金属力学性能之韧性指标
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。
金属材料的力学性能及测定材料的韧性和疲劳强度
1-2
1.3.1 韧性简介
冲击吸收功AK与温度有关，见右下图所示。韧脆转变温 度越低，材料的低温抗冲击性能越好。
1-3
1.3.1 韧性简介
2、多冲抗力 金属材料抵抗小能量多次冲击的能力叫做多冲抗力。
多冲抗力可用在一定冲击能量下的冲断周次N表示。 材料的多冲抗力取决于材料强度与韧性的综合力学
性能，冲击能量高时，主要取决于材料的韧性；冲击 能量低时，主要决定于强度。
1-4
本课题重点与难点
教
学 重
韧性指标的表示方法和实际应用。
点
教
学Leabharlann 疲劳的概念、表示难方法、提高疲劳强度措施。
点
1-1
1.3.1 韧性简介
外力的瞬时冲击作用所引起的变形和应力比静载荷大得 多，因此在设计承受冲击载荷的零件和工具时，不仅要满足 强度、塑性、硬度等性能要求，还必须有足够的韧性。 1、冲击吸收功
金属材料的力学性能指标项目
2) 洛氏硬度 HR
洛氏硬度用符号HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002
根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为A、B、C。
HRC60：表示材料的硬度
3) 维氏硬度 HV
目 录
5、冲击韧度（冲击韧性）
材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力。
AKU =mg（H1 – H2）（J）
a K = AKU/S
N0— 循环基数
1
N0 N
钢： 有色金属：
影响疲劳强度的因素:内部缺陷、表面划痕、残留应力等
目 录
伸长率：
F
d0
F
l0
LБайду номын сангаас
dk
良好的塑性是金属材料进行 塑性加工的必要条件。
lk
目 录
3、刚
度
材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力称为刚度。
在弹性阶段： F l
所以：
E
E
比例系数E 称为弹性模量，它反映材料对弹性变形 的抗力，代表材料的“刚度” 。
E
— 材料抵抗弹性变形的能力越大。
弹性模量的大小主要取决于材料的本性，随温度升高而 逐渐降低。
目 录
4、硬
度
定义：材料抵抗表面局部弹塑性变形的能力。 1)布氏硬度 HB
HB 0.102 2F
D( D D 2 d 2 )
HB230 材料的b与HB之间的经验关系：
对于低碳钢: b(MPa)≈3.6HB 对于高碳钢： b(MPa)≈3.4HB 对于 铸铁： b(MPa)≈1HB或 b(MPa)≈ 0.6(HB-40)
指材料在外力作用下，产生屈服现象时的最小应力。
钢材的力学性能标准
钢材的力学性能标准
钢材作为一种常见的建筑材料，其力学性能标准对于保障建筑结构的安全和稳定起着至关重要的作用。
力学性能标准包括了许多方面，如强度、韧性、硬度、塑性等，下面将对钢材的力学性能标准进行详细介绍。
首先，钢材的强度是衡量其抗拉、抗压、抗弯等方面性能的重要指标。
钢材的拉伸强度是指在拉伸试验中材料发生破坏前的最大抗拉应力，而压缩强度和弯曲强度分别是材料在受压和受弯试验中的最大抗压应力和抗弯应力。
这些强度指标直接影响着材料在实际工程中的使用性能，因此在制定力学性能标准时需要对这些指标进行严格的控制和测试。
其次，钢材的韧性是指材料在受力过程中能够吸收较大的能量而不发生断裂的能力。
韧性指标包括冲击韧性和断裂韧性两个方面。
冲击韧性是指材料在受冲击载荷作用下能够吸收的能量，而断裂韧性则是指材料在受静载荷作用下能够抵抗断裂的能力。
这些韧性指标对于钢材在受到外部冲击或载荷时的抗破坏能力起着至关重要的作用，因此也需要在力学性能标准中进行详细规定和测试。
此外，钢材的硬度和塑性也是其力学性能标准中重要的指标之一。
硬度是指材料抵抗划痕或压痕的能力，常用的硬度指标包括洛氏硬度、巴氏硬度等。
而塑性则是指材料在受力作用下发生形变的能力，包括延展性、收缩性等指标。
这些指标直接影响着钢材在加工和使用过程中的性能表现，因此也需要在力学性能标准中进行详细规定和测试。
综上所述，钢材的力学性能标准涵盖了强度、韧性、硬度、塑性等多个方面的指标，这些指标直接影响着钢材在实际工程中的使用性能。
因此，在制定和执行力学性能标准时，需要对这些指标进行严格的控制和测试，以确保钢材在工程中的安全可靠性和稳定性。
金属材料的力学性能指标
金属材料的力学性能指标金属材料是工程中常用的材料之一，其力学性能指标对于材料的选择和设计具有重要意义。
力学性能指标是评价金属材料力学性能的重要依据，主要包括强度、韧性、塑性、硬度等指标。
下面将对金属材料的力学性能指标进行详细介绍。
首先，强度是评价金属材料抵抗外部力量破坏能力的指标。
强度可以分为屈服强度、抗拉强度、抗压强度等。
其中，屈服强度是材料在受到外部力作用下开始产生塑性变形的应力值，抗拉强度是材料在拉伸状态下抵抗破坏的能力，抗压强度是材料在受到压缩力作用下抵抗破坏的能力。
强度指标直接影响着材料的承载能力和使用寿命。
其次，韧性是材料抵抗断裂的能力。
韧性指标包括冲击韧性、断裂韧性等。
冲击韧性是材料在受到冲击载荷作用下抵抗破坏的能力，断裂韧性是材料在受到静态载荷作用下抵抗破坏的能力。
韧性指标反映了材料在受到外部冲击或载荷作用下的抗破坏能力，对于金属材料的使用安全性具有重要意义。
再次，塑性是材料在受力作用下产生塑性变形的能力。
塑性指标包括伸长率、收缩率等。
伸长率是材料在拉伸破坏前的延展性能指标，收缩率是材料在受力破坏后的收缩性能指标。
塑性指标直接影响着金属材料的加工性能和成形性能，对于金属材料的加工工艺和成形工艺具有重要影响。
最后，硬度是材料抵抗划伤、压痕等表面破坏的能力。
硬度指标包括洛氏硬度、巴氏硬度等。
硬度指标反映了材料表面的硬度和耐磨性能，对于金属材料的耐磨性和使用寿命具有重要意义。
综上所述，金属材料的力学性能指标是评价材料性能的重要依据，强度、韧性、塑性、硬度等指标直接影响着材料的使用性能和工程应用。
在工程设计和材料选择中，需要根据具体的工程要求和使用环境，综合考虑各项力学性能指标，选择合适的金属材料，以确保工程的安全可靠性和经济性。
金属材料力学性能的五个指标
金属材料力学性能的五个指标
力学性能的五个指标：
1、脆性
脆性是指材料在损坏之前没有发生塑性变形的一种特性。
它与韧性和塑性相反。
脆性材料没有屈服点，有断裂强度和极限强度，并且二者几乎一样。
铸铁、陶瓷、混凝土及石头都是脆性材料。
与其他许多工程材料相比，脆性材料在拉伸方面的性能较弱，对脆性材料通常采用压缩试验进行评定。
2、强度
金属材料在静载荷作用下抵抗永久变形或断裂的能力。
同时，它也可以定义为比例极限、屈服
强度、断裂强度或极限强度。
没有一个确切的单一参数能够准确定义这个特性。
因为金属的行为随着应力种类的变化和它应用形式的变化而变化。
强度是一个很常用的术语。
3、塑性
金属材料在载荷作用下产生永久变形而不破坏的能力。
塑性变形发生在金属材料承受的应力超过弹性极限并且载荷去除之后，此时材料保留了一部分或全部载荷时的变形。
4、硬度
金属材料表面抵抗比他更硬的物体压入的能力。
5、韧性
金属材料抵抗冲击载荷而不被破坏的能力。
韧性是指金属材料在拉应力的作用下，在发生断裂前有一定塑性变形的特性。
金、铝、铜是韧性材料，它们很容易被拉成导线。
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.。
8金属材料的硬度、韧性及疲劳强度概述
金属材料的硬度、韧性及疲劳强度
☺布氏硬度试验时，当用淬火钢球作为
压头时，用HBS表示，适用于布氏硬 度低于450的材料；当用硬质合金球作 为压头时，用HBW表示，适用于硬度 值在450~650的材料。
金属材料的硬度、韧性及疲劳强度
☺ 布氏硬度的优点：
压痕面积较大，能较好反映材料的平 均硬度；数据较稳定，重复性好。缺点 是：测试麻烦，压痕较大，不适合测量 成品及薄件材料。目前，布氏硬度主要 用于铸铁、非铁金属（如滑动轴承合金 等）及经过退火、正火和调质处理的钢 材。
金属材料的硬度、韧性及疲劳强度
♥图1-11 疲劳断口示意图
1-疲劳源 2-扩展区 3-瞬时断裂
金属材料的硬度及韧性
♥疲劳强度
疲劳强度是指材料经受无限次循环应 力也不发生断裂的最大应力值，记作σD， 就是疲劳曲线中的平台位置对应的应力。 通常，材料的疲劳强度是在对称弯曲 条件下测定的，对称弯曲疲劳强度记作 σ-1。
金属材料的硬度、韧性及疲劳强度
♥硬度是衡量金属材料软硬的指标，是力学性能中最常用 的性能之一。 ♥硬度的测定方法有一般分为压入法、刻划法、回跳法三 类。压入法包括布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、显微 硬度等；刻划法包括莫氏硬度等；回跳法包括肖氏硬度 等。
♥生产中常用的是压入法，生产中应用广泛的硬度测试方 法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。
硬度符号。例如，60HRC表示用C标尺 测得的洛氏硬度值为60。
金属材料的硬度、韧性及疲劳强度
♥洛氏硬度的特点及应用
洛氏硬度试验的优点：测量迅速简 便，压痕较小，可用于测量成品零件； 缺点是：压痕较小，测得的硬度值不够 准确，并且各硬度标尺之间没有联系， 不同标尺硬度值之间不能直接比较大小。 洛氏硬度C标尺应用最广泛。
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。
金属材料机械性能的指标及意义
金属材料机械性能的指标及意义材料在一定温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能。
锅炉、压力容器用材料的常规力学性能指标主要包括：强度、硬度、塑性和韧性等。
（1）强度强度是指金属材料在外力作用下对变形或断裂的抗力。
强度指标是设计中决定许用应力的重要依据，常用的强度指标有屈服强度σS或σ0.2（国外用Re表示）和抗拉强度σb（国外用Rm表示），高温下工作时，还要考虑蠕变极限σn和持久强度σD。
（2）塑性塑性是指金属材料在断裂前发生塑性变形的能力。
塑性指标包括：伸长率δ，即试样拉断后的相对伸长量；断面收缩率ψ，即试样拉断后，拉断处横截面积的相对缩小量；冷弯（角）α，即试件被弯曲到受拉面出现第一条裂纹时所测得的角度。
（3）韧性韧性是指金属材料抵抗冲击负荷的能力。
韧性常用冲击功Ａk和冲击韧性值αk 表示。
Αk值或αk值除反映材料的抗冲击性能外，还对材料的一些缺陷很敏感，能灵敏地反映出材料品质、宏观缺陷和显微组织方面的微小变化。
而且Ａk对材料的脆性转化情况十分敏感，低温冲击试验能检验钢的冷脆性。
表示材料韧性的一个新的指标是断裂韧性δ，它是反映材料对裂纹扩展的抵抗能力。
（4）硬度硬度是衡量材料软硬程度的一个性能指标。
硬度试验的方法较多，原理也不相同，测得的硬度值和含义也不完全一样。
最常用的是静负荷压入法硬度试验，即布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）、维氏硬度（HV），其值表示材料表面抵抗坚硬物体压入的能力。
而肖氏硬度（HS）则属于回跳法硬度试验，其值代表金属弹性变形功的大小。
因此，硬度不是一个单纯的物理量，而是反映材料的弹性、塑性、强度和韧性等的一种综合性能指标。
在断裂力学基础上建立起来的材料抵抗裂纹扩展断裂的韧性性能称为断裂韧性。
（Kic,Gic）常用的35CrMo在850℃油淬，550℃回火后，机械性能如下：σb≥980MPa；σs≥835 MPa；δ5≥12%；ψ≥45%；AK≥63J；而高级优质的35CrMoA的性能应该更加优良稳定。
金属材料的力学性能指标项目.
弹性模量的大小主要取决于材料的本性，随温度升高而 逐渐降低。
目 录
4、硬
度
定义：材料抵抗表面局部弹塑性变形的能力。 1)布氏硬度 HB
HB 0.102 2F
D( D D 2 d 2 )
HB230 材料的b与HB之间的经验关系：
对于低碳钢: b(MPa)≈3.6HB 对于高碳钢： b(MPa)≈3.4HB 对于 铸铁： b(MPa)≈1HB或 b(MPa)≈ 0.6(HB-40)
N0— 循环基数
1
劳强度的因素:内部缺陷、表面划痕、残留应力等
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伸长率：
F
d0
F
l0
L
dk
良好的塑性是金属材料进行 塑性加工的必要条件。
lk
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3、刚
度
材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力称为刚度。
在弹性阶段： F l
所以：
E
E
比例系数E 称为弹性模量，它反映材料对弹性变形 的抗力，代表材料的“刚度” 。
E
— 材料抵抗弹性变形的能力越大。
2) 洛氏硬度 HR
洛氏硬度用符号HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002
根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为A、B、C。
HRC60：表示材料的硬度
3) 维氏硬度 HV
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5、冲击韧度（冲击韧性）
材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力。
AKU =mg（H1 – H2）（J）
a K = AKU/S
屈服强度与抗拉强度的比值σS / σb称为屈强比。 屈强比小，工程构件的可靠性高，说明即使外载荷或某些 意外因素使金属变形，也不至于立即断裂。但若屈强比过 小，则材料强度的有效利用率太低。
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。
金属的力学性能—韧性(航空材料)
一般来讲，KⅠc与σc、σb的变化相反，而和塑性、冲击韧性的
变化一致。
思考：
1、断裂韧性KⅠc 的大小与材料内部有没有裂纹或是裂纹大小有 没有关系？
2、同种材料做的尺寸形状相同的零件，第一种a=0，第二种a=1， 第三种a=2 ，把这三种材料拉断所需要的应力是不是一样的？
的临界应力就愈大； （3）当给定外力时，若材料的断裂韧性值愈高，其裂纹达到失稳
扩展时的临界尺寸就愈大； （4）韧性材料因具有大的断裂伸长值，所以有较大的断裂一、 冲击韧性
定义：材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的 能力称为冲击韧性 测定方法：弯曲冲击试验 标准试样：10×10×55mm
V型缺口或U型缺口
图1 摆锤式冲击试验机
1）将带有缺口的标准试样安装在试验机的支座上，注意使试样缺口 背向摆锤的冲击方向； 2）将具有一定重力G的摆锤举至一定高度H1 ； 3）使摆锤自由落下，冲断试样，并向反方向升起一定高度H2；
含有裂纹的构件， σ裂纹尖端附近区域 ≧σ平均
决定裂纹是否发生失稳扩展
应力强度因子：为研究裂纹尖端附近区域的应力情况，引进 了一个表示裂纹尖端附近区域应力场强度的因子。
对于无限大厚板的中央穿透I型裂纹（张开型裂纹）的应力强度因子
KⅠ= σ（πa）1/2
随σ增加， KⅠ增加
a——裂纹长度的一半 σ——外加应力
低应力脆断
裂纹扩展 达到临界尺寸
判断裂纹扩展 难易的指标
在应力的作用下，结构件中原有缺陷 形成的裂纹发生失稳扩展而引起的
断裂韧性：材料内部抵抗裂纹失稳扩展的能力
裂纹扩展的方式有三种：张开型、滑开型和撕开型 最危险最常见的形式
金属材料的力学性能与应用
金属材料的力学性能与应用金属材料是工业生产和生活中广泛使用的一类材料。
它们具有许多优良的物理、化学和力学特性，如高强度、韧性、导电性和导热性等，因此受到了广泛的关注和应用。
而金属材料的力学性能也是其应用的重要方面之一。
在本文中，将介绍金属材料的力学性能与应用方面的内容。
一、金属材料的力学性能1. 弹性模量弹性模量是衡量材料抵抗形变的能力的物理量。
对于金属材料来说，弹性模量可以反映其刚度和弹性力量。
与其他材料相比，金属材料通常具有较高的弹性模量，这也是它们具有极高的强度和刚度的原因之一。
2. 屈服强度屈服强度是指材料在受力时出现塑性变形的临界点，即开始改变形状的应力值。
对于金属材料来说，屈服强度是其材料强度的重要指标之一。
一般来说，同一种金属材料的屈服强度会因为制备和温度等因素而有所差异。
3. 延展性和脆性金属材料的延展性和脆性也是其力学性能的重要指标。
延展性是指材料在受力时能够发生塑性变形之前所允许的最大形变量。
而脆性则是指金属材料受到应力时的断裂倾向。
在实际应用中，延展性高、脆性低的金属材料常常被用于材料弯曲和拉伸等需要高度变形的应用中。
4. 硬度硬度是反映金属材料在表面受损之前所能抵抗划痕、压痕和穿刺的程度。
对于需要承受较高应力的金属材料来说，硬度往往是其要求之一。
硬度值可以通过多种方式来确定，如钻头试验、Vickers硬度测试等。
二、金属材料的应用1. 制造业在制造业中，金属材料的应用非常广泛。
例如，汽车制造领域的车体和发动机部件常常采用高强度、高硬度的铝合金和钢材等金属材料。
电子设备的机器外壳、接口和散热器等也需要采用金属材料。
此外，飞机、船舶、火车等交通运输领域中，许多结构件也用金属材料制成。
2. 倍增和火器在军事领域，金属材料的应用也非常广泛。
例如，汽车补给车和坦克等军事车辆，大多数结构件都是金属材料制成的。
同样，步枪、手枪、火箭筒等武器的弹片材料也是金属材料。
3. 城市建设在城市建设中，金属材料也有着重要的应用。
3 金属的力学性能和断裂韧性
20/47
1. 常规力学性能和相关机制概述
1.1 强度和塑性 1.2 屈服现象和包申格效应 1.3 应力状态柔性系数及力学状态图 1.4 金属的缺口效应 1.5 冲击韧性和脆性断裂理论 1.6 金属的疲劳 1.7 金属的蠕变 1.8 金属的断裂
21/47
表面能γ时，裂纹才能有扩展的条件，由能量平衡的出裂纹扩展的 临界应力为：σc = (2Eγ π a)1 2
2)脆性断裂的位错理论
Zener-Stroth位 错 塞 集 理 论 认 为 位 错滑移运动遇到晶界障碍时，因塞
集而产生裂纹应力集中，当此应力 满足Griffith条件便产生解理裂纹。
该理论认为断裂主要由产生的裂纹
(2)
− 韧脆转变温度Tc与晶粒大小d，位错被钉扎的程度（Ky,Ks），比表面能γ 以及缺口的应力状态系数α有关。韧脆转变温度与晶粒直径平方根的对数
成正比。
• 总之，为使材料韧化，即降低材料的脆断倾向，应提高α, G,γ或降
低d, σi , Tc 及 Ky，Ks。 (1)和(2)式把决定断裂的四大要素，即材料
1. 常规力学性能和相关机制概述
1.1 强度和塑性 1.2 屈服现象和包申格效应 1.3 应力状态柔性系数及力学状态图 1.4 金属的缺口效应 1.5 冲击韧性和脆性断裂理论 1.6 金属的疲劳 1.7 金属的蠕变 1.8 金属的断裂
12/47
1.4 金属的缺口效应
(1)金属的缺口效应
– 因缺口的存在改变了应力状态而引起的脆化倾向，称为缺口敏感性，它和应 力集中现象一起合称为金属的缺口效应
感度指标:qe=
σbN/
σ b
– qe愈大，缺口敏感性愈小，即塑性变形量大，脆 断倾向性小(qe>1)；当qe<1时，说明缺口处还未
金属材料的韧性及其测定
五.布置作业，巩固提高
• 练习1.( ) 是指金属在断裂前吸收变形能量的能力。 • 练习2.材料的冲击吸收能量K越大，其韧性就（ ）。
六.情感升华
• 我们在初中物理上学习了能量转换，动量守恒等概 念，今天呢，我们利用这些知识设计了夏比摆锤实 验，通过这次实验，我们完成了对韧性的理解，这 就提醒我们要善于将所学知识综合利用起来，由简 单的单线思维向多线的综合的思维转换。
1.3 金属材料的韧性及其测定
一.导入新课，展示目标
• 前面几节我们学习了强度，硬度等力学性能，本节 课我们一起了解一下韧性的概念。
• 知识与技能 • 掌握金属材料力学性能指标韧性的含义 • 了解金属材料力学性能指标韧性的测定方法。 • 过程与方法 • 通过与学生探讨实验原理，了解韧性的概念
一.导入新课，展示目标
• 情感态度与价值观 • 本次实验涉及到动量，能量的转换，循循善诱，激
发学生学习兴趣，培养学生思考能力。
二.设疑激探，自主学习
• 疑问1.韧性的定义及其单位。 • 疑问2.夏比摆锤冲击试验的原理是什么？ • 疑问3：冲击试样开口的作用是什么？
三.合作讨论，师生探究
• 讨论1：夏比试验的原理是什么？ • 讨论2：冲击吸收能量KV或KU与力学性能验的实验原理：实验时，将带有缺口的试样安放在
试验机的机架上，使试样的缺口位于两固定支座中间，并
背向摆锤的冲击方向，将质量的摆锤升高到规定高度h1，
则摆锤具有势能KV1（V形缺口试样）或KU1（U形缺口试
样）。当摆锤落下将试样冲断后，摆锤继续向前升高到h2，
此时摆锤的剩余势能为KV2或KU2.摆锤冲断试样所失去的
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韧性：金属在断裂前吸收变形能量的能力称为韧性指标。
①冲击韧性：
金属材料在冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力或者说断裂时吸收冲击功的能量大小，它表示材料对冲击负荷的抗力。
目前均采用冲击吸收功AKV表示，单位J
试样：U型缺口—时效冲击时用
V型缺口 AKV表示，V型缺口在锅炉压力容器的检验中应用较多。
时效冲击将试件拉伸残余变形10%（低碳钢），5%（低合金钢）后加热250° 10℃保温一小时后再作冲击，试验采用U型缺口，得出a kus时效冲击值。
（1）脆性转变温度：T k
我们把使材料的冲击韧性显著降低的温度叫做脆性转变温度。
因为冲击韧性与试验温度有关，材料在低温下会出现由塑料状态转变为脆性状态，冷脆性转变温度的高低是金属材料质量指标之一。
冷脆转变温度越低的材料其材料的低温冲击性能越好，北方寒冷地区必须具有更低的冷脆转变温度才能保证安全，所以在-20℃以下的地区所有焊件都要求低温冲击韧性。
冷脆温度的测定目前可使用三种方法：
①能量准则法②断口形貌准则法③落锤试验法
所测试样发生脆性断裂的最高温度称为无塑性转变温度NDT。
钢材的最低允许工作温度应高于无塑性转变温度。
（注意与NDT无损探伤试验相区别）试样在冲击断裂过程中是一个裂纹发生和发展的过程，如果塑变能够发生在断裂的前面，阻止裂纹的扩展而裂纹的继续发展就需要消耗更多的能量。
因此冲击韧性的高低取决于材料有无迅速塑性变形的能力。
a k值对材料内部组织及缺陷较其他方法更为敏感，能够灵敏地反映出材料品质、宏观缺陷和显微组织方面的变化。
此外冲击实验迅速、方便，所以是质量检验的有效方法。
例如：对白点、温度敏感（时效冲击）。
②断裂韧度
由于在高强度材料中时常发生低应力脆性断裂。
实际上材料远非是均匀的、连续的各向同性的其组织中存在微裂纹、夹杂、气孔等缺陷可看作是裂纹，在外力作用下，在裂纹尖端附近便出现应力集中，根据断裂力学对裂纹尖端应力场的分析，应力场的强弱主要取决与一个
力学参数——应力强度因子K I
当拉应力逐渐增大或裂纹逐渐扩展时，K I也随之增大，当K I增大到某一临界值时，试样中的裂纹会突然失稳扩展，导致断裂。
这个临界值称为该材料的断裂韧度用K IC表示。
断裂韧度是用来反映材料抵抗裂纹失稳扩展，即抵抗脆性断裂的指标。
当K1＜K IC时，裂纹扩展很慢或不扩展；当K1≥K IC时，则材料发生失稳脆断。
断裂韧度是材料固有的力学性能指标，是强度和韧性的综合体现，主要取决于材料的成分，内部组织和结构，与裂纹的大小、形状、外加应力等无关，通过实验测定的。
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