第一章金屬材料的性能

第1章金屬材料的性能由于金屬材料具有許多良好的性能，因此被廣泛地應(yīng)用于各種生產(chǎn)活動中，它是制造機(jī)械設(shè)備、工具量具、武器裝備和生活用具的基本材料。為了設(shè)計制造出具有競爭力的機(jī)械產(chǎn)品，必須首先了解和掌握金屬材料的各種性能，如物理性能、化學(xué)性能、力學(xué)性能和工藝性能等。1.1力學(xué)性能

金屬材料的性能包含使用性能和工藝性能兩個方面。使用性能是指金屬材料在使用條件下所表現(xiàn)出來的各種特性，包括物理性能、化學(xué)性能和力學(xué)性能。使用性能是保證機(jī)械零件或工具能正常工作應(yīng)具備的性能。工藝性能是指金屬材料對不同加工工藝方法的適應(yīng)能力，也是采用某種工藝方法把金屬材料制造成產(chǎn)品的難易程度。工藝性能包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、熱處理性能以及切削加工性能等。在設(shè)計、制造機(jī)械設(shè)備及工具時，所選用的金屬材料首先應(yīng)該滿足使用性能。使用性能一般以力學(xué)性能為主要依據(jù)，金屬材料的力學(xué)性能是指金屬材料在各種載荷作用下所表現(xiàn)的性能。金屬材料的力學(xué)性能包括強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性和疲勞強(qiáng)度等。1.1.1強(qiáng)度強(qiáng)度是金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。強(qiáng)度大小通常用應(yīng)力來表示。根據(jù)載荷作用方式不同，強(qiáng)度可分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度等五種。一般情況下以抗拉強(qiáng)度作為判斷金屬強(qiáng)度高低的性能指標(biāo)?？估瓘?qiáng)度是通過金屬拉伸試驗測定的。1．拉伸試驗拉伸試驗是用靜態(tài)力對標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行軸向拉伸，同時連續(xù)測量拉伸力和相應(yīng)的伸長量，直至斷裂。根據(jù)所測得的數(shù)據(jù)，即可得到有關(guān)的力學(xué)性能。在國家標(biāo)準(zhǔn)（GB397—1986）中,對試樣的形狀、尺寸及加工要求均有明確的規(guī)定。拉伸試樣的形狀一般分為圓柱形和矩形兩類。如圖1.1所示,為圓柱形拉伸試樣。根據(jù)試樣所標(biāo)距長度L0和試樣的直徑d0之間關(guān)系，試樣可分為長試樣（L0=10d0）和短試樣（L0=5d0

））。圖1.1圓柱形拉伸試樣圖中:d0——試樣的直徑，mm；d1——試樣斷口處的直徑，mm；L0——試樣標(biāo)距長度，mm；L1——試樣拉斷后標(biāo)距長度，mm。（a）拉伸前（b）拉伸后圖1.1圓柱形拉伸試樣2．力——伸長曲線拉伸試驗是在拉伸試驗機(jī)上進(jìn)行的，將試樣裝夾在拉伸試驗機(jī)的夾頭上。拉伸試驗機(jī)隨后緩慢地增加軸向載荷，試樣在軸向載荷作用下逐步變形而伸長，直至試樣被拉伸斷裂為止。在拉伸試驗機(jī)上設(shè)有記錄裝置，自動記錄下試樣在拉伸過程中每個瞬間所受載荷與試樣的變形伸長量，描繪出試樣在拉伸過程中的彈性變形、塑性變形直至拉斷時的力學(xué)特性曲線圖（也稱為拉伸圖）。如圖1.2所示,為低碳鋼試樣的拉伸曲線圖。圖中：縱坐標(biāo)——拉伸力F，N；橫坐標(biāo)——變形的絕對伸長量ΔL，mm。由圖可見低碳鋼試樣在拉伸過程中，有以下幾個變形階段:圖1.2低碳鋼試樣的拉伸曲線示意圖

(1)Oe——彈性變形階段。當(dāng)試樣所受載荷小于Fp時，拉伸曲線Op為一斜直線，表明試樣的伸長量與載荷成正比增加，卸載后試樣即恢復(fù)到原始形狀和尺寸。這種能隨載荷的去除而恢復(fù)到原始形狀和尺寸的變形稱為彈性變形。Fp為試樣能恢復(fù)原始形狀和尺寸的最大拉伸力。在pe階段中，當(dāng)拉伸載荷不斷增加，超過拉伸載荷Fp，即在Fp～Fe之間時，試樣的伸長量與拉伸載荷不再成正比關(guān)系，但卸載后試樣能恢復(fù)原狀。

(2)es——屈服階段。當(dāng)拉伸載荷不斷增加，超過Fe時，若卸載后試樣只能部分恢復(fù)原狀，仍保留一部分殘余塑性變形.試樣不能恢復(fù)到原始形狀和尺寸,這種不能隨載荷的去除而消失的變形稱為塑性變形。當(dāng)載荷增加到Fs時，圖上出現(xiàn)平臺或鋸齒狀。這種在載荷不增加或略有減少的情況下，試樣繼續(xù)發(fā)生變形的現(xiàn)象稱為屈服,Fs稱為屈服載荷。屈服后，材料將殘留較大的塑性變形。

(3)sb——強(qiáng)化階段。在屈服階段以后，欲使試樣繼續(xù)伸長，必須不斷加載。隨著塑性變形增大，試樣變形抗力也逐漸增加，這種現(xiàn)象稱為形變強(qiáng)化（或稱為加工硬化）。Fb為試樣拉伸試驗時的最大載荷。

(4)bk——縮頸階段。當(dāng)載荷達(dá)到最大值Fb時，試樣發(fā)生局部截面縮小現(xiàn)象，稱為“縮頸”現(xiàn)象。此時，試樣變形所需的載荷也隨之降低，伸長主要集中在縮頸部位，直至斷裂。機(jī)械工程上所使用的金屬材料，多數(shù)沒有明顯的屈服現(xiàn)象。對于低塑性材料，不僅沒有屈服現(xiàn)象，而且也不產(chǎn)生“縮頸”現(xiàn)象，如球墨鑄鐵等。3．強(qiáng)度

（1）屈服強(qiáng)度（σs）在拉伸試驗過程中，試樣在力不增加（保持恒定）的情況下，仍能繼續(xù)伸長（即變形）時的應(yīng)力稱為屈服強(qiáng)度,其計算公式如下：

σs=FS/A0

式中:σs——屈服強(qiáng)度，MPa；

FS——試樣屈服時的載荷，N；

A0——試樣原始橫截面積，mm2。對于無明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料，如高碳鋼、鑄鐵等，國標(biāo)（GB/T10623-1989）中規(guī)定：以試樣卸載后，試樣標(biāo)距部分殘余伸長量達(dá)到0.2%L0時的應(yīng)力作為規(guī)定殘余伸長應(yīng)力,稱為“條件屈服強(qiáng)度”，以符號σ0.2表示。機(jī)械零件在工作中若受力過大，將因超載而產(chǎn)生過量的塑性變形，從而導(dǎo)致零件失效。當(dāng)零件在工作中所受的載荷低于材料的屈服點或條件屈服強(qiáng)度時，不會產(chǎn)生過量的塑性變形。金屬材料的屈服強(qiáng)度和條件屈服強(qiáng)度越高，允許的工作應(yīng)力也越高，零件的截面尺寸及自身質(zhì)量就可以減少。因此，金屬材料的屈服強(qiáng)度和條件屈服強(qiáng)度，是機(jī)械設(shè)計的主要依據(jù)，也是評定金屬材料優(yōu)劣的重要指標(biāo)。（2）抗拉強(qiáng)度（σb）抗拉強(qiáng)度是指試樣在拉斷前所能承受的最大拉應(yīng)力,用符號σb表示。其計算公式如下:

σb=Fb/A0

式中：σb——抗拉強(qiáng)度，MPa；

Fb——試樣斷裂前承受的最大拉伸力，N；

A0——試樣原始橫截面積，mm2?？估瓘?qiáng)度表示金屬材料由均勻塑性變形向局部集中變形過渡的臨界值，是金屬材料在拉伸載荷作用下的最大均勻變形的抗力，也是機(jī)械零件設(shè)計和選材的主要依據(jù)之一。1.1.2塑性在拉伸載荷作用下，試樣斷裂前金屬材料產(chǎn)生永久變形的能力稱為塑性。常用試樣拉斷后的斷后伸長率δ和斷面收縮率φ來表示材料的塑性指標(biāo)。

1．?dāng)嗪笊扉L率（δ）拉伸試樣在進(jìn)行拉伸試驗時，在拉伸力的作用下產(chǎn)生塑性變形，試樣中的原始標(biāo)距不斷伸長。試樣拉斷后的標(biāo)距長度與原始標(biāo)距長度的增量的百分比，稱為斷后伸長率，用符號δ表示。其計算公式如下：式中：δ——伸長率，%；

L1——試樣拉斷后的標(biāo)距，mm；

L0——試樣拉斷前的原始標(biāo)距，mm。同一種材料的試樣長短不同時，測得的伸長率是不同的。即同一材料的短試樣的伸長率δ5一般大于長試樣的伸長率δ10。

2．?dāng)嗝媸湛s率（φ）試樣拉斷后，橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比為斷面收縮率，用符號φ表示。其計算公式如下：

式中：φ——斷面收縮率，%；

A0——試樣的原始橫截面積，mm2；

A1——試樣拉斷處的橫截面積，mm2。

金屬材料的塑性指標(biāo)直接影響機(jī)械零件的加工和使用。塑性好的金屬材料不僅能順利進(jìn)行鍛壓、軋制等成形工藝，還可以在發(fā)生大量塑性變形時不被破壞。金屬材料在使用過程中萬一超載時，由于塑性好，首先會產(chǎn)生塑性變形，有效地避免突然斷裂的現(xiàn)象。因此，大多數(shù)機(jī)械零件除要求具有較高的強(qiáng)度外，還應(yīng)具有一定的塑性，塑性好的金屬材料比較安全。1.1.3硬度硬度是一種衡量金屬軟硬程度的性能指標(biāo)，是金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。硬度是各種零件和工具必須具備的性能指標(biāo)，也是檢驗毛坯和成品的重要的力學(xué)性能指標(biāo)。硬度對機(jī)械零件的耐磨性和使用壽命有著直接影響，一般情況下金屬材料的硬度值愈高，其耐磨性愈高。硬度值又可以間接地反映金屬材料的強(qiáng)度以及金屬材料的化學(xué)成分、金相組織和熱處理工藝上的差異。因此，零件圖上常常標(biāo)注各種硬度指標(biāo)作為熱處理技術(shù)要求。測定硬度的方法很多，最常使用的是壓入法。壓入法是在靜態(tài)試驗力作用下，將壓頭壓入金屬材料的表面層，然后按壓痕的表面積大小或深度測定其硬度值的一種實驗方法。

1．布氏硬度（HB）布氏硬度試驗原理：用一定直徑的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球，以相應(yīng)的試驗力壓入試樣表面，保持規(guī)定時間后卸除試驗力，用測量表面壓痕直徑來計算其硬度值。如圖1.3所示布氏硬度試驗原理圖。圖1.3布氏硬度試驗原理圖布氏硬度值是指單位壓痕表面積上所承受的平均壓力。選擇淬火鋼球壓頭時，用符號HBS表示；選擇硬質(zhì)合金球壓頭時，用符號HBW表示。布氏硬度值用下式計算：式中:F——試驗力，N；

A——壓痕表面積，mm2；

D——球體直徑，mm；

d——壓痕平均直徑，mm。布氏硬度值的單位是(N/mm2),一般只寫數(shù)值不標(biāo)單位。由上式可知，當(dāng)外載荷（F）、壓頭球體直徑（D）一定時，材料的布氏硬度值僅與壓痕直徑（d）的大小有關(guān)。壓痕直徑（d）越小，布氏硬度值越大，材料的硬度就越高；反之，壓痕直徑（d）越大，布氏硬度值越小，材料的硬度也就越低。試驗時只需測量壓痕的直徑（d），就可以通過計算或從布氏硬度表中查出相應(yīng)的布氏硬度值。布氏硬度表示方法規(guī)定：符號HBS或HBW之前的數(shù)字為硬度值，符號后面按排序表示實驗條件、鋼球直徑、試驗力和試驗力表示的時間（10~15s不標(biāo)注）。例如220HBS10/1000/30表示用直徑10mm的淬火鋼球，在1000kg的試驗力作用下保持30s時測得的布氏硬度值為220；500HBW35/750表示用直徑35mm的硬質(zhì)合金球，在750kg的是嚴(yán)厲作用下保持10~15s時測得的布氏硬度值為500。由于布氏硬度試驗力較大，壓痕的直徑較大，能夠真實地反映金屬材料的平均硬度，故所測量的精度較高。對于硬度高的材料，由于壓頭（淬火鋼球）本身的變形使得測量結(jié)果會不準(zhǔn)確。因此，規(guī)定用淬火鋼球壓頭測量的硬度值范圍必須小于450；用硬質(zhì)合金球壓頭測量的硬度值范圍在450～650之間。由于布氏硬度試驗壓痕較大，故不適宜用布氏硬度測量成品、薄壁零件、以及硬度高的材料和表面精度要求高的工件。只適宜用布氏硬度測量有色金屬、低碳鋼、灰鑄鐵和退火的中碳鋼和正火、調(diào)質(zhì)處理零件的硬度。

2．洛氏硬度（HR）

洛氏硬度試驗原理：是以錐角為1200的金剛石圓錐體或直徑為1.588mm的淬火鋼球作為壓頭壓入試樣表面。試驗時，先在試樣表面施加一個初始載荷，壓入試樣表面h0之后，如圖1.4所示，再施加主載荷，在主載荷作用下壓痕深度至h1時，去除主載荷，在保留初始載荷的情況下，根據(jù)試樣壓痕深度來衡量金屬的硬度大小。

如圖1.4所示，測得壓痕深度h數(shù)值越大,表明材料越軟，材料的硬度就越低。為符合所測數(shù)值越大、材料硬度就越高的一般習(xí)慣，規(guī)定每0.002mm壓痕深度為一個洛氏硬度單位。圖1.4洛氏硬度試驗原理圖洛氏硬度相應(yīng)標(biāo)尺常數(shù)k與h/0.002的差值，稱為洛氏硬度值。根據(jù)壓頭和載荷的不同是，洛氏硬度常采用A、B、C三種標(biāo)尺。用金剛石圓錐壓頭進(jìn)行的試驗，其標(biāo)尺常數(shù)k為100，用淬火鋼球壓頭進(jìn)行的試驗，其標(biāo)尺常數(shù)k為130。洛氏硬度根據(jù)選用的壓頭類型和試驗載荷大小的不同，分別采用不同的標(biāo)尺進(jìn)行標(biāo)注。洛氏硬度的計算式為：式中:e——殘余壓痕深度增量，e=h/0.002h——壓痕深度，mm。

HRA、HRB、HRC為三種不同標(biāo)尺的洛氏硬度值，HRA和HRC是用1200的金剛石圓錐壓頭進(jìn)行試驗的；HRB是用直徑為1.588mm的淬火鋼球作壓頭進(jìn)行試驗的。不同標(biāo)尺的洛氏硬度值是不能直接進(jìn)行比較的。其中HRA硬度測量范圍為60～85之間，可以用HRA標(biāo)尺測定硬質(zhì)合金、表面淬火鋼的硬度。HRB硬度測量范圍為25～100之間，可以用HRB標(biāo)尺測定軟鋼、銅合金和退火鋼等的硬度。常用的HRC硬度測量范圍為20～67之間，可以用HRC標(biāo)尺測定淬火鋼件的硬度。洛氏硬度表示方法規(guī)定：硬度數(shù)值寫在符號的前面，HR后面寫所使用的標(biāo)尺，如35HRC表示用“C”標(biāo)尺測定的洛氏硬度值為35。洛氏硬度試驗操作簡便迅速，可以直接從試驗機(jī)上顯示出硬度值。壓痕小，對試樣表面損傷小，生產(chǎn)中被廣泛用來直接檢驗成品、半成品及薄壁的工件。但由于壓痕小，當(dāng)材料的內(nèi)部組織不均勻時，硬度數(shù)據(jù)波動大，使測量硬度值的準(zhǔn)確性差。為提高準(zhǔn)確性，在測試洛氏硬度時，需選取三個不同位置測出硬度值，用其平均值作為被測金屬材料的硬度值。

3．維氏硬度（HV）維氏硬度測定原理：是將夾角為1360的正四棱椎體金剛石作為壓頭，以選定的試驗力壓入試樣表面，保持規(guī)定的時間后去除試驗力，試樣表面上壓出一個正四棱錐形的壓痕。用測量壓痕兩對角線的平均長度，來計算硬度值，如圖1.5所示。即用正四棱錐形壓痕單位表面積上所承受的平均壓力來表示維氏硬度值，用符號HV表示。其計算公式如下：式中：F——試驗力，N；d——壓痕兩條對角線長度的算術(shù)平均值，mm。圖1.5維氏硬度試驗原理示意圖進(jìn)行維氏硬度試驗時，可用測微計測出壓痕的對角線長度，計算出兩對角線長度的平均值后，可以查表得出維氏硬度值。維氏硬度的標(biāo)注方式：硬度數(shù)值寫在符號的前面，試驗條件寫在符號的后面。當(dāng)試驗力保持時間為10～15s時可以不標(biāo)出。如300HV30表示用30kg試驗力保持10～15s測定的維氏硬度值為300。600HV30/20表示用30kg試驗力保持20s測定的維氏硬度值為600。維氏硬度適用范圍比較寬，從極軟的材料到極硬的材料都可以測量。它可以用于測量成品或薄壁工件的硬度，也適用于測量零件表面淬硬層、滲碳層和滲氮層的硬度，其結(jié)果既精確又可靠。但由于測取維氏硬度值時需要測量對角線長度，測試手續(xù)比較繁瑣，測量效率較低，所以不適用于大批量產(chǎn)品測試，也不適用于測量金屬組織不均勻的材料（如灰鑄鐵）的硬度。

強(qiáng)度、塑性、硬度等力學(xué)性能指標(biāo)都是在靜態(tài)力的作用下測定的。實際工作中，許多機(jī)械零件如活塞銷、鍛錘桿、沖模和鍛模等，要受到短時突然加載的沖擊載荷即動態(tài)力的作用。制造這類零件所用的材料，其性能指標(biāo)除應(yīng)保證足夠的靜載荷作用下的力學(xué)性能外，還必須考慮材料抵抗沖擊載荷的能力。金屬材料在沖擊載荷作用下斷裂前所吸收變形能量的能力稱為韌性。金屬材料的韌性常用一次擺錘沖擊試驗來測量。

1.1.4沖擊韌度沖擊材料常用有U型缺口和V型缺口試樣，其尺寸如圖1.6和1.7所示。

圖1.6U型缺口沖擊試樣圖1.7V型缺口沖擊試樣1——固定支座2——帶缺口的試樣3——指針4——擺錘圖1.8沖擊試驗示意圖

沖擊試驗原理：沖擊試驗是利用能量守恒原理，試樣被沖斷過程中所吸收的能量等于擺錘沖擊試樣前后的勢能差。如圖1.8所示，將待測的金屬試樣，放置在試驗機(jī)的支座上，實驗時，金屬試樣的缺口背向擺錘的沖擊方向，將重量為G的擺錘，舉至一定的高度為h1，使其獲得一定的勢能為Gh1。然后讓擺錘自由落下將金屬試樣沖斷，擺錘反向擺置高度為h2，此時擺錘剩余勢能為Gh2。擺錘沖斷試樣過程中所消耗的能量，即是試樣在沖擊試驗力的一次作用下斷裂時所吸收的功，稱為沖擊吸收功，用Ak表示。Ak值可以直接從試驗機(jī)刻度盤上讀出，單位為焦耳（J）。其計算公式如下：

式中：Ak——沖擊吸收功，J；

G——擺錘的重力(mg)，N；

h1——擺錘舉起的高度，m；

h2——沖斷試樣后擺錘回升的高度，m。沖擊試樣缺口處的單位截面積上沖擊吸收功，是材料的沖擊韌度，用符號αK表示，其計算公式如下：式中：αK——沖擊韌度，J/mm2；

AK——沖擊吸收功，J；

A0——試樣缺口處截面積，mm2。當(dāng)材料的αK值越大，表示材料的韌性越好，抵抗沖擊的能力越強(qiáng)。αK值與溫度有關(guān)，總的變化趨勢是隨溫度降低而降低。當(dāng)溫度降至某一數(shù)值時，αK值急劇下降，金屬材料由韌性斷裂變?yōu)榇嘈詳嗔选＿@種由韌性斷裂變?yōu)榇嘈詳嗔训默F(xiàn)象，稱為金屬材料的冷脆轉(zhuǎn)變。金屬材料由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的溫度，稱為金屬材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。韌脆轉(zhuǎn)變溫度是衡量金屬冷脆轉(zhuǎn)變傾向的指標(biāo)。有些金屬在室溫時測定的αK值較高，但在低溫時則稍受沖擊立即可能發(fā)生脆性斷裂。常見在較寒冷（低于-20℃）的環(huán)境下使用的金屬材料，如塔架、橋梁、油氣運輸管道等，在冬天會發(fā)生突然的脆性斷裂的現(xiàn)象。為此，在選擇金屬材料時，為防止發(fā)生脆性斷裂的現(xiàn)象，必須考慮機(jī)械零件的工作條件和使用環(huán)境，即在使用過程中最低溫度必須高于金屬材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。1.1.5疲勞強(qiáng)度許多機(jī)械零件在周而復(fù)始的交變應(yīng)力作用下工作。雖然，零件所承受的交變應(yīng)力數(shù)值小于材料的屈服強(qiáng)度，但經(jīng)過長時間的工作,也會突然發(fā)生斷裂。這種在遠(yuǎn)小于金屬材料的抗拉強(qiáng)度，甚至小于屈服強(qiáng)度的情況下所發(fā)生的突然斷裂現(xiàn)象，稱為材料的疲勞斷裂。如機(jī)床主軸、活塞桿、彈簧等機(jī)械零件，是在交變載荷作用下工作的。工作過程中各點的應(yīng)力隨時間做周期性的變化，這種隨時間做周期性變化的應(yīng)力稱為循環(huán)應(yīng)力。零件在循環(huán)應(yīng)力作用下，在一點或幾點處產(chǎn)生永久性積累的損傷，經(jīng)過一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生彎曲斷裂的過程，稱為金屬疲勞現(xiàn)象。

疲勞斷裂是機(jī)械零件失效的主要原因之一。疲勞斷裂與靜態(tài)力作用下的斷裂不同,零件在疲勞斷裂前沒有明顯的宏觀塑性變形,斷裂前沒有任何預(yù)兆，斷裂是突然發(fā)生的。因此，疲勞斷裂具有很大的危險性，常常會造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。在失效的機(jī)械零件中大約有80%以上是屬于疲勞破壞的。為此，研究和預(yù)防材料疲勞破壞具有極其重要的現(xiàn)實意義。金屬材料在交變應(yīng)力的作用下，能經(jīng)受無限次循環(huán)而不斷裂的最大應(yīng)力數(shù)值，稱為材料的疲勞強(qiáng)度（疲勞極限）。疲勞強(qiáng)度值符號用σ-1表示。工程上實際的疲勞強(qiáng)度，是指在一定的交變循環(huán)次數(shù)下不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力。一般規(guī)定黑色金屬進(jìn)行交變應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為1×106～1×107次，有色金屬進(jìn)行交變循環(huán)次數(shù)為1×107～1×108次，而不發(fā)生疲勞破壞時的最大應(yīng)力值，為該材料的疲勞強(qiáng)度σ-1

。疲勞強(qiáng)度σ-1與抗拉強(qiáng)度σb間有近似關(guān)系。如碳素鋼σ-1≈（0.4～0.55）σb

，灰口鑄鐵σ-1≈0.4σb

，有色金屬σ-1≈（0.3～0.4）σb

。影響金屬材料疲勞強(qiáng)度的因素很多，主要有工作條件、表面狀態(tài)、材料內(nèi)部組織及殘余內(nèi)應(yīng)力等。改善零件結(jié)構(gòu)形狀、降低零件表面粗糙度、減小或避免應(yīng)力集中現(xiàn)象、以及采取各種表面強(qiáng)化的手段，都能提高機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度。金屬的工藝性能是指金屬材料對各種加工工藝和處理方法的適應(yīng)能力。這種能力的大小，直接影響機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、機(jī)械加工的生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本。

1．鑄造性能金屬及合金材料在鑄造成形中獲得優(yōu)良鑄件的能力稱為鑄造性能，衡量鑄造性能的指標(biāo)有流動性、收縮性和偏折等。1.2工藝性能影響金屬材料的流動性的因素是金屬的化學(xué)成分和澆注溫度等。流動性好的金屬材料，容易充滿鑄型，獲得外形完整、尺寸精確、輪廓清晰的鑄件，故鑄造性能就好。金屬材料的收縮性能好壞，直接影響鑄件體積和外形尺寸，還會使鑄件出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力、變形和開裂等現(xiàn)象，故金屬材料的收縮率越小鑄造性能越好。金屬材料的偏折現(xiàn)象，會使鑄件內(nèi)部的化學(xué)成分和組織不均勻，從而會降低鑄件質(zhì)量。因此，在鑄造大型鑄件時尤其要注意金屬材料的偏折現(xiàn)象。在金屬材料中灰口鑄鐵和青銅的鑄造性能好。

2．鍛造性能在壓力加工中，把金屬材料鍛壓成形的難易程度稱為鍛造性能。鍛造性能的優(yōu)劣，主要與金屬材料的塑性和變形抗力有關(guān)。塑性好、變形抗力小的金屬材料鍛造性能就好。如有色金屬在室溫狀態(tài)下具有良好的鍛造性能，而碳素鋼只有在加熱狀態(tài)下進(jìn)行鍛造，其鍛造性能較好，而鑄鋁和鑄鐵則不能進(jìn)行鍛壓加工。

3．焊接性能金屬材料在一定的焊接工藝條件下焊接加工，能獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度，稱為焊接性能。焊接性能主要取決于金屬材料的化學(xué)成分（主要是與碳當(dāng)量有關(guān)）。低碳鋼具有良好的焊接性能，高碳鋼焊接性能較差、鑄鐵焊接性能很差，只能進(jìn)行焊補(bǔ)。

4．切削加工性能金屬材料在接受切削加工時的難易程度稱為切削加工性能。切削加工性能指標(biāo)主要用表面粗糙度、刀具壽命等來衡量。切削加工性能與金屬材料組織狀態(tài)如硬度、韌性、導(dǎo)熱性和變形強(qiáng)化等因素有關(guān)。一般金屬材料的硬度在170～230HBS和足夠的脆性時，切削加工性能好。所以鑄鐵比碳素鋼切削加工性能好，碳素鋼比高合金鋼切削加工性能好。如果改變金屬材料的化學(xué)成分或進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚梢愿纳撇⑻岣呓饘俨牧系那邢骷庸ば阅?。一填空題：1金屬材料的性能分為___________性能和___________性能。2具有金屬特性的工程材料有___________和___________。3金屬材料的力學(xué)性能包括___________、___________、___________、___________和___________等。4根據(jù)載荷作用方式不同，強(qiáng)度可___________、__________、____________、___________和___________等五種。復(fù)習(xí)思考題5在金屬材料中的低塑材料，不僅沒有___________現(xiàn)象，而且也不會產(chǎn)生___________。6αk值大，表示金屬材料___________好，耐___________。二判斷題

1．金屬材料的塑性變形能隨材料所受載荷的去除而消失。（）

2．所有的金屬材料在拉伸試驗時都會出現(xiàn)顯著的屈服現(xiàn)象。（)3．用布氏硬度試驗可以測量成品、薄壁件的硬度值。（）

4．用洛氏硬度試驗可以直接測量成品或較薄工件的硬度。（）

5．金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不被破壞的能力稱為塑性。（）

6．高碳鋼由于含碳量高所以焊接性好。（）

7．在寒冷地區(qū)使用金屬材料，在冬天容易發(fā)生脆斷的現(xiàn)象。（）

8．金屬材料在循環(huán)應(yīng)力作用下會突然斷裂的現(xiàn)象。（）

9．在布氏硬度測量中，規(guī)定用淬火鋼球測量硬度值必須小于650。（）

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