金属力学性能
2.2金属的力学性能
30
<140 非铁 金属 >130
10 30
12 30
36～130 8～35
10 2.5
30 60
3、表示方法
XXX HBS(W) XX / XXX / XX
硬度值 试验力保持 压头直径（mm ） 实验力（N） G=mg(g=9.807) 表示用直径5mm硬质合金球在7355N试验力作用下保持 10~15s测得的布氏硬度值为500 表示用直径10mm钢球压头在9807N试验力作用下保持30s 测得的布氏硬度值为120
除低碳钢、中碳钢及少数合金钢有屈服现象外，对于 大多数没有明显的屈服现象的金属材料。 定义：条件屈服强度： Rp0.2（ σ0.2 指出： 是工程技术中最重要的机械性能指标之一；
）
规定：产生0.2%残余伸长时的应力作为条件屈服强度。
是设计零件时作为选用金属材料的重要依据。
• 工程上各种构件或机器零件工作时均不允许 发生过量塑性变形，因此屈服强度ReL和规定 残余延伸强度Rp0.2是工程技术上重要的力学 性能指标之一，也是大多数机械零件选材和 设计的依据。
• ReL 和Rp0.2 常作为零件选材和设计的依据。 • 传统的强度设计方法，对韧性材料，以屈服 强度为标准，规定许用应力[σ ]= ReL /n， 安全系数n一般取2或更大。
3）抗拉强度
定义：指在外力作用下由产生大量塑性变形到断裂前所承受的
最大应力，故又称强度极限。 公式：
Fm Rm 或 S0
菏泽高级技工学校
想一想：
1、金属材料受力后会有什么反应？
2、金属的力学性能的指标一般有哪些？ 怎样获得这些指标？
3、金属材料为什么会发生断裂？
§2-2金属的力学性能
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。
金属力学性能
钢材的循环次数一般取 N = 107 有色金属的循环次数一般取 N = 108
钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系: σ-1 = (0.45～0.55)σ b
1943年美国T-2油轮发生断裂
1.2 金属的工艺性能
• 金属工艺性能是指金属材料在加工过程中是否易于加 工成形的能力。
1、铸造性能：金属及合金在铸造工艺中获得优良铸件 的能力称为铸造性能。主要指标有流动性、收缩性和 偏析倾向等。
塑性指标不直接用于计算，但任何零件都需要一定
塑性。防止过载断裂；塑性变形可以缓解应力集中、 削减应力峰值。
硬度
硬度 是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力
布氏硬度HB • 常用测量硬度的方法 洛氏硬度HR
维氏硬度HV
(1)布氏硬度 HB
布氏硬度计
(1)布氏硬度 HB
适用范围: ❖ ＜450HBS; ❖ ＜650HBW;
应 力
• 定义 : 单位面积上的内力。 • 金属受拉伸载荷或压缩载荷作用时，其横截面
积上的应力按下式计算：
式中 σ——应σ力= F（/SMP a） ；FS
F——外力（N）；
S ——横截面积（mm2）。
拉伸图
• 拉伸试样
按照国家标准（GB/T 228－2002）常用的拉 伸试样图：
这一 晚，有 约。 从茶 山行开 始，她 隐约觉 得，他 选择这 一组， 是因为 她。 而 晚 上 他 约 的人， 是她？ 她有一 个瞬间 ，闪过 不去的 念头， 实在是 很累很 累了。 不 去 ， 就 不 会再遇 ，缘分 也就生 出间隙 ，擦肩 而过。 但是， 她也很 想知道 ，那是 不 是完完 全全的 一种错 觉。 事实 上，当 然是去 了。 她才 下车就 吐了一 地， 她 都 还 坚 持 。她有 什么理 由拒绝 。大家 对他的 印象， 自然都 极好。 他 绅 士 的 为 她们打 开车门 ，发动 车子对 她们说 ，开始 想带她 们喝茶 ，后来 因为还 有朋友 约， 所 以 ， 带 他 们到了 歌厅， 都好， 是她们 都喜欢 的。 她 不 能 喝酒 ，还是 喝了很 多 ， 热 热 闹 闹的性 格，总 是担心 冷场， 有时候 ，有事 没事的 热闹。 还好， 他一直 坐 在 她 身 边 ，对她 的关心 ，一点 没有掩 饰。 那 一 刻 ，总 觉得， 在他的 眼里， 只 有 她 ， 这 难道真 的是， 一种错 觉。 他 给 她 倒了 牛奶， 她第一 时间递 给了同 伴 ， 爱 的 传 递不过 如此， 你关心 我，我 关心着 身边的 伙伴， 因为关 心，像 了半个 主 人。 呵护 ，因为 懂得。 总 之，感 觉不同 。不然 ，早走 的人， 应该是 她， 很 累 很 累 。 事 实 上 ， 玩高兴 了。 当 那 个 女子 ，唱《 相见恨 晚》， 她就觉 得 ， 她 们 会 喜欢同 样的歌 ，约那 个女子 同唱一 曲，那 个女子 说，唱 《趁早 》吧，
金属力学性能
1、名词解释（1）比例极限：比例极限σp是应力与应变成正比关系的最大应力，即在应力-应变曲线上开始偏离直线时的应力；σp =Pp/Fo（MPa）Pp----比例极限的载荷，N；Fo ----试样的原截面积，m²或mm²（2）变动载荷：指载荷的大小、方向、波形、频率和应力幅，随时间发生周期性变化的一类载荷；（3）平面应力状态：如果在某种情况下，三个主应力中的一个为零。
例如σ3=0那么这一点的应力状态，我们就称为平面应力状态。
（4）应力腐蚀断裂：由拉伸应力和腐蚀介质外加敏感的材料组织联合作用而引起的慢长而滞后的低应力脆性断裂称为应力腐蚀断裂（SCC）。
（5）弹性比功：又称弹性比能，应变比能，表示金属材料吸收弹性变形功的能力。
一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。
（6）冷脆：刚在低温冲击时其冲击功极低：这种现象称为钢的冷脆。
（7）循环硬化：指金属材料在应变保持一定的情况下，形变抗力在循环过程中不断增高的现象。
（8）循环软化：金属材料的应变保持在一定的情况下，材料的形变抗力在循环过程中下降，即产生该应变所需的应力逐渐减小，该现象称为“循环软化”。
（9）刚度：在弹性范围内，构件抵抗变形的能力：Q=P/ε=бA/ε=EA（10）固溶强化：把异类元素原子溶入基体金属得到固溶合金，可以有效地提高屈服强度，这样的强化方法称为固溶强化。
需掌握的知识要点：冲击韧性：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，冲击吸收功用符号Ak表示，单位为J。
2、洛氏硬度有几种，其各自的符号及适用范围。
P25布氏硬度：表示符号HB，适用范围：不适宜零件表面测量，薄壁件或表面硬化层洛氏硬度：表示符号HR, 适用范围：适用于各种不同硬度材料的检验，不适用于具有粗大组成相火不均匀组织材料的硬度测定维氏硬度：表示符号HN, 适用范围：常使用于测定表面硬化层仪表零件的硬度显微硬度：表示符号HK, 适用范围：适用于细，线材料的加工硬化程度。
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。
金属力学性能总结
金属力学性能总结引言金属是一类常见的材料，具备优异的力学性能，包括强度、韧性、塑性等。
本文将从这些方面对金属的力学性能进行总结和分析。
强度抗拉强度抗拉强度是衡量金属材料抵抗拉力的能力。
常见的金属材料如钢、铝等都具有较高的抗拉强度，这使得它们能够承受外部拉力而不或较少发生破坏。
通过拉伸试验可以获得金属材料的抗拉强度，该试验会在材料上施加一个逐渐增大的拉力，直到发生断裂。
抗压强度抗压强度是衡量金属材料抵抗压缩力的能力。
金属材料在某些应用中需要能够承受压缩力，例如桥梁的支撑柱等。
抗压强度一般低于抗拉强度，但仍然是关键的力学性能指标之一。
屈服强度屈服强度是指金属材料在受到一定应力作用后开始发生可观察到的形变所需要的应力值。
常见的金属材料会在屈服点处开始变形，接着进入塑性变形阶段。
屈服强度可以用来衡量材料的可塑性，即其允许的形变程度。
韧性韧性是指金属材料抵抗断裂的能力。
在金属力学中，韧性是一个重要的参数，特别是在应对冲击载荷时。
韧性取决于金属材料的断裂韧性和延展性。
断裂韧性是指材料在发生断裂前能够吸收的冲击能量的能力。
而延展性则是指材料的塑性变形能力。
塑性塑性是金属材料特有的力学性能，指的是材料在受到外力作用时能够发生可逆性变形的能力。
金属材料在塑性变形时会以晶粒滑移和晶格变形为主要方式，这使得金属能够在应力下承受较大的形变而不断裂。
塑性是金属工程中的重要性能参数，能够导致材料的加工性能和使用寿命的改变。
总结金属材料具备较高的强度、韧性和塑性。
强度方面，金属能够承受拉力和压力的能力很强，具备较高的抗拉强度和抗压强度。
韧性方面，金属能够抵抗断裂，具备较高的断裂韧性和延展性。
塑性方面，金属能够发生可逆性变形，具备较高的塑性能力。
这些力学性能使得金属在工程应用中得以广泛应用，如建筑、机械制造、航空航天等。
以上是对金属力学性能的简要总结，希望能够对读者对金属材料有较为全面的了解。
参考文献：1.Callister, William D., and David G. Rethwisch. MaterialsScience and Engineering: An Introduction. Wiley, 2014.2.Meyers, Marc A., Krishan K. Chawla, and Manoj K. Chawla.Mechanical Metallurgy: Principles and Applications. CambridgeUniversity Press, 2012.。
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。
金属的力学性能
L1 Lo 100% L0
由于同一材料用不同长度的试样 测得的断后伸长率δ数值不同，因 此应注明试样尺寸比例。如: δ10——试样 L0=10d0 δ5 ——试样 L0=5d0
2、断面收缩率
A
1
A
来判断材料在断裂前所能产生的最大塑性
变形量大小。
疲劳断裂的宏观断口一般由三 个区域组成，即疲劳裂纹产生 区（裂纹源）、裂纹扩展区和 最后断裂区。
金属材料的力学性能说课
一、教学内容分析
《工程材料》教 材选用的是“十 一五”国家规划 教材，教材知识 先进具体，注重 能力和素质培养。
本课程是专业础 基课,该节内容是 金属材料的主要 内容。
学生们已经学习 了金属材料的结 构, 这为本节内 容的学习起到了 铺垫的作用。本 节内容对我们认 识和利用金属材 料具有不可忽视 的重要的作用。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能
一、强度 概念：强度是指金属抵抗永久变形（塑性变形）和 断裂 的能力。强度的大小通常用应力来表示。 =P/A 按载荷的作用方式不同，强度可分为：抗拉强度、 抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、和抗扭强度。通 过拉伸试验测得大小。
拉伸试验
•屈服极限:指材料产生屈服时的应力
想一想
.
人工作久了就会感 到疲劳，难道金属 工作久了也会疲劳 吗？ 金属的疲劳能得到 恢复吗？
金属材料在受到交变应力或重复循环应力时，往往在 工作应力小于屈服强度的情况下突然断裂，这种现象称 为疲劳。
五、疲劳断裂
零件在循环应力作用下,在一处或几处产生局部永久性累积 损伤,经一定循环次数后突然产生断裂的过程,称为疲劳断裂. 疲劳断裂由疲劳裂纹产生—扩展—瞬时断裂三个阶段组成。
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。
金属的力学性能
四、硬度
指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。 是衡量材料软硬程度的指标。 1、布氏硬度 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。
图4-2 布氏硬度试验原理图
4、应力
金属受外力作用时，为保持其不变形，在材料内部作用着与 外力相对抗的力，称为内力。
单位面积上的内力叫应力。（单位：pa——N/m2） σ=F/S F——外力 S——横截面积
二、强度
强度是金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。
根据载荷作用方式不同：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗 剪强度和抗扭强度。
图4-1 低碳钢的拉伸曲线图
伸长的现象叫做屈服。 Fs为屈服载荷。屈服后有明显的塑性变形。
⑶ sb—强化阶段
此阶段试样的变形是均匀 发生的。 Fb为试样拉伸试 验的最大载荷。
⑷bk——缩颈阶段（局部塑性变形阶 段） 当载荷达到最大值Fb后，试样的直径 发生局部收缩，称为缩颈。 工程上金属材料，多数没有明显的屈服现象。 铸铁不仅没有屈服现象，也没有缩颈。
金属的力学性能
一、相关概念
1、力学性能：金属在外力作用下所表现出来的性能。
2、载荷：金属材料在使用及加工中所受外力称为载荷。 静载荷：大小不变或变化过程缓慢的载荷。 冲击载荷：短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。 交变载荷：大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化的载荷。 3、变形：金属材料受到载荷作用而产生的几何形状和尺寸的变化。 材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完 全恢复原来形状的性质称为弹性。这种可恢复的变形称为弹性变形。 塑性变形：在外力的作用下产生变形，当施加的外力撤除或消失后该物 体不能恢复原状的一种物理现象。
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。
1、金属的力学性能
低碳钢拉伸试验
灰铸铁拉伸试验
低碳钢的“力——伸长曲线”
强度指标
屈服强度：当金属材料呈现屈服现象时的
应力点。分为上屈服强度（ReH）和下屈服 强度（ReL），一般使用下屈服强度代表屈 服强度。 抗拉强度（Rm）：材料在断裂前所能承受 的最大力的应力称为抗拉强度。
压缩试验
破坏后（灰铸铁）
试验前 压缩试样
金属材料与热处理
金属的力学性能
什么是金属的力学性能？
金属材料在载荷作用下会产生几何形状和尺 寸的变化，即变形。这种在外力（或载荷）作用 下表现出来的性能就是金属材料的力学性能。 根据作用性质不同载荷分为：静载荷、冲击载荷、 交变载荷。 静载荷——大小变化不大或变化缓慢的载荷 冲击载荷——短时间内以较高速度作用于机件上的 载荷 交变载荷——大小和方向随时间做周期性变化的载 荷
刻划硬度试验
将欲检测的材料与一个或多个已知硬 度的材料相互刻划，在后者上留下划痕说 明硬度≥后者，反之≤后者硬度。 这类方法能够通过比较粗略估计硬度， 但不够精确。常用于矿石的硬度试验。
压入硬度试验
压入硬度用来反映一种物质抵抗形变 的能力。 在压入硬度测试里，被测物质经过数 次检测直到表面产生压痕。 压入硬度主要应用于工程学和冶金学， 它从多方面描述物质的抗形变性质，如抗 永久形变和特别的抗弹性形变。 常用的硬度试验法有：布氏硬度试验、 洛氏硬度试验和维氏硬度试验。
布氏硬度
布氏硬度主要用于测定铸铁、有色金 属及退火、正火、调质处理后的各种软钢 等硬度较低的材料。
材料 硬度
软木
硬木 铝 铜 碳钢 不锈钢 玻璃
1.6 HBS 10/100
2.6 - 7.0 HBS 15 HB 35 HB 120 HB 250 HB 550 HB
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。
金属力学性能-精选.pdf
1.弹性变形：拉伸条件：室温下，单向载荷，静拉伸；试样：比例试样，非比例试样；实质：在外力作用下金属原子紫平衡位置发生可逆性位移的结果特点：（1）σ=E*ε（2）可逆性（3）变形量很小≤1%（4）变形速率非常快，接近声速力学性能指标①比例极限σp：应力与应变成直线关系的最大应力②弹性极限σe：由弹性变形过渡到弹性塑性变形的应力。
③弹性模量（E）表征材料对弹性变形的抗力(刚度)④弹性比功（αe）：表示单位体积金属材料吸收弹性变形功的能力，又称弹性比应变能弹性模量E取决于金属原子本性和晶格类型，对组织不敏感弹性变形的不完整性：①滞弹性②包申格效应2.塑形变形：位错增殖运动的结果；驱动力：切应力；特点：1) 切应力导致塑性变形2) 加工硬化3) 不可逆4) 多晶体材料各晶粒塑性变形的不同时性和不均匀性5) 多晶体材料各晶粒各晶粒塑性变形的相互制约与协调性能指标：强度：σs：有明显屈服平台或屈服齿下，测得的屈服强度，表征材料对微量塑形变形的抗力σ0.2：没有明显屈服平台或屈服齿下，测得的屈服强度，表示规定残余伸长率为0.2%是的应力。
n：反映金属材料抵抗均匀塑形变形的能力抗拉强度σb：金属试样拉断过程中最大试验力所对应的应力称为抗拉强度塑形指标：δ断后伸长率：反映均匀塑性变形能力ψ断面伸长率：反映材料局部变形能力影响塑形的因素：除了细晶强化，其他强化同时降低塑形ψ>δ金属拉伸形成缩颈第一章1.金属材料和高分子材料发生的弹性形变是不同的：金属材料的弹性变形是原子间距在外力作用下可逆变性的结果。
高分子材料普弹性是靠主键角键长的微量伸缩的微小键角变化的结果；高弹性变形是分子链段运动，链卷曲变直，伸长2.包申格效应的消除方法预先进行较大的塑性变形在第二次反向受力前先使金属材料于回复或再结晶温度下退火3.影响屈服强度的因素㈠内在因素（1）金属本性及晶格类型纯金属单晶体的屈服强度从理论上来说是使位错开始运动的临界内应力，其值由位错运动所受的各种阻力决定。
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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E,弹性模量，表征材料对弹性变形的抗力，δs：呈现屈服现象的金属拉伸时，试样在外力不增加仍能继续伸长的应力，表征材料对微量塑性变形的抗力。
σbb：是灰铸铁的重要力学性能指标，是灰铸铁试样弯曲至断裂前达到的最大弯曲里（按弹性弯曲应力公式计算的最大弯曲应力）δ：延伸率，反应材料均匀变形的能力。
韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力（或指材料抵抗裂纹扩展能力）低温脆性:某些金属及中低强度钢，在实验的温度低于某一温度Tk时，会由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔集聚型变为穿晶解理型，断口特征由纤维状态变为结晶状，这就是低温脆性Kic：断裂韧度，为平面应变的断裂韧度，表示在平面应变条件下材料抵抗裂变失稳扩展的能力弹性比功（弹性比能）：表示单位体积金属材料吸收变形功的能力σ-1：疲劳极限，表明试样经无限次应力循环也不发生疲劳断裂所对应的能力循环韧性(消振性)：表示材料吸收不可逆变形功的能力（塑性加载）Ψ：断面收缩率，缩经处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，Ak：冲击功、，冲击试样消耗的总能量或试样断裂过程中吸收的总能量σtて：在规定温度（t）下，达到规定的持续时间（て）而不发生断裂的最大应力。
氢致延滞断裂：由于氢的作用而产生的延滞断裂现象。
δ0.2：屈服强度△K th：疲劳裂纹扩展门槛值，表征阻止裂纹开始扩展的能力δbc：抗拉强度，式样压至破坏过程中的最大应力。
包申效应：金属材料经过预加载产生少量塑变，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加，反向加载，规定残余应力减低的现象，称为包申效应。
蠕变：材料在长时间的恒温应力作用下，（即使应力低于屈服强度）也会缓慢地产生塑性变形的现象。
NSR：缺口敏感度，缺口试样的抗拉强度δbn与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度δb之比。
力学行为：材料在外加载荷，环境条件及综合作用下所表现出的行为特征。
强度:变形和断裂的抗力应力腐蚀：金属在拉应力和特定化学介质共同作用下，进过一段时间后所产生的应力脆断现象。
滞弹性（弹性后效）：在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长而产生附加弹性应变的现象。
1.断裂可以分为（裂纹形成）与（扩展）两个阶段。
静拉伸断裂宏观断口分为（纤维区）、（放射区）、（剪切唇）三个区域。
该断口微观特征：（纤维状）对于脆性穿晶断裂断口主要特征：（放射状）和（结晶状）2.典型疲劳断裂的宏观断口分为三个区（疲劳源）（疲劳区）（瞬间区）疲劳断口宏观特征（贝纹线、海滩花样）、微观特征（疲劳条带）3.应力腐蚀微观断口可以看到呈（枯树枝状）的微观裂纹，呈（泥状花样）的腐蚀产物和（腐蚀抗）4.微孔聚集型断裂的微观特征（韧窝），解理断裂的微观特征主要有（解理台阶）和（河流花样），沿晶断裂的微观特征(冰糖状) 断口和(晶粒状)断口。
5.应力状态系数值越大，表示应力状态越（软），材料越容易产生（塑性）变形和（韧性）断裂。
为测量脆性材料的塑性，常选用应力状态系数值（较大）的试验方法。
6.在扭转实验中，塑性材料的断裂面与式样轴线（垂直），脆性材料的断裂面与式样轴线（成45°角）。
7.接触疲劳和应力水平，疲劳可分为（高周疲劳）和（低周疲劳），疲劳断裂的典型宏观特征是（贝纹线），微观特征是（疲劳条带）。
8.在缺口式样冲击试验中，缺口式样的厚度越大式样的冲击韧性越（小）韧脆转变温度越（高）。
三问答题1.温度对塑形、强度的影响（趁热打铁的科学道理）：1）当温度升高，没有相变发生时，材料结构不发生改变，因此派纳力不会变化，一方面温度升高，原子运动能力增加，热运动加剧，另一方面若温度高于再结晶温度，会发生软化，显示不出加工硬化。
因此，材料的塑形就会升高，强度降低。
2）当温度升高，有相变发生时，材料结构发生了改变，派纳力改变，与此同时，α+Fe3C→δ，使间隔半径增大，原子间作用力减弱，且第二相强化消失，使材料强度降低，塑形升高。
2.低碳钢强化机理：1)低碳钢适温下相组成物为α+Fe3C，淬火后变为M，而M为过饱和固溶体，C原子溶入M间隙中心，会产生畸变偶极应力场，与位错产生交互作用，从而产生固溶强化效应。
2)低碳M 压结构为位错，因此会产生位错塞积现象，从而产生强化效应，低碳M又叫板条M，板条之间晶界相互作用，也会产生强化作用。
3)由于M S点在260℃左右，会发生自回火现象，提高钢的强度和塑形，保持优良的综合力学性能。
4 有一弹簧产生塑性变形导致其不能正常工作，试分析是什么力学性能不足导致及改变措施？产生塑性变形，表面弹簧对塑性变形的抗力不足，即弹性极限过低所致。
措施：（1）采用含碳量较高的弹簧钢，并加入Si Mn Cr V 等元素以强化铁素体机体和提高钢的淬透性；（2）采用淬火加中温回火获得回火托氏体。
（3）采用冷变形强化加工硬化。
5 何谓低温脆性？产生低温脆性的原因是什么？材料冲击韧度值随温度的降低而减小，当温度降到某一温度范围时，冲击韧度急剧下降，材料由韧性状态转为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型变为穿晶解理型，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。
产生原因是;低温脆性是材料屈服强度随温度下降急剧增加的结果，对于体心立方金属是派纳力起主要作用。
屈服点的变化随温度下降而升高，但材料的解理断裂强度却随温度变化很小。
体心立方金属低温脆性还与形变方式，屈服现象有关。
6 板材宏观断口的主要特征是什么？如何根据断口特征寻找断裂源？脆性断裂断裂面与正应力垂直，断口平齐而光亮，呈放射状或结晶状。
判断方法：断口为人字花样人字花样的放射方向与裂纹扩展方向平行，但其尖端指向裂纹源。
7 粘着磨损产生的条件是什么？如何预防粘着磨损的产生？答：条件：滑动摩擦，相对滑动速度较小；缺乏润滑油，表面没有氧化膜；单位法向载荷很大，接触应力超过实际接触点处的屈服强度而产生的一种磨损。
措施：（1）合理选择摩擦副材料，尽量选择互溶性少，粘着倾向少的材料配对。
改善表面润滑条件等。
（2）可采用表面渗碳、渗磷、渗氮等表面处理工艺。
（3）控制摩擦滑动速度和接触压应力，可使粘着磨损大为减轻。
（4）改善表面润滑条件等。
8 疲劳裂纹通常发生在那些位置？分别说明其原因？为什么发动机曲轴轴劲通过表面淬火可以提高其疲劳强度？（1）表面滑移带开裂，式样薄弱地区产生驻留滑移带，随着加载循环次数的增加，循环滑移带不断加宽，至一定程度时，由于位错的塞积和交割作用，便在驻留滑移带处形成微裂纹。
（2）第二相夹杂物或其界面开裂。
微孔通过第二相质点成核长大，导致位错所受排斥力大大下降，迅速推向微孔为错缘激活不断推出新位错，最后微孔连接形成微裂纹。
（3）晶界或亚晶界开裂；多晶体材料由于晶界有在和相邻晶粒不同的取向性，位错在某一晶粒内运动时受晶界阻碍，在晶界处发生位错塞积和应力集中。
应力不断循环下，应力峰越来越高，超过晶界强度时就在晶界处产生裂纹。
表面淬火处了能使机件获得表硬心韧的综合力学性能，还可以利用表面组织相变及组织应力、热应力变化，使机件表面获得高强度和残余应力，更有效的提高疲劳强度和疲劳寿命。
9 细化晶粒可以提高材料屈服强度，而且塑性也提高，其原因？（1）晶粒尺寸减小，使晶界增多，而且晶界是位错运动的阻碍，因此，将导致位错塞积，屈服强度提高；（2）晶界面积增多，分布于晶界附近的杂质浓度降低，晶界强度提高，晶界不易开裂。
（3）一定体积金属内部晶粒数目越多，晶粒之间位相差减小，塑性变形可以被更多的晶粒分担，所以塑性也会提高。
10.与拉伸试验相比弯曲试验有何特点？①弯曲试验试样变形简单，操作方便，同时，弯曲试样不存在拉伸试验时的试样偏斜对试验结果的影响，并可用试样弯曲的挠度显示材料的塑性。
②弯曲试样表面应力最大，可较灵敏地反映材料表面缺陷。
③对于脆性难加工材料，可用弯曲代替拉伸。
11.与拉伸实验相比，扭转实验有何特点？①扭转的应力状态软性系数α=0.8，比拉伸时α大，易于显示金属塑性行为。
②扭转时，塑性均匀，无缩颈现象，能实现大塑性变形量下的试验。
③能敏感反映金属缺陷及表面硬化层性能。
④扭转试验中最大正应力与最大切应力大体相同。
是测定材料强度最可靠的方法，还可区分金属断裂是正断还是切断。
12.同一种材料拉伸与扭转试验哪种试验测得的韧脆转变T较高？拉伸；①扭转的应力状态系数比拉伸大，可测脆性或低塑性材料强度、塑性、扭转。
②扭转的最大正应力与最大切应力在数值上大体相同。
（参考12题）13.试样表面存在缺口对其强度和塑性有何影响？原因？①对于脆性材料，强度和塑性均降低，缺口引起应力集中，使缺口处应力由单向应力状态改变为两向或三向应力状态，使应力状态软性系数α<0.5，金属难以产生塑性变形；缺口试样拉伸时，往往直接由弹性过度到断裂，因此，抗拉强度必然比光滑试验低。
②对于塑性材料，强度增高，塑性降低，缺口处有在三向应力状态，并产生应力集中，屈服应力比单向拉伸高，产生“缺口强化”；缺口约束塑变，因此塑性降低，增加变脆倾向。
14.为什么焊接船只比铆接船易发生脆性破坏？（1）焊接热影响区晶粒粗大；（2）存在成分偏析；（3）在晶界有夹杂物和第二相析出，导致其塑性和韧性降低。
而铆接金属不存在组织和性能明显变化。
15.为了保证布氏硬度测量的有效性，在试验参数选择上应注意什么？①在选配压头球直径D及试验力F时，应使压痕压入角Ψ保持不变，保证得到几何相似的压痕，应使F1/D1²=F2/D2²=……=F²/D²=常数②压痕直径d应控制在（0.24~0.6）D之间③压痕深度h小于试验厚度1/8④试验力保持时间10~15s，允许误差±2s。
16.说明过载对在交变载荷作用下的零件的使用寿命及疲劳极限都有哪些影响？为什么？①过载进入过载损伤区内，将使材料受到损伤，并降低疲劳寿命或疲劳极限，根据“非扩展裂纹”理论，当过载运转到一定循环周次后，并降低疲劳寿命或疲劳极限。
没尺寸超过疲劳极限下“非扩展裂纹”，则裂纹在以后的疲劳极限下运转将继续扩展，因此造成损伤。
②过载适当，会延长疲劳寿命。
适当过载会使裂纹扩展减慢或停滞一段时间，发生裂纹扩展过载停滞现象，从而延长疲劳寿命。
17.同一种材料在凝固过程中增加其冷却速度，会导致强度、塑性增加，解释之：冷却速度增加，使过冷度增大，晶粒变细，细晶强化导致塑性，强度增加。
机理同918.解释淬火后随回火温度增加，材料的硬度一般会随之下降的原因：1）当粒子体积分数f一定时，随着温度升高，粒子尺寸变大，晶粒数减少，原子间距变大，位错运动障碍减少，位错强化机制减弱。
2）晶界表面第二相粒子减少，弥散强化机制减弱。
3）网状分布时，位错堆积，应力不可以松弛，脆性增加。
4）片状>球状。
19.何为过载损伤，原因是：金属在高于疲劳极限的应力水平下运转一定周次后，其疲劳极限或疲劳寿命减小，这就造成了过载损伤。