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机 械 基 础第四章 工程材料 第四章 工程材料4.1??金属材料的性能 一、金属的物理性能和化学性能 金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。 使用性能是指材料在使用过程中所表现出来的性能，包括物理、化学性能、力学性能，工艺性能是指金属材料从冶炼到成品的生产过程中，在各种加工条件下所表现出的性能。 第四章 工程材料4.1??金属材料的性能 二、金属的力学性能和工艺性能 研究金属材料的性能主要指力学性能，包括强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度。它涉及到材料的安全和使用寿命。 1．强度： 在外力作用下， 材料抵抗 塑性变形和断裂 的能力称为强度。 第四章 工程材料4.1??金属材料的性能 2．塑性：在外力作用下，材料不能恢复的变形称为塑性变形，产生永久变形而不断裂的能力称为塑性。 第四章 工程材料4.1??金属材料的性能 3．硬度：是指固体材料对外界物体机械作用（如压陷、刻划）的局部抵抗能力。 硬度不是金属独立的基本性能，而是反映材料弹性与塑性等的综合性能指标。 常用的硬度指标有布氏硬度（HBW）洛氏硬度(HRC)维式硬度(HV)。 硬度高的材料 强度高，耐磨性好， 而切削加工性能较差。 钨钢配件高硬度 第四章 工程材料4.1??金属材料的性能 4．冲击韧性：金属材料抵抗冲击载荷的能力。 用AK表示，单位为J。 AK值越大，则材料的韧性就越好。 AK 值低的材料叫做脆性材料，值高的材料叫韧性材料。很多零件，如齿轮、连杆等，工作时受到很大的冲击载荷，因此要用AK值高的材料制造。 第四章 工程材料4.1??金属材料的性能 发动机剖视图 连杆 第四章 工程材料4.1??金属材料的性能 5．疲劳强度：是指金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力，或称为疲劳极限。 第四章 工程材料4.1??金属材料的性能 金属材料的工艺性能是指在各种加工条件下所表现出来的适应性能，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能等。 第四章 工程材料4.2黑色金属材料 金属材料分为黑色金属材料和有色金属两大类。 常用的黑色金属主要有钢和铸铁两种； 常用的有色金属有铝和铜两种。 第四章 工程材料4.2黑色金属材料 一、钢的分类:含碳的质量分数小于2.11％的铁碳合金。 钢的分类方法很多， 其主要方法有如下几种： 1．按化学成分分类 （1）碳素钢 是指钢中除铁、碳外，还含有少量锰、硅、硫、磷等元素的铁碳合金。 按含碳的质量分数多少分为： 低碳钢——碳的质量分数ωc≤0.25%。(如螺钉、铆钉) 第四章 工程材料4.2黑色金属材料 中碳钢——碳的质量分数0.25%≤ωc≤0.60%。 （齿轮、蜗杆、丝杠） 第四章 工程材料4.2黑色金属材料 高碳钢——碳的质量分数ωc＞0.60%。 （弹簧、工具、模具） 第四章 工程材料4.2黑色金属材料 （2）合金钢 为了改善钢的性能，在冶炼碳素钢的基础上，加入一些合金元素而炼成的钢，如铬钢、锰钢、铬锰钢、铬镍钢等。 按其合金钢中合金元素的总质量分数多少分为： ①低合金钢——合金元素的质量分数≤5%。 ②中合金钢——合金元素的质量分数5%～10%。 ③高合金钢——合金元素的质量分数≥10%。 铬钢菜刀 合金钢法兰 第四章 工程材料4.2黑色金属材料 2．按钢的品质分类 （1）普通钢 钢中杂质元素较多，一般硫的质量分数ωs≤0.05%,磷的质量分数ωp≤0.05%,如碳素结构钢、低合金结构钢等。 （2）优质钢 钢中杂质元素较少，硫和磷的质量分数ωs、ωp，一般均≤0.04%,如优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢和合金工具钢、弹簧钢、轴承钢等。 （3）高级优质钢 钢中杂质元素极少，硫的质量分数ωs≤0.03%、磷ωp，一般均≤0.035%,如合金结构钢和工具钢等。高级优质钢在钢号后面，通常加符号“A”或汉字“高”，以便识别。 第四章 工程材料4.2黑色金属材料 3．按钢的用途分类 （1）结构钢 主要用于制造各种机械零件和工程结构件的钢材。 （2）工具钢 主要用于制造工具、模具、量具及刃具的钢材。 （3）特殊性能钢 具有特殊物理性能和化学性能的钢材。 第四章 工程材料4.2黑色金属材料 二、钢的编号 1．碳钢的编号方法 （1）碳素结构钢????用Q和数值表示，如Q235表示钢