工程材料_第1章工程材料力学性能
工程材料的性能
布氏硬度操作
(3)表示方法 表示方法 例如： 例如： 120HBS10/1000/30 （4）特点： ）特点： (5)适用范围：铸铁、 适用范围：铸铁、 适用范围 铸钢、 铸钢、非铁金属材 料及热 处理后钢材 毛坯或半成品. 毛坯或半成品
2.洛氏硬度(HR) 2.洛氏硬度(HR) 洛氏硬度 (1)测试原理 测试原理： (1)测试原理： (2)表示方法 表示方法： (2)表示方法： 硬度标尺：HRA、 硬度标尺：HRA、 HRB、 HRB、HRC C标尺最常用 特点： （3）特点： (4)适用范围 适用范围： (4)适用范围： 在批量的成品或半 成品质量检验中广泛 使用. 使用.
KⅠ≥KⅠc时 裂纹就会扩展而导致低应力脆断， 当 KⅠ≥KⅠc时，裂纹就会扩展而导致低应力脆断，此 式称为K判据。 式称为K判据。
K 2 ac = 1C ） （ Yσ
Y a
1.3 材料在动载荷作用下的力 学性能
动载荷是指突加的、冲击性的， 动载荷是指突加的、冲击性的，大小和方向随 时间而变化的载荷。 时间而变化的载荷。 材料在动载荷作用下的力学 性能，包括冲击韧度和疲劳强度。 性能，包括冲击韧度和疲劳强度。
屈服点σ 和屈服强度σ (3) 屈服点σs和屈服强度σ0.2 抗拉强度σ (4) 抗拉强度σb
(5) 塑性 断后伸长率δ 1）断后伸长率δ 100% ［（L δ＝［（L1-L0）/L0］×100% 注意： 注意： δ和δ5的区别
2）断面收缩率ψ 断面收缩率ψ ψ＝［(S0－S1)/S0］×100% 100%
1.布氏硬度（HB） 1.布氏硬度（HB） 布氏硬度 (1)测试原理 用一直径为D 测试原理： (1)测试原理：用一直径为D的 钢球或硬质合金球， 钢球或硬质合金球，以相应的试验 力压入试样表面，保持一定时间后， 力压入试样表面，保持一定时间后， 卸除试验力， 卸除试验力，在试样表面得到一直 径为d的压痕， 径为d的压痕，用试验力除以压痕 表面积所得的值即为布氏硬度值， 表面积所得的值即为布氏硬度值， HB表示 表示。 用HB表示。 计算公式： 计算公式：
工程材料力学性能
工程材料力学性能引言工程材料的力学性能是指材料在受力作用下的力学行为和性质。
工程材料力学性能的研究对于工程设计、材料选择和结构安全等方面具有重要意义。
本文将对工程材料的力学性能进行详细阐述。
工程材料的力学性能指标弹性模量弹性模量是衡量材料抵抗变形的能力的一个重要指标。
它是在材料受压缩或拉伸力作用下，材料内部原子和分子之间的相对位移产生时所产生的应力与应变之比。
弹性模量越大，材料的刚度就越大，抵抗变形的能力越强。
屈服强度屈服强度是指材料在受力作用下开始变形的临界点。
当应力达到一定值时，材料开始发生塑性变形，无法恢复到原来的形状。
屈服强度常用于材料的强度设计和材料性能的比较。
抗拉强度抗拉强度是指材料在受拉力作用下的最大承载能力。
抗拉强度可以反映材料的抵抗拉断能力，是工程结构的安全性能的重要指标。
断裂韧性是指材料在断裂前能吸收的总能量。
它是衡量材料抵抗断裂能力的重要指标。
材料的断裂韧性越高，代表其在受外力作用下具有较好的耐久性和抗冲击性。
硬度硬度是指材料的抵抗划痕、穿刺和压入等形变的能力。
硬度可以反映材料的抗划痕和抗磨损能力。
常用的硬度测试方法包括洛氏硬度、布氏硬度和维氏硬度等。
蠕变性能蠕变性能是指材料在常温和高温下长期受持续载荷作用时的变形行为。
材料的蠕变性能对于结构的稳定性和耐久性具有重要影响。
工程材料力学性能的实验测试方法为了评估材料的力学性能，常常需要进行实验测试。
以下是几种常见的工程材料力学性能测试方法：拉伸测试拉伸测试是评估材料抗拉性能的常用方法。
通过施加恒定的拉力，测量材料的应变和应力，从而得到材料的拉伸强度、屈服强度和延伸率等力学性能参数。
压缩测试是评估材料抗压性能的常用方法。
通过施加恒定的压力，测量材料的应变和应力，从而得到材料的压缩强度和压缩模量等力学性能参数。
弯曲测试弯曲测试是评估材料耐弯曲性能的常用方法。
通过施加力矩，使材料发生弯曲变形，测量材料的应变和应力，从而得到材料的弯曲强度和弯曲模量等力学性能参数。
第1章 工程 材料的种类和力学性能
传统的无机非金属材料 之一：陶瓷
陶瓷按其概念和用途不同 ，可分为两大类，即普通陶瓷 和特种陶瓷。
根据陶瓷坯体结构及其基 本物理性能的差异，陶瓷制品 可分为陶器和瓷器。
陶瓷制品
陶瓷发动机
• 普通陶瓷即传统陶瓷，是指以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经过 粉碎混练、成型、煅烧等过程而制成的各种制品。包括日用陶瓷、卫生 陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷、电瓷以及其它工业用陶瓷。
材料的强度、塑性指标是通过拉伸实验 测定的。
应力 σ=F/S0
σ (N /m2) ；
F —作用力，(N) S0—试样原始截面 积(m2)。
剪应力τ＝F/SO
材料单位面积上的内力称为应力（Pa），以
σ表示。
应变ε(%) ⊿L—试样标距部分伸长量，(mm)；
L0 —试样标距部分长度(mm)。ε=⊿L/L0
根据用途不同，特种玻璃分为防辐射玻璃、激光玻璃、 生物玻璃、多孔玻璃、非线性光学玻璃和光纤玻璃等。
传统的无机非金属材料 之三：水泥
水泥是指加入适量水 后可成塑性浆体，既能在 空气中硬化又能在水中硬 化，并能够将砂、石等材 料牢固地胶结在一起的细 粉状水硬性材料。
水泥的种类很多，按其用途和性能可分为： 通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类；按其所 含的主要水硬性矿物，水泥又可分为硅酸盐水泥 、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥以 及以工业废渣和地方材料为主要组分的水泥。目 前水泥品种已达一百多种。
l lO
ll lO
lO lO
l
100lO% lO
100%
剪应变 γ 剪模量 G
a h
tan
且有 G
• 弹性变形 形①的弹外性力变撤形除：后当，产变生形变随σ 即消失。
工程材料力学性能
工程材料力学性能
工程材料力学性能是指材料在受力作用下所表现出的各种力学特性。
包括材料的强度、刚度、韧性、耐久性、变形特性等。
首先，强度是指材料在受力情况下的抗拉、抗压、抗剪等能力。
强度高的材料能够承受更大的外力，具有更高的抗破坏能力。
常见的工程材料如钢材、混凝土等都具有很高的强度，可以满足不同工程的需求。
其次，刚度是指材料对外力的响应程度。
刚度高的材料在受力时会有较小的变形。
材料的刚度可通过弹性模量来表示，常见的高刚度材料有钢材、铝合金等。
刚度高的材料适用于需要保持结构稳定的工程。
韧性是指材料在受力下的延展性和断裂韧性。
韧性高的材料能够在受力时发生一定的塑性变形而不断裂。
例如，钢材的韧性较好，可以在受力下发生较大的塑性变形，从而吸收能量，减轻外部冲击造成的损伤。
耐久性是指材料在长期使用和外界环境条件的影响下保持其力学性能的能力。
耐久性好的材料不易受到腐蚀、氧化等因素的影响，能够保持较长时间的使用寿命。
例如，不锈钢具有较好的耐久性，可以用于长期在潮湿环境中工作的工程。
变形特性是指材料在受力下发生形变的特点。
包括弹性变形和塑性变形。
弹性变形是指材料在力加载时产生的可恢复的形变，而塑性变形是指材料在超过其弹性限度后产生的不可回复的形
变。
材料的变形特性对于结构设计和材料选择非常重要。
综上所述，工程材料力学性能是描述材料在受力下的各种力学特性的指标。
通过对不同材料的力学性能的研究和评估，可以确保工程结构的安全可靠性，满足不同工程的实际需求。
工程材料学-1材料的力学性能
比强度 30～37 23～36 90～111
3. 塑性指标：
塑性变形： 不可恢复的永久变形。塑性是表征材料断
裂前具有塑性变形的能力。
断后伸长率δ（δ5、δ10）：
断后试样标距伸长量与原始标距之比的百分率，
即： LKL010% 0
L0
δ < 2 ~ 5% 属脆性材科
δ≈ 5 ~ 10% 属韧性材料
δ > 10%
材料的静载力学性能指标：
主要有强度、塑性、硬度等。
1.2.1 拉伸试验
1.2.1 拉伸试验
GB/T228-2002
标准拉伸试样
1.2.1 拉伸试验
拉伸曲线
应力-应变曲线
应力σ＝F / S0
应变ε＝Δl / l0
1.2.1 拉伸试验
试样在拉伸时的伸长和断裂过程 a）试样 b）伸长 c）产生缩颈 d）断裂
1.2.1 拉伸试验
2．屈服阶段（曲线cd段）
其实，试样在超过弹性极限的外力作用下，即 在bc段．就已开始产生塑性变形。不过，此时 所产生的塑性变形量甚微，不易觉察罢了。而 当达到屈服阶段时，则塑性变形突然增加。因 此，可以把这种拉力不增加而变形仍能继续增 加的现象，表观上看作是金属从弹性变形阶段 到塑性变形阶段的—个明显标志。
适用范围:
➢ 测量薄板类 ➢ HV≈HBS
维氏硬度的特点
HV值不随载荷变化，即不同载荷下的HV可 相互比较；
测量精度高，测量范围广； 特别适用于测定工件表面硬化层、金属镀 层及薄片金属的硬度。
4. 显微硬度
测试原理：
与维氏硬度完 全相同，只是所用 载荷要小得多。常 用于测定材料中某 个相的硬度。
培训目的
工程材料学-1材料的力学性能
工程材料 第一章 材料的性能及应用意义
5. 硬度能较敏感地反映材料的成分与组织结构的变化，可用来检验原材料和 控制冷热加工质量。
2020/12/11
一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
硬度测试方法：
1. 布氏硬度 GB231-1984 2. 洛氏硬度 GB230-1991 3. 维氏硬度 GB4342-1984
2）磨粒磨损：是指滑动摩擦时，在零件表面摩擦区内存在硬质磨粒， 使磨面发生局部塑性变形、磨料嵌入和被磨料切割等过程，以致磨面材 料逐步磨耗。
2020/12/11
一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
粘着磨损示意图
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粘着磨损磨痕
一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
磨粒磨损示意图
2020/12/11
§1.2 材料的使用性能
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一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
2020/12/11
一、力学性能
§1.2 材料的使用性能
（六）韧性——材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的能 力，它是材料强度和塑性的综合表现。
韧性不足可用脆性来表达。 韧性高低决定是韧性断裂，还是脆性断裂。
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§1.3 材料的工艺性能
金属材料零件的一般加工过程
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§1.3 材料的工艺性能
1. 铸造性能：包括流动性、收缩、疏松、成分偏析、铸造应力、冷热裂纹倾向。 2. 锻造性能：通常用材料的塑性和强度及形变强化能力来综合衡量。 3. 焊接性能：包括焊接接头产生缺陷的倾向性和焊接接头的使用可靠性。 4. 切削加工性能：一般用材料的切削的难易程度、切削后表面粗糙度和刀具寿 命等方面来衡量。 5. 热处理性能：包括淬透性、淬硬性、耐回火性、氧化与脱碳倾向及热处理变 形与开裂倾向。
第一章工程材料的力学性能
第二节 材料的硬度 一、布氏硬度HBW 补充说明： （1）硬度超过HB650的材料，不能做布氏硬度试验，这是因为
所采用的压头，会产生过大的弹性变形，甚至永久变形，影 响实验结果的准确性，这时应改用洛氏和维氏硬度试验。 （2）每个试样至少试验3次。试验时应保证两相邻压痕中心的 距离不小于压痕平均直径的4倍，对于较软的金属则不得小于 6倍。压痕中心距试样边缘的距离不得小于压痕直径的2.5倍， 对于软金属则不得小于3倍
可用硬度试验机测定，常用的硬度指标有布氏硬度 HBW、 洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和维氏硬度HV
第二节 材料的硬度 一、布氏硬度HBW （一）试验原理
布氏硬度试验规范
3 8
第二节 材料的硬度 一、布氏硬度HBW （二）应用范围
布氏硬度主要用于组织不均匀的锻钢和铸铁的硬度 测试，锻钢和灰铸铁的布氏硬度与拉伸试验有着较好的对 应关系。布氏硬度试验还可用于有色金属和软钢，采用小 直径球压头可以测量小尺寸和较薄材料。布氏硬度计多用 于原材料和半成品的检测，由于压痕较大，一般不用于成 品检测。
最大力伸长率（Agt)：最大 力时原始标距的伸长与原 始标距之比的百分率。
最大力非比例伸长率（Ag)
二、拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义
断后收缩率（Z）：断裂后试样横截面积的最大缩减量与原始横截面 各之比的百分率。
第二节 材料的硬度
材料抵抗其他硬物压入其表面的能力称为硬度，它 是衡 量材料软硬程序的力学性能指标。
洛氏硬度计
第二节 材料的硬度 二、洛氏硬度HR （一）实验原理
第二节 材料的硬度 二、洛氏硬度HR (二)应用范围（共15个标尺） 示例：60HRBW
工程材料 第1章-金属材料的力学性能解读
F0 F1 100% 断面收缩率： F0
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
断裂后
第二节 硬度
材料抵抗其他更硬物质压入其表 面的能力，是表面局部变形的能力。 1、布氏硬度HB
HB 0.102 2P
D( D D 2 d 2 )
布 氏 硬 度 计
压头为钢球时，布氏硬度用符号 HBS表示，适用于布 氏硬度值在450以下的材料。 压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏 硬度在650以下的材料。
体心立方金属具有韧脆转
变温度，而大多数面心立 方金属没有。
韧脆转变温度。
建造中的Titanic 号
TITANIC
TITANIC的沉没
与船体材料的质量
直接有关
Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板 （右图）的冲击试验结果
Titanic
近代船用钢板
第四节 疲劳强度
疲劳：材料在低于s的重复交变应力作用下发生断裂 的现象。
式中，σ—应力，单位MPa ;
F—外力，单位N; S—横截面积，单位mm2。
材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为 变形。 外力去除后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去除后不能恢复的变形称为塑性变形。
五万吨水压机
第一节 强度和塑性
强度：材料在外力作用下抵
抗变形和破坏的能力。 屈服强度s：材料发生微 量塑性变形时的应力值。 单位是Mpa。
显微维氏硬度计 小 负 荷 维 氏 硬 度 计
第三节 冲击韧性
是指材料抵抗冲击载荷作 用而不破坏的能力。
指标为冲击
韧性值Ak(通
过冲击实验
测得)。
韧脆转变温度
材料的冲击韧性随温度 下降而下降。在某一温 度范围内冲击韧性值急 剧下降的现象称韧脆转 变。发生韧脆转变的温
工程材料的力学性能
练习题二
某工厂买回一批材料（要求： бs≥230MPa；бb≥410MPa；δ5≥23%； ψ≥50%）．做短试样（ｌ0=5ｄ0；ｄ 0=10mm）拉伸试验，结果如下： Fs=19KN，Fb=34.5KN；l1=63.1mm； d1=6.3mm;问买回的材料合格吗？
时间。如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球 在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏 硬度值为120。
布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头 还硬的材料。
适于测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。
2．洛氏硬度：
延伸率 延伸率与试样尺寸有关；δ5、δ10 (L0=5d,10d)
思考:同一材料δ5 ＞ δ10？
断面收缩率
> 时，无颈缩，为脆性材料表征；
拉
< 时，有颈缩，为塑性材料表征。
伸 试
样
的
颈
缩
现
象
断裂后
练习题一
拉力试样的原标距长度为50mm，直径为10mm，经拉力试 验后，将已断裂的试样对接起来测量，若最后的标距长度为 71mm，颈缩区的最小直径为4.9mm，试求该材料的伸长率 和断面收缩率的值？
介质）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、 弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出 的力学特征。
指标 : 弹性 、刚度、强度、塑性 、 硬度、冲击韧
性 、断裂韧度和疲劳强度等。
《工程材料力学性能》课后答案
《工程材料力学性能》课后答案第一章材料单向静拉伸载荷下的力学性能滞弹性：在外加载荷作用下，应变落后于应力现象。
静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。
弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。
比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限ζP)或屈服强度(ζS)增加；反向加载时弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)降低的现象。
解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。
晶体学平面－－解理面，一般是低指数，表面能低的晶面。
解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。
韧脆转变：材料力学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象（冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂，断口特征由纤维状转变为结晶状）。
静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。
是一个强度与塑性的综合指标，是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。
（1）应力状态软性系数—材料最大切应力与最大正应力的比值，记为α。
（2）缺口效应——缺口材料在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态发生的变化。
（3）缺口敏感度——金属材料的缺口敏感性指标，用缺口试样的抗拉强度与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度的比值表示。
（4）布氏硬度——用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。
（5）洛氏硬度——采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度所表示的硬度。
（6）维氏硬度——以两相对面夹角为136。
的金刚石四棱锥作压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。
（7）努氏硬度——采用两个对面角不等的四棱锥金刚石压头，由试验力除以压痕投影面积得到的硬度。
（8）肖氏硬度——采动载荷试验法，根据重锤回跳高度表证的金属硬度。
（9）里氏硬度——采动载荷试验法，根据重锤回跳速度表证的金属硬度。
工程材料的力学性能
力学性能是指材料在外力作用时表现出来的性能。力 学性能包括强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。硬 度值可以间接地反映材料的强度、塑性和韧性以及材料 在化学成分、金相组织和热处理工艺上的差异，因而硬 度试验在工程上应用十分广泛。生产中常用的硬度试验 是布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
工程材料力学性能的重要性： 在机械设备及工具的设计、制造中选用工程材料时，大 多以力学性能为主要依据。
08:58:10
(2) 洛氏硬度 ①洛氏硬度测试原理 在初始试验力 (F0) 及总试验力 (F0+F1)先后作用下，将压头(金刚石圆锥体或钢球)压入 试样表面，经规定保持时间后卸除生试验力 (F1) ，用保 持初始试验力的条件下，测量的残余压痕深度增量来计 算硬度。图 1--7 为用金刚石圆锥体压头进行洛氏硬度试 验的示意图。从图中看出，洛氏硬度值 (HR) 是用洛氏硬 度相应标尺刻度满量程(100)与残余压痕深度增量（e)之 差计算硬度值。计算公式如下 HR=k-e 式中 HR--洛氏硬度值；K——常数，用金刚石圆锥体 压头进行试验时K为100；用钢球压头进行试验时，K为 130；e——残余压痕深度增量，单位为0.002mm。
r 0.2
r 0.2
S0
08:58:08
机械零件在工作时如受力过大，则因过量的塑性变 形而失效。当零件工作时所受的力，低于材料的屈 服点或规定残余伸长应力，则不会产生过量的塑性 变形。材料的屈服点或规定残余伸长应力越高，允 许的工作应力也越高，则零件的截面尺寸及自身质 量就可以减少。因此，材料的屈服点或规定残余伸 长应力是机械设计的主要依据，也是评定材料优劣 的重要指标。 ②抗拉强度 材料在拉断前所能承受的最大应力 称为抗拉强度。用符号 σb 表示，按下列公式计算：
工程材料的性能
工程材料的性能
材料的性能：用来表征材料在给定外界 条件下的行为参量，包括使用性能和工艺 性能。 使用性能：材料在使用过程中所表现的 性能。包括力学性能、物理性能和化学性 能。 工艺性能：材料在加工过程中所表现的 性能。包括铸造、锻压、焊接、热处理和 切削性能等。
第一节 材料的力学性能
=P
A y e p
E
1
b s k
ys e p
o
k' =L/L L
弹性极限e：弹性，pe段为非线性。 e与p数值相近。
强度(strength): 材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。 屈服极限或屈服强度(yield strength) ys： 材料是否出现塑性变形的重要强度指标。 极限强度(ultimate strength) b： 反映材料是否破坏的重要强度指标。
(2)洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness )
10HRC≈HBS
洛氏硬度测试示意图 洛 氏 硬 度 计
h1-h0
(3)维氏硬度 HV ( diamond penetrator hardness )
适用范围: 测量薄板类 ; HV≈HBS ;
(4)肖氏硬度 HS (drop hardness )
拉伸试验机
四.低碳钢拉伸应力—应变曲线
常用拉伸试样(圆截面): 标距长度： L =10d 或5d 施加拉伸载荷P，记录P—L曲线; 或(=P/A)—(=L/L)曲线。 低碳钢拉伸应力—应变曲线:
= P A
弹性 屈服 强化 颈缩
P
d
l
P
四个阶段：
弹性阶段：卸载后变形可恢复。
k
颈缩
b
e p
工程材料第一章--金属材料的力学性能
数值越大，表明材料的断裂韧性越好！
压痕法
试样表面抛光成镜面，在显微硬度仪上，以10Kg负 载在抛光表面用硬度计的锥形金刚石压头产生一压 痕，这样在压痕的四个顶点就产生了预制裂纹。根 据压痕载荷P和压痕裂纹扩展长度C计算出断裂韧性 数值（KIC）。
第一章 金属材料的力学性能
机械零部件在使用过程中一般不允许发生塑性变形，所以 屈服强度是零件设计时的主要依据，也是评定材料强度的 重要指标之一
（三）抗拉强度
表明试样被拉断前所能承载的最大应力
σb＝ Fb / A0
Fb :试样在破断前所承受的最大载荷
➢ 表示塑性材料抵抗大量均匀塑性变形的能力，也 表示材料抵抗断裂的强度，即断裂强度。
若F 确定，硬度值只与压痕投影的两对角线的平均长 度d有关，d越大，HV越小。
维氏硬度值一般只写数值。 硬度值+硬度符号+试验力大小（kgf）及试验力保持时 间（10-15s不标注）
提问
640HV30的具体意义？
表示在30kgf的试验载荷作用下，保持10-15s时 测得的维氏硬度值为640。
640HV30/20的具体意义？
布氏硬度值单位为N/mm2，但一般只写数值。 硬度值+硬度符号+球体直径+试验力大小及试验力保持 时间（10-15s不标注）
提问
170HBW10/1000/30的具体意义？
表示用直径10mm的硬质合金球，在9807 N(1000 kgf) 的试验载荷作用下，保持30s时测得的布氏硬度值为170。
530HBW5/750的具体意义？
➢ 抗拉强度是零件设计时的重要依据，也是评定金 属材料的强度重要指标之一。
第一讲工程材料的力学性能
工程材料的力学性能
三、硬度 表明材料表面抗其它物体压入的能力。是局部塑变抗力指标。 布氏硬度HB、洛氏硬度HR、维氏硬度 HV。 1、布氏硬度HB 测定：布氏硬度计。
原理：一定载荷F作用于淬火钢球（硬质合金圆球）压入材料表面一定 时间，卸载后测出压痕直径，计算出压痕面积A，则HB=F/A，单位： kg/mm2，但一般不注出单位。 国标规定：HB在450以下用HBS表示；在450以上用HBW表示。 测量对象：软材料，不能测量薄试样。
工程材料的力学性能
表示：640HV、800HV。 适用范围：表面硬度（硬化层）。 优点：载荷小，压痕浅，但测定麻烦。 四、韧性 1、冲击韧性αk 表征抗冲击载荷的能力。αk=Ak/S，单位：J/cm2 通过冲击试验测定。试样有U、V型缺口试样。冲击韧性的测试按照 《夏比缺口冲击试验方法》GB/T229-1994。新标准直接用冲击功表示。标 准夏比U型缺口冲击试样如图4所示。
第一讲:工程材料的力学性能
主讲：曹光明
工程材料的力学性能
一、σ-ε曲线及相应的力性指标
1、弹性强度σe 4、弹性模量E
2、屈服强度σs 5、延伸率δ
二、 疲劳强度
三、硬度 1、布氏硬度HB
四、韧性 1、冲击韧性
2、洛氏硬度HR 2、断裂韧性
3、抗拉强度σb 6、断面收缩率ψ
3、维氏硬度 HV
工程材料的力学性能
实际材料中存在缺陷：夹杂物、气孔等→裂纹→在应力作用下扩展 →达到临界尺寸发生失稳扩展→断裂
裂纹扩展有三种方式，如图6所示。
K1c——在裂纹扩展的临界状态下， 裂纹尖端应力场强度因子值。它表
明裂纹失稳扩展的抗力大小。K1c只 与材料成分、组织结构有关。
第1章工程材料的基本知识
第1章工程材料的基本知识第1章工程材料的基本知识主要内容：1.1 金属材料1.2 非金属材料的力学性能一、工程材料的种类：工程材料：金属材料、非金属材料和复合材料；1、金属材料：黑色金属、有色金属2、非金属材料：高分子材料、陶瓷材料3、复合材料：金属基复合材料、非金属基复合材料1、使用性能：力学性能、物理性能、化学性能；2、工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能、热处理性能；二、工程材料的主要性能：1.1 金属材料金属材料的力学性能也称机械性能，指金属材料在外载荷1.1.1 金属材料的力学性能作用下，其抵抗变形和破坏的能力；注意：材料在不同的外部条件和载荷作用下，会呈现出不同的特性；如：常温状态下和高、低温状态下金属材料的力学性能就不一样；静载荷和动载荷作用下金属材料的力学性能也不一样；常见的金属材料的力学性能有：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等；1、强度和塑性(1)强度强度是指金属材料在外(静)载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。
强度指标一般用单位面积所承受的载荷(即力)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的作用下，被拉断前所能承受的最大应力值，用σb表示。
对于大多数机械零件(如压力容器),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(如螺栓),而用抗拉强度作为其强度设计的依据。
(2)塑性塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。
工程中常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率。
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δ表示。
断面收缩率指试样拉断后，断面缩小的面积与原来截面积之比，用表示。
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。
工程材料力学性能1
工程材料力学性能1金属在单向静拉伸下的力学性能金属在单向静拉伸下的力学性能本章介绍金属在拉伸状态下的力学行为，包括弹性形变、塑性形变和断裂。
重点介绍表征这些力学行为的性能指标、测试方法，以及力学行为的物理机理。
第一节拉伸力―拉伸力―伸长曲线和应力―伸长曲线和应力―应变曲线一、试件形状拉伸实验一般采用光滑的圆柱或板状（横截面为长方形）试件，试件尺寸在国家标准中有明确的规定。
以圆柱试件为例，其结构如下图所示：图1.1 圆柱拉伸试件结构图、过渡部分R、夹持部分H。
光滑试件由三个部分组成：工作部分L0（标距）二、拉伸实验由拉伸实验机拉伸试件，由附加仪器记录拉伸力F及其对应的试件标距间的绝对伸长量8L。
以F为纵坐标，8L为横坐标，做出的F―8L曲线称为拉伸力-伸长曲线，也称为拉伸图（曲线）。
三、拉伸曲线和应力拉伸曲线和应力―和应力―应变曲线1、拉伸曲线下图为退火低碳钢的拉伸曲线o8L（mm）F（N）工程材料力学性能拉伸过程中金属的变形可分为四个阶段：弹性变形（oe段）、不均匀屈服塑性变形（AC段，塑性屈服）、均匀塑性变形（CB段）、不均匀集中塑性变形（BK段，即“缩颈”现象）。
需要指出的是，塑性阶段仍然伴随弹性变形，只是此时外观上表现出不可逆的塑性变形。
2、应力―应变曲线如果以试件原始横截面AO去除拉伸力F得到应力σ，即σ= F，以原始标A0距LO去除绝对伸长8L得到应变ε，即ε=L，则拉伸曲线可以转换成应力―应L0变曲线，如下图所示。
由于原始横截面和标距为常数，所以应力―应变曲线在形状上与拉伸力―伸长曲线相似。
oσ（MPa）σe：弹性极限σs：屈服强度不同材料的应力-应变曲线差别很大，有些材料只有弹性变形阶段，如陶瓷和淬火高碳钢；有些材料没有不均匀的塑性屈服阶段，如有色金属。
工程材料力学性能第二节弹性变形一、弹性变形及其实质金属弹性变形是一种可逆的变形，是金属内原子之间引力、斥力以及外力三者之间平衡的结果。
工程材料力学性能
工程材料力学性能工程材料力学性能是指材料在外部力作用下的表现和性质。
材料的力学性能直接影响着工程结构的安全性、稳定性和使用寿命。
因此，对工程材料力学性能的研究和了解至关重要。
首先，工程材料的力学性能包括抗拉强度、抗压强度、弹性模量、屈服强度等指标。
抗拉强度是指材料在拉伸状态下所能承受的最大拉力，抗压强度则是指材料在受到压缩力时所能承受的最大压力。
而弹性模量则是衡量材料在受力时的变形程度，屈服强度则是材料开始产生塑性变形的临界点。
这些指标直接反映了材料在外部力作用下的表现，是评价材料力学性能的重要依据。
其次，工程材料的力学性能还包括疲劳性能、冲击性能、塑性性能等。
疲劳性能是指材料在长期交变载荷下所表现出的抗疲劳能力，冲击性能则是材料在受到瞬间冲击载荷时的抗冲击能力。
而塑性性能则是衡量材料在受力时的塑性变形能力。
这些指标在工程实践中同样具有重要的意义，特别是在复杂的工程环境下，材料的疲劳性能和冲击性能往往是决定工程结构安全性的关键。
此外，工程材料的力学性能还受到温度、湿度、环境腐蚀等因素的影响。
在不同的环境条件下，材料的力学性能可能会发生变化，因此在工程设计和使用中需要考虑这些因素对材料性能的影响。
同时，对于一些特殊工程要求，如航空航天、核工程等，对材料力学性能的要求更加严格，需要材料具有更高的耐高温、耐腐蚀等特殊性能。
综上所述，工程材料力学性能是工程实践中不可忽视的重要内容。
通过对材料力学性能的研究和了解，可以更好地选择合适的材料，设计合理的工程结构，确保工程的安全可靠性。
因此，对于工程材料力学性能的研究和评价，需要全面、准确地了解材料的各项力学性能指标，以及其在不同环境条件下的表现，为工程实践提供可靠的材料支撑。
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铸铁
铸铁是含碳量在2.11%以上，并含有硅、锰、 硫、磷等杂质元素的铁碳合金。
常见铸铁有灰口铸铁、可锻铸铁、合金铸铁和 球墨铸铁。
灰口铸铁应用较多，其的抗拉强度比钢低得多， 但是铸铁中有石墨，能有效地吸收震动能量。 因石墨有润滑作用，使铸铁有良好的耐磨性和 减磨性。铸铁价格便宜，好加工。
非金属材料（一）
有色金属材料（二）
铜合金 机械性能好 摩擦系数小 在空气环境下
具有良好的抗 蚀性。容易加工。用途:制造滑动轴承、耐水 蚀零件、导热零件等。
有色金属材料（三）
钛合金 比强度高。 抗蚀性好。 耐高低温。 难加工。 价格昂贵。
钛合金航空航天中，应用广泛。用 于制造工作温度不超过400℃的各 种飞机结构和发动机零部件。如发 动机压气机盘、叶片，蒙皮等。液 体燃料火箭的储氢罐也是钛合金制 造的，其工作温度为-253℃。许多 民用领域如氯碱化工业及海水用泵 、阀、管道、换热器、冷凝器等， 也广泛采用钛合金，并取得了良好 的经济效益。
各类材料的编号方法是不同的。 钢铁材料的编号方法 有色金属的编号方法 其他材料的编号方法
钢铁材料的编号方法（一）
普通碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈 服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四个 部分组成。例：Q235 A·F
其中Q表示屈服点“屈”字汉语拼音第一个字母； 235表示钢材厚度≤16mm时的屈服点值不小于 235MPa；A表示质量等级A、B、C、D四级中的A级， F表示沸腾钢。除此以外b表示半镇静钢，Z表示 镇静钢，TZ表示特殊镇静钢。
钢铁材料的编号方法（二）
优质碳素结构钢的牌号以平均碳含量的万分 数，用两位数字表示。
例如平均碳含量为0.45%的钢，其牌号表示为 45。高级优质钢则在其后加一个“A”字。如45A。
钢铁材料的编号方法（三）
碳素工具钢的牌号是以其平均含碳量的千分 之几表示，并在数字之前冠以“T”字。例如： T10钢表示平均含碳量为1.0%的碳素工具钢。如 为高级优质钢，则在数字之后再加一个“A”字， 如T10A。
有色金属材料
除钢、铸铁之外的金属叫有色金属。 工程中常用的有色金属有铝、铜、镁、
钛金属及其合金等。
有色金属材料（一）
铝合金
用以制造飞行器各种承
比重小，比强度高。力 、构 桨件 叶， 、如活蒙塞皮及、火壁箭板上 在空气中的抗蚀性好的。液体燃料箱翼梁、螺
容易加工。
旋桨叶、起落架等。
也常用于汽车、摩托车 、家用电器、建筑等。
此外还有填充剂、防老化剂、着色剂等。
橡胶分类
橡胶种类繁多，若以原料来区分，有天 然橡胶与合成橡胶，按合成橡胶性能及 用途又可分为通用橡胶及特种橡胶。
非金属材料（三）
陶瓷
用纯度较高的人工合成原料制造的， 能满足高温、高强、功能性等要求 的特种陶瓷。常见的有氧化物、氮 化物、碳化物、硼化物等，而特种 陶瓷除烧结体外还包括单晶(晶须)、 纤维、薄膜及超细粉体等。
工程材料的分类 钢铁 金
属 有色金属
碳钢 合金钢 铝合金 铜合金
非 聚合物 金 属
陶瓷
塑料 橡胶
钛合金
复合材料
聚合物基复合材料 金属基复合材料
碳钢
碳钢又称碳素钢，其主要合金元 素为碳，含量在0.1～1.3%之间。 由于原料和冶炼工艺的限制，实际 使用的钢中都含有硅、锰、硫、磷 等杂质元素。
碳钢分类
复合材料
由两种或更多材料经人工复合而成的，性 能优于单一材料的合成材料。如玻璃钢。
复合材料中主要起增强作用的叫强化相； 主要起粘接作用的叫基体。
按基体分：聚合物基、金属基、陶瓷基 按强化相分：颗粒增强、纤维增强、层叠复合
材料牌号
牌号是代表材料的符号，牌号可表明材料的 种类、成分、性能等。
碳钢常用的分类方法有三种： 1. 按碳含量进行分类
可分为低碳钢(＜0.25%C)、中碳钢(0.250.55%C)、高碳钢(＞0.55%C)。
2. 按其用途进行分类
可分为结构钢和工具钢两大类，前者用来制造各 种金属构件和机械零件，后者用来制造各种刀 具、模具和量具。
3. 按其质量等级分类 可分为普通碳素钢、优质碳素钢和高级优质碳素
钢。
合金钢
铁、碳和合金元素是合金钢的基本组元。 或者说：合金钢是加入合金元素的钢。
合金钢的强度高，塑韧性优于碳钢，抗腐 蚀性和抗氧化性也好。
合金钢分类
1. 按合金元素的含量分 低合金钢 合金元素总含量＜5% 中合金钢 合金元素总含量5-10% 高合金钢 合金元素总含量＞10% 2. 按主要用途分 合金结构钢:渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢 合金工具钢:刃具钢、模具钢、量具钢 特殊性能钢:不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢
工程材料
版权所有, 1997 (c) Dale Carnegie & Associates, Inc.
前言
工程材料是构成机械的物质基础。机械 的性能取决于其使用的材料，机械的进步依 赖于材料的进步。目前，用于机械制造的材 料有上千种，常用的也有上百种，并且还有 许多新的材料不断地被创造出来。要想在众 多材料中作出正确的选择。既能保证使用性 能、便于加工，经济性又好。只有了解这些 材料，认识这些材料。
塑料- 塑料是由聚合物为基础添加各种助剂而
成的混合体系， 塑料由组成 树脂：树脂是塑料的主要成份，它联系和粘结其 它组分，对塑料的性能起决定性作用。 填充剂：弥补或改善树脂的性能不足，另外可以 显著地降低成本。 增塑剂:增加材料塑性。 固化剂：使线型高分子交联成体型网络结构。 稳定剂：用来抵抗老化延长塑料寿命物质。 其它诸如发泡剂，抗静电剂，染料，润滑剂等等.
非金属材料（二）
橡胶 橡胶也是以有机高分子化合物为基础的材料，
它具有高弹性和蓄能作用，因此是工程制造中不可 缺少的弹性材料、密封材料和减震材料。
橡胶组成 (1)生胶：未经硫化的橡胶叫生胶，是橡胶主要成份，
对橡胶性能起决定作用，但单纯生胶高温发粘，低温 性脆，常加入各种助剂并经硫化制成工业用橡胶。 (2)硫化剂：提高橡胶的弹性和强度，常用的是硫磺。 (3)软化剂：增加橡胶塑性、降低硬度。 (4)补强剂：提高橡胶强度，耐磨性。目前效果最好的 补强剂是碳黑。