常用金属材料的主要性能指标及涵义
常用金属材料的主要性能指标及涵义
料的布氏硬度数值。使用钢球测定硬度小于等于
450HBS使用硬质合金球测定硬度小于等于650HBW
当试验力单位为N时，布氏硬度值为:
2F
HB 0.102,
D(DJD2d2)
压头类型
金刚石圆锥
1.5875mn
金刚石圆锥
金刚石圆锥
3.175mm
1.5875mn
钢球
表示；55是试样标距长度为其直径5倍时的伸长率，
510是试样标距长度为其直径1O咅时的伸长率
金属材料受外力作用被拉断以后，其横截面的
缩小量与原来横截面积相比的百分数，称为断面收
缩率
5、2的数值愈高，表明这种材料的塑性愈好,
易于进行压力加工
冲击韧度是评定金属材料于动载荷下承受冲
击抗力的力学性能指标，通常都是以大能量的一次
很薄（〜0.5mm）的金属材料，或厚度为〜0.05mm
的零件表面硬化层（如镀铬、渗碳、氮化、碳氮共
渗层等）的硬度
a KU
或aKV
Aku
维氏硬度机测得的压痕，轮廓清晰，数值比较
利用一定质量（
定的高度（一般为
球又回跳到某一高度,
J/cm
2.5g）的钢球或金刚石球，自
254mm落下，撞击金属后,
此高度为肖氏硬度值，其优
极限或称极限疲劳强度
d-1——表示光滑试样的对称弯曲疲劳极限
(7-1 n
表示缺口试样的对称弯曲疲劳极限
按我国国家现行标准，一般金属材料采用
循环次数而不断裂的最大应力来确定其疲劳极限
断裂韧度是衡量金属材料在裂纹存在情况下
抵抗脆性开裂能力的指标，它是现代断裂力学在分
析高强度材料使用过程中，发生一系列技术事故的
1 金属材料的主要性能解析
27
ak不能直接用于强度方面计算，但可作为鉴
影响ak因素:材料的化学成分、显微组织、试 样的表面质量、热处理工艺以及试验温度等。
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动画 冲击试验
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Titanic沉没原因
——含硫高的钢板， 韧性很差，特别是在低温 呈脆性。所以，冲击试样 是典型的脆性断口。近代 船用钢板的冲击试样则具 有相当好的韧性。
一、金属材料的主要性能
2018/10/5
1
金属材料具有许多的可贵的性能，一般分为两大类：
使用性能
力学性能 物理性能 化学性能
工程材料的性能
铸造性能 可锻性能 工艺性能 可焊性能 切削加工性能 热处理性工艺性
2
2018/10/5
金属材料的主要性能
1.使用性能 ――反映金属材料在使用过程中所表现出的特性。
包括： 力学性能： （强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等） 物理性能： （密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、 磁性等） 化学性能： （抗大气、海水及其它介质腐蚀、抗高温氧化等
2. 工艺性能 ――反映金属材料在加工制造过程中所表现出来的特性。
包括：铸造特性、压力加工特性、焊接特性、热处理特性、切削加工 特性等。 在选择和应用金属材料时，一般无特殊要求时，首先考虑金属材料的 使用性能，而在使用性能中，又主要以力学性能（机械性能）为主，因 此作为本章讨论的重点。
Titanic
一项新的科学研究回答了80年未解之谜
Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果
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金属材料的主要性能—疲劳强度
28
4、疲劳强度σr，N（交变载荷）
定义： 表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值。 承受载荷的大小和方同随时间作周期性变化，交变应力作用下，往往 在远小于强度极限，甚至小于屈服极限的应力下发生断裂。 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)σb
金属材料的性能
3）维氏硬度HV。 测试基本原理与布氏硬度相同，但 压头采用锥面夹角136°的金刚石正四棱锥体。 维氏硬度试验所用载荷小，压痕深度浅，适用于测量 零件薄的表面硬化层的硬度。试验载荷可任意选择， 故可测硬度范围宽，工作效率较低。 4. 疲劳强度 1）交变应力（周期性应力）。 应力的大小、方向周 期性变化。有对称周期性应力和非对称周期性应力。 2）疲劳。 构件在低于屈服强度的交变应力作用下， 经过较长时间工作而发生突然断裂，而无明显的塑性 变形的现象。
l0
式中 lk—试样断裂后的标距长度；
l0—试样的原始标距长度；
2）断面收缩率。 指试样拉断后缩颈处横截面积的最 大相对收缩值。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱψ=
A0 − Ak × 100% A0
式中 Ak—试样断裂出的最小横截面积； A0—试样的原始横截面积；
3.硬度 硬度指金属材料抵抗外物压入其表面的能力，也是衡量 金属材料软硬程度的一种力学性能指标。工程上常用的 有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 1 1）布氏硬度HBS(HBW)。 布氏硬度是在布氏硬度计上 HBS(HBW) 进行测量的。 用一定直径的钢球或硬质合金球为压头，以相应的实 验力压入试样表面，保持规定的时间后，卸除实验力， 在试样表面形成压痕，以压痕球形表面所承受的平均 载荷作为布氏硬度值。
0
∆l
低碳钢拉伸曲线
1.强度 1）弹性极限。 金属材料产生完全弹性变形时所能承 受的最大应力值，单位 MPa 。即 σe=Pe/A0
式中 Pe—试样发生完全弹性变形的最大载荷（N）； A0—试样的原始横截面积（mm2 ）。
2）抗拉强度。 材料断裂前所承受的最大应力，即为 抗拉强度（强度极限），它也是试样能够保持均匀塑 性变形的最大应力σb。 σb=Pb/A0
金属的物理性能和机械性能主要包括哪些内容？含义各是什么？
金属的物理性能包括哪些内容？含义各是什么？金属的物理性能主要包括比重（密度）、熔点、热膨胀性、导热性、导电性和磁性等。
（1）密度：密度是物体质量和其体积的比值。
它的单位为克/立方厘米（g/cm³）。
在体积相同的情况下，物体的密度越大，质量也越大。
（2）熔点：金属从固态向液体状态转变时的熔化温度称为熔点。
熔点一般用摄氏温度（℃）表示。
（3）热膨胀性：热膨胀性是指金属材料受热时，体积会增大，冷却时则收缩的一种性能。
热膨胀的大小一般由线膨胀系数表示。
（4）导热性：导热性是指金属材料在加热或冷却时传导热能的性能，一般由导热系数表示。
导热系数的单位为千卡/米·时·℃。
（5）导电性：导电性是指金属材料传导电流能力的性能。
（6）磁性：金属能导磁的性能称为磁性。
具有导磁能力的金属都能被磁铁吸引。
金属的机械性能主要包括哪些内容？含义各是什么？金属材料的机械性能主要包括强度、弹性、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等。
（1）强度：强度是指材料在静载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。
强度的单位为帕斯卡（Pa）（牛顿/毫米²）。
根据载荷作用在材料上的不同，强度又可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗扭强度和抗剪强度五种。
（2）弹性：金属材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，变形消失，材料恢复原状的性能称为弹性。
（3）塑性：金属材料在外力作用下产生变形而不破坏，当外力去除后，仍能使变形保留下来的性能称为塑性。
塑性是用长度延伸率（δ）和断面收缩率（ψ）这两个指标来表示的。
（4）硬度：硬度是指金属材料表面抵抗比它硬的物体压入引起塑性变形的能力。
在实际生产中，最常用的硬度试验方法有布氏硬度试验和洛氏硬度试验两种。
（5）韧性：金属材料抵抗冲击载荷而不致破坏的性能称为韧性。
（6）疲劳强度：金属材料在无数次交变载荷作用下而不致破坏的最大应力称为疲劳强度。
金属材料的主要性能
① HRA 硬、薄试件，如硬质合金、表面淬火层和渗碳层。 ② HRB 轻金属，未淬火钢，如有色金属和退火、正火钢等 ③ HRC 较硬，淬硬钢制品；如调质钢、淬火钢等。 洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。
②弹性：材料不产生塑性变形的情况下，所能承受的最 大应力。
弹性极限：σe=Fe/So 不产永久变形的最大抗力。
2）屈服强度s：材料发生微量塑性变形时的应力值。即 在拉伸试验过程中，载荷不增加，
试样仍能继续伸长时的应力。
s = Fs/So
s
条件屈服强度0.2：高碳钢等无屈服点， 国家标准规定以残余变形量为0.2%时的 应力值作为它的条件屈服强度，以0.2 来表示。
影响因素：循环应力特征、温度、材料成分和组织、夹 杂物、表面状态、残余应力等。
二、塑性 金属材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。
1.延伸率
延伸率与试样尺寸有关：δ5、δ10 (L0=5d,10d)
2.断面收缩率 ψ=△S/So=(So-Sk)/So x 100%
> 时，无颈缩，为脆性材料表征； < 时，有颈缩，为塑性材料表征。
0.2
3)抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大 应力值。（材料抵抗外力而不致断裂的极 限应力值）。
b = Fb/So
（5）灰铸铁拉伸时的力学性能 灰口铸铁是典型的脆性材料,其σ-曲线是一段微弯曲 线,如图a)所示,没有明显的直线部分,没有屈服和颈 缩现象,拉断前的应变很小,延伸率也很小。强度极限 σb是其唯一的强度指标。 铸铁等脆性材料的抗拉强度 很低,所以不宜作为受拉零 件的材料。
无论是塑性材料还是脆性材料,断裂时都不产生明显的 塑性变形,而是突然发生,具有很大的危险性,有相当多 零件的破坏属于疲劳破坏,对此必须引起足够的重视。
金属材料的使用性能
金属材料的使用性能1. 密度(比重):材料单位体积所具有的质量，即密度＝质量/体积，单位为g/cm3。
2. 力学性能: 金属材料在外力作用下表现出来的各种特性，如弹性、塑性、韧性、强度、硬度等。
3. 强度: 金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。
屈服点、抗拉强度是极为重要的强度指标，是金属材料选用的重要依据。
强度的大小用应力来表示，即用单位面积所能承受的载荷(外力)来表示。
4. 屈服点: 金属在拉力试验过程中，载荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象，称为“屈服”。
产生屈服现象时的应力，即开始产生塑性变形时的应力，称为屈服点，用符号σs表示，单位为MPa。
5. 抗拉强度: 金属在拉力试验时，拉断前所能承受的最大应力，用符号σb表示，单位为MPa。
6. 塑性: 金属材料在外力作用下产生永久变形(去掉外力后不能恢复原状的变形)，但不会被破坏的能力。
7. 伸长率: 金属在拉力试验时，试样拉断后，其标距部分所增加的长度与原始标距长度的百分比，称为伸长率。
用符号δ，%表示。
伸长率反映了材料塑性的大小，伸长率越大，材料的塑性越大。
8. 韧性: 金属材料抵抗冲击载荷的能力，称为韧性，通常用冲击吸收功或冲击韧性值来度量。
9. 冲击吸收功: 试样在冲击载荷作用下，折断时所吸收的功。
用符号A?k表示，单位为J 。
10. 硬度: 金属材料的硬度，一般是指材料表面局部区域抵抗变形或破裂的能力。
根据试验方法和适用范围的不同，可分为布氏硬度和洛氏硬度等多种。
布氏硬度用符号HB表示：洛氏硬度用符号HRA、HRB或HRC表示。
部分常用钢的用途(一)各牌号碳素结构钢的主要用途:1.牌号Q195，含碳量低，强度不高，塑性、韧性、加工性能和焊接性能好。
用于轧制薄板和盘条。
冷、热轧薄钢板及以其为原板制成的镀锌、镀锡及塑料复合薄钢板大量用用屋面板、装饰板、通用除尘管道、包装容器、铁桶、仪表壳、开关箱、防护罩、火车车厢等。
盘条则多冷拔成低碳钢丝或经镀锌制成镀锌低碳钢丝，用于捆绑、张拉固定或用作钢丝网、铆钉等。
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。
金属材料常用力学性能名称、符号及含义
J
使用摆锤冲击试验机冲断试样所需的能量(该能量已经对摩擦损失做了修正)，称为冲击吸收能量K。用字母V或U表示缺口几何形状，即KV或KU，用数字2或8以下标形式表示冲击刀刃半径，如KV2、KU8
有N次循环的应力幅值;σN是在N次循环的疲劳强度，σN是一个特定应力比的应力幅值，在此种情况下，试样具有N次循环的寿命。应力比是最小应力与最大应力的代数比值
疲劳极限σD
MPa
疲劳极限σD是一个应力幅的值，在这个值下，试样在给定概率时被希望可以进行无限次的应力循环。国家标准指出，某些材料没有疲劳极限;其他的材料在一定的环境下会显示出疲劳强度
洛氏硬度HRA、HRB、HRC、HRD、HRE、HRF、HRG、HRH、HRK、HRN、HRT
量纲一
采用金刚石圆锥体或一定直径的淬火钢球作为压头，压入金属材料表面，取其压痕深度计算确定硬度的大小，这种方法测量的硬度为洛氏硬度。GB/T230.1-2009《金属材料洛氏硬度试验第1部分:试验方法(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺)》中规定了
A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T等标尺，以及相应的硬度符号、压头类型、总试验力等。由于压痕较浅，工件表面损伤小，适于批量、成品件及半成品件的硬度检验，对于晶粒粗大且组织不均的零件不宜采用。采用不同压头和试验力，洛氏硬度可以用于较硬或较软的材料，使用范围较广。
维氏硬度HV
维氏硬度试验是用一个相对面夹角为136°的正四棱锥体金刚石压头，以规定的试验力(49.03~980.7N)压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，以其压痕表面积除试验力所得的商，即为维氏硬度值维氏硬度试验法适用于测量面积较小、硬度值较高的试样和零件的硬度，各种表面处理后
屈服强度、上屈服强度ReH、下屈服强度ReL
金工(1)教学基本要求(知识点)
金工(1)教学基本要求(知识点)(2018秋季)第1章工程材料:1. 金属材料常用力学性能指标有哪些?各自概念。
强度、塑性、硬度和韧性强度:材料在外力作用下，抵抗变形和破坏的能力。
塑性:金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。
硬度:材料抵抗硬物压入的能力，也可以说是材料抵抗局部塑性变形或破裂的能力。
冲击韧性:是指材料抵抗冲击载荷的能力，通常用ak表示。
2.金属材料常见的三种晶格类型是什么? α-Fe、γ-Fe 分别是什么晶格类型? 体心立方晶格、面心立方晶格、密排立方晶格α-Fe是体心立方晶格γ-Fe是面心立方晶格3.金属结晶包括哪两个阶段?晶粒尺寸大小与其力学性能的关系。
结晶核心的形成和晶核的长大晶粒细化后，除使材料的强度、硬度提高外，还能使塑性和韧性有较大的改善。
4. 铁碳合金的基本组织有哪些?各自的概念。
合金的基本相结构是什么?铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体铁素体:碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体，称为铁素体（也称α固溶体），常用符号F或α表示。
奥氏体:碳溶解在γ-Fe中形成的间隙固溶体，称为奥氏体（也称γ固溶体），常用符号A或γ表示。
渗碳体:铁与碳形成的化合物Fe3C，称为渗碳体。
珠光体:是铁素体和渗碳体的机械混合物，通常用符号P表示莱氏体:高温下由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物（用L d表示），或在727°C 以下由珠光体和渗碳体组成的机械混合物（L d’）。
固溶体和金属化合物铁碳合金相图在p145. 钢在室温下的平衡组织分别是什么?钢的含碳量与其力学性能的关系?并从组织上加以解释。
共析钢在室温下的平衡组织为珠光体。
亚共析钢在室温下的平衡组织由铁素体和珠光体组成。
过共析钢在室温下的平衡组织由珠光体和呈网状的渗碳体组成。
当钢中的含碳量小于1.0%时，随含碳量的增加，钢的强度和硬度不断增加，而塑性不断下降；当钢中的含碳量大于1.0%，因网状渗碳体明显增多，致使钢的硬度不断升高，但强度显著下降。
衡量金属材料物理性能的指标名称符号基本单位及其含义说明
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线胀 系数
电阻 率
电 性 能 指 标
电导 率
λ──的材料，它的导 热 性 就 好 ； 反 之，则 差，所 以它是衡量金 属材料导热性能好坏 的一个主要性能指标
金属温度每升高
1℃ 所 增 加 的 长 度 与
原来长度的比值，称
к
西〔门 子〕每米
l──导体长度（m或cm）
S/m 式中 ──电导（S）
S──导体横截面面积 （m2）
l──导体长度（m）
电阻率的倒数叫做 电导率，在数值上等 于导体维持单位电位 梯 度（即 电 位 差） 时，流过单位面积的 电流。电导率是表示 导体导电能力的性能 指标，电导率越大， 电阻率就越小，那么 这种材料的导电性能 就越好，反之，则其 导电性就不好。在金 属中，银的导电性最 好。其 次 是 铜、金， 所以工业中有时也以 银为标准材料，把它 的电导率规定为 100％，其 他 金 属 材 料与银相比，所得的 百分数就是这种材料 的电导率
电阻随温度而变化
mhtml:file://C:\Program Files\机械设计手册（新编软件版）2008\tmp\h01027.mht 2011-10-21
指标
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电阻 温度系 数
磁导 率
磁感 应强度
欧 αp 〔姆〕每
摄氏度
Ω/℃
式中 Rt──导体温度为t℃时电 阻（Ω）
R0──导体温度为0℃时 电阻（Ω）
以它是衡量磁性材料
磁性强弱的重要性能
指 标。在 用 作 电 机、
变压器和电器磁路的
T
式中 B──磁感应强度（T）
铁芯中，磁感 应强度 是铁芯利用得好与不
Φ──磁通（即通过某一 好 的量度。因为磁感
金属材料的主要性能指标及涵义
㈠物理性能指标密度符号：γ单位:kg/m3或g/cm3涵义说明：密度是金属材料的特性之一，它表示某种金属材料单位体积的质量，不同金属材料的密度是不同的。
在机械制造业上，通常利用“密度”来计算零件毛坯的质量（习惯上称质量）。
金属材料的密度也直接关系到由它所制成的零件或构件的质量或紧凑程度，这点对于要求减轻机件自重的航空和宇航工业制件具有特别重要的意义㈡弹性指标弹性模量符号：E 单位Mpa; 切削模量符号：G 单位Mpa涵义说明：金属材料在弹性范围内，外力和变形成比例地增加，即应力与应变成正比例关系时（胡克定律），这个比例系数就称为弹性模量。
根据应力，应变的性质通常又分为：弹性模量（E）和切削模量（G），弹性模量的大小，相当于引起物体单位变形时所需应力的大小，所以，它在工程技术上是衡量材料刚度的指标，弹性模量越大，刚度也越大，亦即在一定应力作用下，发生的弹性变形越小。
任何机器零件，在使用过程中，大都处于弹性状态，对于要求弹性变形较小的零件，必须选用弹性模量大的材料比例极限符号：σ（R P）单位Mpa 涵义说明：指伸长与负荷成正比地增加，保p持直线关系，当开始偏离直线时的应力称比例极限，但此位置很难精确测定，通常把能引起材料试样产生残余变形量为试样原长的0.001%或0.003%、0.005%、0.02%时的应力，规定为比例极限弹性极限符号：σ单位Mpa 涵义说明：这是表示金属材料最大弹性大的指标，e即在弹性变形阶段，试样不生产塑性变形时所能承受的最大应力，它和σp一样也难精确测定，一般多不进行测定，而以规定的σp数值代替之㈢强度性能指标强度极限符号：σ单位Mpa涵义说明：指金属材料受外力作用，在断裂前，单位面积上所能承受的最大载荷抗拉强度符号：σ（R m）单位Mpa 涵义说明：指外力是拉力时的强度极限，它是b衡量金属材料强度的主要性能指标抗弯强度符号：σ（σw）单位Mpa 涵义说明：指外力是弯曲力时的强度极限bb抗压强度符号：σ（σy）单位Mpa涵义说明：指外力是压力时的强度极限，压缩bc试验主要适用于低塑性材料，如铸铁等抗剪强度符号：τ单位Mpa 涵义说明：指外力是剪切力时的强度极限抗扭强度符号：τ单位Mpa涵义说明：指外力是扭转力时的强度极限b屈服点符号：σ单位Mpa 涵义说明：金属材料受载荷时，当载荷不再增加，但金s属材料本身的变形，却继续增加，这种现象叫做屈服，产生屈服现象时的应力，叫屈服点屈服强度符号：σ单位Mpa 涵义说明：金属材料屈服现象时，为便于测量，通常0.2按其产生永久残余变形量等于试样原长0.2%时的应力作为“屈服强度”，或称“条件屈服极限”持久强度符号：σ（h）单位Mpa涵义说明：指金属材料在一定的高温条件下，b／时间经过规定时间发生断裂时的应力，一般所指的持久强度，是指在一定温度下，试样经十万小时后的破断强度，这个数值，通常也是用外推力的方法取得的蠕变极限符号：σ变形量（%）／时间（h）单位Mpa涵义说明：金属材料在高温环境下，即使所受应力小于屈服点，也会随着时间的增长而缓慢地产生永久变形，这种现象叫做蠕变，在一定的温度下，经一定时间，金属材料的蠕变速度仍不超过规定的数值，此时所能承受的最大应力，称为蠕变极限㈣硬度性能指标布氏硬度（GB/T231-1984）符号：HBS或HBW 单位Kgf／mm2涵义说明：用淬硬小钢球或硬质合金球压入金属材料表面，以其压痕面积除加在钢球上的载荷，所得之商，以相应的实验压力，经规定保持时间后即为金属材料的布氏硬度数值。
最新金属材料的力学性能(表)整理
表2—3 常用力学性能指标及其含义
力学性能
性能指标含义符号名称旧标符号单位
强度R m抗拉强度σb
MPa
试样拉断前所能承受的最大应力R el下屈服强度σs发生塑性变形而力不增加时的应力点R p0.2规定非比例延伸强度σ0.2规定非比例延伸率为0.2％时的应力
塑性A（A11.3）断后伸长率δs (δ)
——
断后标距的伸长量与原始标距之比的
百分率
Z 断面收缩率ψ断后试样的最大收缩量与原始横截面
积之比的百分率
硬度
HBW 布氏硬度HBW、HBS MPa 球形压痕单位面积上所受的平均压力HR
（A、B、C）
洛氏硬度
（A、B、C标尺）
HR
（A、B、C）
——
用洛氏硬度相应标尺刻度满程与压痕
深度之差计算的硬度值
HV维氏硬度HV MPa 正四棱锥压痕单位面积上所受的平均
压力
冲击吸
收能量
K冲击韧度a k J 试验时冲击试样所吸收的能量
疲劳强度R-1疲劳极限σ-1MPa 试样承受无数次（或给定次数）对称循
环应力仍不断裂的最大应力。
钢铁材料的力学性能及名词解释
值大小来衡量
由于αK值的大小，不仅取决于材料本身，同时
还随试样尺寸、形状的改变及试验温度的不同 而变化，因而αK值只是一个相对指标。目前国 际上许多国家直接采用冲击吸收功AK作为冲 击韧度的指标 AKU αKU = ——； F AKU
2
冲击吸收功
AKU或 AKV
αKV= ——；
五
疲劳
大小、方向反复变化的载荷）的作用，在不发生显 著塑性变形的情况下而突然断裂的现象，称为疲劳 金属材料在重复或交变应力作用下，经过周次
1
疲劳极限
σ-1
MPa
（N）的应力循环仍不发生断裂时所能承受的最大 应力称为疲劳极限
金属材料在重复或交变应力作用下，经过周次 （N）后断裂时所能承受的最大应力，叫作疲劳强 2
3
抗压强度
σbc
MPa
σbc＝—— Fo 式中 Pbc——试样所受最大集中载荷（N） Fo——试样原横截面积（mm 2）
试样剪断前，所承受的最大负荷下的受剪截面具有 的平均应力 P 双剪:σr＝—— ； 2Fo 4
抗剪强度
r、σr
MPa
P 单剪:σr＝—— ； Fo 式中 P——剪切时的最大负荷（N） Fo——受剪部位的横截面积（mm 2） 指外力是扭转力的强度极限 3Mb τb≈—— （适用于钢材） 4Wp
1
布氏硬度
HBS
/
验力，测表面压痕直径计算的硬度值。使用钢球测 定硬度小于等于450HBS；使用硬质合金球测定硬度 大于450HBW
2
洛氏硬度
HRA HRB HRC HRD HRE HRF HRG HRH HRK HV
用金刚石圆锥或钢球压头以初始试验力和总试验力 作用下，压入试样表面，经规定的保持时间后，卸
金属材料力学性能最常用的几项指标
金属材料力学性能最常用的几项指标硬度是评定金属材料力学性能最常用的指标之一。
对于金属材料的硬度，至今在国内外还没有一个包括所有试验方法的统一而明确的定义。
就已经标准化的、被国内外普通采用的金属硬度试验方法而言，金属材料硬度的定义是:材料抵抗另一较硬材料压入的能力。
硬度检测是评价金属力学性能最迅速、最经济、最简单的一种试验方法。
硬度检测的主要目的就是测定材料的适用性，或材料为使用目的所进行的特殊硬化或软化处理的效果。
对于被检测材料而言，硬度是代表着在一定压头和试验力作用下所反映出的弹性、塑性、强度、韧性及磨损抗力等多种物理量的综合性能。
由于通过硬度试验可以反映金属材料在不同的化学成分、组织结构和热处理工艺条件下性能的差异，因此硬度试验广泛应用于金属性能的检验、监督热处理工艺质量和新材料的研制。
金属硬度检测主要有两类试验方法。
一类是静态试验方法，这类方法试验力的施加是缓慢而无冲击的。
硬度的测定主要决定于压痕的深度、压痕投影面积或压痕凹印面积的大小。
静态试验方法包括布氏、洛氏、维氏、努氏、韦氏、巴氏等。
其中布、洛、维三种测试方法是最长用的，它们是金属硬度检测的主要测试方法。
而洛氏硬度试验又是应用最多的，它被广泛用于产品的检测，据统计，目前应用中的硬度计70%是洛氏硬度计。
另一类试验方法是动态试验法，这类方法试验力的施加是动态的和冲击性的。
这里包括肖氏和里氏硬度试验法。
动态试验法主要用于大型的及不可移动工件的硬度检测。
1.布氏硬度计原理对直径为D的硬质合金压头施加规定的试验力，使压头压入试样表面，经规定的保持时间后，除去试验力，测量试样表面的压痕直径d，布氏硬度用试验力除以压痕表面积的商来计算。
图1布氏硬度试验原理HB =F / S ……………… (1-1)=F / πDh ……………… (1-2)=……………… (1-3)式中：F ——试验力，N；S ——压痕表面积，mm；D ——球压头直径，mm；h ——压痕深度， mm；d ——压痕直径，mm布氏硬度计的特点：布氏硬度检测的优点是其硬度代表性好，由于通常采用的是10 mm直径球压头，3000kg试验力，其压痕面积较大，能反映较大范围内金属各组成相综合影响的平均值，而不受个别组成相及微小不均匀度的影响，因此特别适用于测定灰铸铁、轴承合金和具有粗大晶粒的金属材料。
金属材料机械性能的指标及意义介绍
金属材料机械性能的指标及意义介绍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≥835MPa；δ5≥12%；ψ≥45%；AK≥63J35CrMoA的性能应该更加优良稳定。
金属材料力学性能最常用的几项指标
金属材料力学性能最常用的几项指标硬度是评定金属材料力学性能最常用的指标之一。
对于金属材料的硬度，至今在国内外还没有一个包括所有试验方法的统一而明确的定义。
就已经标准化的、被国内外普通采用的金属硬度试验方法而言，金属材料硬度的定义是:材料抵抗另一较硬材料压入的能力。
硬度检测是评价金属力学性能最迅速、最经济、最简单的一种试验方法。
硬度检测的主要目的就是测定材料的适用性，或材料为使用目的所进行的特殊硬化或软化处理的效果。
对于被检测材料而言，硬度是代表着在一定压头和试验力作用下所反映出的弹性、塑性、强度、韧性及磨损抗力等多种物理量的综合性能。
由于通过硬度试验可以反映金属材料在不同的化学成分、组织结构和热处理工艺条件下性能的差异，因此硬度试验广泛应用于金属性能的检验、监督热处理工艺质量和新材料的研制。
金属硬度检测主要有两类试验方法。
一类是静态试验方法，这类方法试验力的施加是缓慢而无冲击的。
硬度的测定主要决定于压痕的深度、压痕投影面积或压痕凹印面积的大小。
静态试验方法包括布氏、洛氏、维氏、努氏、韦氏、巴氏等。
其中布、洛、维三种测试方法是最长用的，它们是金属硬度检测的主要测试方法。
而洛氏硬度试验又是应用最多的，它被广泛用于产品的检测，据统计，目前应用中的硬度计70%是洛氏硬度计。
另一类试验方法是动态试验法，这类方法试验力的施加是动态的和冲击性的。
这里包括肖氏和里氏硬度试验法。
动态试验法主要用于大型的及不可移动工件的硬度检测。
1.布氏硬度计原理对直径为D的硬质合金压头施加规定的试验力，使压头压入试样表面，经规定的保持时间后，除去试验力，测量试样表面的压痕直径d，布氏硬度用试验力除以压痕表面积的商来计算。
图1布氏硬度试验原理HB =F / S ……………… (1-1)=F / πDh ……………… (1-2)=……………… (1-3)式中：F ——试验力，N；S ——压痕表面积，mm；D ——球压头直径，mm；h ——压痕深度， mm；d ——压痕直径，mm布氏硬度计的特点：布氏硬度检测的优点是其硬度代表性好，由于通常采用的是10 mm直径球压头，3000kg试验力，其压痕面积较大，能反映较大范围内金属各组成相综合影响的平均值，而不受个别组成相及微小不均匀度的影响，因此特别适用于测定灰铸铁、轴承合金和具有粗大晶粒的金属材料。
什么叫材料的力学性能？有哪些主要指标？
什么叫材料的力学性能？有哪些主要指标？
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和抗拉强度σb，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。
金属材料主要性能指标
金属材料主要性能指标模具钢在工作性能方面的要求1)硬度模具在工作时受力状态是复杂的，如热作模具通常在交变的温度场下承受交变应力作用，因此它应具有良好的抗软化或塑性变形状态的能力，在长期工作环境下仍能保持模具的形状和尺寸精度。
硬度是模具钢的重要性能之一。
对冷作模具的硬度一般选择在58HRC以上，而热作模具尤其是要求高的抗热疲劳性能的模具，通常硬度在45HRC左右。
对普通使用的塑料模具，一般硬度要求在35HRC左右。
2)强度与韧度零件的成形使模具承受着巨大的冲击、扭曲等负荷，尤其是现代高速冲压、高速精锻造和液态成形等技术以及一次成型技术的发展，模具承受着更大的负荷，往往由于模具钢的强度和韧度不够，造成型腔边缘或局部塌陷、崩刃或断裂而早期失效，因此模具热处理后应具有较高的硬度和韧度。
3)耐磨性零件成形时材料与模具型腔表面发生相对运动，使型腔表面产生了磨损，从而使得模具的尺寸精度、形状和表面的粗糙度发生变化而失效。
磨损是一种复杂的过程，影响因素很多，除取决作用于模具的外界条件外，还在很大程度上取决于采用模具钢的化学成分不均匀性、组织状态、力学性能等。
4)疲劳性能模具工作时承受着机械冲击和热冲击的交变应力，热作模具在工作的过程中，热交变应力更明显地导致模具热裂。
受应力和温度梯度的影响而引起裂纹，往往是在型腔表面形成浅而细的裂纹，他的迅速传播和扩展导致模具失效。
另外，模具钢的化学成分及组织的不均匀，模具钢中存在的冶金缺陷如非金属夹杂物，气孔、显微裂纹等均可导致模具钢的疲劳强度降低，因为在交变应力的作用下，首先在这些薄弱地区产生疲劳裂纹并发展为疲劳破坏。
5)粘着性工模具零件的表面由于两金属原子相相互扩散或单相扩散的作用，往往会有一些被加工金属粘附着，尤其是一些切削、剪切工具和冲压工具的表面会产生粘附或结疤现象，这会影响刃口的锋利程度和局部组织、化学成分的改变，使刃口部分崩裂或粘附金属的脱落划伤模具，使工件表面粗糙。
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肖氏硬度
（GB/T 4341
—2001）
HSC
HSD
利用一定质量（2.5g）的钢球或金刚石球，自一定的高度（一般为254mm）落下，撞击金属后，球又回跳到某一高度，此高度为肖氏硬度值，其优点是在金属表面上不留下伤痕，故适用于测定表面光滑的一些精密量具或精密零件，也常用来测定大型零件。缺点是测定数值不够准确，现在很少使用××HSC（目测型），××HSD（指示型）表示法
切变模量
G
MPa
比例极限
σp
（Rp）
MPa
指伸长与负荷成正比地增加，保持直线关系，当开始偏离直线时的应力称比例极限，但此位置很难精确测定，通常把能引起材料试样产生残余变形量为试样原长的O.001%或0.003%、O.005%、0.02%时的应力，规定为比例极限
弹性极限
σe
MPa
这是表示金属材料最大弹性的指标，即在弹性变形阶段，试样不产生塑性变形时所能承受的最大应力，它和σp一样也很难精确测定，一般多不进行测定，而以规定的σp数值代替之
电阻温
度系数
αp
Ω/℃
电阻随温度而变化的比例常数，就叫做电阻温度系数，它是计算和衡量金属材料在各个不同温度下电阻值大小的主要依据。纯金属及大多数合金，其电阻皆因温度的增高而增加，碳和电解质的电阻，多因温度增高而降低；某些特制的合金，如铜锰镍合金，其电阻几乎不受温度增减的影响。利用这一特性，可以制成各种不同用途的电阻合金
冲击试样的基本类型有：梅氏、夏氏、艾氏、DVM等数种，我国目前一般多采用GB/T 229—1994《夏比缺口冲击试样》为标准试样，其形状、尺寸和试验方法参见标准中的规定。由于αK值的大小，不仅取决于材料本身，同时还随试样尺寸、形状的改变及试验温度的不同而变化，因而αK值只是一个相对指标。目前国际上许多国家直接采用冲击功AK作为冲击韧度的指标
断
裂
韧
度
性
能
指
标
平面应变
断裂韧度
KIC
N/ mm3/2
断裂韧度是衡量金属材料在裂纹存在情况下抵抗脆性开裂能力的指标，它是现代断裂力学在分析高强度材料使用过程中，发生一系列技术事故的基础上而提出的一个新的重要的力学性能指标。根据材料的断裂韧度和用无损探伤方法确定的内部缺陷存在的情况，可以预知零件在工作过程中有无脆性断裂的危险，从而采取合金化与热处理等措施，以满足使用性能的要求断裂韧度是强度和塑性的综合指标，它是在裂纹试样上测得的；而传统的五大力学指标中的强度指标σs、σb。与塑性指标δ、ψ以及韧性指标αK是分开的，它们都是由光滑或带缺口的试样上测得的。两者各代表不同条件下的材料性能，其应用场合也不同。前者主要适用于高强度材料，或者即使是普通强度的材料，但具体的服役条件有可能促使零件脆断的场合，对一般机械零件使用的具有普通强度和足够塑性、韧性的材料，当断面尺寸不是太大，破坏形式主要是韧性断裂时，仍可沿用传统的五大力学性能指标，无须提出断裂韧性的要求
常用金属材料的主要性能指标及涵义
金属材料的主要性能指标包括物理性能指标、材料力学性能指标、热力学性能指标和电性能指标。如表所示。
金属材料的主要性能指标及涵义一览表
性能
指标
涵义说明
类别
名称
符号
单位
物
理
性
能
指
标
密度
γ
kg/m3
密度是金属材料的特性之一，它表示某种金属材料单位体积的质量，不同金属材料的密度是不相同的。在机械制造业上，通常利用“密度”来计算零件毛坯的质量（习惯上称为质量）。金属材料的密度也直接关系到由它所制成的零件或构件的质量或紧凑程度，这点对于要求减轻机件自重的航空和宇航工业制件具有特别重要的意义
g/cm3
弹
性
指
标
弹性模量
E
MPa
金属材料在弹性范围内，外力和变形成比例地增长，即应力与应变成正比例关系时（符合虎克定律），这个比例系数就称为弹性模量。根据应力，应变的性质通常又分为：弹性模量（E）和切变模量（G），弹性模量的大小，相当于引起物体单位变形时所需应力之大小，所以，它在工程技术上是衡量材料刚度的指标，弹性模量愈大，刚度也愈大，亦即在一定应力作用下，发生的弹性变形愈小。任何机器零件，在使用过程中，大都处于弹性状态，对于要求弹性变形较小的零件，必须选用弹性模量大的材料
标
维氏硬度
（GB/T 4340.1—
1999）
HV
MPa
用49.03～980.7N以内的载荷，将顶角为1360的金刚石四方角锥体压头压入金属材料的表面，以其压痕面积除载荷所得之商，即为维氏硬度值，HV只适用于测定很薄（0.3～0.5mm）的金属材料，或厚度为0.03～0.05mm的零件表面硬化层（如镀铬、渗碳、氮化、碳氮共渗层等）的硬度
强
度
性
能
指
标
强度极限
σ
MPa
指金属材料受外力作用，在断裂前，单位面积上所能承受的最大载荷
抗拉强度
σb
（Rm）
MPa
指外力是拉力时的强度极限，它是衡量金属材料强度的主要性能指标
抗弯强度
σbb
或
σw
MPa
指外力是弯曲力时的强度极限
抗压强度
σbe
或
σ
MPa
指外力是压力时的强度极限，压缩试验主要适用于低塑性材料，如铸铁等
热导率标志着物质传导热的能力。热导率大的材料，它的导热性就好；反之，则差，所以它是衡量金属材料导热性能好坏的一个主要性能指标
线胀系数
α
K-1
（1/K）
金属材料温度每升高1℃所增加的长度与原来长度的比值，称为线胀系数。它是衡量金属材料热膨胀性大小的性能指标。
线胀系数大的材料，它在受热后的膨胀性就大，反之则小。金属的热膨胀系数的数值不是一个固定值；随着温度的增高，其数值也相应增大。对钢来说，线胀系数的数值一般在（10～20）×10-6/K的范围之内
抗剪强度
τ
MPa
指外力是剪切力时的强度极限
抗扭强度
τb
MPa
指外力是扭转力时的强度极限
屈服点
σs
MPa
金属材料受载荷时，当载荷不再增加，但金属材料本身的变形，却继续增加，这种现象叫做屈服，产生屈服现象时的应力，叫屈服点
屈服强度
σ0.2
MPa
金属材料发生屈服现象时，为便于测量，通常按其产生永久残余变形量等于试样原长0.2%时的应力作为“屈服强度”，或称“条件屈服极限”
电
性
能
指
标
电阻率
ρ
Ω·m
电阻率是计算和衡量金属材料在常温下（20℃时）电阻值大小的性能指标。电阻率大，表明这种材料的电阻也大，其导电性能就差；反之，导电性能也就好
电导率
γ
S/m
电阻率的倒数，叫做电导率。在数值上它等于导体维持单位电位梯度（即电位差）时，流过单位面积的电流。电导率是表示导体导电能力的性能指标，电导率越大，电阻率就越小，那么这种材料的导电性能就越好；反之，则其导电性就不好
冲击吸收功
AKU
或
AKV
J
疲
劳
性
能
指
标
疲劳极限
（或称疲劳强
度）
σ-1
σ-1n
MPa
金属材料在交变负荷的作用下，经过无限次应力循环而不致引起断裂的最大循环应力，称为疲劳极限或称极限疲劳强度
σ-1——表示光滑试样的对称弯曲疲劳极限
σ-1n——表示缺口试样的对称弯曲疲劳极限
按我国国家现行标准，一般金属材料采用107循环次数而不断裂的最大应力来确定其疲劳极限
E
HRE
3.175mm钢球
980.7N
70～100HRE
F
HRF
1.5875mm钢球
588.4N
60～100HRF
G
HRG
1.5875mmm钢球
1.471kN
30～94HRG
H
HRH
3.175mm钢球
588.4N
80～100 HRH
K
HRK
3.175mm钢球
1.471kN
40～100HRK
硬
度
性
能
指
硬
度
性
能
指
标
布氏硬度
（GB/T 231—1984）
HBS
HBW
kgf/
mm2
用淬硬小钢球或硬质合金球压入金属材料表面，以其压痕面积除加在钢球上的载荷，所得之商，以相应的试验压力，经规定保持时间后即为金属材料的布氏硬度数值。使用钢球测定硬度小于等于450HBS。使用硬质合金球测定硬度小于等于650HBW
塑
性
指
标
伸长率
10=5d
10=10d
δ（A）
δ5（A）
δ10（A11.3）
%
金属材料受外力作用被拉断以后，在标距内总伸长长度同原来标距长度相比的百分数，称为伸长率。根据试样长度的不同，通常用符号δ5或δ10来表示；δ5是试样标距长度为其直径5倍时的伸长率，δ10是试样标距长度为其直径1O倍时的伸长率
条件断裂
韧度
KO
N/ mm3/2
热
性
能
指
标
熔点
K
金属材料由固态转变为液态时的熔化温度，称为熔点。根据熔点的不同，金属材料可分为低熔点金属、高熔点金属（或难熔金属）两大类。对于热加工材料来说，熔点是制定热加工工艺规范的重要依据之一
℃
比热容
C
J/
（kg·K）
单位质量的某种物质，在温度升高1K（或1℃）时吸收的
持久强度
MPa
指金属材料在一定的高温条件下，经过规定时间发生断裂时的应力，一般所指的持久强度，是指在一定温度下，试样经十万小时后的破断强度，这个数值，通常也是用外推的方法取得的