金属的常规力学性能
金属材料的力学性能及其测试方法
金属材料的力学性能及其测试方法金属材料是广泛应用于各种机械、电子、汽车等领域中的材料。
其作为一种材料，具有许多优点，如高强度、高可塑性、热稳定性和化学稳定性等。
在应用中，金属材料的力学性能是十分重要的参数。
因此，本文主要介绍金属材料的力学性能及其测试方法，以期对相关领域的工作者有所帮助。
第一节：金属材料的力学性能金属材料的力学性能通常包括弹性模量、屈服强度、延伸率、断裂韧性和硬度等。
这里从简单到复杂介绍这些性能参数。
1. 弹性模量弹性模量是金属材料在弹性变形范围内受到应力作用时所表现的一种机械性质。
它的表达式为：E = σ / ε其中E为杨氏模量，单位为MPa；σ为所受应力，单位为MPa；ε为所受弹性应变，无量纲。
弹性模量是金属材料的一个重要指标，它可以衡量金属材料抵抗形变能力的大小。
对于不同的金属材料而言，其弹性模量不同。
2. 屈服强度屈服强度是金属材料在单向轴向拉伸状态下特定应变量时所表现出来的应力大小。
它是指材料能承受的最大应力，以使材料不发生塑性变形。
对于各种金属材料而言，其屈服强度不同。
3. 延伸率延伸率是一个指标，它可以衡量金属材料在受到拉伸应力时，其在一定程度内能够进行延伸的能力。
延伸率的计算公式如下：％EL = (L2 - L1) / L1 × 100%其中％EL表示材料的延伸率，L1和L2分别表示金属材料在断裂前和断裂后的长度，单位为毫米。
4. 断裂韧性断裂韧性是指金属材料在受到极限应力作用下未能抗下，而在断裂破裂时所表现出来的承受能力。
这个承受能力在物质的许多特性中是最为重要的指标之一。
金属材料的断裂韧性通常使用KIC值（裂纹扩展韧性指数）来表达。
5. 硬度硬度是材料抵抗硬物的能力。
一般来说，硬度越高的材料，则可以抵御更大的压力，并且更耐磨。
对于金属材料而言，其硬度主要有三种测试方法，分别是洛氏硬度试验、布氏硬度试验和维氏硬度试验。
第二节：金属材料的测试方法要测试金属材料的一些力学性能参数，需要运用不同的测试方法。
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。
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）塑性塑性就是指金属材料在脱落前出现塑性变形的能力。
塑性指标包含：伸长率δ，即为试样折断后的相对弯曲量；断面收缩率ψ，即为试样折断后，折断处横截面内积的相对增大量；冷弯（角）α，即为试件被伸展至受到拉面发生第一条裂纹时所测出的角度。
（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。
则表示材料韧性的一个代莱指标就是断裂韧性δ，它就是充分反映材料对裂纹拓展的抵抗能力。
（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。
在断裂力学基础上创建出来的材料抵抗裂纹拓展脱落的韧性性能称作断裂韧性。
（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≥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
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。
金属材料的力学性能包括哪些
金属材料的力学性能包括哪些
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。
扩展资料
金属材料的力学性能解释：
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）。
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。
常用金属材料的力学性能一览表
常用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，往往妾受到各种形式外力的作托。
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；轴类零件燮受到弯矩、扭力的作用等尊。
这就要求金属材料必须具有一种弟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夕卜力作坤下表现出力学性能的指标。
111强度强度是扌旨金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。
逼度扌旨标一般用单位面积所承受的载荷即力表示，符号为6单位为MP弘工程中常用的强度指标有屈服逼度和扰拉强度。
屈服逼度是指金属材料在外力作用下*产生屈服现象时的应力，或开始岀现塑性变形吋的最低应力值，用％表示〜抗竝强度是指金厲材料在拉力的作用下，被拉断前所能承受的最大应力值，用巧表示。
对于大多数机械零件.工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是事件逼度设计的依据！对于因断裂而失效的零件，而用抗拉强度作为其逼度设计的依据。
1.1 2塑性塑性是扌旨金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。
工程中常用的塑性揭标有诩长率和断面收缩率。
伸长率指试样拉断后的伸长量与原来长度之比的百分率，用符号豪示*断面收縮率指试样拉断后，断面縮小的面积与原来截面积之比，用甲表示。
伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好；反之塑性越差，良好的塑性是金属材料进行压力加工的必要条件，也是保证机械零件工作安全，不发生突然脆断的必要条件。
113硬度硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力〜硬度的测试方法很多，生产中常埔的硬度测试方法有布氏硬度测试法和洛氏碳度试验方法两神°C-）布氏硬度试验法布氏硬度试验法是用一直径为D的淬火钢球或硬质合金球作为压头，在载荷0的作用下压入被测试金厲表面，保持一定时间后卸载，测量金属表面形成的压痕直径乩以压痕的单位面积所承受的平均压力作为被测全属的布氏硬度值。
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3 金属的常规力学性能课程目的之一：讨论金属材料在各种加载方式和环境（即服役条件）作用下变形和断裂的物理实质、失效方式、抗力指标及主要影响因素。
机器零件承受着不同形式和大小的外力，为保证机器正常运转，要求零件必须具有一定的强度和塑性，如屈服强度、抗拉强度、断裂强度、冲击韧性、硬度、疲劳强度和蠕变强度，以及延伸率和断面收缩率等。
这些指标统称为金属的力学性能，代表金属抵抗变形和断裂的能力。
本章将主要讨论金属在常温、空气介质、静载和冲击载荷作用下的力学性能。
3.1 加载方式和应力状态软性系数在温度、环境介质和加载速度确定的条件下，材料的力学性能受加载方式（即应力状态）的影响。
切应力主要引起塑性变形和导致韧性断裂，正应力容易导致脆性断裂。
因此，研究金属的变形与断裂特征，需要研究在不同加载形式下，切应力和正应力的相对大小。
在一般复杂应力状态下，最大切应力()2/31max σστ-=，而按最大正应变条件计算得的等效最大应力()321max σ+σμ-σ=σ。
定义二者的比值 ()[]32131max max 2σ+σμ-σσ-σ=στ=α α为软性系数。
α越大，最大切应力分量越大，表示应力状态越软，金属易于先产生塑性变形。
反之，α值越小，表示应力状态越硬，则金属易于产生脆性断裂。
几种典型加载方式的应力状态软性系数α值如表3-1所示。
表3-1 不同加载方式下的软性系数α值（μ=0.25）由表3-1可知，三向等拉伸时应力状态最硬，因为其切应力分量为零。
扭转时α接近1，属于较软的应力状态。
单向压缩或多向压缩时，α都大于1，因此属于软性应力状态。
当用某一特定的硬度头在工件表面施压测定硬度时，其应力状态相当于三向不等压缩。
因此，硬度试验时的加载方式属于很软的应力状态。
单轴拉伸应力状态的软性系数（5.0=α）适中，所以只要材料固有的塑性较好，强度不是太高，利用这种试验方法就能够较全面地显示材料的力学响应，即既能显示弹性变形，又能充分显示塑性和最后断裂，因而相应可标定出一系列对应的基本力学性能（强度和塑性）指标，为结构零部件的设计、选材以及制定材料的合理加工工艺提供必要的性能数据。
因此，单轴拉伸是工程材料力学性能中最基本的试验方法。
3.2 金属的静拉伸力学性能3.2.1 拉伸试验1． 试验条件如不特别注明，拉伸试验是指采用光滑试样，在室温、大气环境中，缓慢施加（应变速率≤10-1/s ）单向拉伸载荷作用，测定材料力学性能的方法。
俗称静拉伸试验。
2． 试样拉伸试验一般采用圆形或板状试样，如图3-1所示。
试样的标距长度0l 。
图3-1 常用的拉伸试样 圆形试样：便于测量径向应变，试样加工简便。
GB/T228-2002规定，长形试样：0010d l =；短形试样：005d l =，0d 为试样的原始直径。
板状试样：用于测定板材和带材的拉伸性能。
GB/T228-2002规定，长形试样：003.11S l =；短形试样：0065.5S l =，0S 为试样的原始截面积。
另外，国标还规定了可使用非比例试样。
3． 拉伸曲线（1） 拉伸图拉伸图：拉伸试验机通常带有自动纪录或绘图装置，以记录或绘制试样所受的载荷F 和伸长量l ∆之间的关系曲线，0l l l -=∆，其中l 为加载后标距间的长度。
这种曲线通常称为拉伸图，见图3-2（a ）。
（2） 应力—应变曲线（拉伸曲线）：工程应力—工程应变曲线应力—应变曲线（拉伸曲线）：工程应力—工程应变曲线，见图3-2（b ）。
工程应力：载荷除以试样的原始截面积得到，即0S F =σ；工程应变：伸长量除以试样的原始标距长度，即0l l ∆=ε；比较图3-2（a ）和（b ），两者具有相同或相似的形状，但坐标刻度不同，意义不同。
图3-2 低碳钢的拉伸图和应力—应变曲线（3） 真应力—真应变曲线应当指出，上述应力—应变曲线只是在弹性及小塑性变形范围内才近似真实地反映了材料对外加负荷的响应，而其不真实性随塑性变形量的增大而增大，一旦由宏观均匀塑性变形过渡到局部集中塑性变形（如在金属材料中的缩颈和高聚物中的细颈）现象后，则尤其不真实了。
此时，用真应力—真应变曲线表征材料对外力的响应更合理。
真应力：用真实瞬间截面积S 除响应的载荷F ，即S F =σ真；真应变：各瞬时应变的总和，即0112001ln 0l l l dl l l l l l l l l ==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+-=ε⎰∑ 真 由真应力和真应变表示的应力—应变曲线称为真应力—真应变曲线，如图3-3所示。
由图可见，在弹性变形阶段，由于应变较小，一般均低于1%，且横向收缩小，因而真应力—真应变曲线与工程（或称标称）应力—应变曲线基本重合。
随着应变的增大，两者的差增大，在试样标距长度的某处出现颈缩后，塑性变形集中在颈缩区，试样的截面积急剧减小，虽然工程应力随应变增加而减小，但真应力仍然增大，此时真应力和标称应力的差别才明显增大。
4． 几种典型的应力—应变曲线由于材料具有不同的化学成分和微观组织，在相同的试验条件下，会显示出不同的应力—应变响应。
一般，在金属、陶瓷和高聚物材料中，拉伸条件下的应力—应变曲线大致有五种类型（见图3-4）：（1）纯弹性型：见图3-4（a ）。
有这种σ-ε曲线的材料主要是大多数玻璃、陶瓷、岩石、横向交联很好的聚合物以及一些低温下的金属。
（2）弹性—均匀塑性型：见图3-4（b ）。
有这种σ-ε曲线的材料主要是许多金属及合金、部分陶瓷和非晶态高聚物。
应该指出，把部分非晶态高聚物归入此类只是按应力—应变图3-3 真应力—真应变曲线曲线的形式划分的。
对于高聚物，尽管表观弹性变形和塑性变形与金属有相仿σ-ε曲线形式，但在变形本质上是有一定区别的。
（3）弹性—不均匀塑性型：见图3-4（c）。
有这种σ-ε曲线的材料主要是低温和高应变速率下的面心立方金属，其塑性变形常常不是通过滑移而是孪生。
当孪生应变速率超过试验机夹头运动速度时，负荷会突然松弛而呈现记录到的锯齿形σ-ε曲线。
某些含碳原子的体心立方铁合金以及铝合金低溶质固溶体也有类似的σ-ε曲线。
（4）弹性—不均匀塑性—均匀塑性型：见图3-4（d）。
有这种σ-ε曲线的材料主要是一些体心立方的铁基合金和若干有色合金。
它与图3-2（b）的不同仅在于中间增加了一段不均匀塑性屈服区（应变值大致为1%～3%）。
（5）弹性—不均匀塑性—均匀塑性型：见图3-4（e）。
有这种σ-ε曲线的材料主要是一些结晶态高聚物和未经拉伸的线形非晶态高聚物。
受拉结晶高聚物出现这种情况是因为有两个因素相互制约的结果。
开始变形时，结晶高聚物中原有的结晶结构被破坏，随之发生细颈屈服，从而载荷下降，继续增加应变可促使变形最剧烈的区域重新组合成新的、方向性好和强度高的结晶结构。
随着这种新结构的增多，应力—应变曲线再次上升，直至断裂。
线形非晶态高聚物受拉伸在形式上呈现与此十分相似的σ-ε曲线，但细颈的发生是由于线形大分子链段的取向而不是结晶结构的变化。
注意：细颈与缩颈在形式上相似，但实质上不同。
图3-4 五种类型的应力—应变曲线3.2.2脆性材料的拉伸性能脆性材料，如玻璃、岩石、很多种陶瓷以及一些处于低温下的金属材料，在拉伸断裂前只发生弹性变形，而不发生塑性变形，其拉伸曲线如图3-4（a）所示。
在弹性变形阶段，应力和应变满足虎克定律（Hook’s Law）：σE（3-1）ε=比例常数E，也就是图3-4（a）中直线的斜率，通常称为弹性模量或杨氏模量。
在拉伸时，试样发生轴向伸长，同时发生横向收缩。
将纵向应变l ε与横（径）向应变之负比值表示为：r l εε-=ν （3-2）称为泊松比，是材料的弹性常数。
表征脆性材料的力学性能参数有两个：（1）弹性模量；（2）脆性断裂强度f σ。
（3-2）式即为脆性材料的拉伸曲线公式，其适用范围的上限即断裂强度f σ。
脆性材料的断裂强度等于、甚至低于弹性极限，因而断裂前不发生塑性变形。
脆性材料的抗拉断裂强度低，但抗压断裂强度高，理论上可达到抗拉断裂强度的8倍。
因此，脆性材料在工程结构中成功地应用于承受压缩载荷的构件。
3.2.3 连续屈服材料的拉伸性能工程上，对材料的屈服和塑性变形一般有两种不同的要求。
对成型加工而言，希望材料有足够的塑性变形能力；但对承力结构及机器零件而言，通常不允许产生任何宏观屈服和塑性变形，因为任何微量永久变形都将导致整个结构或机器的失效。
所以，与初始塑性变形有关的屈服抗力是工程材料力学性能中最基本、最重要的力学性能。
金属材料的宏观屈服过程有两大类：连续屈服和不连续（物理的、明显的）屈服。
本节讨论前者，后者则在下一节进行分析。
1 连续屈服的拉伸曲线如果材料具有塑性变形（不可逆流动）的能力，且断裂前塑性变形较大，其工程应力—应变曲线如图3-5所示。
可以看出，当应力很小时，是弹性变形阶段，此时应力与应变成正比。
此后是一段光滑的曲线，对应于材料的均匀塑性变形过程。
在金属、陶瓷和结晶态聚合物内，塑性变形是由位错的不可逆运动引起的。
曲线继续上升直到最大的工程应力，然后下降，直到试件发生断裂。
工程应力—应变曲线之所以呈现先升后降的变化趋势，与工程应力的定义有关，并不代表材料的本性。
为了理解这一点，需要联系试件在拉伸时的变形过程加以说明。
当拉伸应力超过弹性极限时，便在试件的标距内的最弱部位产生塑性变形，并使该部位的材料发生形变强化，从而增大材料进一步塑性变形的抗力。
这时，只有提高应力，才能在次弱的部位产生塑性变形，材料随即又在该处强化。
因此，在应力—应变曲线上表现为随着应变的增大应力也在升高，一直到b 点（见图3-6）。
应当注意的是，拉伸时试件发生轴向伸长，同时也发生横向收缩，引起试件横截面积的减小。
因此，试件所受的真实应力较工程应力为大（见图3-5），随着载荷的增大，最后达到某一点（即b 点），材料的变形强化已不能补偿由于横截面积的减小而引起的承载能力的降低，因而在工程应力—应变曲线上出现应力随应变增大而降低的现象。
b点对应于局部塑性流动的开始，进一步的塑性变形集中于试件上很小一段的局部区域，宏观上出现颈缩现象（见图3-6），最后在颈缩区断裂。
因此，在b点以后，随颈缩区局部变形量的增大，载荷和工程应力下降，如图3-2和图3-5所示。
图3-5 连续硬化的高塑性材料的图3-6 拉伸过程中试件截面工程应力—应变曲线变化过程示意图2拉伸性能根据工程应力—应变曲线可以确定材料的拉伸性能，包括材料的强度、塑性和韧性及断裂指标。
所谓强度是材料对塑性变形和断裂的抗力。
塑性表示材料在断裂前发生的不可逆的变形量的多少。
而韧性则表示断裂前单位体积材料所吸收的变形和断裂能，即外力所作的功。
（1）强度比例极限：它是应力和应变成严格的正比关系的上限应力值。
弹性极限：它是材料发生可逆的弹性变形的上限应力值；换言之，当应力低于弹性极限时，材料的变形是完全可逆的。