金属材料力学性能
金属材料的力学性能
(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 600HBS1/30/20
它是设计和选材的主要依据之一，是工程技术上的主要强度。
二、刚度和弹性 由图1-2可测出材料的弹性模量，即可确定该材料的刚度和弹性。弹性模量
是指金属材料在弹性状态下的应力与应变的比值，即
在应力-应变曲线上，弹性模量就是试样在弹性变形阶段线段的斜率。它表 示了金属材料抵抗弹性变形的能力，工程上将材料抵抗弹性变形的能力称为刚 度。
金属材料的力学性能
材料的力学性能，是指材料在外力(载荷)作用下所表现出来的性能，或称机 械性能，包括强度、刚性、弹性、塑性、硬度及疲劳强度。
一、强度 金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。抵抗外力的能力越大，则强
度越强。 依据载荷的不同，可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度以及抗
扭强度等几种。
1、拉伸试样
Hale Waihona Puke 2、材料的拉伸曲线oe——弹性变形阶段：变形量与外加载荷成正比，当载荷去掉后试样变形 完全恢复。
es——屈服阶段：此阶段伴随着弹性变形，还发生了塑性变形，当去除载 荷后，试样部分形变恢复，还有一部分形变不能恢复，将这部分不能恢复的形 变称为塑性变形。s为屈服点。
sd——明显塑性变形阶段：该阶段中载荷不再增加或是微量增加，试样却 继续变形。
2、洛氏硬度值 用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。如： 50HRC
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能任何机械零件或工具，在使用过程中，往往要受到各种形式外力的作用。
如起重机上的钢索，受到悬吊物拉力的作用；柴油机上的连杆，在传递动力时，不仅受到拉力的作用，而且还受到冲击力的作用；轴类零件要受到弯矩、扭力的作用等等。
这就要求金属材料必须具有一种承受机械荷而不超过许可变形或不破坏的能力。
这种能力就是材料的力学性能。
金属表现来的诸如弹性、强度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料材料在外力作用下表现出力学性能的指标。
钢材力学性能是保证钢材最终使用性能（机械性能）的重要指标，它取决于钢的化学成分和热处理制度。
在钢管标准中，根据不同的使用要求，规定了拉伸性能（抗拉强度、屈服强度或屈服点、伸长率）以及硬度、韧性指标，还有用户要求的高、低温性能等。
金属材料的机械性能1、弹性和塑性：弹性：金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能恢复其原来形状的性能。
力和变形同时存在、同时消失。
如弹簧：弹簧靠弹性工作。
塑性：金属材料受外力作用时产生永久变形而不至于引起破坏的性能。
（金属之间的连续性没破坏）塑性大小以断裂后的塑性变形大小来表示。
塑性变形：在外力消失后留下的这部分不可恢复的变形。
2、强度：是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。
强度指标一般用单位面积所承受的载荷即力表示，单位为MPa。
工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。
拉伸图：金属材料在拉伸过程中弹性变形、塑性变形直到断裂的全部力学性能可用拉伸图形象地表示出来。
材料在常温、静载作用下的宏观力学性能。
是确定各种工程设计参数的主要依据。
这些力学性能均需用标准试样在材料试验机上按照规定的试验方法和程序测定，并可同时测定材料的应力-应变曲线。
对于韧性材料，有弹性和塑性两个阶段。
弹性阶段的力学性能有：比例极限：应力与应变保持成正比关系的应力最高限。
当应力小于或等于比例极限时，应力与应变满足胡克定律，即应力与应变成正比。
弹性极限：弹性阶段的应力最高限。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能金属材料的力学性能引言：金属材料是一类具有良好力学性能的材料，广泛应用于工业生产和日常生活中。
它们具有高强度、高刚度和良好的塑性变形能力，使其在结构工程中发挥重要作用。
本文将介绍金属材料的力学性能，包括强度、刚度、韧性和延展性等方面的特性。
一、强度强度是金属材料的抵抗外力破坏和变形的能力。
常见的强度指标有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、剪切强度等。
屈服强度是指金属材料开始塑性变形时的应力值，抗拉强度是金属材料抗拉应力下发生断裂的能力，抗压强度是金属材料抗压应力下发生断裂的能力，剪切强度是金属材料发生滑移断裂的能力。
强度与金属材料内部的晶体结构密切相关，晶体间的结合力越强，金属材料的强度越高。
二、刚度刚度是指金属材料抵抗外力变形的能力，也称为弹性模量。
刚度与材料的原子结构相关，原子之间的键合越紧密，材料的刚度就越高。
刚度是测量金属材料在受力作用下的弹性恢复能力。
常见的刚度指标是杨氏模量和剪切模量，取决于金属材料中原子之间的键合性质和晶体结构。
三、韧性韧性是指金属材料在受力作用下能够吸收大量能量而不断裂的能力。
韧性是将金属材料弯曲、扭转或拉伸时的表现，具有良好的韧性的材料可以获得较大的塑性变形能力。
韧性材料能够在受到冲击或震动时，通过塑性变形来吸收能量，从而减少外界力量对结构的破坏。
韧性与金属材料内部晶粒的细化、晶界的加强以及材料中的组织缺陷等因素有关。
四、延展性延展性是指金属材料在外力作用下能够发生塑性变形，较大程度延长而不发生断裂的能力。
延展性与金属材料的晶粒形态及其排列方式密切相关，也与材料中晶界的运动有关。
延展性较好的材料可以用于制造需要大变形的构件，如容器、管道等。
延展性较差的材料容易发生局部失稳和断裂。
结论：综上所述，金属材料具有优异的力学性能，包括强度、刚度、韧性和延展性等方面的特点。
这些性能是由金属材料的晶体结构和内部组织决定的。
对于不同的应用需求，可以选择不同力学性能的金属材料来满足要求。
金属材料力学性能
低合金钢 奥氏体不锈钢
2.0~2.1 1.9~2.0
几为材料的屈服强度和抗拉强度的比值，即σs/σb。 比值σs/σb对材料成型加工极为重要， 较小的σs/σb值几乎 对所有冲压成型都是有利的，也可以说屈强比小的材料塑性较 高，屈强比高表示材料的抗变形能力较强，不易发生塑性变形。 当然对于可靠性而言, 钢材的屈服强度就应该以接近钢材的拉 伸强度为佳,也就是说 屈强比大的钢材用来做结构零件可靠性 高。
二、金属在冲击载荷下的力学性能
机件在冲击载荷下的失效类型和静 载荷一样，也表现为过量弹性变形、 过量塑性变形和断裂。 在静载荷下，塑性变形比较均匀地 分布在各个晶粒中，而在冲击载荷 下，塑性变形则比较集中在某些局 部区域，这反映了塑性变形是极不 均匀的(图3-1)。
冲击韧性
冲击韧性是指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力， 用冲击吸收功Ak表示。反应材料的韧性。
（5）弹性模量E
工程上为材料的刚度，表征金属材料对弹性变形的抗力，其值愈大，则在相同 应力下产生的弹性变形就愈小。当应变为一个单位时，弹性模量即等于弹性 应力，即弹性模量是产生100％弹性变形所需的应力。
金属材料 铁 铜 铝
铁及低碳钢
E/105MPa 2.17 1.25 0.72 2.0
铸铁
1.7~1.9
1.碳素结构钢：用于制造各种工程构件和机械构件； 2.碳素工具钢：用于各种工具。 牌号则是体现其力学性能，Q+数字表示，其中“Q”为屈服点“屈”字的 汉语拼音字首，数字表示屈服点数值，例如Q275表示屈服点为275MPa。若牌号后 面标注字母A、B、C、D，则表示钢材质量等级不同，含S、P的量依次降低，钢材 质量依次提高。若在牌号后面标注字母“F”则为沸腾钢，标注“b”为半镇静钢， 不标注“F，’或“b”者为镇静钢。例如Q235-A·F表示屈服点为235MPa的A级沸 腾钢，Q235-C表示屈服点为235MPa的C级镇静钢。 Q195、Q215、Q235钢碳的质量分数低，焊接性能好，塑性、韧性好，有 一定强度，常轧制成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等结构和制造普通 铆钉、螺钉、螺母等零件。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能使用性能⎪⎩⎪⎨⎧性）高温。
氧化性（热稳定化学性能：耐蚀性、抗密度、熔点等性、导热性、热膨胀、物理性能：电学性、磁、塑性、韧性、钢度等力学性能：强度、硬度工艺性能⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧切削加工焊接性压力加工（冲压性）铸造性可锻性金属材料的力学性能：金属材料在一定的温度条件和受外力作用下，抵抗变形、断裂的能力称材料的力学性能又称为机械性能。
主要有四大指标：1、 强度指标：抗拉强度b σ 屈服强度s σ：（疲劳强度、屈强比）2、塑性指标⎩⎨⎧断面收缩率伸长率（延伸率）δ 3、硬度指标⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧D HL HV HRC HB ）里氏硬度（）维氏硬度（）洛氏硬度（）布氏强度（ 4、韧性指标⎩⎨⎧IC k k K A a 断裂韧度冲击韧性1、强度指标将规定尺寸的试棒在拉伸实验机上进行静拉伸实验，以测定该试件对外力载荷的抗力，可求强度指标和塑性指标。
（1）拉伸曲线图（2）应力应变图应力0A 外力=σ （单位面积所受力） 应变0L L ∆=ε （单位长度的变形量）对原材料、焊接工艺及焊接试板均有严格的标准进行规定。
对圆形拉伸试样分标准试样和比例试样，每种又分为长试样和短试样⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧==⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===（短）（长）任意选用比例试样：短试样）长试样）标距标准试样：直径006000000065.53.11(5(1020A L A L d d L d L L d （3）拉伸试验分为四个阶段中碳钢 低碳钢（拉伸图） 变形量ΔL （应变ε）σ标距L 0①弹性变形阶段：变形量L ∆与外力（或应变和应力）成正比（即虎克定律）。
该阶段最高值：e '：P σ：称比例极限（即保持直线关系的最大负荷）。
e σ：弹性极限：我们把材料产生最大弹性变形时的应力称由于检测精度，国标规定以残余变形量为0.01%时的应力为弹性极限。
A F e e =σ 应力：单位面积上材料抵抗变形的力称为应力。
金属的力学性能有哪些
金属的力学性能有哪些金属材料的力学性能包括强度、屈服点、抗拉强度、延伸率、断面收缩率、硬度、冲击韧性等。
金属材料力学性能包括其中包括：弹性和刚度、强度、塑性、硬度、冲击韧度、断裂韧度及疲劳强度等，它们是衡量材料性能极其重要的指标。
1、强度：材料在外力（载荷）作用下，抵抗变形和断裂的能力。
材料单位面积受载荷称应力。
2、屈服点（6s）：称屈服强度，指材料在拉抻过程中，材料所受应力达到某一临界值时，载荷不再增加变形却继续增加或产生0.2%L。
时应力值，单位用牛顿/毫米2(N/mm2）表示。
3、抗拉强度（6b）也叫强度极限指材料在拉断前承受最大应力值。
单位用牛顿/毫米2(N/mm2）表示。
如铝锂合金抗拉强度可达689.5MPa 4、延伸率（δ）：材料在拉伸断裂后，总伸长与原始标距长度的百分比。
工程上常将δ≥5%的材料称为塑性材料，如常温静载的低碳钢、铝、铜等；而把δ≤5%的材料称为脆性材料，如常温静载下的铸铁、玻璃、陶瓷等。
5、断面收缩率（Ψ）材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积百分比。
6、硬度：指材料抵抗其它更硬物压力其表面的能力，常用硬度按其范围测定分布氏硬度(HBS、HBW）和洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）。
7、冲击韧性（Ak）：材料抵抗冲击载荷的能力，单位为焦耳/厘米2(J/cm2）。
什么是金属材料金属材料是指具有光泽、延展性、容易导电、传热等性质的材料。
一般分为黑色金属和有色金属两种。
黑色金属包括铁、铬、锰等。
其中钢铁是基本的结构材料，称为“工业的骨骼”。
由于科学技术的进步，各种新型化学材料和新型非金属材料的广泛应用，使钢铁的代用品不断增多，对钢铁的需求量相对下降。
但迄今为止，钢铁在工业原材料构成中的主导地位还是难以取代的。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能是指材料在受到力的作用下的行为和性能。
常见的金属材料（如钢、铝、铜等）具有较高的强度和刚性，具有良好的塑性和延展性。
其主要的力学性能包括以下几个方面：
1. 强度：金属材料的强度是指材料在受到外力作用下抵抗变形和破坏的能力。
常见的强度指标有屈服强度、抗拉强度、抗压强度等。
2. 延展性：金属材料具有较好的延展性，即在受到外力作用下能够发生塑性变形。
延展性可以通过材料的延伸率、断面收缩率等指标来描述。
3. 韧性：金属材料的韧性是指材料能够在承受外力作用下吸收较大的能量而不发生断裂或破坏的能力。
韧性也可以通过断裂韧性、冲击韧性等指标来描述。
4. 硬度：金属材料的硬度是指材料抵抗局部变形和外界划
痕的能力。
硬度可以通过洛氏硬度、布氏硬度等进行测量。
5. 弹性模量：金属材料的弹性模量是指材料在受到外力后，能够恢复到原来形状的能力。
弹性模量可以描述材料的刚
度和变形的程度。
6. 疲劳性能：金属材料的疲劳性能是指材料在受到交替或
重复载荷下的疲劳寿命和抗疲劳性能。
疲劳性能可以通过
疲劳寿命、疲劳极限等指标来描述。
以上是金属材料的一些常见力学性能参数，不同的金属材
料在这些性能方面有所差异。
这些性能参数的好坏直接决
定了金属材料在工程实践中的应用范围和性能优势。
金属材料力学性能
金属材料力学性能
金属材料是一种具有良好力学性能的材料，其力学性能主要包括力学强度、变形能力、抗疲劳性和韧性等。
首先，金属材料具有较高的力学强度。
力学强度是指金属材料在外力作用下能够承受的最大应力。
金属材料的力学强度高，意味着它具有较高的抗拉、抗压和抗弯能力。
这使得金属材料广泛应用于工程结构中，如建筑、桥梁和航空器等。
其次，金属材料具有良好的变形能力。
变形能力是指金属材料在外力作用下发生塑性变形的能力。
金属材料可通过冷加工、热加工和轧制等工艺方法来实现变形，使其形状得到改变。
这种良好的变形能力使金属材料具有可塑性，适用于制造各种形状的工件。
金属材料还具有较好的抗疲劳性能。
抗疲劳性是指金属材料在频繁循环加载下的抗损伤能力。
由于外界应力的作用，金属材料会发生变形和损伤，如果应力循环次数过多，将导致断裂。
但金属材料通常具有较高的抗疲劳极限，可以承受较大的应力循环次数，从而延长其使用寿命。
最后，金属材料具有良好的韧性。
韧性是指材料在受力下发生断裂前能够发生较大的塑性变形。
金属材料的韧性意味着它在受到外界冲击或载荷时能够吸收能量，防止突然断裂。
这种优良的韧性使得金属材料广泛应用于制造安全保护装备，如安全带和防护网等。
总的来说，金属材料具有较高的力学强度、较好的变形能力、良好的抗疲劳性和韧性。
这些力学性能使得金属材料成为广泛使用的工程材料，并在国民经济各个领域发挥着重要作用。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能主要包括以下几个方面：
1. 强度：金属材料的强度是指它抵抗外力的能力。
通常用屈服强度、抗拉强度或抗压强度来表示材料的强度。
2. 延展性：金属材料的延展性是指其在受力下能够发生塑性变形的
能力。
常用的评价指标有伸长率、断面收缩率和断裂延伸率。
3. 硬度：金属材料的硬度是指其抵抗局部划痕或压痕的能力。
常用
的硬度测试方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。
4. 韧性：金属材料的韧性是指其抵抗断裂的能力。
韧性与强度和延
展性密切相关，一般用冲击韧性和断裂韧性来评价材料的韧性。
5. 塑性：金属材料的塑性是指其在受力作用下发生可逆形变的能力。
塑性是金属材料特有的力学性能，它使得金属材料可以制成各种形状。
6. 疲劳性能：金属材料的疲劳性能是指其在交变或周期性载荷下抵抗疲劳损伤的能力。
疲劳性能的评价指标包括疲劳寿命和疲劳极限等。
不同的金属材料具有不同的力学性能，这些性能会受到材料的化学成分、晶体结构、热处理和加工工艺等因素的影响。
因此，在选择和使用金属材料时，需要根据具体的工程要求和环境条件来考虑其力学性能。
金属材料力学性能
常见的金属材料力学性能一. 金属材料相关概念任何机械零件或工具，在使用过程中，往往要受到各种形式的外力作用。
这就要求金属材料必须具有一种承受机械载荷而不超过许可变形或不被破坏的能力；这种能力就是金属材料的力学性能。
诸如金属材料的强度、刚度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料在外力下表现出来的力学性能的指标。
1.1 强度强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。
一般用单位面积所承受的作用力表示，符号为σ，单位为MPa。
工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。
屈服强度是指金属材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力，或开始出现塑性变形时的最低应力值，用σs表示。
抗拉强度是指金属材料在拉力作用下，被拉断前所承受的最大应力值，用σb表示。
对于大多数机械零件，工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是零件强度设计的依据；对于因断裂而失效的零件，则用抗拉强度作为其设计的依据。
1.2 刚度刚度是指金属材料在外力载荷作用下抵抗弹性变形的能力。
对于机械零件要求较高的尺寸稳定性时，需要考虑刚度指标。
1.3 硬度硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力。
几种常用金属材料力学性能一览表材料牌号屈服强度σs/MPa 抗拉强度σb/MPa45 350-550 550-700SKD61 490-685 685-985Cr12MoV 450-650 650-970P20350-550 550-860 S45C/S50C 350-560 560-750Unimax 350-580 580-885SKH51 485-680 680-960注：1.上表中材料的强度数值仅供参考，在不同的热处理工艺及环境下其对应的强度值不同。
二.材料的失效与许用应力通常将材料的强度极限与屈服极限统称为材料的极限应力，用σu 表示。
对于脆性材料强度极限为其唯一强度指标；对于塑性材料，其屈服应力小于强度极限，通常以屈服应力作为极限应力。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能力学性能是指金属材料在受力作用下所表现出的力学行为和性质。
主要包括强度、塑性、韧性、硬度和抗疲劳性等。
以下将对金属材料的这些力学性能进行简要介绍。
首先，强度是指金属材料抵抗外力破坏的能力。
常见的强度指标有屈服强度、抗拉强度和抗压强度等。
屈服强度是材料在受力过程中开始发生塑性变形时的应力值，抗拉强度是金属材料在拉伸试验中抵抗断裂的能力，抗压强度则是抗压试验中材料承受外压力的能力。
这些强度指标决定了金属材料的受力承载能力。
其次，塑性是指金属材料在受力过程中能够产生可逆的永久变形的能力。
塑性是金属材料重要的力学性能，它体现了材料的延展性和可塑性。
常见的塑性指标有延伸率和冷弯性能等。
延伸率是材料在拉伸过程中产生的伸长量与原长度的比值，冷弯性能则是金属材料在室温下能够承受的塑性变形能力。
韧性是指金属材料在受力过程中能够吸收较大的能量而不断进行塑性变形的能力。
韧性是强度和塑性的综合体现，越高的韧性意味着金属材料在遭受外力时能更好地抵抗断裂。
常见的韧性指标有断裂韧性和冲击韧性等。
硬度是指金属材料抵抗外界划伤或压痕的能力，也是反映材料抗外界形变的能力。
硬度是金属材料与其他物质接触时发生形变的抵抗力，常见的硬度测试方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。
抗疲劳性是指金属材料在重复应力加载下抵抗疲劳损伤的能力。
金属材料在长期受到交变载荷时会发生疲劳破坏，抗疲劳性能反映了材料的疲劳寿命和稳定性。
常见的抗疲劳性指标有疲劳极限和疲劳寿命等。
综上所述，金属材料的力学性能包括强度、塑性、韧性、硬度和抗疲劳性等方面。
不同的金属材料在这些方面有着不同的特点和应用范围，因此在实际应用中需要根据具体情况选择合适的金属材料。
金属材料力学性能
式中
F0.2—试样标距产生的0.2%残 余伸长时载荷（N）；
Ao—试样的原始横截面积（mm2）。的最大应力值称为抗拉强度， 用符号σ b表示。 σ b=Fb/Ao
式中 Fb—试样在断裂前所承受的载荷（N）； Ao—试样原始横截面积（mm2）。
金属材料在断裂前所能承受的最大应力值称为抗拉强度，用符号σ b表示。 金属材料在载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度。
最大应力称为疲劳极限，以符号σ 表示。 用试样的断口处截面积SN（cm2）去除AK（J）即得到冲击韧度，用ak表示，单位为J/cm2.
把质量为m的摆锤抬到高H，使摆锤具有位能为mHg。
第四节、疲劳
一、疲劳概念 虽然零件所承受的交变应力数值小于材料的屈服强度，但
在长时间运转后也会发生断裂，这种现象称为疲劳断裂。
对称循环交变应力
据统计，机械零件 断裂中有80%是由 于疲劳引起。
硬度是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。
按外力作用的性质不同，分为：
用试样的断口处截面积SN（cm2）去除AK（J）即得到冲击韧度，用ak表示，单位为J/cm2.
式中Fs—试样发生屈服时的载荷（N）;
Ao—试样的原始横截面积（mm2）。
工业上使用的某些金属材料，如高碳钢、铸铁等，在拉 伸过程中，没有明显的屈服现象，无法确定其屈服点σs ， 按GB/T2228规定，可用屈服强度σ0.2来表示该材料开始产生 塑性变形时的最低 应力值。屈服强度为试样标 距部分产生0.2%残余伸长时 的应力值，即
三、塑性
• 金属材料的载荷作用下，断裂前材料发生不可逆久变形的 能力称为塑性。
• 通过拉伸试验可测定材料的塑性。
金属的力学性能
金属的力学性能
金属的力学性能是指金属材料在受力下的变形能力和承受能力。
主要包括以下几个方面：
1. 强度：金属的抗拉强度是指材料在拉伸试验中能承受的最大拉应力，抗压强度则是材料在压缩试验中能承受的最大压应力。
强度越高，说明金属材料越能承受拉伸或压缩载荷。
2. 延伸性：金属的延伸性是指材料在受拉力作用下能够发生可逆塑性变形的能力，通常用延伸率来表示。
高延伸性意味着材料能够在受力下进行较大的可逆形变，适用于需要抵抗冲击或振动载荷的应用。
3. 硬度：金属的硬度是指材料抵抗划伤或穿刺的能力，通常用洛氏硬度或布氏硬度来表示。
高硬度的金属能够抵抗划伤或穿刺，适用于需要较高耐磨性的应用。
4. 韧性：金属的韧性是指材料在断裂前能够吸收能量的能力，通常通过断裂韧性、冲击韧性或静态韧性来衡量。
高韧性的金属能够在受力下吸收更多的能量，抵抗断裂或破损。
5. 弹性模量：金属的弹性模量是指材料在受力下能够恢复原状的能力，也叫做弹性刚度。
高弹性模量的金属具有较大的刚度和弹性，适用于需要较好的回弹性能的应用。
以上是金属的一些基本的力学性能指标，不同金属材料具有不同的性能特点，可以根据具体需求选择合适的金属材料。
第1章-金属材料的力学性能
零件抵抗变形和断裂能力的大小，是用零件所用材料的力学性 能指标来反映的。显然，掌握材料的力学性能不仅是设计零件、 选用材料时的重要依据，而且也是按验收技术标准来鉴定材料的 依据，以及对产品的工艺进行质量控制的重要参数。
常用的力学性能有：强度、塑性、刚度、弹性、硬度、冲击韧 度、断裂韧度和疲劳等。
第一章 金属材料的力学性能
金属材料的力学性能：是指金属在不同环境因素(温度、介质)下， 承受外加载荷作用时所表现的行为。这种行为通常表现为金属的 变形和断裂。因此，金属材料的力学性能可以理解为金属抵抗外 加载荷引起的变形和断裂的能力。
在机械制造业中，大多数机械零件或构件在不同的载荷与环境 下工作。如果金属材料不具备足够的抵抗变形和断裂的能力就会 使机件失去预定的效能而损坏，即产生“失效现象”。
2)有色金属N0 取108 、不锈钢及腐蚀介质作用下N0为 106 而不断裂的最大应力，为该材料的疲劳极限。
二、疲劳曲线与疲劳极限
疲劳曲线：交变应力与疲劳寿命（循环周次N）的关系曲 线称为疲劳曲线。
1－一般钢铁材料 2－有色金属、高强度钢等
疲劳极限：材料在无限多次交变载荷作用下，而不发生疲 劳断裂的最大应力。
实际测定时，材料不可能作无数次交变载荷试验，试验时 规定：
1)钢铁材料（曲线1）取循环周次N0为107时能承受的最 大循环应力为疲劳极限。
第一节 强度、刚度、弹性及塑性
一、力．伸长曲线与应力．应变曲线 （一）力－伸长曲线
曲线分三个阶段：1.弹性变形阶段：op、pe段 2.塑性变形阶段：es、sb段 3.断裂阶段：bk段
（二）应力－应变曲线
二、刚度和弹性
（一）弹性模量 弹性模量E是指金属材料在弹性状态下的应力
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能金属材料在现代工业生产中广泛应用，原因是因为金属材料的机械性能优异，其力学性能在诸多领域都是重要的参考指标。
一、强度金属材料中最为重要的力学性能莫过于强度。
强度是指材料在受到外力时抵抗变形和破坏的能力。
通俗地说，就是指物质能够承受多大的外部负荷。
强度分为屈服强度、抗拉强度和抗压强度。
其中屈服强度是指材料在受到一定压力后开始变形的压力值，抗拉强度是指材料在被拉伸时承受的最大拉力，抗压强度则是指材料在被挤压时所能承受的最大压力。
三者的单位均为N/mm2（纳牛/平方毫米）。
二、延展性金属材料的延展性代表了其受力后能够发生多大的形变，并且保持强大的耐久性。
在加工过程中，延展性的指标非常重要。
延展性又分为材料的伸长率和冷弯性。
伸长率是指材料在拉伸过程中能够延长的量，通常以百分比表示；冷弯性则是指材料在被弯曲或者压缩后仍然能够恢复成原来的形状，并且该过程不会破坏材料的结构。
三、弹性模量弹性模量是金属材料的另一个重要指标，是指材料在受到外来力量后，变形保持弹性状态的能力。
弹性模量越高，材料的抗弯性和抗扭性就越高，同时在结构加工方面也更加有利。
四、硬度硬度是金属材料的固有属性，它描述了材料的抗划痕和抗磨损能力。
硬度指标通常以维氏硬度（HV）表示，维氏硬度是指在标准试件被标准钢球压铸后，钢球和试件之间的形变深度。
五、疲劳强度金属材料的疲劳强度是个复杂的性质。
它是指材料在受到重复荷载后能够承受的最大荷载。
在使用时，金属材料常常会遭受到来自不同方向上的变化载荷，如果材料的疲劳强度不足，则容易出现疲劳破坏的现象。
总体而言，金属材料的力学性能是不可或缺的，它们的强度、延展性、弹性模量、硬度和疲劳强度可为工程师们提供参考指标，帮助他们更好地设计制造各种结构。
在材料科学和工程的领域中，力学性能是研究和开发新材料的基础，因此它对于推动现代工艺和工程技术的发展至关重要。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能一、概述1、金属材料所受的载荷主要有：静载荷、冲击载荷、交变载荷2、金属材料的变形主要有：弹性变形（可恢复）、塑性变形（永久变形）3、弹性金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能回复其原来形状的性能，叫做弹性。
4、弹性变形随着外力消失而消失的变形，叫做弹性变形。
5、塑性金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致引起破坏的性能叫做塑性。
6、塑性变形在外力消失后留下来的这部分不可恢复的变形，叫做塑性变形。
7、刚性:金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力。
二、力学性能1、强度定义：材料在外力（载荷）作用下抵抗变形和断裂的能力。
材料单位面积所受的载荷成为应力。
屈服强度R el：在拉伸过程中，材料所受应力达到某一临界值时，载荷不在增加而变形却继续增加或产生大应力值。
单位N/mm²（条件屈服强度σ0.2）有些材料在拉伸图中没有明显的水平阶段。
为了衡量这些材料的屈服特性,规定产生永久残余变形等于一定值(一般为原长度的0.2%)时的应力,称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2抗拉强度R m：材料在拉断前承受大最大应力值。
2、塑性定义：材料断裂前产生永久变形的能力断后伸长率A断面收缩率Z3、硬度定义：材料抵抗其他硬物压入的能力。
硬度测试方法：A、布式硬度测定法（HBW）HBS——压头为钢球，用于测量<450HBS HBW——压头为硬质合金,用于测量>450HBW（<650HBW）特点：布氏硬度因压痕面积较大，HB值的代表性较全面，而且实验数据的重复性也好。
由于淬火钢球本身的变形问题，不能试验太硬的材料，一般测HB450以下的材料；硬质合金可测HB450以上的材料。
由于压痕较大，不能进行成品检验。
通常用于测定铸铁、有色金属、低合金结构钢等材料的硬度。
B、洛氏硬度测定法(HRA、HRB HRC)特点：洛氏硬度HR可以用于硬度很高的材料，而且压痕很小，几乎不损伤工件表面，故在钢件热处理质量检查中应用最多。
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金属材料力学性能第一章金属材料力学性能金属材料的使用性能包括物理性能、化学性能、工艺性能和力学性能，对于工程材料来说，其中最重要的是力学性能。
金属材料的力学性能是指金属在外加载荷(外力或能量)作用下或载荷与环境因素(温度、介质和加载速率)联合作用下所表现的行为。
由于载荷施加的方式多种多样，而环境、介质的变化又十分复杂，所以金属在这些条件下所表现的行为就会大不相同，致使金属材料力学性能所研究的内容非常广泛，它已发展成为介于金属学和材料力学之间的一门边缘学科。
金属材料的力学性能包括强度、硬度、塑性和韧性等性能。
因为金属构件的承载条件一般用各种力学参量(如应力、应变和冲击能量等)来表示，因此，人们便将表征金属材料力学行为的力学参量的临界值或规定值称为金属材料力学性能指标，如强度指标、塑性指标、韧性指标等等。
本章将在介绍金属材料力学性能基本知识的基础上着重介绍这些性能指标的物理概念及实用意义。
第一节拉伸曲线和应力应变曲线拉伸试验是工业上最广泛使用的力学性能试验方法之一。
试验时在拉伸机上对圆柱试样或板状试样两端缓慢地施加载荷，使试样受轴向拉力沿轴向伸长，一般进行到拉断为止。
一般试验机都带有自动汜录装置，可把作用在试样上的力和所引起的试样伸长自动记录下来，绘出载荷—伸长曲线，称拉伸曲线或拉伸图。
图1—1为退火低碳钢拉伸曲线示意图。
曲线的纵坐标为载荷(P)，横坐标是绝对伸长(△L)，由图可见，载荷比较小时，试样伸长随载荷增加成正比例增加，保持直线关系。
载荷超过户。
后，拉伸曲线开始偏离直线。
载荷在Pe以下阶段，试样在加载时发生变形，卸载后变形能完全恢复，该阶段为弹性变形阶段。
当载荷超过户。
后，试样在继续产生弹性变形的同时，将产生塑性变形，进入弹塑性变形阶段。
此时，若在载荷P第3页作用下试样的变形为dc，则弹性变形和塑性变形分别为ab和bc(如图1—2所示)。
若卸载，弹性变形ab将恢复，塑性变形6c被保留，使试样的伸长只能部分地恢复，而保留一部分残余变形OD。
当载荷达到尸。
时，在拉伸曲线上出现锯齿或平台。
即载荷虽然保持不变或发生波动，而试样继续伸长(变形量继续增加)，这种现象称为屈服。
由于在弹塑性变形阶段有塑性变形的产生，因此试样要继续变形，就必须不断增加载荷。
随着塑性变形增大，载荷升高。
当到最大载荷户b时，试样的某一部位横截面开始缩小，出现了颈缩。
随着伸长量的增加，试样的变形主要集中在颈缩处而使试样的颈缩越来越明显。
由于颈缩处试样截面急剧缩小，继续变形所需的载荷下降。
载荷达尸k时，试样产生断裂。
由此可知，金属材料在外加载荷作用下的变形过程一般可分为三个阶段，即弹性变形、弹塑性变形和断裂。
用试样原始横截面积(F0)去除载荷得到应力(ζ)，即，ζ=P／F0。
以试样的原始标距长度(L。
)去除绝对伸长，得到相对伸长(应变c)，即ε=△L／L。
，单位为百分数(％)。
故可由金属材料的拉伸曲线得到材料的应力应变曲线，并且由于原始横截面积和原始标距长度均系常数，因而两曲线形状相同。
金属材料的拉伸曲线除了低碳钢这种类型以外，还有其他不同类型的拉伸曲线(图1—3)。
图1—3(a)为塑性材料的拉伸曲线，它由弹性变形过渡到弹塑性变形是逐渐发生的，没有屈服现象，而存在有颈缩现象。
图1—3(L)为脆性材料的拉伸曲线，它不仅没有屈服现象，而且也没有颈缩现象，最大载荷就是断裂载荷。
第二节金属的弹性与塑性一、金属的弹性前面已经提到，金属材料在外加载荷作用下最先产生弹性变形。
弹性变形的特点是：变形是可逆的；不论是加载或卸载期内，应力与应变之间都保持单值线性关系；变形量比较小，一般不超过0，5％～1％。
(一)弹性模量在弹性变形阶段，金属材料的应力与应变成正比关系，如拉伸时ζ=Eε，E表示应第二章金属晶体结构与塑性变形不同的金属材料具有不同的性能，除了和它们的化学成分有关之外，还与它们内部的组织结构有关，因此认识金属中各种晶体结构的特点和彼此之间的差异，对于正确使用金属材料，提高其性能和开发新的金属材料都是十分重要的。
第一节金属晶体结构一、晶体学基础知识(一)晶体与非晶体固态物质按其内部原子的排列方式可以分为两大类：晶体和非晶体。
在晶体中原子、离子等质点是按照一定的规则在空间作周期性地重复排列，而非晶体中原子等质点在空间是无规则地堆积在一起的，这是两者的本质区别所在。
金属与合金是晶体，玻璃、木材、棉花等都是非晶体。
晶体和非晶体在原子排列方式上的不同，决定了两者在物理性质方面存在许多不同。
首先晶体有固定的熔点(或凝固点)，而非晶体则没有。
其次沿晶体的不同方向测得的性能是不同的(如导电性、导热率、热膨胀性、弹性、强度、光学性质等等)，这种各个方向性能的差异称为晶体的各向异性，而非晶体在任何方向测得的性能都是一样的，不因方向而异，称为各向同性。
虽然晶体和非晶体之间存在着本质的差别，但在一定的条件下两者可以互相转化。
例如非晶态玻璃在高温下长时间加热退火能够转变成晶态玻璃，采用特殊的设备使液体金属以极高的速度(>10的7次方℃/s)冷却下来也能制得非晶态金属(金属玻璃)。
(二)空间点阵为了便于研究晶体中原子的排列方式，不考虑原子属性和类别，把它们抽象成一个个纯粹的几何点。
这些几何点可以是原子或离子的中心，也可以是彼此等同的原子群或离子群的中心。
每个几何点周围的环境都一样，即任一几何点周围的几何点数目、几何点排列方式、点间距等参数都相同。
那么由这样的几何点在空间周期性地规则排列组成的阵列就称为空间点阵，简称点阵，这些几何点就叫阵点或结点。
在表达空间点阵的几何图像时，为观察方便，可以作许多平行的直线把阵点连接起来构成一个三维的几何构架，如图2—1所示。
很显然，在某一空间点阵中，各阵点在空间的位置是一定的，而通过这些阵点所作的几何构架则因直线的取向不同可有多种形式，因此必须强调指出：第21页阵点是构成空间点阵的基本要素。
在空间点阵中选取一个有代表性的基本单元，将它在空间沿三维方向重复堆砌就能得到空间点阵，这个最能表达空间点阵排列形式的基本的几何单元称为晶胞。
在同一个空间点阵中可以选出许多具有这种性质的形状不同的晶胞，图2-2表示在一个二维点阵中选取的不同晶胞。
为避免混乱，人们规定了选取晶胞的原则：(1)它是一个体积最小的平行六面体；(2)六面体每个顶角上都要有一个阵点；(3)它能反映出点阵的对称性。
按这样的原则选出的晶胞称作初级晶胞或简单晶胞。
不过有时为了更好地反映出空间点阵的对称性，也可在晶胞中心或面中心保留有阵点，形成体心晶胞、以晶胞某一角上的阵点为原点，沿其三个棱边作坐标轴(称为晶轴)建立坐标系，那么这个晶胞就可以用三个棱边的长度a，b，c和三个棱边相互间的夹角a，β，γ六个参数来定量描述，其中o，6，c称为晶格常数。
根据晶胞的六个参数的差异可将所有晶体结构归为七大晶系14种空间点阵，其中立方晶系a=b=c，a=β=γ=90°；六方晶系a1=a2=a≠c；a=β=90°，γ=120°。
(三)晶向指数和晶面指数在研究晶体生长、相变和塑性变形时，常常要涉及到晶体中的某些方向(称为晶向)和某些平面(称为晶面)。
为了区分不同的晶向和晶面，需要有一个统一的标识符号来表示它们，这种标识符号分别叫做晶向指数和晶面指数，国际上通用的是密勒(Miller)指数。
1．晶向指数标定晶向指数标定步骤如下：(1)以晶胞的某一阵点为原点，三个棱边为坐标轴X，Y，Z，以晶格常数分别作为三个坐标轴的量度单位，如图2—3(a)所示。
(2)过原点O引一定向直线使其平行于待定晶向AB。
(3)在所引直线上任取一点(为分析方便起见，可取距原点最近的那个阵点B')，求出该点在X，Y，Z轴上的三个坐标值。
第三章金属结晶及合金相图金属与合金自液态冷却转变为固态的过程，就是原子由不规则排列的液体状态逐步过渡到规则排列的晶体状态的过程，这一过程称为结晶过程。
金属材料结晶时形成的组织(铸态组织)不仅影响其铸态性能，而且也影响随后经过一系列加工后材料的性能。
因此，研究并控制金属材料的结晶过程，对改善金属材料的组织和性能具有重要的意义。
绝大多数工业用的金属材料都是合金。
合金和纯金属都遵循着相同的结晶基本规律，但合金的结晶过程比纯金属复杂得多。
合金相图是研究合金结晶的重要工具。
在生产和科研实践中，合金相图不仅是分析和研制合金材料的理论基础，而且还是制订合金熔炼、铸造、焊接、锻造及热处理工艺的重要依据。
本章主要阐述纯金属结晶的基本理论和合金相图的基本知识。
第一节纯金属的结晶一、结晶曲线用热分析法可获得如图3—1所示的纯金属冷却曲线(亦称结晶曲线)。
图巾。
点以左线段代表液态金属的降温过程，6点以朽线段代表固态金属的降温过程，ab水平线段则代表金属的结晶过程。
由图町见，纯金属的结晶过程是在恒温下进行的。
温度高于Τn时，由于系统不断向外界散热，金属液体的温度随时间的增加而下降；当温度达到丁。
时，金属开始结晶，结晶过程中要放出结晶潜热，当放出的潜热等于系统向外散失的热量时，体系的温度不再发出变化，结晶过程便在恒温下进行；直到结晶过程结束后，再没有潜热放出，体系的温度继续下降。
如果改变金属液体的冷却速度，实际结晶温度(丁。
)将发生变化，冷却速度增大，丁”温度降低；冷却速度减小，则Τn温度升高。
纯金属液体在无限缓慢的冷却条件下(即平衡条件下)结晶的温度，称为理论结晶温度(即熔化温度)，用Τm表示。
在实际生产中，金属结晶时的冷却速度都比较快，因而液态金属的第40页结晶在Τm以下才能发生。
金属的实际结晶温度Τn低于理论结晶温度Τm的现象，称为过冷现象。
理论结晶温度与实际结晶温度之差△Τ称为过冷度，即△Τ=Τm-Τn。
可见，过冷度是金属结晶的必要条件。
过冷度不是定值，它与金属的性质、纯度及液态金属的冷却速度有关。
冷却速度愈大，过二、结晶过程图3—2表示出了纯金属的结晶过程。
当液态金属以一定的冷却速度降温至熔点以下某一温度开始结晶时，液体中首先形成一些微小的结晶核心，称为晶核，每个晶核晶轴在空间的位向是随机的。
随后，这些晶核按金属本身固有的原子排列方式不断长大。
与此同时，新的晶核又在液体中不断形成。
于是，液态金属便在晶核的不断形成与不断长大过程中被固态金属所取代而逐渐减少。
最终，当位向不同的各晶体彼此完全接触时，液态金属耗尽，结晶过程结束。
所以，一般纯金属是由许多大小、外形、位向均不相同的小晶体(称为晶粒)所组成的多晶体，晶粒之间的交界面就是晶界。
(一)晶核的形成金属结晶时有两种形核方式，即均匀形核和非均匀形核。
1．均匀形核在液态金属中，总是存在有大量尺寸不同的短程有序原子集团。
在理论结晶温度以上，它们是不稳定的，时聚时散，此起彼伏；但是当温度降到理论结晶温度以下，并且过冷度达到一定值后，液体中那些超过一定大小(大于临界晶核尺寸)的短程有序原子集团开始变得稳定，不再消失，从而成为结晶核心。