2材料力学指标
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等）
2、冲击试样 3、试验原理
U形缺口和V形缺口
将标准试样放在试验机的支座上，缺口 背向摆锤的冲击方向，将质量为G的摆锤升 至高度H1，然后自由落下，冲断试样，摆锤 升至高度H2，试验机表盘上的数值为冲击吸 收功（Ak=mg(H1-H2)。
冲击韧度 αK =AK/F
五 疲劳强度
1.疲劳现象：承受载荷的大小或方向随时间作周期性变化的 载荷叫交变载荷。在交变应力作用下，工件（轴、弹簧、轴 承、齿轮等）发生断裂时的应力往往在远小于强度极限，甚 至小于屈服极限的应力。大约80%机件破断是疲劳造成的。
（1）试验简单、方便、迅速（2）压痕小，可测成品、薄件（3）数据 不够准确，应测三点取平均值（4）不应用于测组织不均匀材料，如铸 铁。
4、测量范围
用于测量淬火钢、硬质合金等材料.
硬度标 压头类型 总试验 力(N) 尺 HRC 120°金 1471.0 刚石圆 锥体 ø1/16钢 980.7 球 120 °金 588.4 刚石圆 锥体
3）、焊接性能 是指能否将金属用一定的焊接方法，焊成优 良接头的性能．它可以通过焊接试验来评定，其主要标准是 产生裂缝的可能性和裂纹的多少，以及有无气孔产生。 4）、金属的切削加工性能 是指能否将金属用刀具切削成具 有一定的精度和表面粗糙度的零件的性能。
•
•
金属切削性能的好环，主要与金属材料的硬度、韧性、化 学成分和加工硬化程度等有关。
×
100%
（新标准：Z）
A0:试件原横截面积。 A1:断裂后颈缩处的最小横截面积，用卡尺直接量出。
三、 硬度
1、定义：指金属材料表面抵抗局部变形（塑性变形、 压痕、划痕）的能力。它是衡量材料软硬程度的指标， 常用压入法试验来获取数值。
2、硬度的测试方法 （1）布氏硬度 HBS（Brinell Hardness)新国标HBW （2）洛氏硬度 HR (Rockwell Hardness) （3）维氏硬度 HV
1943年美国T-2油轮发生断裂
2.疲劳曲线与疲劳强度
• 试验证明，金属材料所受最大交变应力σ 变应力σ 曲线 。
max
愈大，则断
裂前所受的循环周次N（定义为疲劳寿命）愈少，这种交
max
与疲劳寿命N的关系曲线称疲劳曲线或σ —N
• 工程上规定，材料经受相当循环周次不发生断裂的最大应
力称为疲劳强度，以符号σ
金属材料力学性能
指金属材料在外力作用下表现出来的性能，主要有强度、刚 度、塑性、弹性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。
二、 强度与塑性
1、材料的拉伸曲线
1、oe段：直线、弹性变形阶段
2、es段：曲线、弹性变形+塑性变形 阶段 3、s s’段：水平锯齿线（略有波动） 明显的塑性变形屈服现象，作用的力基 本不变，试样连续伸长-屈服阶段。
二洛氏硬度二洛氏硬度3优缺点1试验简单方便迅速2压痕小可测成品薄件3数据不够准确应测三点取平均值4不应用于测组织不均匀材料如铸压头类型总试验硬度值有效范围应用举例hrc120金刚石圆锥体147102067hrc一般淬火钢件hrb116钢980725100hrb软钢退火钢铜合金等hra120刚石圆锥体58846085hra硬质合金表面淬火钢等1维氏硬度试验原理
4、s’b曲线：均匀塑性变形-强化阶段
5、bd段：缩颈阶段-出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小，试样承 载能力降低，b点时拉伸力达到最大值，试样到达d点即断裂。
2、强度的指标
强度指金属材料在外力作用下抵抗破坏（塑性变形和断裂）的能力 。 1、屈服强度
σ s = Fs/A 符号： σs 材料产生屈服现象时的最小应力（新标准：R
原理: 用顶角为1200金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力（初始试验力 F0和主试验力F）的作用下压入试样表面，经规定时间后卸除主试验力F， 保持F0，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬度试验。
2、洛氏硬度值 3、优缺点
用测量的残余压痕深度表示（HRA、HRB、HRC）。
可从表盘上直接读出。如：50HRC
（一）、布氏硬度
1、布氏硬度试验（布氏硬度计）
原理:用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力 压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量 材料表面压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。
2、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。 如：120HBS 500HBW(硬质合金球，新标准使用) 3、优缺点
（1）测量值较准确、稳定，重复性强,可测组织粗大、不均匀材料 （铸铁）；（2）可测的硬度值不高（<650HBS）；（3）不测试成品 与薄件；（4）测量费时，效率低。
4、测量范围
用于测量原材料或半成品，适用于测量灰铸铁、结构钢、有色 金属及非金属材料等.
（二）、洛氏硬度
1、洛氏硬度试验（洛氏硬度计）
-1表示。
钢铁材料：107次
1
2ห้องสมุดไป่ตู้
非铁合金：108次
n
-1
N1 N2 Nn
Nc
N
疲劳曲线
部分工程材料的疲劳强度σ
-1（MPa）
课题二 金属的工艺性能
金属的工艺性能 指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加工和 热处理的性能。 由金属原材料到制成零件成品，需要经过多道加工工序， 其中又分为冷、热加工。具体有铸造、压力加工(锻造、轧 制、冲压、拉拔等)、焊接、热处理、切削加工等。按金属 适应各种加工的可能和难易程度，常分为铸造性能、锻造 性能、焊接性能、冲压性能、切削加工性能和热处理工艺 性能等。
•
一般比较理想的切削加工硬度为l60HBS～230HBS。硬度 太低．材料韧性太强，切削时容易”粘刀”；硬度太高，切 削时容易磨损刀具：表面抗力大，则切削量太小。但是，不 同的切削方法有不同的具体要求．如磨削要求金属的硬度要 高些，铣齿又要求材料硬度、韧性不能太高。
硬度值有效 范围 20～67HRC
应用举例
一般淬火钢件
HRB HRA
25--100HRB 60～85HRA
软钢、退火钢、 铜合金等 硬质合金、表 面淬火钢等
（三）、维氏硬度
1、维氏硬度试验
原理:用夹角为136°的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F （49.03-980.07N）压入试样表面，保持规定的时间后，卸除压力，测出 压痕两对角线长度d的算术平均值来计算硬度。
1）、金属的铸造性能，是指能否将金属材料用铸造方法制 成优良铸件的性能．它取决于铸造金属的流动性和收缩性和 偏析倾向。 铸造是将熔化的金属或合金，注入铸型型腔内以获得相应铸 件的工艺方法。
2）、压力加工性能（锻造与冲压），是指能否用压力加工 方法将金属加工成优良工件的性能。金属压力加工性能的好 环，主要取决于金属本身塑性的好坏和变形抗力的大小。
概 述
• 一、金属材料及其性能的概念 1.金属的含义 金属是一种具有光泽（即对可见光强烈反射）、富有延展性、容易导电、 导热等性质的物质。金属分子之间的连结是金属键。在自然界中，绝 大多数金属以化合态存在，少数金属例如金、铂、银、铋以游离态存 在。（一元素不与其他种元素化合,而能单独存在的状态）。金属矿物 多数是氧化物及硫化物。 金属又有纯金属和合金之分。合金是指以金 属为基础，加入其他金属或非金属元素，具有金属特性的物质。
2.金属材料的分类
钢
黑色金属
纯铁 生铁
有色金属 铜 、铝、锡、锌等
3、金属材料的性能
使用性能： 指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性 能、物理性能和化学性能。 工艺性能： 指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加 工和热处理的性能。
包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削 加工性能和热处理工艺性能等。
eH、ReL）
Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（N） A ：试样原始横截面积（mm）
σs常用作塑性材料的选材和设计的依据。
2、抗拉强度
指试样拉断前所承受的最大拉应力。
σ
b=
Fb/A
当材料的内应力σ ＞σ b时，材料将产生断裂。 （新标准：Rm）
σ
b常用作脆性材料的选材和设计的依据。
3、塑性指标
塑性是材料在静载荷作用下产生永久变形而不破坏的能力。评定指标是 伸长率δ和断面收缩率ψ 。
1、伸长率 指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。
δ=(L1-L0)/L0 ×100%（新标准：A）
δ＜ 5% 脆性材料
δ≥ 5%
塑性材料
L0:标距 L1:拉断后的试件标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。 2、断面收缩率 指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。
ψ =(A0-A1)/A0
2、维氏硬度值
用压痕对角线长度表示。如：640HV。
3、优缺点
（1）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）；（2）可测 成品与薄件；（3）试样表面要求高、费工。
4、测量范围
常用于测薄件、镀层、化学热处理（渗碳、渗氮）后的表层等。
四、 冲击韧度
1、定义：指金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能 力，常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定。（炮管、冷冲模
2、冲击试样 3、试验原理
U形缺口和V形缺口
将标准试样放在试验机的支座上，缺口 背向摆锤的冲击方向，将质量为G的摆锤升 至高度H1，然后自由落下，冲断试样，摆锤 升至高度H2，试验机表盘上的数值为冲击吸 收功（Ak=mg(H1-H2)。
冲击韧度 αK =AK/F
五 疲劳强度
1.疲劳现象：承受载荷的大小或方向随时间作周期性变化的 载荷叫交变载荷。在交变应力作用下，工件（轴、弹簧、轴 承、齿轮等）发生断裂时的应力往往在远小于强度极限，甚 至小于屈服极限的应力。大约80%机件破断是疲劳造成的。
（1）试验简单、方便、迅速（2）压痕小，可测成品、薄件（3）数据 不够准确，应测三点取平均值（4）不应用于测组织不均匀材料，如铸 铁。
4、测量范围
用于测量淬火钢、硬质合金等材料.
硬度标 压头类型 总试验 力(N) 尺 HRC 120°金 1471.0 刚石圆 锥体 ø1/16钢 980.7 球 120 °金 588.4 刚石圆 锥体
3）、焊接性能 是指能否将金属用一定的焊接方法，焊成优 良接头的性能．它可以通过焊接试验来评定，其主要标准是 产生裂缝的可能性和裂纹的多少，以及有无气孔产生。 4）、金属的切削加工性能 是指能否将金属用刀具切削成具 有一定的精度和表面粗糙度的零件的性能。
•
•
金属切削性能的好环，主要与金属材料的硬度、韧性、化 学成分和加工硬化程度等有关。
×
100%
（新标准：Z）
A0:试件原横截面积。 A1:断裂后颈缩处的最小横截面积，用卡尺直接量出。
三、 硬度
1、定义：指金属材料表面抵抗局部变形（塑性变形、 压痕、划痕）的能力。它是衡量材料软硬程度的指标， 常用压入法试验来获取数值。
2、硬度的测试方法 （1）布氏硬度 HBS（Brinell Hardness)新国标HBW （2）洛氏硬度 HR (Rockwell Hardness) （3）维氏硬度 HV
1943年美国T-2油轮发生断裂
2.疲劳曲线与疲劳强度
• 试验证明，金属材料所受最大交变应力σ 变应力σ 曲线 。
max
愈大，则断
裂前所受的循环周次N（定义为疲劳寿命）愈少，这种交
max
与疲劳寿命N的关系曲线称疲劳曲线或σ —N
• 工程上规定，材料经受相当循环周次不发生断裂的最大应
力称为疲劳强度，以符号σ
金属材料力学性能
指金属材料在外力作用下表现出来的性能，主要有强度、刚 度、塑性、弹性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。
二、 强度与塑性
1、材料的拉伸曲线
1、oe段：直线、弹性变形阶段
2、es段：曲线、弹性变形+塑性变形 阶段 3、s s’段：水平锯齿线（略有波动） 明显的塑性变形屈服现象，作用的力基 本不变，试样连续伸长-屈服阶段。
二洛氏硬度二洛氏硬度3优缺点1试验简单方便迅速2压痕小可测成品薄件3数据不够准确应测三点取平均值4不应用于测组织不均匀材料如铸压头类型总试验硬度值有效范围应用举例hrc120金刚石圆锥体147102067hrc一般淬火钢件hrb116钢980725100hrb软钢退火钢铜合金等hra120刚石圆锥体58846085hra硬质合金表面淬火钢等1维氏硬度试验原理
4、s’b曲线：均匀塑性变形-强化阶段
5、bd段：缩颈阶段-出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小，试样承 载能力降低，b点时拉伸力达到最大值，试样到达d点即断裂。
2、强度的指标
强度指金属材料在外力作用下抵抗破坏（塑性变形和断裂）的能力 。 1、屈服强度
σ s = Fs/A 符号： σs 材料产生屈服现象时的最小应力（新标准：R
原理: 用顶角为1200金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力（初始试验力 F0和主试验力F）的作用下压入试样表面，经规定时间后卸除主试验力F， 保持F0，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬度试验。
2、洛氏硬度值 3、优缺点
用测量的残余压痕深度表示（HRA、HRB、HRC）。
可从表盘上直接读出。如：50HRC
（一）、布氏硬度
1、布氏硬度试验（布氏硬度计）
原理:用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力 压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量 材料表面压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。
2、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。 如：120HBS 500HBW(硬质合金球，新标准使用) 3、优缺点
（1）测量值较准确、稳定，重复性强,可测组织粗大、不均匀材料 （铸铁）；（2）可测的硬度值不高（<650HBS）；（3）不测试成品 与薄件；（4）测量费时，效率低。
4、测量范围
用于测量原材料或半成品，适用于测量灰铸铁、结构钢、有色 金属及非金属材料等.
（二）、洛氏硬度
1、洛氏硬度试验（洛氏硬度计）
-1表示。
钢铁材料：107次
1
2ห้องสมุดไป่ตู้
非铁合金：108次
n
-1
N1 N2 Nn
Nc
N
疲劳曲线
部分工程材料的疲劳强度σ
-1（MPa）
课题二 金属的工艺性能
金属的工艺性能 指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加工和 热处理的性能。 由金属原材料到制成零件成品，需要经过多道加工工序， 其中又分为冷、热加工。具体有铸造、压力加工(锻造、轧 制、冲压、拉拔等)、焊接、热处理、切削加工等。按金属 适应各种加工的可能和难易程度，常分为铸造性能、锻造 性能、焊接性能、冲压性能、切削加工性能和热处理工艺 性能等。
•
一般比较理想的切削加工硬度为l60HBS～230HBS。硬度 太低．材料韧性太强，切削时容易”粘刀”；硬度太高，切 削时容易磨损刀具：表面抗力大，则切削量太小。但是，不 同的切削方法有不同的具体要求．如磨削要求金属的硬度要 高些，铣齿又要求材料硬度、韧性不能太高。
硬度值有效 范围 20～67HRC
应用举例
一般淬火钢件
HRB HRA
25--100HRB 60～85HRA
软钢、退火钢、 铜合金等 硬质合金、表 面淬火钢等
（三）、维氏硬度
1、维氏硬度试验
原理:用夹角为136°的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F （49.03-980.07N）压入试样表面，保持规定的时间后，卸除压力，测出 压痕两对角线长度d的算术平均值来计算硬度。
1）、金属的铸造性能，是指能否将金属材料用铸造方法制 成优良铸件的性能．它取决于铸造金属的流动性和收缩性和 偏析倾向。 铸造是将熔化的金属或合金，注入铸型型腔内以获得相应铸 件的工艺方法。
2）、压力加工性能（锻造与冲压），是指能否用压力加工 方法将金属加工成优良工件的性能。金属压力加工性能的好 环，主要取决于金属本身塑性的好坏和变形抗力的大小。
概 述
• 一、金属材料及其性能的概念 1.金属的含义 金属是一种具有光泽（即对可见光强烈反射）、富有延展性、容易导电、 导热等性质的物质。金属分子之间的连结是金属键。在自然界中，绝 大多数金属以化合态存在，少数金属例如金、铂、银、铋以游离态存 在。（一元素不与其他种元素化合,而能单独存在的状态）。金属矿物 多数是氧化物及硫化物。 金属又有纯金属和合金之分。合金是指以金 属为基础，加入其他金属或非金属元素，具有金属特性的物质。
2.金属材料的分类
钢
黑色金属
纯铁 生铁
有色金属 铜 、铝、锡、锌等
3、金属材料的性能
使用性能： 指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性 能、物理性能和化学性能。 工艺性能： 指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加 工和热处理的性能。
包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削 加工性能和热处理工艺性能等。
eH、ReL）
Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（N） A ：试样原始横截面积（mm）
σs常用作塑性材料的选材和设计的依据。
2、抗拉强度
指试样拉断前所承受的最大拉应力。
σ
b=
Fb/A
当材料的内应力σ ＞σ b时，材料将产生断裂。 （新标准：Rm）
σ
b常用作脆性材料的选材和设计的依据。
3、塑性指标
塑性是材料在静载荷作用下产生永久变形而不破坏的能力。评定指标是 伸长率δ和断面收缩率ψ 。
1、伸长率 指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。
δ=(L1-L0)/L0 ×100%（新标准：A）
δ＜ 5% 脆性材料
δ≥ 5%
塑性材料
L0:标距 L1:拉断后的试件标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。 2、断面收缩率 指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。
ψ =(A0-A1)/A0
2、维氏硬度值
用压痕对角线长度表示。如：640HV。
3、优缺点
（1）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）；（2）可测 成品与薄件；（3）试样表面要求高、费工。
4、测量范围
常用于测薄件、镀层、化学热处理（渗碳、渗氮）后的表层等。
四、 冲击韧度
1、定义：指金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能 力，常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定。（炮管、冷冲模