工程材料与成形技术基础 第2版 教学课件作者 庞国星 第一篇工程材料基础理论 1第一章工程材料的分类与性能

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1、l工程材料是用于制造工程结构和机械零件并主工程材料是用于制造工程结构和机械零件并主要要求力学性能的结构材料。要要求力学性能的结构材料。l按组成与结合键分：按组成与结合键分：l 1 1、金属材料、金属材料l 2 2、高聚物材料、高聚物材料l 3 3、陶瓷材料、陶瓷材料l 4 4、复合材料、复合材料l以金属键结合为主以金属键结合为主 l良好的导电性、导良好的导电性、导热性、延展性和金热性、延展性和金属光泽属光泽 l用量最大、应用最用量最大、应用最广泛广泛黑色金属黑色金属有色金属有色金属轻金属轻金属,重金属重金属,贵金属贵金属,稀有金属稀有金属 金属键金属键带材带材异形材异形材板材板材管材管材l以共

2、价键和离子键以共价键和离子键为主为主l熔点高、硬度高、熔点高、硬度高、耐腐蚀、脆性大耐腐蚀、脆性大 l分为传统陶瓷、特分为传统陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷种陶瓷和金属陶瓷三类三类 陶瓷制品陶瓷制品陶瓷发动机陶瓷发动机l以分子键和共价键以分子键和共价键为主为主l塑性、耐蚀性、电塑性、耐蚀性、电绝缘性、减振性好，绝缘性、减振性好，密度小密度小 l包括塑料、橡胶及包括塑料、橡胶及合成纤维等合成纤维等 分子键分子键共价键共价键烯丙酰氯烯丙酰氯-苯乙烯苯乙烯l包括：包括：l金属基复合材料金属基复合材料l陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料l高分子复合材料高分子复合材料 l是把两种或两种以上不同性质或不同结构的材是把

3、两种或两种以上不同性质或不同结构的材料以微观或宏观的形式组合在一起而形成的材料以微观或宏观的形式组合在一起而形成的材料。料。玻璃纤维增强高分子复合材料玻璃纤维增强高分子复合材料l现代航空发动机燃烧室现代航空发动机燃烧室温度最高的材料就是通温度最高的材料就是通过粉末冶金法制备的氧过粉末冶金法制备的氧化物粒子弥散强化的镍化物粒子弥散强化的镍基合金复合材料。很多基合金复合材料。很多高级游艇、赛艇及体育高级游艇、赛艇及体育器械等是由碳纤维复合器械等是由碳纤维复合材料制成的，它们具有材料制成的，它们具有重量轻，弹性好，强度重量轻，弹性好，强度高等优点。高等优点。航空发动机航空发动机l使用性能：使用性能：

4、材料在使用过程中所表现的性能。包括材料在使用过程中所表现的性能。包括力学性能、物理性能力学性能、物理性能和和化学性能。化学性能。l工艺性能：工艺性能：材料在加工过程中所表现的性能。包括材料在加工过程中所表现的性能。包括铸造、锻压、焊接、热处理铸造、锻压、焊接、热处理和和切削性能等切削性能等。l第二节第二节 材料的力学性能材料的力学性能l材料的力学性能是指材料在承受各种载荷时的行为。材料的力学性能是指材料在承受各种载荷时的行为。l载荷类型通常分为：静载荷、动载荷和变载荷。通过不载荷类型通常分为：静载荷、动载荷和变载荷。通过不同的实验可测得材料各种性质的性能判据。同的实验可测得材料各种性质的性能判

5、据。l金属的强度、塑性一般是通过金属拉伸实验来测定的。金属的强度、塑性一般是通过金属拉伸实验来测定的。以拉伸载荷和试样伸长量为坐标所形成的曲线称为力以拉伸载荷和试样伸长量为坐标所形成的曲线称为力伸长曲线。伸长曲线。载荷的形式载荷的形式l材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为为变形变形。l外力去处后能够恢复外力去处后能够恢复 的变形称为的变形称为弹性变形弹性变形，l外力去处后不能恢复外力去处后不能恢复 的变形称为的变形称为塑性变形塑性变形。低碳钢的应力低碳钢的应力-应变曲线应变曲线拉伸试样拉伸试样拉伸试验机拉伸试验机应力应力 =P/F0应变应变 =

6、(l-l0)/l0l1.弹性极限：弹性极限：材料承受最材料承受最l大弹性变形时的应力。指标大弹性变形时的应力。指标 为弹性极限为弹性极限 e。l2.刚度：刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能力。材料受力时抵抗弹性变形的能力。指标为弹性模量指标为弹性模量E。）（MPatgE el3.强度：强度：材料在外力作用下抵材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。抗变形和破坏的能力。屈服点屈服点 s：材料发生微量塑性变：材料发生微量塑性变形时的应力值。形时的应力值。规定残余伸长应力规定残余伸长应力：残余变形：残余变形量为量为0.2%时的应力值。时的应力值。抗拉强度抗拉强度 b：材料断裂前所承受：材料断裂前所承受的

7、最大应力值。的最大应力值。s0.2 断后伸长率：断后伸长率：%100001 lll%100010 FFF 断面收缩率：断面收缩率：断裂后拉伸试样的颈缩现象拉伸试样的颈缩现象l说明：说明：l 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。用面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。l 对于直径对于直径d0 相同的试样，相同的试样，l0，。只有当只有当l0/d0 为常数时，塑性值才有可比性。为常数时，塑性值才有可比性。当当l0=10d0 时，伸长率用时，伸长率用 表示；表示；当当l0=5d0 时，伸长率用时，伸长率用 5 表示。显然，表示。显然，5 l 时，无颈缩，为脆性材料表征；时，无颈缩，为脆性材料表征

8、；时，有颈缩，为塑性材料表征时，有颈缩，为塑性材料表征l硬度：硬度：材料抵抗局部变形的能力。软硬的指标。表征强度与塑性材料抵抗局部变形的能力。软硬的指标。表征强度与塑性的一个综合判据。的一个综合判据。l实验特点：实验特点：l1 1）设备简单、操作迅速方便、直接、非破坏性试验。）设备简单、操作迅速方便、直接、非破坏性试验。l2 2）近似估计抗拉强度和耐磨性。）近似估计抗拉强度和耐磨性。l3 3）硬度与切削加工性、焊接性、冷成型性能间联系，加工工艺）硬度与切削加工性、焊接性、冷成型性能间联系，加工工艺参考。参考。l4 4）检验材料和热处理质量、热处理工艺合理性及评定工艺性能）检验材料和热处理质量、

9、热处理工艺合理性及评定工艺性能参考。参考。l硬度试验方法三类：硬度试验方法三类：l 压力法：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、显微硬度、压力法：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、显微硬度、超声波硬度；超声波硬度；l 划痕法：莫氏硬度、锉刀硬度；划痕法：莫氏硬度、锉刀硬度；l 回跳法回跳法:肖氏硬度肖氏硬度.l机械制造最广泛的是布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。机械制造最广泛的是布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。l1.布氏硬度布氏硬度HB)(2102.022dDDDPHB l压头为钢球压头为钢球时，布氏硬度用符号时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于表示，适用于布氏硬度值在布氏硬度值在450以下的材料。以下的材料

10、。l压头为硬质合金压头为硬质合金时，用符号时，用符号HBW表示，适用于布氏表示，适用于布氏硬度在硬度在650以下的材料。以下的材料。l符号符号HBS或或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面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、载荷及载荷保持的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。时间。如如120HBS10/1000/30表示直径为表示直径为10mm的钢球的钢球在在1000kgf（）载荷作用下保持（）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值测得的布氏硬度值为为120，1015s不注不注。图纸上标注时在图纸上标注时在3040个范围。个范围。l对同一种材料采用不同的对同一

11、种材料采用不同的F F和和D D进行试验时，能否得到同一的布氏进行试验时，能否得到同一的布氏硬度值，关键在于压痕几何形状的相似，即建立硬度值，关键在于压痕几何形状的相似，即建立F F和和D D的某种选配的某种选配关系，以保证布氏硬度的不变性。国标（关系，以保证布氏硬度的不变性。国标（GB231-84GB231-84）规定，据金）规定，据金属材料的种类和布氏硬度范围，选定属材料的种类和布氏硬度范围，选定F/DF/D2 2值。从而确定出值。从而确定出D D值、值、F F值和保持时间。值和保持时间。l当载荷当载荷F F与球体直径与球体直径D D选定时，硬度值只与压痕直径选定时，硬度值只与压痕直径d

12、d有关。用刻有关。用刻度放大镜测出压痕直径度放大镜测出压痕直径d d，根据，根据d d值查表可求所测硬度值。值查表可求所测硬度值。l布氏硬度的优点：布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。测量误差小，数据稳定。l缺点：缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。的材料。l适于测量适于测量退火、正火、调质钢退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。铸铁及有色金属的硬度。l材料的材料的 b与与HB之间的经验关系：之间的经验关系：对于低碳钢对于低碳钢:b(MPa)对于高碳钢：对于高碳钢：b(MPa)对于铸铁：对于铸铁：b(MPa)1HB或或0.6(

13、HB-40)l洛氏硬度用符号洛氏硬度用符号HR表示，表示，HR=k-(h1-h0l根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，A、B、C、D、E、F、G、H、K，常用的标，常用的标尺为尺为A、B、C、D。h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计洛氏硬度计l洛氏硬度用符号洛氏硬度用符号HR表示，表示，HR=k-(h1-h0l根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为常用的标尺为A、B、C。l符号符号HRHR前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺,l如如50HRA

14、50HRA、30HRB30HRB、60HRC60HRC、40HRD40HRD，图纸上标注时在，图纸上标注时在2-52-5个范围个范围。lHRAHRA用于测量高硬度材料，如硬质合金、表面淬火层和渗碳层。用于测量高硬度材料，如硬质合金、表面淬火层和渗碳层。lHRBHRB用于测量硬度较低的材料，如有色金属和退火、正火钢等。用于测量硬度较低的材料，如有色金属和退火、正火钢等。lHRCHRC用于测量中等硬度的材料，如调质钢、淬火钢等。用于测量中等硬度的材料，如调质钢、淬火钢等。lHRDHRD用于薄钢板、中等厚度表面硬化零件等。用于薄钢板、中等厚度表面硬化零件等。l洛氏硬度的优点：洛氏硬度的优点：操作简便

15、，压痕小，适用范围广。操作简便，压痕小，适用范围广。l缺点：缺点：测量结果分散度大。测量结果分散度大。维氏硬度试验原理维氏硬度试验原理维氏硬度计维氏硬度计l维氏硬度用符号维氏硬度用符号HV表示表示，符号前的数字为硬度值，后面的数字符号前的数字为硬度值，后面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间，如按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间，如640HV30/20，30表表示示30kgf，20表示保持表示保持20秒，秒，1015s不注。不注。l根据施加的载荷范围不同，规定了三种维氏硬度的测定方法根据施加的载荷范围不同，规定了三种维氏硬度的测定方法维维氏硬度试验氏硬度试验、小负荷维氏硬度试验小负荷维氏硬

16、度试验、显微维氏硬度试验显微维氏硬度试验。l当实验力小于时，维氏硬度试验法又称显微硬度试验法。当实验力小于时，维氏硬度试验法又称显微硬度试验法。l维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点，既可测量由极软到，既可测量由极软到极硬的材料的硬度，又能互相比较。既可测量大块材料、表面硬极硬的材料的硬度，又能互相比较。既可测量大块材料、表面硬化层的硬度，又可测量金相组织中不同相的硬度。化层的硬度，又可测量金相组织中不同相的硬度。l1)1)肖氏硬度肖氏硬度 又名回跳硬度。是把规定形状和又名回跳硬度。是把规定形状和重量的金刚石或钢球冲头从初始高度重量的金刚石或钢球冲头从初

17、始高度h0h0落在试样落在试样表面上，冲头弹起一定高度表面上，冲头弹起一定高度h h，测，测h h与与h0h0的比值与的比值与肖氏硬度系数的乘积就是肖氏硬度值。用符号肖氏硬度系数的乘积就是肖氏硬度值。用符号HSHS表示。表示。lHS=RHS=R h/hh/h0 0式中式中 R R：肖氏硬度系数：肖氏硬度系数l肖氏硬度主要取决于材料弹性变形能力的大肖氏硬度主要取决于材料弹性变形能力的大小。试验时，冲头回跳高度与材料硬度有关。材小。试验时，冲头回跳高度与材料硬度有关。材料愈硬其弹性极限愈高，冲头回跳高度越高。肖料愈硬其弹性极限愈高，冲头回跳高度越高。肖氏硬度值是一个无量纲的值，可在硬度计上直接氏硬

18、度值是一个无量纲的值，可在硬度计上直接读取。它适用于测量大型表面光滑的工件，如大读取。它适用于测量大型表面光滑的工件，如大型冷扎辊的验收就采用肖氏硬度。型冷扎辊的验收就采用肖氏硬度。l2)2)努氏硬度努氏硬度 将两相对棱边夹角分别为将两相对棱边夹角分别为172172 3030 和和130130 的菱形锥体金刚石压头以规定的试验力压的菱形锥体金刚石压头以规定的试验力压入试样表面，以规定的保持时间后卸除试验力，入试样表面，以规定的保持时间后卸除试验力，测量其压痕的长对角线，计算出压痕投影面积，测量其压痕的长对角线，计算出压痕投影面积，则压痕投影单位面积所承受的平均压力值就是努则压痕投影单位面积所承

19、受的平均压力值就是努氏硬度值。用符号氏硬度值。用符号HKHK表示。表示。l努氏硬度试验可以测量极薄、极细小试样，努氏硬度试验可以测量极薄、极细小试样，又可测量如玻璃、玛瑙、矿石等脆性材料的硬度。又可测量如玻璃、玛瑙、矿石等脆性材料的硬度。特别适用于对经表面热处理或化学热处理的工件特别适用于对经表面热处理或化学热处理的工件硬度和硬度梯度的测定。硬度和硬度梯度的测定。l3)3)莫氏硬度莫氏硬度 是一种划痕硬度。硬度可以定是一种划痕硬度。硬度可以定义为材料抵抗划痕的能力。将十种矿物按硬度义为材料抵抗划痕的能力。将十种矿物按硬度逐渐增高的次序排列，得到了莫氏硬度的等级逐渐增高的次序排列，得到了莫氏硬度

20、的等级如下：如下：(1)(1)滑石；滑石；(2)(2)石膏；石膏；(3)(3)方解石；方解石；(4)(4)氟氟石；石；(5)(5)磷灰石；磷灰石；(6)(6)长石；长石；(7)(7)石英；石英；(8)(8)黄石；黄石；(9)(9)蓝宝石或刚玉；蓝宝石或刚玉；(10)(10)金刚石。金刚石。l如果被测材料能划伤某一级莫氏等级的材料，如果被测材料能划伤某一级莫氏等级的材料，而不能划伤相邻高级的莫氏等级材料，则就此而不能划伤相邻高级的莫氏等级材料，则就此可以近似确定此材料的莫氏硬度值。如普通玻可以近似确定此材料的莫氏硬度值。如普通玻璃大约是级，淬硬钢大约是级，这种测量硬度璃大约是级，淬硬钢大约是级，

21、这种测量硬度的方法很粗略，适合于矿物识别。的方法很粗略，适合于矿物识别。l4)4)锉刀硬度锉刀硬度 是一种划痕硬度，是利用经过标是一种划痕硬度，是利用经过标定的硬度不同的几把锉刀，通过锉削试样或工件，定的硬度不同的几把锉刀，通过锉削试样或工件，可以确定被测物的硬度范围。可以确定被测物的硬度范围。l标准锉刀：其形状、大小、刀纹都应当一致，每标准锉刀：其形状、大小、刀纹都应当一致，每两把锉刀相差两把锉刀相差5HRC5HRC。如果工件能被。如果工件能被55HRC55HRC的锉刀的锉刀锉削，而不能被锉削，而不能被50HRC50HRC的锉刀锉削，便可确定该的锉刀锉削，便可确定该工件的硬度在工件的硬度在5

22、0HRC50HRC55HRC55HRC之间。之间。l5)5)超声波硬度超声波硬度 是用一根镶有金刚石锥体压是用一根镶有金刚石锥体压头的超声波传感器杆，在固定试验力作用下与头的超声波传感器杆，在固定试验力作用下与试件接触，压头压入试件后，杆的谐振频率发试件接触，压头压入试件后，杆的谐振频率发生改变，通过测量传感器杆谐振频率的变化即生改变，通过测量传感器杆谐振频率的变化即可测定试样硬度。可测定试样硬度。l在试验中，其值可直接在刻度盘上读出，一般在试验中，其值可直接在刻度盘上读出，一般用洛氏硬度或维氏硬度来表示。用洛氏硬度或维氏硬度来表示。l（冲床的冲头、锻锤的锤杆、内燃机的活塞梢与连杆）冲击载荷（

23、冲床的冲头、锻锤的锤杆、内燃机的活塞梢与连杆）冲击载荷的加载速度高，作用时间短，应力分布与变形不均。承受冲击载的加载速度高，作用时间短，应力分布与变形不均。承受冲击载荷的零件还须具有足够抵抗冲击载荷的能力，即冲击韧度。荷的零件还须具有足够抵抗冲击载荷的能力，即冲击韧度。l 1.1.冲击试验：冲击试验：摆锤式一次性冲击试验。（摆锤式一次性冲击试验。（U U型型口和口和V V型口）型口）l 2.2.冲击吸收功：冲击吸收功：摆锤冲断试样所做的功，称为摆锤冲断试样所做的功，称为冲击吸收功，以冲击吸收功，以AkAk表示。表示。lAkAk值对材料组织缺陷十分敏感，是检验冶炼值对材料组织缺陷十分敏感，是检验

24、冶炼和热加工质量的有效方法。和热加工质量的有效方法。l对一般常用钢材来说，对一般常用钢材来说，AkAk越大，韧性越好。越大，韧性越好。l3.冲击韧性：冲击韧性：是指材料抵抗冲击载荷作用而不破是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。指标为冲击韧性值坏的能力。指标为冲击韧性值ak。l材料的冲击韧性随温度下降而下降。材料的冲击韧性随温度下降而下降。在某一温度范围内冲击韧在某一温度范围内冲击韧性值急剧下降的现象称性值急剧下降的现象称韧脆转变韧脆转变。发生韧脆转变的温度的范围发生韧脆转变的温度的范围称称韧脆转变温度韧脆转变温度。材料的使用温度应高于韧脆转变温度。材料的使用温度应高于韧脆转变温度。韧l材料

25、在低于材料在低于 s的重复交变应力作用下发生断裂的现象。的重复交变应力作用下发生断裂的现象。l材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为疲疲劳极限劳极限。用。用-1表示。表示。l疲劳失效的特点：疲劳失效的特点：断裂前没有明显的塑性变形断裂前没有明显的塑性变形l 发生断裂突然发生断裂突然l 危险性大、易产生事故危险性大、易产生事故 疲劳应力示意图疲劳应力示意图疲劳曲线示意图疲劳曲线示意图通过通过改善材料的形状结构改善材料的形状结构，减少表面缺陷减少表面缺陷，提高表面提高表面光洁度光洁度，进行表面强化进行表面强化等方法可提高材料疲劳抗力

26、。等方法可提高材料疲劳抗力。l钢铁材料规定次数为钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为，有色金属合金为108。轴的疲劳断口轴的疲劳断口疲劳辉纹（扫描电镜照片）疲劳辉纹（扫描电镜照片）通过通过改善材料的形状结构改善材料的形状结构，减少表面缺陷减少表面缺陷，提高表面提高表面光洁度光洁度，进行表面强化进行表面强化等方法可提高材料疲劳抗力。等方法可提高材料疲劳抗力。油轮断裂和北极星导油轮断裂和北极星导弹发动机壳体爆炸与弹发动机壳体爆炸与材料中存在缺陷有关材料中存在缺陷有关 1943年美国年美国T-2油轮发生断裂油轮发生断裂北极星导弹北极星导弹裂纹扩展的基本形式裂纹扩展的基本形式l2 2、断裂韧度、断

27、裂韧度断裂韧度：断裂韧度：用来反映材料抵抗脆性断裂能力的性能指标。用来反映材料抵抗脆性断裂能力的性能指标。当外加拉应力逐渐增大或裂纹逐渐扩展时，裂纹尖端的应力强度当外加拉应力逐渐增大或裂纹逐渐扩展时，裂纹尖端的应力强度因子随之增大，故应力场的应力也随着增大，当增大到某一临界因子随之增大，故应力场的应力也随着增大，当增大到某一临界值时，就能使裂纹扩展，最终使材料断裂。这个应力强度因子值时，就能使裂纹扩展，最终使材料断裂。这个应力强度因子K KI I的临界值称为材料的断裂韧度，用的临界值称为材料的断裂韧度，用K KICIC表示。表示。l应力场强度因子：应力场强度因子：描述裂纹尖端附近应力场强度描述

28、裂纹尖端附近应力场强度的指标。的指标。aYKI 2/1)(cca CCICaYK 23/mMNl断裂韧度：断裂韧度：l C为断裂应力，为断裂应力，aC为临界裂为临界裂纹半长，单位为纹半长，单位为 l根据应力强度因子根据应力强度因子K KI I和断裂韧度和断裂韧度K KICIC的相对大小，的相对大小，可判断含裂纹的材料在受力时，裂纹是否会扩可判断含裂纹的材料在受力时，裂纹是否会扩展而导致断裂。展而导致断裂。l断裂韧度是材料固有的力学性能指标，是强度断裂韧度是材料固有的力学性能指标，是强度和韧性的综合体现。它与裂纹的大小、形状、和韧性的综合体现。它与裂纹的大小、形状、外加应力等无关，主要取决于材料

29、的成分、内外加应力等无关，主要取决于材料的成分、内部组织和结构。部组织和结构。l通过计算可以得出结果，钛合金与不锈钢相比，通过计算可以得出结果，钛合金与不锈钢相比，对裂纹更敏感。对裂纹更敏感。l1 1、蠕变：、蠕变：金属材料在较高温度和应力作用下产生缓慢金属材料在较高温度和应力作用下产生缓慢塑性变形的现象。（一般塑性变形的现象。（一般300300400400以上有显著蠕变以上有显著蠕变现象）现象）l（1 1）蠕变变形：）蠕变变形：蠕变产生的塑性变形蠕变产生的塑性变形l蠕变规律用蠕变曲线表示。分为三个阶段：蠕变第蠕变规律用蠕变曲线表示。分为三个阶段：蠕变第一阶段，也称减速蠕变阶段；蠕变第二阶段，

30、也称稳定一阶段，也称减速蠕变阶段；蠕变第二阶段，也称稳定蠕变阶段；蠕变第三阶段也称加速蠕变阶段。应力增大蠕变阶段；蠕变第三阶段也称加速蠕变阶段。应力增大时，蠕变速度增加。时，蠕变速度增加。l （2 2）蠕变极限：）蠕变极限：在规定温度下，引起试样在规定时间在规定温度下，引起试样在规定时间内的蠕变伸长率（总伸长率或塑性伸长率）或稳态蠕变内的蠕变伸长率（总伸长率或塑性伸长率）或稳态蠕变速度不超过某规定值的最大应力用速度不超过某规定值的最大应力用 表示。表示。TvTvl2 2、持久强度、持久强度 l持久强度是指材料在一定的温度下，在规定期限持久强度是指材料在一定的温度下，在规定期限内断裂的应力，它是

31、材料抵抗高温断裂能力的指内断裂的应力，它是材料抵抗高温断裂能力的指标，用符号标，用符号ttT T表示。上标表示。上标T T表示试验温度表示试验温度()()，下标下标t t表示时间表示时间(h)(h)。l3 3、高温疲劳、高温疲劳l金属材料在高温下的疲劳强度往往是疲劳与蠕变金属材料在高温下的疲劳强度往往是疲劳与蠕变同时作用的结果，因此也常称其为蠕变范围内的同时作用的结果，因此也常称其为蠕变范围内的疲劳。一般说，但温度超过时，材料的疲劳强度疲劳。一般说，但温度超过时，材料的疲劳强度会急剧下降。随着温度的升高，疲劳强度逐渐下会急剧下降。随着温度的升高，疲劳强度逐渐下降。某试样在降。某试样在65065

32、0时，应力时，应力40MPa40MPa，经，经10107 7对称循对称循环断裂，记为环断裂，记为-1-165065040 MPa40 MPa。金属的典型蠕变示意图金属的典型蠕变示意图l1 1摩擦：摩擦：两个相互接触的物体或物体与介质间相对运动时出现两个相互接触的物体或物体与介质间相对运动时出现的阻碍作用。的阻碍作用。l2 2磨损：磨损：由于摩擦而导致材料表面逐渐损失以至表面损伤的现由于摩擦而导致材料表面逐渐损失以至表面损伤的现象。象。l3 3静摩擦及动摩擦：静摩擦及动摩擦：根据运动状态，摩擦可分为静摩擦及动摩根据运动状态，摩擦可分为静摩擦及动摩擦。动摩擦可分为滑动摩擦和滚动摩擦。擦。动摩擦可分

33、为滑动摩擦和滚动摩擦。l4 4静摩擦力：静摩擦力：物体由静止到开始运动时所需克服的摩擦力。在物体由静止到开始运动时所需克服的摩擦力。在运动状态下，保持匀速运动所需克服的摩擦力称为动摩擦力。运动状态下，保持匀速运动所需克服的摩擦力称为动摩擦力。l5 5润滑摩擦和干摩擦：润滑摩擦和干摩擦：根据润滑状态不同，摩擦又可分为有润根据润滑状态不同，摩擦又可分为有润滑摩擦和干摩擦，其中干摩擦的磨损最为严重。磨损必然会导致滑摩擦和干摩擦，其中干摩擦的磨损最为严重。磨损必然会导致质量和体积的减少。质量和体积的减少。l6 6耐磨性耐磨性 ：为了对比不同材料的磨损特性，特引入了耐磨为了对比不同材料的磨损特性，特引入

34、了耐磨性性 用体积磨损或质量磨损表征的材料抵抗磨损的性能指标，用体积磨损或质量磨损表征的材料抵抗磨损的性能指标，即体积和质量磨损量越少，则材料耐磨性越好。即体积和质量磨损量越少，则材料耐磨性越好。l指减摩性和抗磨性。指减摩性和抗磨性。l一、物理性能一、物理性能l1.1.密度和熔点密度和熔点l 金属材料可分为轻金属（密度小于）和重金属（密度大于）。金属材料可分为轻金属（密度小于）和重金属（密度大于）。按照熔点的高低，金属材料可分为易熔金属（熔点小于按照熔点的高低，金属材料可分为易熔金属（熔点小于17001700 C C）和难熔金属（熔点大于和难熔金属（熔点大于17001700 C C）。）。l2

35、.2.电学性能电学性能l 1)1)电阻率电阻率 材料对电流的阻力的量度。一般用符号材料对电流的阻力的量度。一般用符号 表示。表示。l =（S/LS/L）R (R (m)m)l式中，式中，R R为电阻，为电阻，L L为导体长度，为导体长度，S S导体横截面导体横截面l 2)2)电导率电导率 电导率是电阻率的倒数。用符号电导率是电阻率的倒数。用符号 表表示。单位示。单位S/mS/m。S S代表西门子，它等于代表西门子，它等于1/1/。l 3)3)介电常数介电常数 电介质的一种性能指标。它反映了电介质的一种性能指标。它反映了电介质对电容器容量的影响程度。一般用符号电介质对电容器容量的影响程度。一般用

36、符号表示，表示，单位为单位为HZHZ。l 4)4)铁电性能铁电性能 在一些材料中天然地存在有电偶极在一些材料中天然地存在有电偶极子，即电荷的不对称分布，而在另一些材料中则可感子，即电荷的不对称分布，而在另一些材料中则可感应出这种现象。应出这种现象。l 在外加电场作用下，电介质中电偶极子能进行自在外加电场作用下，电介质中电偶极子能进行自发排列，我们把这种特性叫铁电性。钛酸钡（发排列，我们把这种特性叫铁电性。钛酸钡（BaTiO3BaTiO3）是一种铁电陶瓷材料。是一种铁电陶瓷材料。l 5)5)超导电性超导电性（恩涅斯（恩涅斯19001900）零电阻现象。具有超）零电阻现象。具有超导电性的材料称为超

37、导体。导电性的材料称为超导体。l3.3.热学性能热学性能l 1)1)导热性导热性 材料传导热能的能力叫导热性。纯金属比合金材料传导热能的能力叫导热性。纯金属比合金的导热性好。热加工工艺重要。导热性会使工件产生内外温差，的导热性好。热加工工艺重要。导热性会使工件产生内外温差，致使内外膨胀和收缩不同，最终能使工件内部产生应力而发生变致使内外膨胀和收缩不同，最终能使工件内部产生应力而发生变形或开裂。形或开裂。l 2)2)热容量热容量 物体吸收热量后温度将要发生变化。任何一个物体吸收热量后温度将要发生变化。任何一个物体，每升高一度所需的热量称为该物体的热容物体，每升高一度所需的热量称为该物体的热容C

38、C，单位为，单位为J/KJ/K。l 3)3)热膨胀系数热膨胀系数 热胀冷缩是物体重要性能。不管物体是热热胀冷缩是物体重要性能。不管物体是热胀还是冷缩，长度（或体积）都将发生变化。当温度由胀还是冷缩，长度（或体积）都将发生变化。当温度由T1T1变到变到T2T2，长度相应地由长度相应地由L1L1变到变到L2L2时，材料在该温区的平均线膨胀系数为：时，材料在该温区的平均线膨胀系数为：l L L =（L L2 2-L-L1 1）/l/l1 1（T T2 2-T-T1 1）=L/L/（L L1 1 T T）l式中，式中，L L 平均线膨胀系数（平均线膨胀系数（1/K1/K）l L L 线长度增量（线长度

39、增量（mmmm）l T T 温度增量（温度增量（K K）l4.4.磁学性能磁学性能l(1)(1)导磁率导磁率 磁性材料的磁感应强度和磁场强度磁性材料的磁感应强度和磁场强度的比值。用符号的比值。用符号 表示。它是各种磁性材料行为的区分表示。它是各种磁性材料行为的区分标志。在实际中用得更多是相对导磁率标志。在实际中用得更多是相对导磁率 r r，它是实际磁，它是实际磁导率与真空磁导率的比值。导率与真空磁导率的比值。l r=r=0 0l式中式中 0 0：真空磁导率：真空磁导率l(2)(2)铁磁材料铁磁材料 能够被强烈磁化的材料称为铁磁性能够被强烈磁化的材料称为铁磁性材料。铁磁性材料又可分为软磁材料和硬

40、磁材料。材料。铁磁性材料又可分为软磁材料和硬磁材料。l1)1)软磁材料软磁材料 外磁场去后剩磁易被消除，在反复外磁场去后剩磁易被消除，在反复磁化和退磁时，电能损耗小，不易发热，硅钢片等。磁化和退磁时，电能损耗小，不易发热，硅钢片等。l 2)硬磁材料硬磁材料 外磁场去除后，仍能留有很高的磁性，不外磁场去除后，仍能留有很高的磁性，不易被消除。直流发电机、易被消除。直流发电机、机中永久磁铁。机中永久磁铁。l3)顺磁材料顺磁材料 在外磁场中能被微弱磁化的材料如锰、铬、在外磁场中能被微弱磁化的材料如锰、铬、钼、钨等。钼、钨等。l4)抗磁性材料抗磁性材料 能抗拒或削弱外磁场对材料磁化作用的能抗拒或削弱外磁

41、场对材料磁化作用的材料，也称逆磁性材料，如铜、锡、铅、锌、钛、铍、金、材料，也称逆磁性材料，如铜、锡、铅、锌、钛、铍、金、银等。银等。l5)磁致伸缩磁致伸缩 在外加磁场下，铁磁材料发生弹性变形致在外加磁场下，铁磁材料发生弹性变形致使尺寸发生变化现象称为磁致伸缩。电能转换成机械能或使尺寸发生变化现象称为磁致伸缩。电能转换成机械能或反过来将机械能转换成电能的转换器。放录机所用磁盘把反过来将机械能转换成电能的转换器。放录机所用磁盘把录音道内的振动转换成电能录音道内的振动转换成电能 l二、化学性能二、化学性能l 1.1.耐腐蚀性耐腐蚀性 耐腐蚀性是材料抵抗空气、水蒸汽耐腐蚀性是材料抵抗空气、水蒸汽及其

42、它化学介质腐蚀的能力。材料在常温下和周围介及其它化学介质腐蚀的能力。材料在常温下和周围介质发生化学或电化学作用，而遭到破坏的现象叫腐蚀。质发生化学或电化学作用，而遭到破坏的现象叫腐蚀。l 2.2.抗氧化性抗氧化性 金属材料在加热时抵抗氧化的能金属材料在加热时抵抗氧化的能力叫抗氧化性。力叫抗氧化性。l 3.3.化学稳定性化学稳定性 是耐腐蚀性和抗氧化性的总称。是耐腐蚀性和抗氧化性的总称。在高温下的化学稳定性叫做热稳定性。工业锅炉、加在高温下的化学稳定性叫做热稳定性。工业锅炉、加热设备、汽轮机、喷气发动机等许多零件均在高温下热设备、汽轮机、喷气发动机等许多零件均在高温下工作，所以应选用热稳定性好的材料制造。工作，所以应选用热稳定性好的材料制造。l三、工艺性能三、工艺性能l金属材料的工艺性能是指材料适应某种加工金属材料的工艺性能是指材料适应某种加工的能力。按工艺方法不同，可分为铸造性能、压的能力。按工艺方法不同，可分为铸造性能、压力加工性能、焊接性能、热处理性能和切削加工力加工性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能。性能。