各種機(jī)械性能指標(biāo)的物理意義、單位、應(yīng)用：
—— 強(qiáng)度；塑性； 硬度（ HBS， HRC，HRA ）。
§1-1材料性能概述
材料受外力作用時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生變形和破壞。其過(guò)程一般是：
彈性變形－塑性變形－斷裂。
彈性變形是外力去除后能夠自行恢復(fù)的變形。塑性變形是外力去除后不能完全自動(dòng)恢復(fù)而保留下來(lái)的變形，又稱(chēng)永久變形
材料的性能包括 :
使用性能 ( 力學(xué)性能、物理、化學(xué)性能)
工藝性能 ( 鑄造性、可鍛性、切削加工性)
力學(xué)性能 ( 機(jī)械性能 )
_____ 材料在載荷 (外力或能量) 以及環(huán)境因素作用下表現(xiàn)出的變形和破斷的特性。
§1-1靜載時(shí)材料的機(jī)械性能
一、靜拉伸試驗(yàn)
—— 各種性能指標(biāo)含義、單位、及影響因素。
1. 應(yīng)力-應(yīng)變 曲線（分為四階段）：
⑴ 彈性變形
⑵ 屈服變形
⑶ 均勻塑性變形階段
⑷ 局部集中塑性變形 —— 頸縮
2. 強(qiáng)度
—— 材料抵抗變形、斷裂的能力，單位 MN/m2 ( MPa )
⑴ 屈服強(qiáng)度σs σs =Fs / Ao
—— 材料開(kāi)始明顯塑性變形的抗力, 是設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)之一。
工業(yè)上的屈服強(qiáng)度規(guī)定產(chǎn)生0.2% 變形時(shí)應(yīng)力值為屈服強(qiáng)度.
即: σs = σ0.2
⑵ 抗拉強(qiáng)度σb ( 質(zhì)量控制指標(biāo) ) σb = Fb / Ao
———— 抗拉強(qiáng)度是指試樣拉斷前所承受的最大拉應(yīng)力，用符號(hào)σb表示。是零件設(shè)計(jì)的重要依據(jù),也是評(píng)定金屬材料質(zhì)量的重要指標(biāo)。
鑄鐵、陶瓷、復(fù)合材料等脆性材料 σb =σs 。 中、高碳鋼等無(wú)明顯屈服現(xiàn)象.⑶ 比強(qiáng)度σb /d
玻璃鋼 d = 2.0, σb = 1060MN/m2， 為鋁的三倍。
3. 塑性 δ 、ψ
—— 塑性是材料在靜載荷作用下產(chǎn)生變形而不破壞的能力。評(píng)定材料塑性的指標(biāo)是斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。
塑性直接影響到零件的成形及使用。塑性好的材料，不僅能順利地進(jìn)行軋制、鍛壓等成形工藝，而且在使用中萬(wàn)一超截，由于變形而能避免突然斷裂。所以大多數(shù)機(jī)械零件除要求具用較高的強(qiáng)度外，還必須有一定的塑性。一般情況，伸長(zhǎng)率達(dá)5％或斷面收縮率達(dá)10％的材料，即可滿足大多數(shù)零件的使用要求。
▲ δ 、ψ 是表示材料塑性好壞的指標(biāo)。
▲ 塑性好的材料易加工、使用時(shí)不易突然斷裂。
⑴ 伸長(zhǎng)率 δ
—— 試樣拉斷后標(biāo)距增長(zhǎng)量與原標(biāo)距之比。
δ = ( L1 - L0 ) / L0 100%
⑵ 斷面收縮率 ψ
——試樣拉斷處截面積的縮減量與原始截面積之比.
ψ = (A0 - A1 ) / A0 ╳ 100%
斷面收縮繁不受試樣尺寸的影響，比較確切地反映了材料的塑性。
二、硬度
—— 硬度是指材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力，是衡量材料軟硬的判據(jù)，是一個(gè)綜合的物理量。是工業(yè)上質(zhì)量檢驗(yàn)、工藝設(shè)計(jì)最常用的試驗(yàn)方法。材料的硬度越高，耐磨性越好，故常將硬度值作為衡量材料耐磨性的重要指標(biāo)之一。
硬度的應(yīng)用： ⑴ 檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量
⑵ 衡量刀具、軸承等軟硬程度和耐磨性
⑶ 可換算為強(qiáng)度極限
硬度的測(cè)定常用壓入法。把規(guī)定的壓頭壓入金屬材料表面層，然后根據(jù)壓痕的面積或深度確定其硬度值。根據(jù)壓頭和壓力不同，常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度（HBS、HBW）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和維氏硬度（HV）。
1．布氏硬度
⑴ 試驗(yàn)原理—— 用直徑為D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球，以相應(yīng)的試驗(yàn)力F壓入試樣表面，保持規(guī)定的時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，在試樣表面留下球形壓痕，如左圖所示。布氏硬度值用球面壓痕單位面積上所承受的平均壓力表示。用淬火鋼球作壓頭時(shí)，布氏硬度用符號(hào)“HBS”表示;用硬質(zhì)合金球作壓頭，布氏硬度用符號(hào)“HBW”表示。適用于未淬火的鋼、鑄鐵、有色金屬或軟質(zhì)的軸承合金。
HB = F/S （ MPa 或 kgf/mm2 ）
S —— 壓頭表面積
HBS -- 鋼球壓頭 （＜450HB）
HBW -- 硬質(zhì)合金鋼球壓頭（＞450 HB）
⑵ 布氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)是：試驗(yàn)時(shí)使用的壓頭直徑較大，在試樣表面上留下壓痕也較大，測(cè)得的硬度值也較準(zhǔn)確。
缺點(diǎn)是：對(duì)金屬表面的損傷較大，不易測(cè)試太薄工件的硬度，也不適于測(cè)定成品件的硬度。布氏硬度試驗(yàn)常用來(lái)測(cè)定原材料、半成品及性能不均勻的材料（如鑄鐵）硬度。
2．洛氏硬度
⑴ 試驗(yàn)原理—— 洛氏硬度是以頂角為120°的金剛石圓錐體或直徑為Φ1.588㎜的淬火鋼球作壓頭，以規(guī)定的試驗(yàn)力使其壓入試樣表面。試驗(yàn)時(shí)，先加初試驗(yàn)力，然后加主試驗(yàn)力。壓入試樣表面之后卸除主試驗(yàn)力，在保留初試驗(yàn)力的情況下，根據(jù)試樣表面壓痕深度，確定被測(cè)金屬材料的洛氏硬度值。操作簡(jiǎn)便、可直接讀數(shù)。 壓痕小；適于各種硬度值的測(cè)量；是目前工廠應(yīng)用最為廣泛的試驗(yàn)方法 。
HR =(0.2-h)/0.002 (mm)，每0.002mm相當(dāng)于洛氏1度
（120°金剛石圓錐體壓頭或Φ1.588mm的鋼球）
⑴ HRB（鋼球壓頭，100kg載荷）
—— 測(cè)量未淬火鋼，有色金屬。
⑵ HRC（圓錐壓頭，150kg載荷）
—— 測(cè)量調(diào)質(zhì)鋼、淬硬鋼制品。
⑶ HRA（圓錐壓頭，60kg載荷）
—— 測(cè)量硬、薄試件、硬質(zhì)合金。
⑵ 試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：① 操作簡(jiǎn)單迅速，效率高，直接從指示器上可讀出硬度值；
② 壓痕小，故可直接測(cè)量成品或較薄工件的硬度；
③ 對(duì)于ＨＲＡ和ＨＲＣ采用金剛石壓頭，可測(cè)量高硬度薄層和深層的材料。
缺點(diǎn)：由于壓痕小，測(cè)得的數(shù)值不夠準(zhǔn)確，通常要在試樣不同部位測(cè)定三次以上，取其平均值為該材料的硬度值。
※ 表面洛氏硬度（HR15N HR30N HR45N）
3．維氏硬度（HV）
布氏硬度試驗(yàn)不適用于測(cè)定硬度較高的材
料。洛氏硬度試驗(yàn)雖然可用于測(cè)定較材料和硬
材料，但其硬度值不能進(jìn)行比較。維氏硬度試
驗(yàn)可以測(cè)量從軟到硬的各種材料以及金屬零件
的表面硬度，并有連續(xù)一致的硬度標(biāo)尺。
⑴ 試驗(yàn)原理：
維氏硬度試驗(yàn)原理與布氏硬度相似，也是根據(jù)壓痕單位表面積上的試驗(yàn)力大小來(lái)計(jì)算硬度值。區(qū)別在于壓頭采用錐面夾角為136°的金剛石正四棱錐體，將其以選定的試驗(yàn)力壓入試樣表面，按規(guī)定保持一定時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量壓痕兩對(duì)角線長(zhǎng)度，如圖1－4所示。維氏硬度值用四棱錐壓痕單位面積上所承受的平均壓力表示，符號(hào)ＨＶ。
⑵ 常用試驗(yàn)力及其適用范圍
維氏硬度試驗(yàn)所用試驗(yàn)力視其試件大小、薄厚及其它條件，可在49.03－980.7Ｎ的范圍內(nèi)選擇試驗(yàn)力。常用的試驗(yàn)力有49.03、98.07、196.1、294.2、490.3、980.7Ｎ。
ＨＶ符號(hào)前面的數(shù)字為硬度值，后面依次用相應(yīng)數(shù)字注明試驗(yàn)力和試驗(yàn)力保持時(shí)間（10－15s不標(biāo)注）。如６４０／ＨＶ３０／２０,表示30kgf (294.2N) 試驗(yàn)力，保持時(shí)間為20s測(cè)得維氏硬度值為640。
維氏硬度法適用范圍寬，尤其適用于測(cè)定金屬鍍層、薄片金屬及化學(xué)熱處理后的表面硬度，其結(jié)果精確可靠。當(dāng)試驗(yàn)力小于0.2 kgf （1.961Ｎ）時(shí)，可用于測(cè)量金相組織中不同相的硬度。
⑶ 試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：①與布氏、洛氏硬度試驗(yàn)比較，維氏硬度試驗(yàn)不存在試驗(yàn)力與壓頭直徑有一定比例關(guān)系的約束； ②不存在壓頭變形問(wèn)題； ③壓痕輪廓清晰，采用對(duì)角線長(zhǎng)度計(jì)量，精確可靠，硬度值誤差較小。適于各種硬度值的測(cè)量；壓痕小，可測(cè)表面硬化層。
缺點(diǎn)：其硬度值需要先測(cè)量對(duì)角線長(zhǎng)度，然后經(jīng)計(jì)算或查表確定，故效率不如洛氏硬度試驗(yàn)高。
4．顯微硬度（HM）――壓力小于10kg的HV，可測(cè)組成相的硬度。
5. 硬度之間互換的關(guān)系：
200 - 600HBS時(shí)： 10HRc ≈ HBS
硬度小于450HBS時(shí)： HBS ≈ HV
§1-2 動(dòng)載時(shí)材料的機(jī)械性能
一、沖擊韌性（impact toughness）
—— 材料抵抗沖擊載荷的能力
aku = 沖擊破壞所消耗的功 Ak / 試樣斷口截面積 F
( J/cm2 或 MJ/m2 ) Ak——變形功及斷裂功（ J ）
1. 影響因素 ：材料、T、試樣大小、缺口形狀等。 脆性轉(zhuǎn)變溫度 TK
2. 應(yīng)用 —— 汽車(chē)緊急制動(dòng)；蒸汽錘；沖床等動(dòng)載荷。
3. 脆性材料 —— 斷裂前無(wú)明顯變形，斷口呈結(jié)晶狀，有金屬光澤。
4. 韌性材料 —— 斷裂前明顯塑變，斷口呈灰色纖維狀，無(wú)光澤。
二、疲勞強(qiáng)度
疲勞： 材料在交變應(yīng)力作用下，在遠(yuǎn)小于強(qiáng)度極限，甚至小于屈服極限的應(yīng)力下發(fā)生斷裂。 疲勞占失效零件的70%以上，80%的斷裂由疲勞造成。
疲勞極限：材料能承受的無(wú)數(shù)次循環(huán)而不斷裂的最大應(yīng)力值。對(duì)稱(chēng)彎曲疲勞強(qiáng)度σ-1
疲勞原因 —— 劃痕、內(nèi)應(yīng)力集中引起微裂紋展
影響因素：循環(huán)應(yīng)力特征、溫度、材料成分和組織、夾雜物、表面狀態(tài)、殘余應(yīng)力等。
（ 陶瓷、高分子材料的疲勞抗力很低；金屬材料，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料疲勞強(qiáng)度較高。）
§1-3 高溫下的機(jī)械性能
溫度升高 → 硬度、強(qiáng)度、彈性模量下降；塑性、韌性增加。
蠕變 —— 常溫下工作的有機(jī)材料，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，應(yīng)變量緩慢增加，甚至發(fā)生斷裂。
§1-4 斷裂韌性 KIC
低應(yīng)力脆斷 —— 應(yīng)力遠(yuǎn)小于屈服強(qiáng)度時(shí)發(fā)生突然脆性斷裂
機(jī)理 —— 微裂紋、缺陷、應(yīng)力集中 → 裂紋擴(kuò)展 →失穩(wěn)擴(kuò)展 。
斷裂韌性 —— 裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展抗力
影響因素 —— 成分、熱處理、加工工藝。
§1-5 工藝性能
——是力學(xué)性能、物理、化學(xué)性能的綜合
1. 鑄造性：包括流動(dòng)性、收縮性、熱裂傾向性、偏析等。
2. 鍛造性：包括可鍛性、冷墩性、沖壓性、鍛后冷卻要求等
碳鋼的可鍛性： 低碳鋼 ＞中碳鋼 ＞高碳鋼
低合金鋼的可鍛性近似于中碳鋼；
高合金鋼的可鍛性比碳鋼差。
3.焊接性：是指它在一定生產(chǎn)條件下接受焊接的能力，一般以焊接不出現(xiàn)裂縫、氣孔或其它缺陷來(lái)衡量。
4.切削加工：一般以切削抗力大小、加工零件表面粗糙度、
加工時(shí)切屑排除難易及刃機(jī)具磨損大小來(lái)衡量、。
脆性?xún)A向、氧化脫碳傾向等。
(切削加工的合適硬度為160-230HB)
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