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第2章工程材料的基本知识

2.1金属材料的主要性能

用来制造零件的金属材料应具有优良的使用性能及工艺性能。所谓使用性

能，是指机器零件在正常工作情况下金属材料应具备的性能，它包括机械性能(或

称之为力学性能)、物理和化学性能。而工艺性能是指零件在冷、热加工制造过

程中，金属材料应具备的与加工工艺相适应的性能。

2.2金属材料的机械性能

所谓机械性能，是指零件在载荷作用下所反映出来的抵抗变形或断裂的性

能。机械性能指标是零件在设计计算、选材、工艺评定以及材料检验时的主要依

据。由于外加载荷性质的不同(例如拉伸、压缩、扭转、冲击及循环载荷等)，所

以对金属材料的机械性能指标要求也将不同。常用的机械性能指标包括：强度、

硬度、塑性、冲击韧性及疲劳强度等。

一.强度

金属材料在外力作用下抵抗破坏(过量的塑性变形或断裂)的性能叫做强度。

由于外力的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等，所以强度也分为：抗拉强度、

抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、屈服强度。一般以测定材料的抗拉强度（σ）

b

为主。

二.硬度

硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。目前常用的测定硬度的方法为压入

法。它是用特定的几何形状压头在一定载荷作用下，压入被测试样材料表面，根

据被压入的程度来测定其硬度值。所以硬度值的物理意义是金属材料表面抵抗局

部压入塑性变形的能力。

常用的硬度的指标有：布氏硬度(HBS或HBW)及洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)。

1.布氏硬度

布氏硬度测定原理是用一定大小的载荷将一定直径的淬火钢球或硬质合金球压

入被测金属表面，保持一定时间后卸载，根据载荷P和压痕的表面积F求出应

凹

力值作为布氏硬度值。布氏硬度试验法用于测定硬度不高的金属材料，如铸铁、

有色金属、一般经退火、正火后的钢材等。

2.洛氏硬度

洛氏硬度测定原理是以测量压痕深度为硬度的计量指标，由于采用了不同的

压头及载荷，可用来测量从极软到极硬的金属材料的硬度。洛氏硬度的三种标度

(HRA、HRB、HRC)中，常用的是HRC洛氏硬度，它采用金刚石圆锥体做压头，可

用来测量硬度很高的材料，如淬火钢、调质钢等。

三.塑性

塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。金属材料在

断裂前的塑性变形越大，表示材料的塑性越好；反之，则表示材料的塑性越差。

常用的塑性指标是通过拉力试验测得的伸长率和断面收缩率。

1.伸长率

伸长率是试样拉断后标距长度的增加量与原标距长度的百分比，用符号δ

表示。可按下式计算：

δ＝（lll

－/）×100%

100

l

式中：—试样的原始标距，mm；

0

l—试样拉断后的标距长度，mm。

1

2.断面收缩率

断面收缩率是试样拉断处横断面积的减小量与原横断面积的百分比，用ψ

表示。可按

下式计算：

ψ＝（A－A/A）×100%

010

2

式中：A—试样断口处的横截面积，mm，

1

2

A—试样原横断面积，mm。

0

四.冲击韧性

许多机械器零件和工具在工作过程中往往会受到冲击载荷的作用，由