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山 东 胜 利 职 业 学 院 机 械 基 础 张立勇 第一章 金属材料基本知识 §1.1 金属材料的性能 材料的性能： 使用性能：机械性能、物理性能、化学性能。 工艺性能：切削加工性能、铸造性能、焊接性能、锻造性能、热处理性能. 机械性能: 如强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度 物理性能: 如密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性 化学性能: 如抗腐蚀性、抗氧化性 实践证明，大部分的机械零件在使用过程中，用于传递动力和运动，因此在设计、制造和选材时，以机械性能为主要依据。 一、强度：材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。 由于材料承受外力形式不同，又分为抗拉、抗压、抗扭、抗弯、抗剪等几种强度. 抗拉强度是由拉伸试验测定的。金属材料通过拉伸实验即可求得材料的比例极限（σp）屈服强度（σs）、和抗拉强度（σb）。 1、弹性极限(比例极限)：材料不产生塑性变形时所能承受的的最大应力。 2、屈服强度?s：材料开始产生明显塑性变形时的最小应力。 3、抗拉强度?b：材料断裂前所承受的最大应力值。 4、条件屈服强度?0.2：高碳钢等无屈服点，国家标准规定以残余变形量为0.2%时的应力值作为它的条件屈服强度，以σ0.2来表示. 注:脆性材料没有屈服现象. 拉伸实验: 1.拉伸试样 2.拉伸曲线： 二、塑性：材料产生塑性变形而不破坏的能力。用延伸率和断面收缩率来表示: 1、延伸率: 2、断面收缩率 ： 三、硬度:抵抗更硬物体压入其表面产生局部塑性变形或破坏的能力, 是衡量金属材料软硬程度的指标.硬度的表示方法----布氏硬度HB; 洛氏硬度;维氏硬度.硬度的测定方法----压入法: 一定形状的压头，一定的静载荷，压入工件表面，根据压痕的深度或直径确定工件的硬度值。  1.布氏硬度HB:是用一定直径D的淬火钢球或硬质合金球，在规定的试验力F的作用下，压入试件表面，并保持一定时间(10-15s)，卸除力F，测量压痕直径d，以压痕单位面积上的压力表示材料的布氏硬度值. 在实际使用中，布氏硬度值并不计算，也不用标注单位，只需测出压痕直径d，即可从布氏硬度表上查得。 压头为淬火钢球时，用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450以下的材料。 压头为硬质合金时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在450~650的材料。 (1).标注：符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。 如120HBS10/1000/30表示直径为10mm的淬火钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。再如: 500HBW5/750表示直径为5mm的硬质合金钢球在750kgf（9.807kN）载荷作用下保持(10-15)s测得的布氏硬度值为500。 注: (10-15)s不标注. (2).特点：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。 (3).材料的?b与HB之间的经验关系： 对于低碳钢: ?b(MPa)≈3.6HB 对于高碳钢：?b(MPa)≈3.4HB 对于铸铁： ?b(MPa)≈1HB或0.6(HB-40) (1)常用标尺有：B、C、A三种,即 HRA;HRB;HRC. ① HRA： 硬、薄试件.如硬质合金、表面淬火层和渗碳层。 ② HRB ：轻金属、未淬火钢.有色金属和退火、正火钢等。 ③ HRC ：较硬，淬硬钢制品.如调质钢、淬火钢等。 (2)标注方法:如60HRC表示C标尺测定的洛氏硬度值为60. (3)特点:优点：操作简便，压痕小，适用范围广。 缺点：测量结果分散度大。 四、冲击韧性: 是指金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。 用冲击韧度来衡量.指标为冲击韧度值Ak. 冲击韧度:是冲断式样时在缺口处单位面积所消耗的功. Ak可直接从试验机刻度 盘上读出. 五、疲劳强度(疲劳极限):材料经无数次应力循环而不发生疲劳断裂的最高应力值。（80%的断裂由疲劳造成） 第二节 金属的晶体结构和结晶 不同牌号的钢材，具有不同的机械性能，例如45钢的强度、硬度值比20钢高，但韧性、塑性值不如20钢。即使同一牌号的钢材，在不同状态下机械性能也不同,如一块含碳量为0.8%的T8钢，从钢厂出厂时硬度约为20HRC，而加工成工具并进行热处理后，其硬度可达60HR