 光洁度 与材料的硬度、韧性等因素有关
五、热处理性能
同样成分 , 处理工艺 不同 , 微观 组织也不 同 , 性能也 不同
学习重点：
表征材料力学性能指标的各参数物理 意义和单位，如：s、0.2、b、-1 、、5、KIc、k、HB、HRC等；
-
拉伸前
拉伸试样
断裂后
一、弹性和刚度
弹性：即材料承受最大弹 性变形时的应力。指标为 弹性极限e。 刚度：材料受力时抵抗弹
性变形的能力。指标为弹
性模量E： E tg （ MPa）

弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而 逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、 合金化等对弹性模量的影响很小。可以通过增加横截面积 或改变截面形状来提高零件的刚度。
1943年美国T-2油轮发生断裂
北 极 星 导 弹
裂纹扩展的基本形式
断裂力学假设材料本身存在裂纹，材料的破坏 是由于裂纹的失稳扩展造成
c ( a c ) 1 / 2
应力强度因子：描述裂纹尖
端附近应力场强度的指标。
K I Y a
断裂韧性：材料抵抗内部裂
纹失稳扩展的能力。
K IC Y C a C
③ > 时，无颈缩，为脆性材料表征
< 时，有颈缩，为塑性材料表征
无颈缩试样 有颈缩试样
三、硬度
材料抵抗表面局部塑性变形的能力。
1、布氏硬度HB
压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于
布氏硬度值在450以下的材料。 压头为硬质合金球时，用符号 HBW 表示，适用于 布氏硬度在650以下的材料。 符号HBS或 HBW之前的数字表 示硬度值，之后的数字按顺序 分别表示球体直径、载荷及载荷
二、强度与塑性
强度：材料在外力作用下 抵抗变形和破坏的能力。 屈服强度s：材料发生微
量塑性变形时的应力值。
条件屈服强度0.2：残余变形量为0.2%
0.2
时的应力值。
抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大
应力值。

塑性：材料受力破坏前可承受 最大塑性变形的能力。指标为：
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
伸长率 ：
l1 l 0 100% l0
F0 F1 100% 断面收缩率 ： F0
拉伸前
断裂后
几个应用例子： 比例极限：体重称 弹性极限：吸收能量的弹簧 屈服极限：确定许用应力
实际工程结构不容许发生塑性 变形
工程设计中的许用应力= s /n n（ >1 ) 称为安全系数
C为断裂应力， aC为临界裂 纹半长，KIC单位为 MN / m 3 2
第二节 物理和化学性能
物理性能
一、密度 二、熔点 三、热膨胀性 四、导热性 五、导电性 六、磁性
化学性能
七、耐腐蚀性和 抗氧化性
一、密度 单位体积物质的质量 钢铁材料的密度约为7.8 铝合金的密度约为2.7 陶瓷材料的密度约为2.2--2.5 高分子材料的密度一般小于1.0
布 氏 硬 度 压 痕
保持时间, 如120HBS10/1000/30 表示直径为 10mm 的钢球在 1000kgf(9.807kN) 载荷
作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。
布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头 还硬的材料。 适于测量退火、正火、调质钢, 铸铁及有色金属的硬度。 材料的b与HB之间经验关系： 对于低碳钢: b(MPa)≈3.6HB 对于高碳钢: b(MPa)≈3.4HB
七、耐腐蚀性和抗氧化性 碳钢、铸铁的耐腐蚀性较差 不锈钢、铝合金、铜合金、钛及其合金耐 腐蚀性较好。 陶瓷比金属好.
陶瓷发动机
金属在介质中形成的微电池
第三节 工艺性能
一、铸造性
液体金属能充满比较复杂的铸型并获得 优质铸件的性能。 其中包括流动性、收缩性、偏析等。
二、可锻性 温度范围宽、变形抗力小，可锻性好
小 负 荷 维 氏 硬 度 计
小负荷维氏硬度试验、显微维
氏硬度试验。 维氏硬度保留了布氏硬度和洛 氏硬度的优点。
与冲击作用相关的 力学性能
实际构件如飞机起落架， 枪管、炮管，锻锤等在服 役过程中，常常受到冲击 载荷的作用，在这种载荷 作用下，会发生脆性断裂。 用拉伸实验应力 - 应变曲 线的面积不能反映这种脆 性（加载速率慢）。
钢球压头与 金刚石压头
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：测量结果分散度大。
洛氏硬度压痕
3、维氏硬度HV
维氏硬度计
显微维氏硬度计
符号HV前的数字为硬度值，
后面的数字按顺序分别表
示载荷值及载荷保持时间。
根据载荷范围不同，规定了三 种测定方法 —维氏硬度试验 、
基本概念 材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称 为变形。 外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。
如何评价不同材料的力学性能好坏？ 应力 = P/F0 低 应变 = (l-l0)/l0 碳
钢 的 应 力 应 变 曲 线 拉 伸 试 验 机
韧脆转变温度：材料的冲击韧性随温 度下降而下降。在某一温度范围内冲 击韧性值急剧下降的现象称韧脆转变. 发生韧脆转变的温度范围称韧脆转变 温度。材料的使用温度应高于韧脆转
变温度。
体心立方金 属具有韧脆 转变温度， 而大多数面 心立方金属建造中的Titanic
TITANIC
黄铜 球墨铸铁 钢
HB
对于铸铁: b(MPa)≈1HB或 b(MPa)≈0.6(HB-40)
2、洛氏硬度HR 根据压头类型和主载荷不同, 分为十一个标尺, 常用
的标尺为A、B、C。
洛 氏 硬 度 计
符号HR前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。
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。