金属材料的机械性能(精品 值得参考)PPT课件
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金属材料的主要性能(共11张PPT)
无机非金属材料（陶瓷…
0
布氏硬度 Brinell Hardness （HB ）
35HRC～38HRC
用于测量有色金属、退火或正火钢件 、灰铸铁材料。
l 洛氏硬度 Rockwell Hardness (HR) 强度与塑性是应由变拉伸: 试验获得
l 而且也会对材料的加工工艺产生一定的影响。
抵抗各种介质侵蚀的能力。
5、疲劳强度 1 fatigue strength
疲劳强度（疲劳极限）——在周期性或非周期性动载 荷（疲劳载荷）作用下，零件材料在无数次循环载荷 作用下不致引起断裂的最大应力。
疲劳应力值往往大大低于材料的强度极限值。
第九页，共11页。
二、金属材料的物理性能： （一）密度 （二）热学性能
⒈ 熔点；⒉ 热容；⒊ 热膨胀；⒋ 热传导 （三）电学性能
第七页，共11页。
洛氏硬度 Rockwell Hardness (HR)
原理是用顶角为120°的金刚石圆锥或尺寸很小的淬火钢球作为压头，在规定的载荷压力作用下，
压入材料表面，在指示盘上显示出硬度值大小。 常用的是用符号 HRC 表示。
注： 1、数字在前、字母在后，如45HRC；35HRC～38HRC 2、HRC适用范围数值20～70；小于或大于这个范围均 为标注错误！如17HRC；75HRC；HRC=15～19等。
韧性——金属在断裂前吸收变形能量的能力。韧性的判断依据是通过冲击实验来测定，通常采用
摆锤式冲击试验机测定。
摆锤式一次冲击实验 GB229—94规定：将材料制成带有V型缺口标准冲击试样。
aK
响，比较复杂，所以冲击 值一般只作为选择材料的参考，不直接用于强度计算。
⒈ 电阻率ρ ；⒉ 电阻温度系数；⒊ 介电性 （四）磁学性能
金属材料的主要性能幻灯片PPT
σ(F)
σb
b
σσs e
s e
k
ε (ΔL)
图1－2 低碳钢拉伸曲线
（2）弹性极限
➢ 即金属材料不产生塑性变形时所能承受的最大应
力。拉伸曲线e点对应的应力σe为弹性极限：
σe= Fe/S0
式中 σe —弹性极限（MPa）； F e —试样产生完全弹性变形时的最大外力（N）； S0 —试样原始横截面积（mm 2）。
仍能继续伸长（变形）时的应力。在拉伸曲线上s 点对应的应力为屈服点。
σs=Fs/S0
式中 σs——屈服点（ MPa ）； Fs——试样开始产生屈服现象时的拉力（N）； S0——试样原始横截面积（ mm 2）。
3. 强度
（1）屈服点
条件屈服强度: 许多金属材料拉伸时没有明显的 屈服现象,为了测这些材料屈服点，规定试样产生 0.2％塑性变形时对应的应力值作为屈服点，称 为条件屈服强度，表示为σ0.2。
屈强比：σs/σb，是一个有意义的指标。其比值 越大，越能发挥材料的潜力。但是为了使用安全， 该比值亦不宜过大，适当的比值一般在0.65～ 0.75之间。
比强度：σb/ρ，它表征了材料强度与密度之间 的关系。在考虑汽车轻量化的问题时，常常用到 这个指标。
4.塑性
➢ 即断裂前材料发生不可逆永久变形的能力。 ➢ 常用的塑性判据是伸长率和断面收缩率。
（2）抗拉强度
➢ 即试样拉断前承受的最大标称拉应力。
拉伸曲线上b点对应的应力为抗拉强度。
σb=Fb/S0
式中 σb——抗拉强度（MPa）； Fb——试样断裂前所能承受的最大拉力（N）； S0——试样原始横截面积（mm2 ）。
抗拉强度：σb，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指标。
钢材的机械性能ppt
构件连接
钢材可以通过焊接、铆接、螺栓连接等方式实现建筑构件的牢固 连接，保证建筑的整体稳定性。
抗震性能
钢材的延性和韧性，使其在地震等外力作用下能够吸收大量能量， 减少结构损伤，提高建筑的抗震性能。
在机械制造业的应用
制造设备
钢材是制造各种机械设备的重要材料，如机床、 工业炉、重型设备等。
制造工具
钢材经过加工可以制造各种工具和刀具，如钻头、 铣刀、锯片等。
3
钢材的伸长率越高，说明其塑性变形能力越强， 能够承受较大的塑性变形而不断裂。
屈服点（σs）
屈服点是钢材在拉伸过程中开始发生屈服现象 的应力极限，用符号σs表示。
钢材的屈服点是判断其是否具有良好塑性性能 的重要指标，也是确定钢材承载能力的依据之 一。
钢材的屈服点越高，说明其抵抗屈服变形的能 力越强，能够承受更高的应力。
感谢观看
THANKS
布氏硬度
通过测量材料表面抵抗 球形压痕的能力来测定 硬度，通常用于测定较 大或较软的材料。
维氏硬度
通过测量材料表面抵抗 金刚石锥体压痕的能力 来测定硬度，适用于测 定较小或较硬的材料。
硬度与其他机械性能的关系
硬度与耐磨性
硬度较高的钢材具有更好的耐磨性，因为硬度的提高可以增强材料 的抗磨损能力。
硬度与抗冲击性
耐磨性能
钢材的高硬度和良好的耐磨性使其在制造耐磨设 备、磨具等方面具有广泛应用。
在汽车行业的应用
汽车车身
钢材是制造汽车车身的主要材料之一，其强度和塑性能够满足车 身结构的要求。
汽车零部件
钢材广泛应用于汽车零部件的制造，如发动机部件、传动系统部件、 悬挂系统部件等。
安全性能
钢材在汽车碰撞时能够保持较好的稳定性，提高汽车的安全性能。
钢材可以通过焊接、铆接、螺栓连接等方式实现建筑构件的牢固 连接，保证建筑的整体稳定性。
抗震性能
钢材的延性和韧性，使其在地震等外力作用下能够吸收大量能量， 减少结构损伤，提高建筑的抗震性能。
在机械制造业的应用
制造设备
钢材是制造各种机械设备的重要材料，如机床、 工业炉、重型设备等。
制造工具
钢材经过加工可以制造各种工具和刀具，如钻头、 铣刀、锯片等。
3
钢材的伸长率越高，说明其塑性变形能力越强， 能够承受较大的塑性变形而不断裂。
屈服点（σs）
屈服点是钢材在拉伸过程中开始发生屈服现象 的应力极限，用符号σs表示。
钢材的屈服点是判断其是否具有良好塑性性能 的重要指标，也是确定钢材承载能力的依据之 一。
钢材的屈服点越高，说明其抵抗屈服变形的能 力越强，能够承受更高的应力。
感谢观看
THANKS
布氏硬度
通过测量材料表面抵抗 球形压痕的能力来测定 硬度，通常用于测定较 大或较软的材料。
维氏硬度
通过测量材料表面抵抗 金刚石锥体压痕的能力 来测定硬度，适用于测 定较小或较硬的材料。
硬度与其他机械性能的关系
硬度与耐磨性
硬度较高的钢材具有更好的耐磨性，因为硬度的提高可以增强材料 的抗磨损能力。
硬度与抗冲击性
耐磨性能
钢材的高硬度和良好的耐磨性使其在制造耐磨设 备、磨具等方面具有广泛应用。
在汽车行业的应用
汽车车身
钢材是制造汽车车身的主要材料之一，其强度和塑性能够满足车 身结构的要求。
汽车零部件
钢材广泛应用于汽车零部件的制造，如发动机部件、传动系统部件、 悬挂系统部件等。
安全性能
钢材在汽车碰撞时能够保持较好的稳定性，提高汽车的安全性能。
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第二章 金属材料基础
机械(力学)性能: 在机械载荷（外力）作用下表现出来的特性。
主要指标有: 强度、塑性、硬度、冲击韧性(度)、 疲劳强度
2
在 日 常 生 活 中，随 处都可 以看到 浪费粮 食的现 象。也 许你并 未意识 到自己 在浪费 ，也许 你认为 浪费这 一点点 算不了 什么
第二章 金属材料基础
0-0： 未加试验力时，压头与试件表面未接触 1-1： 加初试验力10kg时，压头从a压入至b 2-2： 加总试验力时，压头压入至c 3-3： 卸除主试验力，压头回复至d 保持规定时间： 测量残余压痕深度增量bd; 计算洛氏硬度值:
HRK bd 0.002
式中：K=100；金刚石压头。 K=130；淬火钢球压头。
100kg • HRC：1200金刚石圆锥体，总试验力
150kg ——应用最广
24
在 日 常 生 活 中，随 处都可 以看到 浪费粮 食的现 象。也 许你并 未意识 到自己 在浪费 ，也许 你认为 浪费这 一点点 算不了 什么
特点： 优点 ：测试简便、迅速、因压痕小、不损伤零 件，适合成品检验。 缺点 测得的硬度值重复性较差，需在不同的 部位测量数次。 适用范围：用于测定硬质材质（20－70 HRC）
即表示该材料可能经受无 数次应力循环而仍不发生 疲劳断裂，这个应力叫做 疲劳强度极限。。
用应力循环基数表示：
钢为107
非铁合金为108
在 日 常 生 活 中，随 处都可 以看到 浪费粮 食的现 象。也 许你并 未意识 到自己 在浪费 ，也许 你认为 浪费这 一点点 算不了 什么
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在 日 常 生 活 中，随 处都可 以看到 浪费粮 食的现 象。也 许你并 未意识 到自己 在浪费 ，也许 你认为 浪费这 一点点 算不了 什么
《金属材料力学性能》课件
《金属材料力学性能》PPT课件
• 金属材料力学性能概述 • 金属材料的拉伸性能 • 金属材料的冲击韧性 • 金属材料的硬度与耐磨性 • 金属材料的疲劳性能 • 金属材料的断裂韧性
01
金属材料力学性能概述
定义与分类
定义
金属材料的力学性能是指金属材料在受到外力作用时所表现出来的性能，包括 弹性、塑性、韧性、强度等。
屈服阶段
屈服阶段是金属材料在受到外力作用后发生屈服现象的阶段，此时金属材料开始 发生塑性变形，应力与应变不再呈线性关系。
屈服强度是描述金属材料在屈服阶段的力学性能指标，反映了金属材料抵抗屈服 现象的能力。
强化阶段
强化阶段是金属材料在屈服阶段之后发生强度增高的阶段， 此时金属材料的应力与应变关系呈上升趋势。
通过改变材料的内部结构来提高韧性，如通过退火或淬火处理。
提高金属材料断裂韧性的方法
冷加工
通过塑性变形提高材料的韧性，如轧 制、拉拔或挤压。
提高金属材料断裂韧性的方法
表面处理
VS
通过喷丸、碾压或渗碳淬火等表面处 理技术提高材料的韧性。
THANKS
感谢观看
金属材料的力学性能与经济发展密切 相关，高性能的金属材料能够推动产 业升级和经济发展。
科学研究
金属材料的力学性能是科学研究的重 要领域之一，对于深入了解金属材料 的本质特性和发展新型金属材料具有 重要意义。
02
金属材料的拉伸性能
拉伸试验与拉伸曲线
拉伸试验
通过拉伸试验可以测定金属材料的拉 伸性能，包括抗拉强度、屈服强度、 延伸率等指标。
冲击试验与冲击韧性指标
冲击试验
通过在试样上施加冲击负荷，测定材 料抵抗冲击断裂的能力。
冲击韧性指标
• 金属材料力学性能概述 • 金属材料的拉伸性能 • 金属材料的冲击韧性 • 金属材料的硬度与耐磨性 • 金属材料的疲劳性能 • 金属材料的断裂韧性
01
金属材料力学性能概述
定义与分类
定义
金属材料的力学性能是指金属材料在受到外力作用时所表现出来的性能，包括 弹性、塑性、韧性、强度等。
屈服阶段
屈服阶段是金属材料在受到外力作用后发生屈服现象的阶段，此时金属材料开始 发生塑性变形，应力与应变不再呈线性关系。
屈服强度是描述金属材料在屈服阶段的力学性能指标，反映了金属材料抵抗屈服 现象的能力。
强化阶段
强化阶段是金属材料在屈服阶段之后发生强度增高的阶段， 此时金属材料的应力与应变关系呈上升趋势。
通过改变材料的内部结构来提高韧性，如通过退火或淬火处理。
提高金属材料断裂韧性的方法
冷加工
通过塑性变形提高材料的韧性，如轧 制、拉拔或挤压。
提高金属材料断裂韧性的方法
表面处理
VS
通过喷丸、碾压或渗碳淬火等表面处 理技术提高材料的韧性。
THANKS
感谢观看
金属材料的力学性能与经济发展密切 相关，高性能的金属材料能够推动产 业升级和经济发展。
科学研究
金属材料的力学性能是科学研究的重 要领域之一，对于深入了解金属材料 的本质特性和发展新型金属材料具有 重要意义。
02
金属材料的拉伸性能
拉伸试验与拉伸曲线
拉伸试验
通过拉伸试验可以测定金属材料的拉 伸性能，包括抗拉强度、屈服强度、 延伸率等指标。
冲击试验与冲击韧性指标
冲击试验
通过在试样上施加冲击负荷，测定材 料抵抗冲击断裂的能力。
冲击韧性指标
3-金属材料的性能PPT模板
1.587 5 mm的钢球作为压头，以 一定的压力挤压材料表面，根据 压痕的深度计算材料的硬度。根 据试验压力的不同，可分为三种
适用于测定布氏硬度 值大于450或尺寸较小 的工件
标度：HRA，HRB和HRC
以相对面夹角为136°的正四棱锥
形 金 刚 石 作 为 压 头 ， 以 49.03 ～ 由于压痕较小，适用
应用范围
采用直径为D的淬火钢球或硬质 合金钢球作为压头，以规定压力P 挤压材料表面并保持规定的时间， 测量圆形压痕的直径d，利用公式 求出硬度值，或从专门编制的硬 度表中查出对应的硬度值
适用于测定各种退火 及调质的钢材、非铁 合金及铸铁等不太硬 的工件，不适合测定 太薄的工件
采用120°顶角的金刚石或直径为
图3-8 冲击试验原理简图
试验中测定的冲击吸收功不能直接用于工程计算，只能作为判断材料冲 击韧性的定性指标。
9
1.1.5 疲劳强度
零件在承受外部载荷作用时内部会产生应力，当外部载荷呈周期性变化 时，应力也会作周期性变化，称为交变应力或循环应力
机械零件工作时需要承受交变应力的作用，虽然应力水平低于材料的屈 服强度，但经过长时间的反复作用后，零件会产生裂纹或突然发生断裂破坏， 这种现象称为金属的疲劳破坏，简称疲劳
需要不断地增加拉力，试样才能继续伸长。随着塑性 变形的增大，试样抵抗变形的内力也逐渐增大，这种现 象称为形变强化。 为整个拉伸过程中的最大拉力
拉力达到最大值后，试样中间某处的直径会发生局部 收缩，称为“缩颈”。由于横截面积减小，拉力不断减 小
力学特性
6
1.1.2 塑性
塑性是指金属断裂前发生不可逆永久变形的能力 塑性好的金属材料容易发生塑性变形，从而容易进行压力加工成形
金属材料的机械性能
试验中注意：
P F
0
，
L L0
及 ~ 应力、应变图（图 1－1）等概念。
一，静载时材料的机械（力学)性能
（一）弹性和刚度
弹性：在应力、应变图上，如加载后
应力不超过
e
，卸载后试样即可完全恢
复原状，这种不产生永久变形的性能，
称为弹性。
弹性极限
e
：（图 1－1）上E点的应力
值，即不产生永久变形的最大应力值。
（二）洛氏硬度
洛氏硬度，随测试时使用的压头及施加压力的
不同，分为HRA、HRB、HRC等三种硬度指标，最 常用的为HRC。
HRC
P=150kgf 金刚石锥头（顶角 ）用压痕深h 值标定,压痕越深，硬度越低12。00
HRA
P=60kgf 金刚石锥头（顶角
）用压痕深h
值标定,压痕越深，硬度越低12。00
疲劳强度：指在一定应力循环次数下，不发生 断裂的最大应力。
常用疲劳强度指标为 ：
1――对称循环疲劳强度
1――脉动循环疲劳强度
一定应力循环次数：即循环基数N（见后图1
－4），(钢 N 107 ,有色金属 N 108 )。
说明：
冲击韧性（ kv），疲劳强度
， 1
1
都是材料的整体力学性能。疲劳强度指标，是零
注： ＊ E为材料本身的指标，随材料不同而不同。
故各种钢材的弹性模量均为： E＝190000～220000 MP（a N / mm 2 ） E 只取决于材料本身，基本不受热处理、 合金化、冷热加工方式的影响。 ＊ E的值，随温度T的升高而降低。
（二）强度
强度：外力作用下，材料抵抗变形与断 裂的能力。
衡量强度的指标为：
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22
压头有三种: 120。金刚石压头、￠1.5875mm钢
球、 ￠3.175mm钢球
主载荷有三种: 、60kg、100kg、 150kg
F 洛式硬度测量原理示意图
0-0： 未加试验力时，压头与试件表面未接触 1-1： 加初试验力10kg时，压头从a压入至b 2-2： 加总试验力时，压头压入至c 3-3： 卸除主试验力，压头回复至d 保持规定时间： 测量残余压痕深度增量bd; 计算洛氏硬度值:
拉伸试样
低碳钢拉伸试验图分析
变形阶段的分析：
oe段：弹性变形阶段。能恢复原来形 状和尺寸。呈线性规律。e点：弹性极 限点 es段：既有弹性变形，还有微量的塑 性变形。 当拉力增大到Fs时，即使拉伸力不增 加，试样却会继续伸长，这种现象称 为“屈服”。 S点：屈服极限点。 sb段：当拉力大于Fs时，试样产生大 量的塑性变形，直到拉伸力为Fb时， 试样横截面发生局部收缩，即产生 “缩颈”。 B点：强度极限点 bk段：由于局部产生“缩颈”，试样 所能承受的拉伸力迅速减小，直至拉 断（K点）
疲劳强度
3
第二章 金属材料基础
• 物理化学性能 • 主要指标有：密度、熔点、导电性、导热
性、热膨胀性、耐热性、耐腐蚀性等。
4
第二章 金属材料基础
• 工艺性能——加工成形的难易程度。 • 主要指标有：铸造性能、可锻性、可焊性、
热处理性和可切削性等
5
2.1金属材料的力学性能
一、强度和塑性
拉伸试验（GB6397-1986）
δ5 ——试样 L0=5d0
☆断面收缩率:
试样拉断后,缩颈处截 面积的最大缩减量与原 始横截面积的百分比
缩颈 —
=（A0 –A1）/A0×100%
式中 A0—试样的原始截面积，mm²； A1—试样拉断后,断口处横截面积，mm²；
说明：δ、ψ值愈大，表明材料的塑性愈好。
3、硬度
硬度:是材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。或 者说是金属表面抵抗局部塑性变形的能力。
HRK bd 0.002
式中：K=100；金刚石压头。 K=130；淬火钢球压头。
24
• 根据压头和试验力的不同，常用的洛氏硬度 有三种：
• HRA：1200金刚石圆锥体，总试验力60kg • HRB：Φ1.588mm淬火钢球，总试验力
100kg • HRC：1200金刚石圆锥体，总试验力
150kg ——应用最广
HB=F/S
F：所加压力 S：压痕表面积
19
特点：优点：测量值较稳定、准确度较洛氏硬度高 缺点：测量费时，且压痕较大， 不适合成品检验。
适用范围：用于测定软性材质（HBS≤450） 如:灰口铸铁、软钢和非铁合金等。
20
3、洛式硬度
洛式硬度计图
洛式硬度的定义：
在初始试验力及总试验力（初始试验 力+主试验力）的先后作用下，将压头 （金刚石圆锥体或钢球）压入试验表 面，经规定时间后，卸除主试验力， 由测量的残余压痕深度增量来计算硬 度值，用HR表示。
低碳钢拉伸试验图
屈服强度和抗拉强度
在工程上常用屈服强度和抗拉强度来表示金属材料的强度
指标。其计算公式为： ☆屈服强度（屈服点）——拉伸试样产生屈服现象时的应力
s=Fs /A0 ( MPa ) ☆ 抗拉强度——拉伸试样在拉断前所承受的最大应力
b = Fb/ A0 ( M Pa ) Fs—试样产生屈服现象时所承受的最大载荷,N Fb—-试样在拉断前所能承受 的最大载荷, N
3、硬度
硬度是衡量金属软硬的指标。直接影响金属材 料的耐磨性，硬度越高，材料的耐磨性越好。
15
3、硬度
硬度的种类有： 1、布氏硬度 用HB表示 2、洛氏硬度 用HR表示
16
1. 布氏硬度HB
用于测定软性材质（HBS≤450）
测试原理图：
HBS测定
以淬火钢球为压头
压头直径有三种:￠10mm、 ￠5mm、 ￠2.5mm 载荷也有三种: 30000N、 7500N 、1870N
25
特点： 优点 ：测试简便、迅速、因压痕小、不损伤零 件，适合成品检验。 缺点 测得的硬度值重复性较差，需在不同的 部位测量数次。 适用范围：用于测定硬质材质（20－70 HRC）
如:淬火钢、调质钢等。
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三、冲击韧性
定义： 金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的 能力。
其常用指标为------冲击韧度（ak ）
A0——试样原始截面积,mm²
金属不能在超过其 s 、 b 的条件下工作。因此作为强度 设计的依据.
2. 塑性指标
塑性: 材料在外力作用下，产生 永久变形而不引起破坏的能力。
☆ 伸长率：试样拉断后,其标距 的伸长与原始标注的百分比.
＝L1－L0＝L10％ 0
L0
L0
应用中：δ10——试样 L0=10d0
用冲击试验测定冲击韧度ak
k＝A A k（ J/cm 2)
计算公式： ak =Ak/S(J / cm)
用单位面积上的冲击功来表示
ak—冲击韧度 Ak—冲断试样所消耗的冲击功，J; S—试样缺口处的横截面积，cm。
冲击值一般作为选材的参考，不直接用于强度计算。
试验表明：在冲击能量不大的情况下，金属材料承受多次 重复冲击的能力，主要决定于强度，而不是要求过高的冲
2.1 金属材料的机械性能
• 四大工程材料： 1. 钢铁 2. 铝及铝合金 3. 塑料 4. 水泥
第二章 金属材料基础
金属材料的性能包括： 1. 机械(力学)性能 2. 物理化学性能 3. 工艺性能
2
第二章 金属材料基础
机械(力学)性能: 在机械载荷（外力）作用下表现出来的特性。 主要指标有: 强度、塑性、硬度、冲击韧性(度)、
击韧度。
ak 值 对组织缺陷很敏感，因此，冲击试验在生产上用来 检验冶炼、热加工、热处理工艺质量的有效方法。
四、 疲劳强度
金属材料在无数次重复或交变载荷的作用下而不致 引起断裂的最大应力—疲劳强度。
在机械零件中有许多零件在交变载荷的作用下工作 的。这种受交变应力的零件，发生断裂时的应力。远低 于该材料的屈服强度，这种破坏现象叫做疲劳破坏。据 统计，约有80%的机件失效都可归咎于疲劳破坏。
应力与应变概念
应力： 试样单位横截面上的拉力
＝ P ＝ 4P F0 d02
N/mm2；MPa
应变：试样单位长度上的伸长量
＝L1－L0＝L10％ 0
L0
L0
ห้องสมุดไป่ตู้
1.强度指标，单位：MPa(N/mm2）
强度: 材料在外力作用下，抵
（F）
抗塑性变形和断裂的能力。
σs —— 屈服强度(屈服点）
σb —— 抗拉强度
压头有三种: 120。金刚石压头、￠1.5875mm钢
球、 ￠3.175mm钢球
主载荷有三种: 、60kg、100kg、 150kg
F 洛式硬度测量原理示意图
0-0： 未加试验力时，压头与试件表面未接触 1-1： 加初试验力10kg时，压头从a压入至b 2-2： 加总试验力时，压头压入至c 3-3： 卸除主试验力，压头回复至d 保持规定时间： 测量残余压痕深度增量bd; 计算洛氏硬度值:
拉伸试样
低碳钢拉伸试验图分析
变形阶段的分析：
oe段：弹性变形阶段。能恢复原来形 状和尺寸。呈线性规律。e点：弹性极 限点 es段：既有弹性变形，还有微量的塑 性变形。 当拉力增大到Fs时，即使拉伸力不增 加，试样却会继续伸长，这种现象称 为“屈服”。 S点：屈服极限点。 sb段：当拉力大于Fs时，试样产生大 量的塑性变形，直到拉伸力为Fb时， 试样横截面发生局部收缩，即产生 “缩颈”。 B点：强度极限点 bk段：由于局部产生“缩颈”，试样 所能承受的拉伸力迅速减小，直至拉 断（K点）
疲劳强度
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第二章 金属材料基础
• 物理化学性能 • 主要指标有：密度、熔点、导电性、导热
性、热膨胀性、耐热性、耐腐蚀性等。
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第二章 金属材料基础
• 工艺性能——加工成形的难易程度。 • 主要指标有：铸造性能、可锻性、可焊性、
热处理性和可切削性等
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2.1金属材料的力学性能
一、强度和塑性
拉伸试验（GB6397-1986）
δ5 ——试样 L0=5d0
☆断面收缩率:
试样拉断后,缩颈处截 面积的最大缩减量与原 始横截面积的百分比
缩颈 —
=（A0 –A1）/A0×100%
式中 A0—试样的原始截面积，mm²； A1—试样拉断后,断口处横截面积，mm²；
说明：δ、ψ值愈大，表明材料的塑性愈好。
3、硬度
硬度:是材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。或 者说是金属表面抵抗局部塑性变形的能力。
HRK bd 0.002
式中：K=100；金刚石压头。 K=130；淬火钢球压头。
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• 根据压头和试验力的不同，常用的洛氏硬度 有三种：
• HRA：1200金刚石圆锥体，总试验力60kg • HRB：Φ1.588mm淬火钢球，总试验力
100kg • HRC：1200金刚石圆锥体，总试验力
150kg ——应用最广
HB=F/S
F：所加压力 S：压痕表面积
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特点：优点：测量值较稳定、准确度较洛氏硬度高 缺点：测量费时，且压痕较大， 不适合成品检验。
适用范围：用于测定软性材质（HBS≤450） 如:灰口铸铁、软钢和非铁合金等。
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3、洛式硬度
洛式硬度计图
洛式硬度的定义：
在初始试验力及总试验力（初始试验 力+主试验力）的先后作用下，将压头 （金刚石圆锥体或钢球）压入试验表 面，经规定时间后，卸除主试验力， 由测量的残余压痕深度增量来计算硬 度值，用HR表示。
低碳钢拉伸试验图
屈服强度和抗拉强度
在工程上常用屈服强度和抗拉强度来表示金属材料的强度
指标。其计算公式为： ☆屈服强度（屈服点）——拉伸试样产生屈服现象时的应力
s=Fs /A0 ( MPa ) ☆ 抗拉强度——拉伸试样在拉断前所承受的最大应力
b = Fb/ A0 ( M Pa ) Fs—试样产生屈服现象时所承受的最大载荷,N Fb—-试样在拉断前所能承受 的最大载荷, N
3、硬度
硬度是衡量金属软硬的指标。直接影响金属材 料的耐磨性，硬度越高，材料的耐磨性越好。
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3、硬度
硬度的种类有： 1、布氏硬度 用HB表示 2、洛氏硬度 用HR表示
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1. 布氏硬度HB
用于测定软性材质（HBS≤450）
测试原理图：
HBS测定
以淬火钢球为压头
压头直径有三种:￠10mm、 ￠5mm、 ￠2.5mm 载荷也有三种: 30000N、 7500N 、1870N
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特点： 优点 ：测试简便、迅速、因压痕小、不损伤零 件，适合成品检验。 缺点 测得的硬度值重复性较差，需在不同的 部位测量数次。 适用范围：用于测定硬质材质（20－70 HRC）
如:淬火钢、调质钢等。
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三、冲击韧性
定义： 金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的 能力。
其常用指标为------冲击韧度（ak ）
A0——试样原始截面积,mm²
金属不能在超过其 s 、 b 的条件下工作。因此作为强度 设计的依据.
2. 塑性指标
塑性: 材料在外力作用下，产生 永久变形而不引起破坏的能力。
☆ 伸长率：试样拉断后,其标距 的伸长与原始标注的百分比.
＝L1－L0＝L10％ 0
L0
L0
应用中：δ10——试样 L0=10d0
用冲击试验测定冲击韧度ak
k＝A A k（ J/cm 2)
计算公式： ak =Ak/S(J / cm)
用单位面积上的冲击功来表示
ak—冲击韧度 Ak—冲断试样所消耗的冲击功，J; S—试样缺口处的横截面积，cm。
冲击值一般作为选材的参考，不直接用于强度计算。
试验表明：在冲击能量不大的情况下，金属材料承受多次 重复冲击的能力，主要决定于强度，而不是要求过高的冲
2.1 金属材料的机械性能
• 四大工程材料： 1. 钢铁 2. 铝及铝合金 3. 塑料 4. 水泥
第二章 金属材料基础
金属材料的性能包括： 1. 机械(力学)性能 2. 物理化学性能 3. 工艺性能
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第二章 金属材料基础
机械(力学)性能: 在机械载荷（外力）作用下表现出来的特性。 主要指标有: 强度、塑性、硬度、冲击韧性(度)、
击韧度。
ak 值 对组织缺陷很敏感，因此，冲击试验在生产上用来 检验冶炼、热加工、热处理工艺质量的有效方法。
四、 疲劳强度
金属材料在无数次重复或交变载荷的作用下而不致 引起断裂的最大应力—疲劳强度。
在机械零件中有许多零件在交变载荷的作用下工作 的。这种受交变应力的零件，发生断裂时的应力。远低 于该材料的屈服强度，这种破坏现象叫做疲劳破坏。据 统计，约有80%的机件失效都可归咎于疲劳破坏。
应力与应变概念
应力： 试样单位横截面上的拉力
＝ P ＝ 4P F0 d02
N/mm2；MPa
应变：试样单位长度上的伸长量
＝L1－L0＝L10％ 0
L0
L0
ห้องสมุดไป่ตู้
1.强度指标，单位：MPa(N/mm2）
强度: 材料在外力作用下，抵
（F）
抗塑性变形和断裂的能力。
σs —— 屈服强度(屈服点）
σb —— 抗拉强度