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1、第一章 金属材料的性能第一节 金属材料的主要性能两大类：1 使用性能：机械零件在正常工作情况下应具备的性能。 包括：力学性能、物理、化学性能 2 工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能、切削性能等。 、金属材料的力学性能： 力学性能-受外力作用反映出来的性能。 一 弹性和塑性： 1弹性：金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能恢复其原来形状的性能。力和变形同时存在、同时消失。 如弹簧：弹簧靠弹性工作。 2 塑性：金属材料受外力作用时产生永久变形而不至于引起破坏的性能。（金属之间的连续性没破坏）塑性大小以断裂后的塑性变形大小来表示。塑性变形：在外力消失后留下的这部分不可恢复的变形
2、。 3 拉伸图：金属材料在拉伸过程中弹性变形、塑性变形直到断裂的全部力学性能可用拉伸图形象地表示出来。 1）弹性阶段e 2）屈服阶段：过e点至水平段右端 s塑性极限，s屈服点，过s点水平段说明载荷不增加，式样仍继续伸长。（P一定，=P/F一定，但真实应力P/F1 因为变形，F1）发生永久变形 3）强化阶段：水平线右断至b点 P 变形，b强度极限，材料能承受的最大载荷时的应力。 4）局部变形阶段bk 过b点，试样某一局部范围内横向尺寸突然急剧缩小。 “缩颈” （试样横截面变小，拉力） 4 延伸率和断面收缩率：表示塑性大小的指标 1）延伸率： = l0试样原长，l1拉深后长 2）断面收缩率： F0
3、原截面，F1拉断后截面 （1） 、越大，材料塑性越好 （2）与区别：拉伸图中 =弹+塑 ， =mas塑 （3）一般5%为塑性材料，5%为脆性材料。 5 条件屈服极限0。2 有些材料在拉伸图中没有明显的水平阶段。通常规定产生0.2塑性变形的应力作为屈服极限,称为条件屈服极限. 二 刚度： 金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力。 1 材料本质 弹性模量在弹性范围内,应力与应变的比值.其大小主要决定材料本身. 相当于单位元元变形所需要的应力。=, =/=tg 2 几何尺寸、形状、受力 相同材料的E相同,但尺寸不同,则其刚度也不同.所以考虑材料刚度时要把E形状尺寸同时考虑.还要考虑受力情况. 三 强度：
4、 强度指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。按作用力性质的不同,可分为:抗拉强度 + 抗压强度- 抗弯强度w 抗剪强度b 抗扭强度 常用来表示金属材料强度的指标: 屈服强度: (Pa N/m2) Ps-产生屈服时最大外力, F0-原截面 抗拉强度 (Pa N/m2) Pb-断裂前最大应力. s /b在设计机械和选择评定材料时有重要意义.因金属材料不能在超过s的条件下工作,否则会塑变.超过b工作,机件会断裂. s-b之间塑性变形,压力加工 四 硬度： 金属抵抗更硬的物体压入其内的能力是材料性能的综合物理量,表示金属材料在一个小的体积范围内的抵抗弹性变形、塑性变形或断裂的能力。1 布式硬
5、度 HB 用直径D的淬火钢球或硬质合金球,在一定压力P下,将钢球垂直地压入金属表面,并保持压力到规定的时间后卸荷,测压痕直径d(用刻度放大镜测)则 HB=P/F (N/mm2) 单位一般不写. F-压痕面积. HBS压头用淬火钢球, HBW压头用硬质合金球 因钢球存在变形问题,不能测太硬的材料,适于HBS107 不疲劳破坏 2 疲劳破坏原因 材料有杂质,表面划痕,能引起应力集中,导致微裂纹,裂纹扩展致使零件不能承受所加载荷突然破坏. 3预防措施 改善结构形状,避免应力集中,表面强化-喷丸处理,表面淬火等. 、金属材料的物理,化学及工艺性能： 一 物理性能 比重: 计算毛坯重量,选材,如航天件
6、:轻熔点:铸造 锻造温度(再结晶温度)热膨胀性:铁轨 模锻的模具、量具、导热性: 铸造:金属型 锻造:加热速度、导电性: 电器元件 铜 铝磁性:变压器和电机中的硅钢片 磨床: 工作台 二 化学性能化学性能：指金属材料与周围介质扫触时抵抗发生化学或电化学反应的性能。耐腐蚀性：指金属材料抵抗各种介质侵蚀的能力。抗氧化性：指金属材料在高温下，抵抗产生氧化皮能力。金属的化学性能,决定了不同金属与金属,金属与非金属之间形成化合物的性能,使有些合金机械性能高,有些合金抗腐蚀性好,有的金属在高温下组织性能稳定. 如耐酸,耐碱等，如化工机械,高温工作零件等 三 工艺性能 金属材料能适应加工工艺要求的能力. 铸
7、造性能：指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能，主要包括流性能、充满铸模能力；收缩性、铸件凝固时体积收缩的能力；偏析指化学成分不均性。焊接性能：指金属材料通过加热或加热和加压焊接方法，把两个或两个以上金属材料焊接到一起，接口处能满足使用目的的特性。冷弯性能：指金属材料在常温下能承受弯曲而不破裂性能。弯曲程度一般用弯曲角度（外角）或弯心直径d 对材料厚度a 的比值表示，a 愈大或d/a 愈小，则材料的冷弯性愈好。冲压性能：金属材料承受冲压变形加工而不破裂的能力。在常温进行冲压叫冷冲压。检验方法用杯突试验进行检验。锻造性能：金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不破裂的能力。第二章 常用工程材料在机
8、械、工程等工业领域中，采用的材料种类及品种繁多、涉及范围及其广泛。其分类如下：随着生产的迅速发展，特别是电子产业、航空航天技术的突飞猛进，不断地对材料的性能提出了愈来愈高的要求。而传统单一材料往往不能全面满足强度、韧性、重量和稳定性等方面的要求，为使各种材料之间的优点互补，获得性能更加优越的材料，人们研制出各种新型复合材料。就是由两种或两种以上不同材料的组合材料，其性能通常兼有组成材料的各种优点，有着非常广阔的发展前景。中国经过几十年的努力，钢铁工业已同过去的仅能生产100 多个钢种、400 多个品种的钢材发展到现在能生产1000 多个钢种、4 万多个品种的钢材，特别是国防工业和高精尖技术，包
9、括原子弹、氢弹、导弹、核潜艇、通讯卫星、火箭等需要的关键金属材料。都已由国内自行研制开发成功，最大限度满足了其需要。第一节 合 金 钢2-1 概 述 合金钢为了改善钢的组织和性能，在碳钢的基础上，有目的地加入一些元素而制成的钢。加入的元素称为合金元素。常用的合金元素有锰、铬、镍、硅、钼、钨、钒、钛、锆、钴、铌、铜、铝、硼、稀土 (RE) 等。 根据我国的资源情况，富产的元素有硅、锰、钼、钨、钒、硼及稀土元素，而铬、镍，特别是钴稀缺。选用合金钢时，应在保证产品质量的前提下，优先考虑我国资源丰富的钢种。与碳钢相比，合金钢的性能显著提高，应用日益广泛，但价格高于碳钢。一、合金钢的分类 (一) 按用途
10、分类 1、合金结构钢用于制造各种机械零件和工程结构的钢。主要包括低合金结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢等。 2、合金工具钢用于制造各种工具的钢。主要包括合金刃具钢、合金模具钢和合金量具钢等。 3、特殊性能钢具有某种特殊物理或化学性能的钢。主要包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢等等。 (二) 按合金元素的总含量分类 1、低合金钢。合金元素总含量Me 10。(三) 按正火后的组织分类 将一定截面的试样 (25mm) ，在静止空气中冷却后，按所得组织可分为珠光体钢、马氏体钢、奥氏体钢和铁素体钢等。二、合金钢的编号 (一) 合金结构钢 合金结构钢的牌号由三部分组成，即“两位数字+元素符号
11、十数字”。前面两位数字代表钢中平均碳的质量分数的万倍；元素符号代表钢中所含的合金元素，其后面的数字表示该元素平均质量分数的百倍，当其平均质量分数Me 1.5时一般只标出元素符号而不标数字，当其Me 1.5、2.5、3.5时，则在元素符号后相应地标出2、3、4。例如60Si2Mn钢，表示平均c = 0.6，平均si 1.5，平均Mn 1.5的合金结构钢。如为高级优质钢，则在钢号后面加符号“A”。 （二) 合金工具钢 合金工具钢牌号的表示方法与合金结构钢相似，区别仅在于碳含量的表示方法不同。当平均c1，cr约为12，Mo、V都小于1.5的合金工具钢。 高速钢不论其碳含量多少，在牌号中都不予标出，但当合金的其它成分相同，仅碳含量不同时，则在碳含量高的牌号前冠以“C”字母，如W6M05Cr4V2钢和CW6M05Cr4V2钢，前者c =0.80.9，后者 c = 0.951.05，其余成分相同。 (三) 特殊性能钢 特殊性能钢的牌号表示方法与合金工具钢的基本相同，只是当其平均 c 0.03 和 c0.08 时，在牌号前分别冠以“00”及“0”。 如 0Crl9Ni9 钢表示平均c0.08，cr 19，Ni 9的不锈钢。 (四) 滚动轴承钢
