金属材料的力学性能

使用性能
力学性能 (强度、硬度、塑性、韧性等) 物理性能（指熔点、导热性、导电性、磁性等） 化学性能 (抗氧化性、抗腐蚀性等) 其它性能 (耐磨性、热硬性、消振性等)
工艺性能——加工成形的性能
1.1 金属材料的力学性能
是指金属材料在外加载荷作用下所表现出来的抵抗能 力。
静载荷
根据载荷作用性质不同 冲击载荷
对具有明显屈服现象的材料
金属材料产生屈服现象的最低应力值称为屈服强度，用 ReL 表示，即
屈服强度:
ReL
FeL S0
（MPa）
对无明显屈服现象的金属材料
常用其产生0.2%塑性应变所对应的应力值作为名义屈服点，
称为名义(条件)屈服强度，用 Rp0.2表示。如高碳钢、铜合金、
铝合金等。
条件屈服强度: Rp0.2 =
脆性材料的拉伸曲线（与低碳钢试样相对比）
灰 铸 铁 的 拉 伸 曲 线
脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。
1.1.1 强度
强度：用于表示金属材料在外力作用下抵抗塑性变 形和破坏的能力。
工程上常用的 强度衡量指标
屈服点 屈服强度 抗拉强度
注意：一般多用抗拉强度作为判别金属强度高低 的指标。
1. 屈服点、屈服强度
（1） 弹性变形阶段 （2） 屈服变形阶段 （3） 强化阶段 （4） 缩颈阶段
弹性与塑性
弹性: 金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能回复 其原来形状的性能，叫做弹性。 弹性变形: 随着外力消失而消失的变形，叫做弹性变形。 塑性变形: 在外力消失后留下来的这部分不可恢复的变形，叫 做塑性变形。
GB/T228.1-2010
拉伸试样 （低碳钢）
d0 L0
长试样：L0 =10d0 短试样：L0 =5d0
拉伸试验机 液压式万能电子材料试验机
拉伸试验（应力—应变）曲线
e — 弹性极限点 S — 屈服点 b — 极限载荷点
（缩颈点） K — 断裂点
拉伸过程变化的三个阶段
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
A < 2 ~ 5% 属脆性材科
A≈ 5 ~ 10% 属韧性材料
A > 10%
属塑性材料
良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。
1.断面收缩率（Z）
是指试样拉断处横截面积的 收缩量与原始横截面积之比。 用下式表示，即：
Z S0 - Su 100 % S0
2. 伸长率（A）
是指试样拉断后的标距伸长量 与原始标距 之比。
布 氏 硬 度 计
（2）压头：
淬火钢球 HBS （硬度值450的材料） 硬质合金钢球 HBW （硬度值450~650的材料）
（3）表示方法
例如：350HBS 、 600HBW 一般，数字+布氏硬度符号或后面依次注明压头直径、实验力 以及保存时间。单位为MPa（通常不标明）
Fra Baidu bibliotek
（4）布氏硬度特点
布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。
金属材料 与热处理
内容
单元一 金属材料的力学性能 单元二 金属材料的工艺性能
教学目的和要求
掌握金属材料的强度和塑性的概念； 掌握金属材料的疲劳强度的概念； 掌握金属材料冲击韧性的概念； 掌握材料硬度的概念和三种硬度表示方法； 了解材料性能的表示方法。
教学内容摘要
一、强度、塑性； 二、疲劳强度； 三、冲击韧性； 四、硬度
教学重点、难点
教学重点
强度、硬度、塑性和韧性的概念。
教学难点
利用强度、硬度和塑性等指标综合评价材料。
金属材料的基本知识
1.金属材料的类型：
2. 金属材料的特点：
其他材料 20%
具有金属光泽。 具有较好的延展性，容易加工成型。 易导电、传热，是热和电的良导体。
金属材料 80%
3. 金属材料性能
缺点：压痕大，不宜测量成品零件或薄件的硬度，以及比压头 还硬的材料。
布氏硬度适用于：常用于测量较软材料、灰铸铁、有色金属、 退火正火钢材的硬度。调质处理钢、原材料，毛坯。 当HBS<450 时有效（HBW450-650)
2 . 洛氏硬度
(1)洛氏硬度测量原理
用锥顶角为120°的金刚石圆锥或直径 1.588mm的淬火钢球，以相应试验力压 入待测表面，保持规定时间卸载后卸 除主试验力，以测量的残余压痕深度 增量来计算出硬度值。
F0.2 S0
（MPa）
屈服强度 — 是塑性材料选材和评定的依据。
脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。
2. 抗拉强度（强度极限）
是指试样在拉断前所承受的最大应力。即：
Rm
Fm S0
（MPa）
式中： Rm——抗拉强度
Fm——试样在拉断前所受到的最大载（N）；
So——试样原始横截面积（ mm2）。
抗拉强度 — 是脆性材料选材的依据。
屈强比（ReL/ Rm ）： 0.6~0.85 屈强比高，材料利用率越高； 屈强比低，零件的可靠性越高
—— 综合考虑材料利用率和安全性
1. 1. 2 塑 性
塑性: 金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致引起 破坏的性能。
塑性的衡量（塑性指标）：伸长率 A和断面收缩率 Z。 A 、Z越高，材料的塑性越好
（4）洛氏硬度特点：
优点： 测量操作简单，方便快捷，压痕小；测量 范围大，能测较薄工件。
疲劳载荷 静载荷是指外力的大小和方向不变或变化很缓慢的载荷； 冲击载荷是指突然增加的载荷； 疲劳载荷则是指大小和方向随时间作周期性变化的载荷。
工件在不同载荷形式下产生的变形
根据所加载荷形式的不同，强度表现为：
抗拉强度 抗压强度 抗弯强度 抗剪强度
拉伸试验
（金属的抗拉强度和塑性都是通过拉伸试验测定）
用A表示，即
A Lu - L0 100 % L0
1. 1. 3 硬 度
硬度的含义
是指材料抵抗其它更硬物体压入其表面的能力。即表 示金属材料抵抗局部变形的能力。
硬度的表示方法
压入法 划痕法 回跳法
常用的表示方法
布氏硬度 洛氏硬度 维氏硬度
1. 布氏硬度 （1）布氏硬度测量原理
用一定直径的压头（球体），以相应试验力压入待测表面，保 持规定时间卸载后，测量材料表面压痕直径，以此计算出硬度 值。
实际测量时，硬度值一般有硬度计的 刻度盘上直接读出。
洛氏硬度计
(2) 洛氏硬度的分类及应用
（3）洛氏硬度表示方法 HR = (k-h) / 0.002 不写单位
表示为：硬度值+三种不同的标尺代号。（无单位） 例如：20~85HRA
20~100HRB 20~70HRC
HRA、HRB、HRC分别测得的硬度，不可直接比较大小