第一章材料的机械性能指。 标与常用工程材料 工程机械的机构零件、金属结构、连接件均由黑色金 属、有色金属和非金属等材料加工制成,设计工程机 械时,应考虑材料的机械性能和使用要求合理选择材 料 第一节材料主要机械性能 材料主要机械性能指标有强度(抗拉强度、屈服强 度)、塑性、韧性、硬度和可焊性。 强度(抗拉强度、屈服强度)
第一章 材料的机械性能指 标与常用工程材料 n 工程机械的机构零件、金属结构、连接件均由黑色金 属、有色金属和非金属等材料加工制成，设计工程机 械时，应考虑材料的机械性能和使用要求合理选择材 料。 第一节 材料主要机械性能 材料主要机械性能指标有强度（抗拉强度、屈服强 度）、塑性、韧性、硬度和可焊性。 一、强度（抗拉强度、屈服强度）
下图是常用碳素结构钢的应力一应变曲线图。 1。当应力值小于比例极限σp时,应力与应变之间成正比例关系,其比值即为钢材的 弹性模量E。 2。当应力到达屈服点σs时,应力即使不再增加,应变却会继续增加,应力一应变曲 线成水平段,称为屈服阶段。可近似地认为钢材在应力达到屈服点之前是弹性体,而 在屈服点之后是塑性体。 3。应变超过屈服界阶段之后,钢由于应变硬化,应力一应变曲线开始上升,但应力 与应变之间不再呈线性关系,而应变增加较快,最后达到曲线的最高点,材料出现颈 缩而破坏,称极限强度cb 6
下图是常用碳素结构钢的应力一应变曲线图 。 1。当应力值小于比例极限σp时，应力与应变之间成正比例关系，其比值即为钢材的 弹性模量E。 2。当应力到达屈服点σs时，应力即使不再增加，应变却会继续增加，应力一应变曲 线成水平段，称为屈服阶段。可近似地认为钢材在应力达到屈服点之前是弹性体，而 在屈服点之后是塑性体。 3。应变超过屈服界阶段之后，钢由于应变硬化，应力—应变曲线开始上升，但应力 与应变之间不再呈线性关系，而应变增加较快，最后达到曲线的最高点，材料出现颈 缩而破坏，称极限强度σb
二、钢材的塑性和韧性 钢材的塑性用静力拉伸试验中的延伸率和载面收缩率来衡量。试件总伸长量与原标距之比为引 伸率 延伸率是说明钢材塑性的指标,延伸率大则钢的塑性好,加工容易,承载时虽出现较大变形而并 不破坏 钢材的韧性表征材料破坏前吸收机械能量的能力。测定冲击韧性的试件带有缺口,试件各部分 尺寸如图1.1—2所示。我国目前用带U形缺口的梅氏试件,试验时将试件放在试验机的支架 上,让摆锤冲击没有缺口的一面。摆锤冲断试件所耗的功(N·m)除以试件缺口截面积所得 的商为钢材的冲击韧性 三、硬度 硬度表征材料表面抵抗硬物压入或刻画的能力。硬度试验的方法很多,常用的有布氏硬度和洛 氏硬度 1.布氏硬度 以一定压力F将直径为D的淬硬钢球或硬质合金球压入表面,并保持一段时间(10~30s),在试样 表面形成直径为d的压痕,以压痕单位面积上承受的压力值来衡量材料的硬度。查表就能得 到布氏硬度值。 布氏硬度的优点是测量准确性较高。但因采用的压力较大,压痕也较大,故不宜用来测试成品零 件和较薄的试样,通常用来测试硬度较低的原材料,如退火钢和铜、铝等。 2.洛氏硬度 洛氏硬度也是一种压入式硬度试验法,以压痕深度来衡量材料的硬度。 洛氏硬度的优点是压痕小,测试简便迅速,特别适合在生产现场测试零件硬度,但其测量准确性 不及布氏硬度
二、钢材的塑性和韧性 钢材的塑性用静力拉伸试验中的延伸率和载面收缩率来衡量。试件总伸长量与原标距之比为引 伸率。 延伸率是说明钢材塑性的指标，延伸率大则钢的塑性好，加工容易，承载时虽出现较大变形而并 不破坏。 钢材的韧性表征材料破坏前吸收机械能量的能力。测定冲击韧性的试件带有缺口，试件各部分 尺寸如图1.1—2所示。我国目前用带U形缺口的梅氏试件，试验时将试件放在试验机的支架 上，让摆锤冲击没有缺口的一面。摆锤冲断试件所耗的功（N·m）除以试件缺口截面积所得 的商为钢材的冲击韧性。 三、硬度 硬度表征材料表面抵抗硬物压入或刻画的能力。硬度试验的方法很多，常用的有布氏硬度和洛 氏硬度。 1.布氏硬度 以一定压力F将直径为D的淬硬钢球或硬质合金球压入表面，并保持一段时间（10~30s），在试样 表面形成直径为d的压痕，以压痕单位面积上承受的压力值来衡量材料的硬度。查表就能得 到布氏硬度值。 布氏硬度的优点是测量准确性较高。但因采用的压力较大，压痕也较大，故不宜用来测试成品零 件和较薄的试样，通常用来测试硬度较低的原材料，如退火钢和铜、铝等。 2.洛氏硬度 洛氏硬度也是一种压入式硬度试验法，以压痕深度来衡量材料的硬度。 洛氏硬度的优点是压痕小，测试简便迅速，特别适合在生产现场测试零件硬度，但其测量准确性 不及布氏硬度
表1.1-1常用洛氏硬度标尺及适用范围 标尺压头 载荷(kgf)硬度值有效范适用范围 HRA120°圆锥金刚60 6085 硬质合金、钢的表面 石 硬化层 HRB1588mm钢球 100 25-100 退火钢、铜合金等 HRC120°圆锥金刚150 2067 经淬火、回火的钢片 石
表1.1-1 常用洛氏硬度标尺及适用范围 标尺 压头 载荷（kgf） 硬度值有效范 围 适用范围 HRA 120º圆锥金刚 石 60 60——85 硬质合金、钢的表面 硬化层 HRB ø1.588mm钢球 100 25——100 退火钢、铜合金等 HRC 120º圆锥金刚 石 150 20——67 经淬火、回火的钢片
四、钢材的可焊性 工程杋械结构大多为焊接结构,钢材的可焊性是衡量钢材焊接工艺好坏的指标。人 们通常用焊缝及其相邻的基本金属的抗裂性和使用性能来说明材料可焊性的优劣。 碳素结构钢的可焊性,可以粗略地用碳当量来表示,当碳当量<0.45%时,则认为钢 材的可焊性良好 第二节黑色金属材料 、钢与铸铁 钢及分类 钢是含碳量在0.0218%2.11%之间的铁碳合金。有些钢除了含有铁和碳这两 种必备元素外,还含有其他种类的合金元素,这些钢称为合金钢。不含 合金元素的钢称为碳素钢。钢中常见的合金元素有铬(Cr)、锰 (Mn)、硅(Si)、镍(Ni)、钨(W)、钼(Mo)等。此外,钢中 还含有少量杂质元素。其中硫和磷会使钢的性能降低,因此高品质的钢 都要严格限制硫和磷的含量
四、钢材的可焊性 工程机械结构大多为焊接结构，钢材的可焊性是衡量钢材焊接工艺好坏的指标。人 们通常用焊缝及其相邻的基本金属的抗裂性和使用性能来说明材料可焊性的优劣。 碳素结构钢的可焊性，可以粗略地用碳当量来表示，当碳当量<0.45%时，则认为钢 材的可焊性良好。 第二节 黑色金属材料 一、钢与铸铁 1．钢及分类 钢是含碳量在0.0218%~2.11%之间的铁碳合金。有些钢除了含有铁和碳这两 种必备元素外，还含有其他种类的合金元素，这些钢称为合金钢。不含 合金元素的钢称为碳素钢。钢中常见的合金元素有铬（Cr）、锰 （Mn）、硅（Si）、镍（Ni）、钨（W）、钼（Mo）等。此外，钢中 还含有少量杂质元素。其中硫和磷会使钢的性能降低，因此高品质的钢 都要严格限制硫和磷的含量