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金属材料与热处理 第一章 金属材料的性能 金属材料是现代机械制造业的基本材料，广泛地应用于制造生产和生活用品。金属材料之所以获得广泛的应用，是由于它具有良 好的性能。 金属材料的性能包含使用性能和工艺性能两方面。使用性能是指金属材料在使用条件下所表现出来的性能， 它包括物理性能（如密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等）、化学性能（如耐腐蚀性、抗氧化性等）、力学性能。工艺性能是指金属在制造加工过程中反映出来的各种性能。 §1-1 金属材料的力学性能 力学性能是指金属在外力作用下所表现出来的性能。力学性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧性及疲劳强度等。 金属材料在加工过程中所受的外力称为载荷。 根据载荷作用性质的不同，它分为静载荷、冲击载荷及交变载荷。 （1）静载荷 是指大小不变或变化过程缓慢的载荷。 （2）冲击载荷 在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。 （3）交变载荷 是指大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化的载荷。 金属材料受到载荷作用而产生的几何形状和尺寸的变化称为变形。变形一般分为弹性变形和塑性变形。 金属受外力作用时，为保持其不变形，在材料内部作用着与外力相对抗的力，称为内力。单位面积上的内力称为应力。 ( ＝ F / A 式中： ( — 应力，Pa。1 Pa ＝1N/m2。 当面积用mm2时，则应力用MPa为单位。 1 MPa ＝1N/mm2 ＝106 Pa。 F — 外力，N。 A — 横截面积， m2。 一、强度 金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。强度的大小通常用应力来表示。 根据载荷作用方式不同，强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等五种。 一般情况下多以抗拉强度作为判别金属强度高低的指标。 1、拉伸试样 2、力—伸长曲线 3、强度指标 （1）屈服点 在拉伸试验过程中，载荷不增加（保持恒定），试样仍能继续伸长的应力称为屈服点。 用符号(S表示，计算公式如下： (S = FS / A0 式中 ： (S —屈服点 ， MPa FS—试样屈服时的载荷，N A0—试样原始横截面积， mm2 （2）抗拉强度 材料在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用符号(b表示。计算公式如下： (b= Fb / A0 式中 ： (b —抗拉强度 ， MPa Fb—试样拉断前承受的最大载荷，N A0—试样原始横截面积，mm2 零件在工作中所承受的应力，不允许超过抗拉强度，否则会断裂。 (b 也是机械零件设计和选材的重要依据。 二、塑性 断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性。塑性指标常用伸长率和断面收缩率来表示。 1、伸长率 试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率 ，用符号(表示。其计算公式如下： ( = （L1－ L0） / L0×100% 式中： (—伸长率 ，% L1—试样拉断后的标距，mm L0—试样的原始标距，mm 2、断面收缩率 试样拉断后，缩颈处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率，用符号(表示。其计算公式如下： ( = （A0 ( A1） / A0×100% 式中： (—断面收缩率，% A0 —试样原始横截面积，mm2 A1—试样拉断后缩颈处的横截面积，mm2 金属材料的伸长率（(）和断面收缩率（ ( ）数值越大，表示材料的塑性越好，易于通过塑性变形加工成复杂形状的零件。 下面举例说明强度、塑性的计算方法。 例：有一直径d0 = 10mm，L0=100mm的低 碳钢试样，拉伸时测得Fs = 21KN，Fb = 29KN，d1 = 5.65mm，L1 = 138mm。 求：此试样的(S， (b， ( ，(。 解