1.1 金属材料的性能(课件)-高二《汽车机械基础》同步教学（人邮版·第三版）

金属材料的性能   1.1 金属材料的性能 工程材料是人类社会发展的重要物质基础，也是现代汽车技术发展的重要支柱之一。 工程材料具备许多优异的性能，这些性能可分为两类：一类是使用性能，反映材料在使用过程中所表现出来的特性，如力学性能（强度、硬度、塑性、冲击韧性等）、物理性能（导电性、导热性、热膨胀性和磁性等）和化学性能（抗氧化性、耐蚀性）等；另一类是工艺性能，反映材料在加工制造过程中所表现出来的特性，如铸性、可锻性、焊接性、切削加工性和热处理性等。 1.1.1 金属材料的力学性能 1．强度与刚度 强度是材料在载荷作用下抵抗塑性变形或破坏的能力。 抵抗外力的能力越大，则材料强度越高。 抵抗塑性变形的能力称为屈服强度，抵抗破坏的能力称为破坏强度。 材料一旦确定，则零件的相应强度极限也就确定了。 强度一般以应力的形式进行衡量和评判。 在单位截面积上产生的内力称为应力，工程上单位常用MPa（兆帕）、GPa（吉帕），1MPa=1N/mm2，1GPa（吉帕）＝1 000MPa。 一般地，把垂直于受力截面的应力分量称为正应力，用σ表示；相切于截面的应力分量称为剪应力或切应力，用τ表示。 刚度是指零件在载荷作用下，在弹性范围内抵抗变形的能力。 抵抗变形的能力越大，则零件的刚度越高。 零件的最大刚度与材料的性质及零件的形状尺寸有关。 刚度一般以绝对或平均变形量表示。 2．硬度 硬度是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。 因此硬度也可以看做是材料对局部塑性变形的抗力。 硬度是衡量材料性能的一个综合的工程量或技术量。 通常材料的硬度越高，耐磨性越好，强度也越高。 测定硬度的方法很多，常用的有布氏硬度测试法和洛氏硬度测试法。 测定硬度的工具是硬度计，如图1-1所示。 （1）布氏硬度及其测定 图1-1 硬度计 图1-2 布氏硬度试验原理 （2）洛氏硬度及其测定 （3）维氏硬度及其测定 3．塑性 塑性是指材料断裂前发生不可逆永久变形的能力。 材料断裂前的塑性变形愈大，表示它的塑性愈好，反之则表示其塑性差。 常用的塑性指标是断后伸长率和断面收缩率。 （1）断后伸长率 断后伸长率是指试样拉断后的标距伸长量与原始标距之比，即标距的相对伸长，用A表示，如图1-3所示。 图1-3 拉伸试样 式中 l0 ——试样的原始标距长度； l1 ——试样断裂后的标距长度。 （2）断面收缩率 断面收缩率是指试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，用符号Z表示。 式中 A0——试样的原始横截面积； A1——试样拉断后缩颈处的最小横截面积。 图1-4 拉伸试验机 图1-5 低碳钢拉伸曲线 4．疲劳强度 疲劳破坏是指材料在循环应力作用下，在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然产生断裂的过程。 引起疲劳破坏的循环应力最大值称为疲劳强度。 图1-6 疲劳破坏的齿轮 1.1.2 金属材料的物理性能 金属材料的物理性能指金属材料的熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性和耐磨性等。 1．熔点 金属材料在缓慢加热的条件下，由固态开始熔化为液态时的温度，称为该金属的熔点，单位为摄氏度（℃）。 2．导热性 导热性是指金属材料传导热量的能力。 3．导电性 金属材料传导电流的能力称为材料的导电性。 4．热膨胀性 金属材料在加热时体积增大的性能称为热膨胀性。 5．磁性 金属被磁化或被磁力吸引的性能称为磁性。 1.1.3 金属材料的化学性能 金属材料在室温或高温下，抵抗介质对它化学侵蚀的能力，称为金属材料的化学性能。 金属材料的化学性能一般包括抗氧化性和耐蚀性等。 1.1.4 金属材料的工艺性能 金属材料的工艺性能是指金属材料所具有的能够适应各种加工工艺要求的能力，它是力学、物理、化学性能的综合表现。 它包括铸造性、可锻性、焊接性、切削加工性和热处理性等。 1．铸造性 2．可锻性 3．焊接性 4．切削加工性 图1-7 金属材料的铸造 图1-8 金属材料的锻造 图1-9 材料的焊接 图1-10 材料的切削加工 $