三、金屬材料的工程性能
（一）力學(xué)性能是結(jié)構(gòu)件選材的主要依據(jù)。其中包括強(qiáng)度、剛度、塑性、韌性、硬度等（三度兩性）。
強(qiáng)度
主要有比例極限、彈性極限、屈服極限及強(qiáng)度極限。（把握“極限”兩個(gè)字）
剛度
反映了材料抵抗彈性變形的能力。主要是彈性模量，數(shù)值上等于產(chǎn)生單位應(yīng)變所需要的應(yīng)力。（舉例：橡膠的剛度就很差，因?yàn)榉浅Ｈ菀鬃冃危?BR> 塑性
衡量材料延展性性能的指標(biāo)，包括伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。（黃金的塑形好，可以制成很薄的金箔）
韌性
衡量材料承受沖擊載荷的能力。韌性是材料破壞所需要的功。主要指標(biāo)是沖擊韌度，代表材料缺口處單位面積上所消耗的沖擊功。
硬度
表明材料表面在一個(gè)小體積范圍內(nèi)抵抗彈性變形、塑性變形或破裂的能力。常采用壓痕深度或壓痕單位表面積所承受的載荷作為硬度值高低的指標(biāo)。布式、洛式和維式硬度。
黑色金屬材料力學(xué)性能的影響因素。
1.含碳量的影響：鋼的含碳量越高，材料的強(qiáng)度和硬度越高，塑性降低。
2.合金元素的影響：
鉻可以提高鋼的硬度、耐磨性、沖擊韌性和淬透性；
錳可以提高鋼的強(qiáng)度和淬透性；
鎳可以提高鋼的強(qiáng)度、耐熱性和耐蝕性；
鎢可以提高鋼的硬度和韌性。
3.溫度的影響：高溫下強(qiáng)度和硬度隨溫度升高而降低，塑性增高。
4.熱處理的影響：不同的熱處理工藝會(huì)使鋼的工程性能產(chǎn)生不同程度的變化。
（二）材料的工藝性能。材料的工藝性能主要指鑄造性、可鍛性、可焊性以及切削加工性等（能否容易被加工的性能）。
（三）在機(jī)械工程行業(yè)中，物理化學(xué)性能不是主要參數(shù)，但是在某些情況下，也必須考慮。
材料的物理性能，主要包括密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性及磁性等。
材料的化學(xué)性能，主要包括耐腐蝕性、抗氧化性、以及熱化學(xué)穩(wěn)定性等。
四、材料的選用原則
（一）使用要求
考慮的主要因素是零件的工作和受載情況、對(duì)零件尺寸和重量的限制以及零件的重要程度。
若零件的尺寸取決于強(qiáng)度，且尺寸和重量又受到某些限制時(shí)，應(yīng)選用強(qiáng)度較高的材料。
若零件的尺寸取決于接觸強(qiáng)度，應(yīng)選用可以進(jìn)行表面強(qiáng)化處理的材料，如調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼、滲氮鋼等。
若零件的尺寸取決于剛度，則應(yīng)選用彈性模量較大的材料。
滑動(dòng)摩擦下工作的零件，為減小阻力應(yīng)選用減摩性能好的材料。
高溫下工作的零件，應(yīng)選用耐熱材料。
腐蝕介質(zhì)中工作的零件應(yīng)選用耐腐蝕材料。
采取適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?，可以充分發(fā)揮材料的潛力。
（二）工藝要求
主要涉及到工藝方法、生產(chǎn)條件以及毛坯的制取方法。
（三）對(duì)經(jīng)濟(jì)要求的考慮
不應(yīng)片面選用優(yōu)質(zhì)材料。在滿足使用和工藝要求前提下，應(yīng)選用普通材料和價(jià)格低廉的材料，以降低生產(chǎn)成本?！ ?BR> 【例題·單選題】對(duì)于優(yōu)質(zhì)碳素鋼，其硫（S）、磷（P）含量均低于（?。?。
A.0.035%
B.0.40%
C.0.35%
D.0.040%
『正確答案』A
『答案解析』優(yōu)質(zhì)的碳素鋼，S、P的含量均小于0.035%
【例題·多選題】金屬材料的塑性指標(biāo)主要有（?。?BR> A.彈性極限
B.斷面收縮率
C.彈性模量
D.伸長(zhǎng)率
E.比例極限
『正確答案』BD
『答案解析』塑性指標(biāo)是衡量材料延展性性能的指標(biāo)，包括伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。
【例題·多選題】某黑色金屬材料的牌號(hào)為QT500-7，這表示該材料（?。?。
A.是普通碳素結(jié)構(gòu)鋼
B.最小伸長(zhǎng)率為7%
C.最低抗拉強(qiáng)度為500Mpa
D.是球墨鑄鐵
E.屈服極限為500Mpa
『正確答案』BCD
『答案解析』QT表示的是球墨鑄鐵、500表示最低抗拉強(qiáng)度為500MPa，最小伸長(zhǎng)率為7%。注意，這里很容易和普通碳素結(jié)構(gòu)鋼混淆，普通碳素結(jié)構(gòu)鋼是用Q表示，后面跟的數(shù)字是“屈服極限數(shù)值”。
【例題·單選題】（2008年）下列金屬材料的工程性能中，屬于工藝性能的是（?。?BR> A.抗疲勞性
B.耐熱性
C.可鍛性
D.耐磨性
『正確答案』C
『答案解析』材料的工藝性能主要指可鑄造性、可鍛性、可焊性以及可切屑加工性。
（一）力學(xué)性能是結(jié)構(gòu)件選材的主要依據(jù)。其中包括強(qiáng)度、剛度、塑性、韌性、硬度等（三度兩性）。
強(qiáng)度
主要有比例極限、彈性極限、屈服極限及強(qiáng)度極限。（把握“極限”兩個(gè)字）
剛度
反映了材料抵抗彈性變形的能力。主要是彈性模量，數(shù)值上等于產(chǎn)生單位應(yīng)變所需要的應(yīng)力。（舉例：橡膠的剛度就很差，因?yàn)榉浅Ｈ菀鬃冃危?BR> 塑性
衡量材料延展性性能的指標(biāo)，包括伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。（黃金的塑形好，可以制成很薄的金箔）
韌性
衡量材料承受沖擊載荷的能力。韌性是材料破壞所需要的功。主要指標(biāo)是沖擊韌度，代表材料缺口處單位面積上所消耗的沖擊功。
硬度
表明材料表面在一個(gè)小體積范圍內(nèi)抵抗彈性變形、塑性變形或破裂的能力。常采用壓痕深度或壓痕單位表面積所承受的載荷作為硬度值高低的指標(biāo)。布式、洛式和維式硬度。
黑色金屬材料力學(xué)性能的影響因素。
1.含碳量的影響：鋼的含碳量越高，材料的強(qiáng)度和硬度越高，塑性降低。
2.合金元素的影響：
鉻可以提高鋼的硬度、耐磨性、沖擊韌性和淬透性；
錳可以提高鋼的強(qiáng)度和淬透性；
鎳可以提高鋼的強(qiáng)度、耐熱性和耐蝕性；
鎢可以提高鋼的硬度和韌性。
3.溫度的影響：高溫下強(qiáng)度和硬度隨溫度升高而降低，塑性增高。
4.熱處理的影響：不同的熱處理工藝會(huì)使鋼的工程性能產(chǎn)生不同程度的變化。
（二）材料的工藝性能。材料的工藝性能主要指鑄造性、可鍛性、可焊性以及切削加工性等（能否容易被加工的性能）。
（三）在機(jī)械工程行業(yè)中，物理化學(xué)性能不是主要參數(shù)，但是在某些情況下，也必須考慮。
材料的物理性能，主要包括密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性及磁性等。
材料的化學(xué)性能，主要包括耐腐蝕性、抗氧化性、以及熱化學(xué)穩(wěn)定性等。
四、材料的選用原則
（一）使用要求
考慮的主要因素是零件的工作和受載情況、對(duì)零件尺寸和重量的限制以及零件的重要程度。
若零件的尺寸取決于強(qiáng)度，且尺寸和重量又受到某些限制時(shí)，應(yīng)選用強(qiáng)度較高的材料。
若零件的尺寸取決于接觸強(qiáng)度，應(yīng)選用可以進(jìn)行表面強(qiáng)化處理的材料，如調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼、滲氮鋼等。
若零件的尺寸取決于剛度，則應(yīng)選用彈性模量較大的材料。
滑動(dòng)摩擦下工作的零件，為減小阻力應(yīng)選用減摩性能好的材料。
高溫下工作的零件，應(yīng)選用耐熱材料。
腐蝕介質(zhì)中工作的零件應(yīng)選用耐腐蝕材料。
采取適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?，可以充分發(fā)揮材料的潛力。
（二）工藝要求
主要涉及到工藝方法、生產(chǎn)條件以及毛坯的制取方法。
（三）對(duì)經(jīng)濟(jì)要求的考慮
不應(yīng)片面選用優(yōu)質(zhì)材料。在滿足使用和工藝要求前提下，應(yīng)選用普通材料和價(jià)格低廉的材料，以降低生產(chǎn)成本?！ ?BR> 【例題·單選題】對(duì)于優(yōu)質(zhì)碳素鋼，其硫（S）、磷（P）含量均低于（?。?。
A.0.035%
B.0.40%
C.0.35%
D.0.040%
『正確答案』A
『答案解析』優(yōu)質(zhì)的碳素鋼，S、P的含量均小于0.035%
【例題·多選題】金屬材料的塑性指標(biāo)主要有（?。?BR> A.彈性極限
B.斷面收縮率
C.彈性模量
D.伸長(zhǎng)率
E.比例極限
『正確答案』BD
『答案解析』塑性指標(biāo)是衡量材料延展性性能的指標(biāo)，包括伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。
【例題·多選題】某黑色金屬材料的牌號(hào)為QT500-7，這表示該材料（?。?。
A.是普通碳素結(jié)構(gòu)鋼
B.最小伸長(zhǎng)率為7%
C.最低抗拉強(qiáng)度為500Mpa
D.是球墨鑄鐵
E.屈服極限為500Mpa
『正確答案』BCD
『答案解析』QT表示的是球墨鑄鐵、500表示最低抗拉強(qiáng)度為500MPa，最小伸長(zhǎng)率為7%。注意，這里很容易和普通碳素結(jié)構(gòu)鋼混淆，普通碳素結(jié)構(gòu)鋼是用Q表示，后面跟的數(shù)字是“屈服極限數(shù)值”。
【例題·單選題】（2008年）下列金屬材料的工程性能中，屬于工藝性能的是（?。?BR> A.抗疲勞性
B.耐熱性
C.可鍛性
D.耐磨性
『正確答案』C
『答案解析』材料的工藝性能主要指可鑄造性、可鍛性、可焊性以及可切屑加工性。