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1、工程材料的分类及性能字体：尘史为| 逃L发表丁 ： 2006-11-09 15:38 作者:xlktiancai 来源：中国机械资讯网材料的分类材料的种类繁多，用途广泛。工程方面使用的材料有机械工程材料、 土建工 程材料、电工材料、电子材料等。在工程材料领域中，用丁机械结构和机械零件 并且主要要求机械性能的工程材料，乂可分为以下四大类：金届材料具有许多优良的使用性能（如机械性能、物理性能、化学性能等）和加 工工艺性能（如铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能、机械加工性能等）。 特别可贵的是，金届材料可通过不同成分配制，不同工艺方法来改变其内部组织 结构，从而改善性能。加之其矿藏丰富，因而在
2、机械制造业中，金届材料仍然是 应用最广泛、用量最多的材料。在机械设备中约占所用材料的白分之九十以上， 其中乂以钢铁材料占绝大多数。随着科学技术的发展，非金届材料也得到迅速的发展。非金届材料除在某些 机械性能上尚不如金届外，它具有金届所不具备的许多性能和特点，如耐腐蚀、 绝缘、消声、质轻、加工成型容易、生产率高、成本低等。所以在工业中的应用 日益广泛。作为高分子材料的主体一一工程塑料（如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙 烯、聚酰胺、ABSS料、环氧塑料等）已逐渐替代一些金届零件，应用丁机械工 业领域中。古老的陶瓷材料也突破了传统的应用范围， 成为高温结构材料和功能 材料的重要组成部分。金届材料和非金届材
3、料在性能上各有其优缺点。近年来，金届基复合材料、 树脂基复合材料和陶瓷基复合材料的出现，为集中各类材料的优异性能丁一体开 辟了新的途径，在机械工程中的应用将日益广泛。机械工程材料铸铁碳钢合金钢铝台金铜台金其它有色金属f塑料有机高分子材衬檬胶含成纤维祐统陶瓷恃种陶瓷黑色金凰金属材料有色金无机非金属材#f金属基复合材料复合材料高分子基复合材料陶瓷基复合材料我也来说两句 查看全部回复最新回复 xlktiancai （2006-11-09 15:39:31）材料的性能一、力学性能材料受力后就会产生变形，材料力学性能是指材料在受力时的行为。描述材料变形行为的指标是应力 ，和应变 , V是单位面积上的作用
4、力，8是单位长度的变形。描述材料力学性能的 主要指标是强度、延性和韧性。其中，强度是使材料破坏的应力大小的度 量；延性是材料在破坏前永久应变的数值； 而韧性却是材料在破坏时所吸 收的能量的数值。 设计师们对这些力学性能制订了各种各样的规范。例 如，对一种钢管，人们要求它有较高的强度，但也希望它有较高的延性， 以增加韧性，由丁在强度和延性二者之间往往是矛盾的，工程师们要做出最佳设计常常需要在二者中权衡比较。 同时，还有各种各样的方法确定材 料的强度和延性。当钢棒弯曲时就算破坏，还是必须发生断裂才算破坏？ 答案当然取决丁工程设计的需要。但是这种差别表明至少应有两种强度判 据：一种是开始屈服，另一种
5、是材料所能承受的最大载荷， 这说明仅仅描 述材料强度的指标至少就有两个以上。 一般来说，描述材料力学性能的指 标有以下几项：1 .弹性和刚度图1-6是材料的应力一应变图（1 一 图）。（a）无塑性变形的脆性材料（例如铸铁）;（b）有明显屈服 点的延性材料（例如低碳钢）；（c）没有明显屈服点的延性材料（例如 纯铝）。在图中的V一曲线上，OA段为弹性阶段，在此阶段，如卸去 载荷，试样伸长量消失，试样恢复原状。材料的这种不产生永久残余变形 的能力称为弹性。A点对应的应力值称为弹性极限，记为 e。材料在弹 性范围内，应力与应变成正比，其比值 E= / & （MN/m2称为弹性模量。E标志着材料抵抗弹性
6、变形的能力，用以表示材料的刚度。E值主要取决丁各种材料的本性，一些处理方法（如热处理、冷热加工、合金化等）对 它影响很小。零件提高刚度的方法是增加横截面积或改变截面形状。金届 的E值随温度的升高而逐渐降低。2 .强度在外力作用下，材料抵抗变形 和破坏的能力称为强度。根据外力的作用方式，有多种强度指标，如抗拉 强度、抗弯强度、抗剪强度等。当材料承受拉力时，强度性能指标主要是 屈服强度和抗拉强度。（1）屈服强度V s在图1-6 （b）上，当曲线超过 A点后，若卸去外加载荷，则试样会留下不能恢复的残余变形，这种不能 随载荷去除而消失的残余变形称为塑性变形。 当曲线达到A点时，曲线出 现水平线段，表示
7、外加载荷虽然没有增加，但试样的变形量仍自动增大， 这种现象称为屈服。屈服时的应力值称为屈服强度，记为V S。有的塑性材料没有明显的屈服现象发生，如图 1-6 （c）所示。对丁这种情况，用 试样标距长度产生0.2%塑性变形时的应力值作为该材料的屈服强度，以 V 0.2表示。机械零件在使用时，一般不允许发生塑性变形，所以屈服强 度是大多数机械零件设计时选材的主要依据也是评定金届材料承载能力 的重要机械性能指标。材料的屈服强度越高，允许的工作应力越高，零件 所需的截面尺寸和自身重量就可以较小。（2）抗拉强度b材料发生屈 服后，其应力与应变的变化如图1-1所示，到最高点应力达最大值 b。 在这以后，试
8、样产生“缩颈”，迅速伸长，应力明显下降，最后断裂。最 大应力值Vb称为抗拉强度或强度极限。它也是零件设计和评定材料时的 重要强度指标。V b测量方便，如果单从保证零件不产生断裂的安全角度 考虑，可用作为设计依据，但所取的安全系数应该大一些。屈服强度与抗 拉强度的比值S/ b称为屈强比。屈强比小，工程构件的可靠性高，说 明即使外载或某些意外因素使金届变形， 也不至丁立即断裂。但屈强比过 小，则材料强度的有效利用率太低。3 .塑性材料在外力作用下，产生永 久残余变形而不被断裂的能力，称为塑性。塑性指标也主要是通过拉伸实 验测得的（图1-6）。工程上常用延伸率和断面收缩率作为材料的塑性指 标。（1）
9、延伸率a试样在拉断后的相对伸长量称为延伸率，用符号a 表示，即式中：L0试样原始标距长度；L1试样拉断后的标距长度。（2） 断面收缩率小试样被拉断后横截面积的相对收缩量称为断面收缩率，用符号小表示，即式中：F0试样原始的横截面积；F1试样拉断处的横截 面积。延伸率和断面收缩率的值越大，表示材料的塑性越好。塑性对材料 进行冷塑性变形有重要意义。此外，工件的偶然过载，可因塑性变形而防 止突然断裂；工件的应力集中处，也可因塑性变形使应力松弛，从而使工 件不至丁过早断裂。这就是大多数机械零件除要求一定强度指标外，还要 求一定塑性指标的道理。材料的 a和小值越大，塑性越好。两者相比， 用n表示塑性更接近
10、材料的真实应变。 第三节材料的性能一、力学性 能材料受力后就会产生变形，材料力学性能是指材料在受力时的行为。描述材料变形行为的指标是应力 和应变 ,是单位面积上的作 用力，8是单位长度的变形。描述材料力学性能的主要指标是强度、延 性和韧性。其中，强度是使材料破坏的应力大小的度量； 延性是材料在破 坏前永久应变的数值；而韧性却是材料在破坏时所吸收的能量的数值。重庆大学精品课程-工程材料 图1-5材料力学性能的指标图设计师们对这些力学性能制订了各种各样的规范。 例如，对一种钢管，人们要求它有较高的强度，但也希望它有较高的延性，以增加韧性，由丁在强度和 延性二者之间往往是矛盾的，工程师们要做出最佳设
11、计常常需要在二者中 权衡比较。同时，还有各种各样的方法确定材料的强度和延性。当钢棒弯曲时就算破坏，还是必须发生断裂才算破坏？答案当然取决丁工程设计的 需要。但是这种差别表明至少应有两种强度判据：一种是开始屈服，另一 种是材料所能承受的最大载荷，这说明仅仅描述材料强度的指标至少就有 两个以上。一般来说，描述材料力学性能的指标有以下几项：1 .弹性和刚度 重庆大学精品课程一工程材料 图1-6应力-应变图图1-6是材料的应力一应变图（ 图）。（a）无塑性变形的脆性材料（例 如铸铁）；（b）有明显屈服点的延性材料（例如低碳钢）；（c）没有 明显屈服点的延性材料（例如纯铝）。在图中的 V一曲线上，OA段
12、为 弹性阶段，在此阶段，如卸去载荷，试样伸长量消失，试样恢复原状。材 料的这种不产生永久残余变形的能力称为弹性。A点对应的应力值称为弹 性极限，记为V e。材料在弹性范围内，应力与应变成正比，其比值E=/e（MN/m2称为弹性模量。E标志着材料抵抗弹性变形的能力，用以表示 材料的刚度。E值主要取决丁各种材料的本性，一些处理方法（如热处理、 冷热加工、合金化等）对它影响很小。零件提高刚度的方法是增加横截面 积或改变截面形状。金届的E值随温度的升高而逐渐降低。2 .强度在外 力作用下，材料抵抗变形和破坏的能力称为强度。根据外力的作用方式， 有多种强度指标，如抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度等。当材料承
13、受拉力 时，强度性能指标主要是屈服强度和抗拉强度。（1）屈服强度V s在图 1-6 （b）上，当曲线超过A点后，若卸去外加载荷，则试样会留下不能恢 复的残余变形，这种不能随载荷去除而消失的残余变形称为塑性变形。当 曲线达到A点时，曲线出现水平线段，表示外加载荷虽然没有增加，但试 样的变形量仍自动增大，这种现象称为屈服。屈服时的应力值称为屈服强 度，记为V S。有的塑性材料没有明显的屈服现象发生，如图 1-6 （c）所 示。对丁这种情况，用试样标距长度产生 0.2%塑性变形时的应力值作为 该材料的屈服强度，以V0.2表示。机械零件在使用时，一般不允许发生 塑性变形，所以屈服强度是大多数机械零件设
14、计时选材的主要依据也是评 定金届材料承载能力的重要机械性能指标。材料的屈服强度越高，允许的 工作应力越高，零件所需的截面尺寸和自身重量就可以较小。（2）抗拉强度Vb材料发生屈服后，其应力与应变的变化如图 1-1所示，到最高 点应力达最大值Vb。在这以后，试样产生“缩颈”，迅速伸长，应力明 显下降，最后断裂。最大应力值Vb称为抗拉强度或强度极限。它也是零 件设计和评定材料时的重要强度指标。V b测量方便，如果单从保证零件 不产生断裂的安全角度考虑，可用作为设计依据，但所取的安全系数应该 大一些。屈服强度与抗拉强度的比值 V S/ b称为屈强比。屈强比小，工 程构件的可靠性高，说明即使外载或某些意
15、外因素使金届变形， 也不至丁 立即断裂。但屈强比过小，则材料强度的有效利用率太低。3.塑性材料在外力作用下，产生永久残余变形而不被断裂的能力， 称为塑性。塑性指 标也主要是通过拉伸实验测得的（图1-6）。工程上常用延伸率和断面收 缩率作为材料的塑性指标。（1）延伸率a试样在拉断后的相对伸长量 称为延伸率，用符号a表示，即b式中：L0试样原始标距长度；L1试 样拉断后的标距长度。（2）断面收缩率小试样被拉断后横截面积的相对收缩量称为断面收缩率，用符号小表示，即式中：F0试样原始的横 截面积；F1试样拉断处的横截面积。延伸率和断面收缩率的值越大，表 示材料的塑性越好。塑性对材料进行冷塑性变形有重要
16、意义。此外，工件 的偶然过载，可因塑性变形而防止突然断裂；工件的应力集中处，也可因 塑性变形使应力松弛，从而使工件不至丁过早断裂。这就是大多数机械零 件除要求一定强度指标外，还要求一定塑性指标的道理。材料的a和小值越大，塑性越好。两者相比，用 n表示塑性更接近材料的真实应变。重庆大学精品课程-工程材料 图1-7应力-应变图3 xlOO%11.3.1.gifF.-F.W 二 妇00%1-6.gif1-5.gif xlktiancai (2006-11-09 15:41:29)4. 硬度硬度是材料表面抵抗局部塑性变形、压痕或划裂的能力。通常材料的强度 越高，硬度也越高。硬度测试应用得最广的是压入法，即在一定载荷作用 下，用比工件更硬的压头缓慢
