4. 冲击韧性
图5-6 冲击试验原理图
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5. 疲劳强度
任务5.1金属材料的力学性能
图5-7 疲劳曲线示意图
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任务5.1金属材料的力学性能
52..1金.3属材金料属的材化料学的性其能 他性能
1（.1金）属耐腐材蚀料性的物理性能
（（12） ）密抗度氧化性 （（23） ）熔化点学稳定性 （3. 3属）材热料膨的胀工性艺性能 （（41） ）导铸热造性性能 （（52） ）导锻电造性性能 （（63） ）磁焊性接性能 （4）切削加工性能 （5）热处理性能
2. 塑性
金属材料在外力作用下，产生永久变形而不断裂的能力称为塑性。
（1）断后伸长率 断后伸长率是指试样被拉断后，试样标距的伸长量与原始标距的百分比，即
lk l0 100% l0
（2）断面收缩率
断面收缩率是指试样被拉断后，其断面横截面积的最大收缩量与试样原始横
截面积的百分比，即 S0 Sk 100%
（1）弹性极限
e
，弹性极限 e
的计算公式为：
e
Fe S0
（2）屈服极限 s
其计算公式为：
s
Fs S0
（3）抗拉极限 b
抗拉极限是指金属材料断裂前能够承受的最大应力。其计算公式为： b
Fb S0
（4）断裂极限 k
断裂极限是指金属材料断裂时的应力。其计算公式为： k
Fk Sk
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任务5.1金属材料的力学性能
5.2.4 金属的结晶
1. 晶体的结晶 2. 纯金属的结晶过程 3. 晶粒大小的控制途径 （1）增加过冷度 （2）变质处理 （3）附加振动
图5-17 金属结晶过程示意图
图5-16 纯金属结晶时的冷却曲线
项目五 金属材料基本知识
金属材料常指工业上所使用的金属或合金的总称。金属材料包括钢铁、有色金属及 其合金。对纯金属而言，常见的金属有铁、铜、锌、铝、镍、金、银等。合金是指由 两种或两种以上的金属、金属与非金属结合而成的且具有金属性质的材料。由于金属 材料具有良好的力学性能、物理性能、化学性能及工艺性能，并能采用比较简单和经 济的方法制成零件，因此金属材料是目前应用最为广泛的材料，在汽车制造材料中所 占比例高达80%左右。
图5-11 密排六方晶格
图5-8 立方晶体中原子排列示意图 (a) 晶体中原子排列的钢球模型 (b) 金属的晶格
(c) 晶胞及晶格常数
图5-10 面心立方晶格
图5-9 体心立方晶格
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任务5.2 金属材料的晶体结构
5.2.2 金属的实际晶体结构
1. 金属的多晶体结构 2. 金属的晶体缺陷
（1）点缺陷 （2）线缺陷 （3）面缺陷
金属材料被广泛地应用于建筑、机械、航空、汽车、医疗等领域，是构成各种设备 和设施的基础。因此了解和掌握金属材料的各种性能是深入学习各领域知识的基础。
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任务5.1 金属材料的力学性能
金属材料的晶体结构
任务5.2
任务4.3 铁碳合金相图
任务5.1金属材料的力学性能
任务描述： 金属材料具有多方面良好的性能，体现材料在受力过程中而展现出来的优越性能被
S0
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任务5.1金属材料的力学性能
3. 硬度
在工业生产中，通常采用的硬度试验方法有以下三种： （1）布氏硬度HB 以压痕单位面积上的压力来表示被测金属材料的硬度值，即
（2）洛氏硬度HR
图5-3 布氏硬度试验原理图
图5-4 洛氏硬度试验原理
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任务5.1金属材料的力学性能
（3）维氏硬度HV 求出算数平均值作为压痕对角线长度d，然后就可以计算或查表的得出维氏 硬度值，计算公式为：
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任务5.2 金属材料的晶体结构
任务描述： 不同的金属材料具有不同的力学性能，即使同一种金属材料，在不同的条件下其力
学性能也是不同的。金属力学性能的这些差异，从本质上来说，是由其内部结构所决 定的。因此，掌握金属的内部结构及其对金属性能的影响，对于选用和加工金属材料， 具有非常重要的意义。
材料的结构是指材料组成单元之间平衡时的空间排列方式。材料的结构从宏观到微 观可分为不同的层次，即宏观组织结构、显微组织结构和微观组织结构。而材料的微 观结构是指其组成原子（或分子）间的结合方式以及组成原子在空间的排列方式，而 这些排列方式是如何影响材料的性能的呢？本节课就重点讲述材料的微观结构。
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任务5.1金属材料的力学性能
5.1.1 金属材料的分类
工业上，通常将金属材料分为两大类：黑色金属和有色金属。黑色金属是指钢铁材料， 有色金属是指除钢铁材料以外的其他所有金属材料，如铜、铝、镁、钛、锡等及其合金。
5.1.2 金属材料的力学性能
1. 强度 强度是指金属材料在外力作用下，所表现出的抵抗永久变形和断裂的能力。
图5-1 圆形拉伸试样
(a) 拉伸前 (b) 拉伸后
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任务5.1金属材料的力学性能
从图中可以看出，曲线明显地分为以下几个变形阶段： oe——弹性变形阶段 es——屈服阶段 sb——强化阶段 bk——缩颈阶段
图5-2 低碳钢的应力-应变曲线
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任务5.1金属材料的力学性能
通过分析应力-应变曲线，金属材料的强度指标根据其变形特点可分为以下几项：
称为金属材料的力学性能，并可以根据各项性能指标分析材料的承载能力和使用范围。 那么金属材料的各种力学性能都在什么情况下体现呢？它又有什么样的意义呢？
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任务5.1金属材料的力学性能
任务目标： 1. 了解金属材料的分类 2. 掌握金属材料的主要性能 3. 熟悉拉伸试验的过程 4. 具有绘制低碳钢拉伸时应力-应变曲线的能力 5. 了解金属材料的其他性能
图5-12 单晶体与多晶体的结构

图5-14 线缺陷和面缺陷
图5-13 点缺陷
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任务5.2 金属材料的晶体结构
5.2.3 合金的晶体结构
1. 基本概念
（1）合金 （2）组元 （3）合金系 （4）相
2. 合金的相结构
（1）固溶体 （2）金属化合物 （3）机械混合物
图5-15 固溶体的类型
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任务5.2 金属材料的晶体结构
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任务5.2 金属材料的晶体结构
学习目标： 1. 了解金属及合金的晶体结构 2. 掌握铁碳合金的基本组织及性能 3. 理解铁碳合金相图中各阶段的反应及产物的形成
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任务5.2 金属材料的晶体结构
5.2.1 金属的理想晶体结构
1.晶体和非晶体
2. 晶格和晶胞
3. 金属晶体的基本类型
（1）体心立方晶格。 （2）面心立方晶格。 （3）密排六方晶格。