工程材料及其成型基础（第三版）机械工业出版社思维导图

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2024-04-26

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工艺性能

材料的主要力学性能有

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思维导图大纲

第一章：金属材料的性能

1.1 工程材料的使用性能

1.1.1 力学性能 Mechanical property

力学性能:材料在外力或能量以及环境因素（温度，介质）作用下表现出反抗变形或破坏的能力。

强度

金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。

屈服极限(屈服强度)一金属材料在静载荷作用下，抵抗外力开始产生明显塑性变形时的最低应力。

强度极限(抗拉强度)，符号强度极限一金属材料在静载荷作用下，抵抗外力而不发生

条件屈服极限(条件屈服强度)，符号条件屈服极限一金属材料在静载荷作用下，抵抗外力发生

硬度

金属材料表面抵抗外物压入 (或抵抗局部塑性变形)的能力

布氏硬度(符号:HB) Brinell hardness 在规定的载荷下将球型压头，压入金属的表面。

优点:(直径较大测得平均值)准确缺点:①不方便，需计算、查表; ②压痕大，对零件损坏，有可能成为裂纹源; ③不能测硬金属。

洛氏硬度(符号:HR)Rockwell hardness 在规定的载荷下将圆锥或球型压头，压入金属的表面

优点:①方便，不需计算、查表; ②压痕小，对零件损坏小; ③能测硬的材料金属。缺点:不准确(压痕小，组织不均匀引起);

3) 维氏硬度(符号:Hv)Vickers hardness 用一个相对面间夹角为136°的金刚石正棱锥体压头，在规定载荷F作用下压入被测试样表面，保持定时间后卸除载荷，测量压痕对角线长度d，进而计算出压痕表面积，最后求出压痕表面积上的平均压力，即为金属的维氏硬度值。

应用:测量范围宽广，可以测量工业上所用到的几乎全部金属材料，从很软的材料(几个维氏硬度单位)到很硬的材料(3000个维氏硬度单位)都可测量。

冲击韧性

是强度和塑性的综合表现，是材料从塑性变形到断裂全过程中吸收能量的能力。

金属的冲击韧性-金属材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力。

冲击韧性值(符号

规律: ax值越大，金属材料韧性越好。 (1) ax值对金属材料的内部组织缺陷比较敏感。 (2) 一般情况机械零件要求ax值约为29~49 (3) (J/cm2)即可满足大多数零件的性能要求。 a值受温度条件的影响，当温度降到某一温 (4) 度T时，a值变到很小，此时T为“冷脆转变温度”。当T温度越低，金属材料的低温冲击韧性越好。

ak值低的材料叫做脆性材料(Brittle material) 断裂时无明显变形，断口呈金属光泽，呈结品状。 αk值高的材料叫做韧性材料(Ductile material ) 时有明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽。

ak与温度直接相关:材料的冲击韧性随温度下降而下降。在某一温度范围内材料的冲击韧性值急剧下降，称为韧脆转变(Ductile-to-brittle transition)现象。发生韧脆转变的温度范围称为韧脆转变温度。材料的使用温度应高于韧脆转变温度

子主题 1

刚性

刚度:金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力，常用弹性模量E来衡量

材料变形曲线中的线性部分(OA)。线性部分的应变→弹性大小，即弹性极限。

弹性模量表示材料抵抗弹性变形能力，是材料的刚度指标。这是材料的固有特性，反映了材料内部原子结合键的强弱。

疲劳强度 Fatigue strength

疲劳断裂的原因 -般认为是由于材料表面与内部的缺陷(夹杂、划痕、尖角等)，造成局部应力集中，形成微裂纹。 80%的断裂是由疲劳造成的!

材料的主要力学性能有:

弹性强度塑性冲击韧性疲劳特性耐磨性硬度

1.1.2 物理性能和化学性能

1.物理性能: 密度(体密度、面密度、线密度)、熔点、沸点、凝固点、热传导性能(比热、热导率、线胀系数) 电传导性能(电阻率、电导率、电阻温度系数)、磁性能(磁感应强度、磁场强度、矫顽力、铁损)。

2.化学性能(耐腐蚀性能):材料抵抗各种介质的化学侵蚀能力氧化腐蚀(金属材料):化学锈蚀、电化学锈蚀耐酸碱性(无机非金属材料):耐酸性、耐碱性

1.2 工程材料的工艺性能

工艺性能(Processing property) -材料对各种加工工艺的适应能力

1,铸造性能:指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能，主要包括流动性、充型能力;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;吸气性在熔炼和浇注时吸收气体的性能。

2,塑性加工性能(锻造性能):是指材料在外力(通常是压力) 作用下，产生塑性变形，获得所需形状，尺寸和一定组织零件的能力。通常用材料的塑性(塑性变形能力)和强度(塑性变形抗力)及形变强化能力来综合衡量。

3,焊接性能:是指金属材料在采用一定的焊接工艺包括焊接方法、焊接材料、焊接规范及焊接结构形式等条件下，获得优良焊接接头的难易程度，

4,切削加工性能:切削加工金属材料的难易程度一般由工件切削后的表面粗糙度及刀具寿命等方面来衡量。影响切削加工性能的因素主要有工件的化学成分、金相组织、物理性能、力学性能等。铸铁比钢切削加工性能好，一般碳钢比高合金钢切削加工性能好。

5,热处理性能:指金属经过热处理后其组织和性能改变的能力，包括: (1)粹硬性;以钢在理想条件下淬火所能达到的最高硬度来表征的材料特征。 (2)粹透性:以在规定条件下钢试样淬硬深度和硬度分布表征的材料特征。 (3)回火脆性:淬火钢回火后出现韧性下降的现象。

1.3材料性能在选材中的地位与作用

选材是机械设计的重要工作选材考虑因素(顺序): 使用性能→>工艺性能→>经济性能使用性能:保证零件完成指定功能的必要条件

1.3.1使用性能是机械零件选材的基本依据

1.刀具材料应具备的性能高硬度、高耐磨性、高耐热性、耐热冲击性、好的工艺性 2.常用刀具材料及选用高速钢(P17表1-3)、硬质合金(表1-4) 金刚石、立方氮化硼、陶瓷

1.3.2材料性能是提高机械零件使用效率的关键

1.3.2材料性能是提高机械零件使用效率的关键工业发展→高性能材料→新材料发展复合材料:由两种或两种以上物理和化学性质差别较大的材料组成。能综合各组成材料的性能优势。例:大功率内燃机高温工作部件工作环境:高温、高压、剧烈摩擦新材料: 1) 陶瓷纤维增强金属基复合物 2)金属基复合材料 3)碳化硅颗粒

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