第二章 金属材料力学性能基本知识及钢材的脆化
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，往往要受到各种形式外力的作用。
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；轴类零件要受到弯矩、扭力的作用等等。
这就要求金属材料必须具有一种承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外力作用下表现出力学性能的指标。
钢材力学性能是保证钢材最终使用性能（机械性能）的重要指标，它取决于钢的化学成分和热处理制度。
在钢管标准中，根据不同的使用要求，规定了拉伸性能（抗拉强度、屈服强度或屈服点、伸长率）以及硬度、韧性指标，还有用户要求的高、低温性能等。
金属材料的机械性能1、弹性和塑性：弹性：金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能恢复其原来形状的性能。
力和变形同时存在、同时消失。
如弹簧：弹簧靠弹性工作。
塑性：金属材料受外力作用时产生永久变形而不至于引起破坏的性能。
（金属之间的连续性没破坏）塑性大小以断裂后的塑性变形大小来表示。
塑性变形：在外力消失后留下的这部分不可恢复的变形。
2、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。
强度指标一般用单位面积所承受的载荷即力表示，单位为MPa。
工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。
拉伸图：金属材料在拉伸过程中弹性变形、塑性变形直到断裂的全部力学性能可用拉伸图形象地表示出来。
材料在常温、静载作用下的宏观力学性能。
是确定各种工程设计参数的主要依据。
这些力学性能均需用标准试样在材料试验机上按照规定的试验方法和程序测定，并可同时测定材料的应力- 应变曲线。
对于韧性材料，有弹性和塑性两个阶段。
弹性阶段的力学性能有：比例极限：应力与应变保持成正比关系的应力最高限。
当应力小于或等于比例极限时，应力与应变满足胡克定律，即应力与应变成正比。
弹性极限：弹性阶段的应力最高限。
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
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（ZHOU）期性变化
在一定条件下,HB与HRC可以查表互换，其心算公式可大概记 为：1HRC≈1/10HB，
3 .维氏硬度 HV
维氏硬度试验原理 维氏硬度压痕
维氏硬度计
维氏硬度 HV 测试计
小
负
荷
显微维氏硬度计
维
氏
硬
度
计
1 维氏硬度测量原理
用压头为锥面夹角为136º的金刚石四棱锥体,以一定的试验 力将压头压入试样表面,保持规定时间卸载后,在试样表面留 下一个四方锥形的压痕,测量压痕两对角线长度,以此计算出 硬度值，
成形工艺的应用
重要环节： 热处理
1.3 金属材料的工艺性能
金属材料的工艺性能：是指用不同的加工手段所 表现出来的难易程度,
铸造性能 流动性、收缩、偏析等
锻压性能 切削加工性 焊接性 热处理性能
小 结：
本单元了解了金属材料的类型和性能,重点学 习了金属材料的力学性能的指标：强度、塑 性、韧性、硬度以及疲劳强度，
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
金属材料与热处理(金属材料的力学性能)PPT课件
.
14
机械零件常见的失效形式
➢ 断裂 ➢ 过大残余变形 ➢ 表面损伤失效 ➢ 材质变化失效 ➢ 破坏正常工作条件而引起的失效
.
15
机械零件常见的损坏形式
第二章 金属材料的性能
金属材料的性能
力
物
化
化
学
理
学
学
性
性
性
性
能
能
能
能
.
1
力学性能
➢ 力学性能 指金属在力的作用 下所显示出的与弹性和非弹性反 应相关或涉及应力-应变关系的 性能，如弹性、强度、硬度、塑 性、韧性等
.
2
➢硬度
引言：
1、定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。 它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法 有关。
➢ 静载荷：大小不变或变化过程缓慢；
➢ 冲击载荷：在短时间内以较高速度作用于 零件；
➢ 交变载荷：大小、方向或大小和方向随时 间发生周期性变化。
.
26
载荷的作用形式
➢ 拉伸载荷 ➢ 压缩载荷 ➢ 弯曲载荷 ➢ 剪切载荷 ➢ 扭转载荷
.
27
拉伸载荷
.
28
压缩载荷
.
29
弯曲载荷
弯曲载荷
.
30
➢ 剪切载荷
活塞销的挤压成形
.
22
塑性变形的应用
➢ 冷拔：用外力作用于被拉金属 的前端，将金属坯料从小于坯 料断面的模孔中拉出，使其断 面减小而长度增加的方法。冷 拔的产品较之于热成型有：尺 寸精度高和表面光洁度好的优 点。
工程材料力学性能各章节复习知识点
工程材料力学性能各个章节主要复习知识点第一章弹性比功：又称弹性比能，应变比能，表示金属材料吸收弹性变形功的能力。
滞弹性：对材料在弹性范围内快速加载或卸载后随时间延长附加弹性应变的现象。
包申格效应：金属材料经预先加载产生少量塑性变形（残余应变为1%~4%），卸载后再同向加载，规定残余伸长应力（弹性极限或屈服极限）增加，反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
塑性：指金属材料断裂前发生塑性变形的能力。
脆性：材料在外力作用下（如拉伸，冲击等）仅产生很小的变形及断裂破坏的性质。
韧性：是金属材料断裂前洗手塑性变形功和断裂功的能力，也指材料抵抗裂纹扩展的能力。
应力、应变；真应力，真应变概念。
穿晶断裂和沿晶断裂：多晶体材料断裂时，裂纹扩展的路径可能不同，穿晶断裂穿过晶内；沿晶断裂沿晶界扩展。
拉伸断口形貌特征？①韧性断裂：断裂面一般平行于最大切应力并与主应力成45度角。
用肉眼或放大镜观察时，断口呈纤维状，灰暗色。
纤维状是塑性变形过程中微裂纹不断扩展和相互连接造成的，而灰暗色则是纤维断口便面对光反射能力很弱所致。
其断口宏观呈杯锥形，由纤维区、放射区、和剪切唇区三个区域组成。
②脆性断裂：断裂面一般与正应力垂直，断口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状。
板状矩形拉伸试样断口呈人字形花样。
人字形花样的放射方向也与裂纹扩展方向平行，但其尖端指向裂纹源。
韧、脆性断裂区别？韧性断裂产生前会有明显的塑性变形，过程比较缓慢；脆性断裂则不会有明显的塑性变形产生，突然发生，难以发现征兆拉伸断口三要素？纤维区，放射区和剪切唇。
缺口试样静拉伸试验种类？轴向拉伸、偏斜拉伸材料失效有哪几种形式？磨损、腐蚀和断裂是材料的三种主要失效方式。
材料的形变强化规律是什么？层错能越低，n越大，形变强化增强效果越大退火态金属增强效果比冷加工态是好，且随金属强度等级降低而增加。
在某些合金中，增强效果随合金元素含量的增加而下降。
材料的晶粒变粗，增强效果提高。
第二章应力状态软性系数：材料某一应力状态，τmax和σmax的比值表示他们的相对大小，成为应力状态软性系数，比为α，α=τmaxσmax缺口敏感度：缺口试样的抗拉强度σbn 与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb的比值表示缺口敏感度，即为NSR=σbnσb第三章低温脆性：在实验温度低于某一温度t2时，会由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显降低，断裂机理由微孔聚集性变为穿晶解理型，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。
机械工程材料总结
第一章金属材料的力学性能1.基本概念强度：金属材料在静力作用下，抵抗永久变形和断裂的性能。
1）：屈服强度：材料开始发生明显塑性变形时的最低应力值。
2）：抗拉强度：材料在破断前所承受的最大应力值。
硬度：衡量金属材料软硬程度的指标1）：布氏硬度HBW 2）：洛氏硬度HR 3）：维氏硬度HV刚度：工程上将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度区别：刚度是抵抗弹性变形的能力，硬度是抵抗局部塑性变形的能力。
塑性：金属材料在静力作用下，产生塑性变形而不破坏的能力。
屈服的基本特征：应力几乎不变，应变却不断增加，从而产生明显的塑性变形断裂的基本形式：脆性断裂、韧性断裂韧性断裂：在断裂前有明显的塑性变形的断裂。
脆性断裂：在尚未发生明显的塑性变形时已断裂的断裂。
第二章．金属与合金的结构1.基本概念晶体：原子（或分子）按一定的几何规律作周期性地排列。
非晶体：原子（或分子）无规则的堆积在一起。
空间点阵：原子或分子按一定的几何规律作周期性的排列固溶体：合金在固态下，组元间仍能互相溶解而形成均匀相，称为固溶体。
中间相：两种元素形成的新相合金：由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。
组元：组成合金的最基本的、独立的物质。
相（基本相）：合金中，具有同一化学成分且结构相同的均匀部分叫做相。
组织（P）：组织是观察到的在金属及合金内部组成相的大小、方向、形状、分布及相互结合状态。
2.基本理论（2）了解典型晶胞密排面和密排晶向的画法。
（3）固溶体的分类按溶质原子在溶剂晶格中分布情况的不同可分为：间隙固溶体和置换固溶体。
按溶质在溶剂的溶解度不同可分为：有限固溶体和无限固溶体。
（4）缺陷的分类和代表类型1）：点缺陷-----空位和间隙原子2）：线缺陷-----位错3）：面缺陷-----晶界和亚晶界第三章．金属与合金的结晶（1）基本概念结晶：金属与合金自液态冷却转变为固态的过程，是原子由不规则排列的液体状态逐步过渡到原子作规则排列的晶体状态的过程，这一过程称为结晶过程。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能金属材料是工程领域中常用的材料之一，其力学性能的好坏直接影响着材料的使用效果和寿命。
力学性能是指材料在外力作用下所表现出的力学特性，包括强度、韧性、硬度、塑性等指标。
本文将围绕金属材料的力学性能展开讨论，以期对该领域有所启发和帮助。
首先，强度是衡量金属材料抵抗外力破坏能力的重要指标。
强度高的金属材料能够承受更大的外力而不发生破坏，因此在工程中具有重要的应用。
金属材料的强度受多种因素影响，包括晶粒大小、晶界结构、合金元素含量等。
通过合理控制这些因素，可以提高金属材料的强度，从而增加其使用范围和可靠性。
其次，韧性是金属材料的另一个重要力学性能指标。
韧性是指材料在外力作用下能够抵抗破坏并具有一定的变形能力。
金属材料的韧性与其晶粒大小、晶界结构、合金元素含量以及加工工艺等因素密切相关。
提高金属材料的韧性可以通过优化材料的微观结构和加工工艺，从而增加其在工程中的适用性和安全性。
此外，硬度是金属材料的另一重要力学性能指标。
硬度高的金属材料在受到外力作用时不易发生塑性变形，因此具有较好的耐磨性和耐磨损性能。
金属材料的硬度受其晶粒大小、晶界结构、合金元素含量等因素的影响。
通过合理调控这些因素，可以提高金属材料的硬度，从而增强其在工程中的使用寿命和稳定性。
最后，塑性是金属材料的另一个重要力学性能指标。
塑性是指金属材料在外力作用下发生可逆形变的能力。
金属材料的塑性与其晶粒大小、晶界结构、合金元素含量以及加工工艺等因素密切相关。
通过优化这些因素，可以提高金属材料的塑性，从而增加其在加工和成形过程中的适应性和可塑性。
综上所述，金属材料的力学性能包括强度、韧性、硬度和塑性等指标，这些指标受多种因素的影响。
通过合理控制材料的微观结构和加工工艺，可以有效提高金属材料的力学性能，从而增强其在工程领域中的应用范围和可靠性。
希望本文的内容能够对相关领域的研究和实践工作有所帮助和启发。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能金属材料是工程领域中常用的材料之一，其力学性能对于材料的使用和应用起着至关重要的作用。
力学性能是指材料在受力作用下所表现出的力学特性，包括强度、韧性、硬度、塑性等方面。
本文将对金属材料的力学性能进行详细介绍，以便读者对金属材料有更深入的了解。
首先，我们来谈谈金属材料的强度。
金属材料的强度是指其抵抗外部力量破坏的能力，通常用抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等指标来表示。
金属材料的强度与其内部晶体结构、晶界、位错等因素密切相关，不同的金属材料具有不同的强度特点。
其次，韧性是金属材料的另一个重要力学性能。
韧性是指材料在受到外部冲击或载荷作用下能够抵抗破坏的能力。
金属材料的韧性与其内部晶粒大小、晶界结构、断裂韧性等因素有关。
一般来说，细小的晶粒和均匀的晶界结构有利于提高金属材料的韧性。
此外，硬度也是金属材料的重要力学性能之一。
硬度是指材料抵抗局部变形和划伤的能力，通常用洛氏硬度、巴氏硬度等指标来表示。
金属材料的硬度与其晶粒大小、晶界结构、合金元素含量等因素密切相关，不同的金属材料具有不同的硬度特点。
最后，塑性是金属材料的另一个重要力学性能。
塑性是指材料在受力作用下发生变形的能力，通常用屈服强度、延伸率、收缩率等指标来表示。
金属材料的塑性与其晶粒大小、晶界结构、位错密度等因素有关，一般来说，细小的晶粒和均匀的晶界结构有利于提高金属材料的塑性。
综上所述，金属材料的力学性能包括强度、韧性、硬度、塑性等方面，这些力学性能对于金属材料的使用和应用具有重要的意义。
通过对金属材料力学性能的深入了解，可以更好地选择合适的金属材料，并对其进行合理的应用和设计，从而发挥其最大的效益。
希望本文对读者有所帮助，谢谢阅读！。
金属材料的力学性能资料
金属材料的力学性能金属材料在外力或能的作用下，所表现出来的一系列力学特性，如强度、刚度、塑性、韧性、弹性、硬度等，也包括在高低温、腐蚀、表面介质吸附、冲刷、磨损、空蚀（氧蚀）、粒子照射等力或机械能不同程度结合作用下的性能。
力学性能反映了金属材料在各种形式外力作用下抵抗变形或破坏的某些能力，是选用金属材料的重要依据。
充分了解、掌握金属材料的力学性能，对于合理地选择、使用材料，充分发挥材料的作用，制定合理的加工工艺，保证产品质量有着极其重要的意义。
一、强度强度是材料受外力而不被破坏或不改变本身形状的能力。
(一)屈服点金属试样在拉伸试验过程中，载荷不再增加而试样仍继续发生塑性变形而伸长，这一现象叫做“屈服”。
材料开始发生屈服时所对应的应力，称为“屈服点”，以σs表示。
有些材料没有明显的屈服点，这往往采用σ0.2作为屈服阶段的特征值，称为屈服强度。
（二）抗拉强度拉伸试验时，材料在拉断前所承受的最大标称应力，即拉伸过程中最大力所对应的应力，称为抗拉强度，以σb表示。
二、塑性塑性是金属材料在外力作用下（断裂前）发生永久变形的能力，常以金属断裂时的最大相对塑性变形来表示，如拉伸时的断后伸长率和断面收缩率。
（一）伸长率金属材料在拉伸试验时试样拉断后其标距部分所伸长的长度与原始标距长度的百分比，称为断后伸长率，也叫伸长率，用δ表示。
（二）断面收缩率金属试样在拉断后，其缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，称为断面收缩率，以符号ψ表示。
三、硬度硬度是金属材料表面抵抗弹性变形、塑性变形或抵抗破裂的一种抗力，是衡量材料软硬的性能指标。
硬度不是一个单纯的、确定的物理量，而是一个由材料弹性、塑性、韧性等一系列不同性能组成的综合性能指标。
所以硬度不仅取决于材料本身，还取决于试验方法和条件。
（一）布氏硬度（二）洛氏硬度（三）维氏硬度四、韧性金属在断裂前吸收变形能量的能力，称为韧性。
衡量材料韧性的指标分为冲击韧性和断裂韧性。
第二章 金属材料力学性能基本知识及钢材的脆化
金属材料力学性能基本知识及钢材的脆化金属材料是现代工业、农业、国防以及科学技术各个领域应用最广泛的工程材料,这不仅是由于其来源丰富,生产工艺简单、成熟,而且还因为它具有优良的性能。
通常所指的金属材料性能包括以下两个方面：1．使用性能即为了保证机械零件、设备、结构件等能正常工作，材料所应具备的性能，主要有力学性能(强度、硬度、刚度、塑性、韧性等)，物理性能（密度、熔点、导热性、热膨胀性等)，化学性能（耐蚀性、热稳定性等)。
使用性能决定了材料的应用范围，使用安全可靠性和使用寿命.2 工艺性能即材料在被制成机械零件、设备、结构件的过程中适应各种冷、热加工的性能,例如锻造，焊接，热处理，压力加工，切削加工等方面的性能。
工艺性能对制造成本、生成效率、产品质量有重要影响。
1．1材料力学基本知识金属材料在加工和使用过程中都要承受不同形式外力的作用，当外力达到或超过某一限度时,材料就会发生变形以至断裂。
材料在外力作用下所表现的一些性能称为材料的力学性能。
锅炉压力容器材料的力学性能指标主要有强度、硬度、塑性、韧性等这些性能指标可以通过力学性能试验测定。
1．1．1 强度金属的强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。
材料强度指标可以通过拉伸试验测出.把一定尺寸和形状的金属试样(图1～2）装夹在试验机上，然后对试样逐渐施加拉伸载荷,直至把试样拉断为止。
根据试样在拉伸过程中承受的载荷和产生的变形量之间的关系，可绘出该金属的拉伸曲线(图1—3)。
在拉伸曲线上可以得到该材料强度性能的一些数据。
图1—3所示的曲线，其纵坐标是载荷P(也可换算为应力d),横坐标是伸长量AL（也可换算为应变e)。
所以曲线称为P-AL曲线或一一s曲线.图中曲线A是低碳钢的拉伸曲线，分析曲线A，可以将拉伸过程分为四个阶段:1．弹性阶段即曲线的o-e段，在此段若加载不超过e点的应力值，卸载后试件的变形可全部消失，故e点的应力值为材料只产生弹性变形时应力的最高限,称为弹性极限，曲线的o～e’段为直线,在此段内应力与应变成正比，即材料符合虎克定律，该段称为线弹性阶段。
2-2金属材料的力学性能
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。
பைடு நூலகம்
（2）抗拉强度
材料在断裂前所能承受的最大应力，用符号Rm表示。 计算公式
Fm Rm= S0
式中
Rm——抗拉强度，MPa； Fm——试样屈服阶段后抵抗的最大力，N ； So——试样原始截面积，mm2。
d 2
（3）计算A、Z：
A Lu L0 100% LO 79 - 50 100% 58% 50 S Su Z o 100% SO
（2）计算ReL、Rm： F 21000 ReL eL 267.5MPa SO 78.5 F 29000 Rm m 369.4MPa SO 78.5
（1） 屈服强度
3.强度指标
在金属拉伸试验过程中，当应力超过弹性极限后， 变形增加较快，此时除了弹性变形外，还产生部 分塑性变形。
在拉伸曲线上，与上、下屈服点相对应的应力称为 上、下屈服强度，分别用ReH和ReL表示。ReH和ReL 的计算公式如下：
FeH ReH S0 R eL FeL （一般下屈服强度代表 屈服强度） S0
一般情况下多以抗拉强度作为判别金属强度高低的 指标。抗拉强度是通过拉伸试验测定的。 拉伸试验的方法是用静拉力对标准试样进行轴向拉 伸，同时连续测量力和相应的伸长量，直至试样断 裂，根据测得的数据，即可得出有关的力学性能。
拉伸试验机
拉伸试样的颈缩现象
1．拉伸试样
d——试样直径，mm
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，往往要受到各种形式外力的作用。
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；轴类零件要受到弯矩、扭力的作用等等。
这就要求金属材料必须具有一种承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外力作用下表现出力学性能的指标。
钢材力学性能是保证钢材最终使用性能（机械性能）的重要指标，它取决于钢的化学成分和热处理制度。
在钢管标准中，根据不同的使用要求，规定了拉伸性能（抗拉强度、屈服强度或屈服点、伸长率）以及硬度、韧性指标，还有用户要求的高、低温性能等。
金属材料的机械性能1、弹性和塑性：弹性：金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能恢复其原来形状的性能。
力和变形同时存在、同时消失。
如弹簧：弹簧靠弹性工作。
塑性：金属材料受外力作用时产生永久变形而不至于引起破坏的性能。
（金属之间的连续性没破坏）塑性大小以断裂后的塑性变形大小来表示。
塑性变形：在外力消失后留下的这部分不可恢复的变形。
2、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。
强度指标一般用单位面积所承受的载荷即力表示，单位为MPa。
工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。
拉伸图：金属材料在拉伸过程中弹性变形、塑性变形直到断裂的全部力学性能可用拉伸图形象地表示出来。
材料在常温、静载作用下的宏观力学性能。
是确定各种工程设计参数的主要依据。
这些力学性能均需用标准试样在材料试验机上按照规定的试验方法和程序测定，并可同时测定材料的应力-应变曲线。
对于韧性材料，有弹性和塑性两个阶段。
弹性阶段的力学性能有：比例极限：应力与应变保持成正比关系的应力最高限。
当应力小于或等于比例极限时，应力与应变满足胡克定律，即应力与应变成正比。
弹性极限：弹性阶段的应力最高限。
材料物理性能(第二章材料的脆
热膨胀系数
01
热膨胀系数：材料在温度升高时，单位长度的材料会沿温度升高方向 膨胀的长度。
02
热膨胀系数是材料常数之一，与材料的化学成分、晶体结构、微观组 织等有关，不同的脆性材料具有不同的热膨胀系数。
03
热膨胀系数的大小反映了材料受温度变化时尺寸稳定性的好坏，热膨 胀系数越小，尺寸稳定性越好。
脆性材料的热导率一般较小，这是因为脆性材料的晶格结构较为紧密 ，不易传递热量。
电导率
01
电导率：材料中电导电流密度与电场强度之比，反映了材料的 导电性能。
02
电导率的大小与材料的导电性能有关，电导率越大，材料的导
电性能越好。
脆性材料的电导率一般较小，这是因为脆性材料的晶格结构较
03
为紧密，不易传导电子。
脆性材料的弹性模量一般较大 ，这是因为脆性材料在受到外 力作用时不易发生塑性变形。
泊松比
泊松比是材料常数之一，与材料的化学成分、 晶体结构、微观组织等有关，不同的脆性材料
具有不同的泊松比。
脆性材料的泊松比一般较小，这是因为脆性材料在受 到外力作用时不易发生横向变形。
泊松比：材料在单向拉伸或压缩时，横向应变 与轴向应变之比的负值，反映了材料横向变形 的特性。
硬度
总结词
脆性材料的硬度较高，这是因为脆性材料中的原子间相互作用力较强。
详细描述
由于脆性材料中的原子间相互作用力较强，使得其表面硬度较高，不易被划伤 或磨损。
耐磨性
总结词
脆性材料的耐磨性较差，这是因为脆性 材料在摩擦过程中容易发生脆性断裂。
VS
详细描述
脆性材料在摩擦过程中，由于其内部的原 子间相互作用力较弱，容易在摩擦力的作 用下材料的力学性能
《金属材料力学性能》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
机械制造基础 第2章 金属材料的力学性能
机械制造基础 第2章金属材料的力学性能
2.1金属材料的力学性能
2.1.1强度
对于屈服现象不明显的材料，如高碳钢、铸铁等，应测定规定塑性延伸强度Rp，或规定残余延伸强度Rr。 下标0.2表示试样标距部分残余伸长率达到规定数值0.2%。 例如，Rp0.2表示规定塑性延伸率为0.2%时的应力，Rr0.2表示规定残余延伸率为0.2%时的应力。 机械零件在工作时一般不允许产生明显的塑性变形，材料的屈服强度或规定残余延伸强度越高，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小。通常以屈服强度或规定残余延伸强度作为机械零件设计和选材的主要依据。
2.断面收缩率
Su为试样断口处的横截面面积（mm²）； S0为试样的原始横截面面积（mm²）。
机械制造基础 第2章金属材料的力学性能
2.1金属材料的力学性能
2.1.3硬度
布氏硬度值是由布氏硬度试验测定的。 试验原理：用一定直径D的硬质合金球作为压头，在规定试验力F的作用下压入试件表面。保持规定的时间后卸除试验力，测量试样表面压痕直径d，用载荷与压痕球形表面积的比值乘以一个常数（0.102）作为布氏硬度（HBW）值。 符号：HBW，硬度数值标在符号前（420~450HBW）。 其数值越大，表示材料越硬。 布氏硬度压痕面积大，能反映出较大面积范围内被测试金属的平均硬度，故试验结果稳定、准确。但因压痕较大，所以不宜测试成品及薄片金属的硬度。 布氏硬度适用于测量硬度值小于650HBW的有色金属、热处理之前或退火后及调质钢、铸铁、铸钢等。
机械制造基础 第2章金属材料的力学性能
2.1金属材料的力学性能
2.1.2塑性
断面收缩率Z是指断裂后试样横截面面积的最大缩减量与原始横截面面积之比的百分率。即 断面收缩率不受试样尺寸的影响，因此能更可靠、更灵敏地反映材料塑性的变化。 金属材料的伸长率与断面收缩率数值越大，说明其塑性越好。 塑性直接影响零件的成形加工及使用。例如，低碳钢的塑性好，能通过锻压加工成形，而灰铸铁塑性差，不能进行压力加工。 塑性好的材料，在受力过大时，首先产生塑性变形而不致发生突然断裂，所以大多数机械零件除要求具有较高的强度外，还必须具有一定的塑性。
材料物理性能(第二章材料的脆)
脆性材料的破坏形式
脆性破坏
脆性材料的破坏往往是发生在一 个瞬间，伴随着明显的断裂，并 且很难修复。
劈裂破坏
劈裂破坏是指在压力或拉力作用 下，脆性材料沿着晶体极易劈开 的方向产生断裂。
穿晶破坏
穿晶破坏是指在脆性材料中，断 裂面穿过晶粒，在晶界或晶粒内 发生断裂。
脆性材料的改进技术
材料改性
通过ห้องสมุดไป่ตู้加合适的添加剂，改变 材料的化学成分，以提高其塑 性和韧性。
材料物理性能(第二章材 料的脆)
本章将介绍材料的物理性能，特别是与脆性相关的方面。我们将了解脆性材 料的定义、特点以及破坏形式，以及如何改进脆性材料的技术。
材料的物理性能
1 导热性
材料的导热性能是指它传导热量的能力，对 于热传导和热稳定性的要求很高的应用非常 重要。
2 电导性
材料的电导性能是指它传导电流的能力，对 于电子器件和电气设备而言非常重要。
热处理
通过控制材料的加热和冷却过 程，改变晶体结构，从而提高 材料的强度和延展性。
加工工艺
采用适当的加工方法，如压延、 拉伸等，使材料的晶界发生滑 移，从而提高其塑性。
材料延展性和韧性
延展性和韧性是与材料的塑性密切相关的性能指标，延展性通常指材料的线 性塑性变形能力，韧性则是指材料在断裂前能吸收的能量。
3 机械性能
材料的机械性能包括强度、硬度、延展性等 指标，决定了材料在力学应用中的表现。
4 热性能
材料的热性能涉及热膨胀系数、热传导率等 参数，对于热应用和热循环要求高的场合至 关重要。
脆性材料的定义和特点
1 定义
脆性材料是指在受到外力作用下容易发生断 裂，而不发生明显的塑性变形的材料。
金属材料与热处理-考试复习笔记
热处理复习重点第一章金属材料基础知识1. 材料力学性能（1）材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力称为强度。
强度有多种指标，如屈服强度（σs）、抗拉强度（σb）、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。
（2）塑性是指材料受力破坏前承受最大塑性变形的能力，指标为伸长率（δ）和断面收缩率（φ），δ和φ越大，材料的塑性越好。
（3）材料受力时抵抗弹性变形的能力称为刚度，其指标是弹性模量（弹性变形范围内，应力与应变的比值）。
（4）硬度（材料表面局部区域抵抗更硬物体压入的能力）a. 布氏硬度（测较低硬度材料）用一定直径的钢球或硬质合金球，在一定载荷的作用下，压入试样表面，保持一定时间后卸除载荷，所施加的载荷与压痕表面积的比值。
HBS（钢球，<450）、HBW（硬质合金球，>650）。
b. 洛氏硬度（测较高硬度材料）利用一定载荷将交角为120°的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球压入试样表面，保持一定时间后卸除载荷，根据压痕深度确定的硬度值。
HRA（金刚石圆锥，20~80）、HRB （1.588mm钢球，20~100）、HRC（金刚石圆锥，20~70）c. 维氏硬度（适用范围较广）维氏硬度其测定原理基本与布氏硬度相同，但使用的压头是锥面夹角为136°的金刚石正四棱锥体。
（5）冲击韧性材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力。
通常用冲击功A k来度量，A k是冲击试样在摆锤冲击试样机上一次冲击试验所消耗的冲击功。
（6）疲劳强度材料在规定次数（钢铁材料为107次，有色金属为108次）的交换载荷作用下，不发生断裂时的最大应力，用σ-1表示。
2. 铁碳相图第二章钢的热处理原理1. 钢的临界温度A c1——加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度A c3——加热时先共析铁素体全部溶入奥氏体的终了温度A ccm——加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度A r1——冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度A r3——冷却时奥氏体开始析出先共析铁素体的温度A rcm——冷却时奥氏体开始析出二次渗碳体的温度2. 钢在加热时的转变（1）共析钢由珠光体向奥氏体的转变包括以下四个阶段：奥氏体形核（相界面处）、奥氏体晶核长大、剩余渗碳体溶解、奥氏体成分均匀化。
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金属材料力学性能基本知识及钢材的脆化金属材料是现代工业、农业、国防以及科学技术各个领域应用最广泛的工程材料，这不仅是由于其来源丰富,生产工艺简单、成熟,而且还因为它具有优良的性能。
通常所指的金属材料性能包括以下两个方面:1．使用性能即为了保证机械零件、设备、结构件等能正常工作，材料所应具备的性能,主要有力学性能(强度、硬度、刚度、塑性、韧性等）,物理性能（密度、熔点、导热性、热膨胀性等),化学性能(耐蚀性、热稳定性等)。
使用性能决定了材料的应用范围,使用安全可靠性和使用寿命。
2 工艺性能即材料在被制成机械零件、设备、结构件的过程中适应各种冷、热加工的性能,例如锻造,焊接，热处理，压力加工,切削加工等方面的性能。
工艺性能对制造成本、生成效率、产品质量有重要影响。
1．1材料力学基本知识金属材料在加工和使用过程中都要承受不同形式外力的作用，当外力达到或超过某一限度时,材料就会发生变形以至断裂。
材料在外力作用下所表现的一些性能称为材料的力学性能。
锅炉压力容器材料的力学性能指标主要有强度、硬度、塑性、韧性等这些性能指标可以通过力学性能试验测定。
1．1．１强度金属的强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。
材料强度指标可以通过拉伸试验测出。
把一定尺寸和形状的金属试样（图1~２)装夹在试验机上，然后对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止。
根据试样在拉伸过程中承受的载荷和产生的变形量之间的关系，可绘出该金属的拉伸曲线(图１—3)。
在拉伸曲线上可以得到该材料强度性能的一些数据。
图1—３所示的曲线，其纵坐标是载荷P(也可换算为应力d),横坐标是伸长量ＡL(也可换算为应变ｅ)。
所以曲线称为P—AL曲线或一一s曲线。
图中曲线A是低碳钢的拉伸曲线,分析曲线A,可以将拉伸过程分为四个阶段:1．弹性阶段即曲线的o－ｅ段,在此段若加载不超过ｅ点的应力值，卸载后试件的变形可全部消失，故e点的应力值为材料只产生弹性变形时应力的最高限，称为弹性极限，曲线的o~e’段为直线,在此段内应力与应变成正比，即材料符合虎克定律,该段称为线弹性阶段。
２.屈服阶段此段又称为流动阶段,即曲线的s点及其后的一段，有微小颤动的水平线，s点称作屈服点,s点之后的一段水平线表明应力不再增加,但应变却继续增大,材料已失去抵抗继续变形的能力,这一阶段里材料的变形主要是塑性变形，此时的应力称为屈服点或屈服强度。
在屈服阶段,材料内部晶格间发生滑移,滑移线大致与轴线成45度。
3.强化阶段即曲线的s~b段。
当变形超过屈服阶段后，材料又恢复了对继续变形的抵抗能力，即欲使试件继续变形，必须增加应力值,这种现象称为加工硬化现象，材料因此得到强化:曲线的最高点b点所对应的拉力Pb是拉伸过程中试样承受的最大载荷值。
该处的应力即为材料的抗拉强度,用σb表示,单位为MPa.4．颈缩阶段即曲线的b～k段。
应力达到抗拉强度σb后,试件的某一局部开始变细,出现所谓颈缩现象。
由于颈缩部分的横截面急剧减小,因而使试件继续变形所需的载荷也减小了,曲线明显下降,到达k点时试件被拉断。
抗拉强度σb,屈服强度σs是评价材料强度性能的两个主要指标。
现在新的符号抗拉强度Rm,屈服强度（ＲeL或Rｐ0.2）。
屈服强度就是屈服点的应力(屈服值）;抗拉强度：试样拉断前承受的最大标称拉应力。
一般金属材料构件都是在弹性状态下工作的，不允许发生塑性变形,所以机械设计中应采用σs作为强度指标，并加上适当的安全系数。
但由于抗拉强度σb测定较方便,数据也较准确,所以机械设计中也经常采用σｂ,但需使用较大的安全系数。
一般机械设计中，以σs作为强度指标时，安全系数z。
=1.5~２.0;采用σb作为强度指标时,安全系数z。
=2.0～5.０。
在我国现行锅炉规范强度设计中,ｎs＝１.５,ｎｂ=2．7;压力容器规范强度设计中,取ns=1.6，nb＝3。
图1—3中曲线B为中碳钢的拉伸曲线，曲线C为高碳钢的拉伸曲线,可以看出，随着含碳量的增加,材料抗拉强度增大。
有些材料，例如高碳钢、铸铁、以及大多数合金钢,屈服现象不明显，对这些材料,工程上规定试件发生某一微量塑性变形时的应力作为该材料的屈服点，例如以材料塑性伸长0．2％作为屈服点,其屈服强度用σ０.2表示。
１.1.2塑性塑性是指材料在载荷作用下断裂前发生不可逆永久变形的能力。
评定材料塑性的指标通常用伸长率和断面收缩率。
伸长率δ占可用下式确定：δ＝[（Ｌ1一L。
)/L0]×100％式中:Ｌ。
——试件原标距长度；L１——拉断后试件的标距长度。
在材料手册中常常看到δ5和δ10两种符号,它们分别表示用L。
＝5d和Ｌ。
＝10d(d为试件直径)两种不同长度试件测定的伸长率。
同一材料的δ5和δ10是不同的，δ５值较大而δ10值较小,所以相同符号的伸长率才能互相比较。
断面收缩率妒φ可用下式求得:φ＝[(A。
一Ａ１)/A。
]×1０0%式中：A。
——试件原采的截面积；A１——试件拉断后颈缩处的截面积‘断面收缩率不受试件标距长度的影响,因此能更可靠地反映材料的塑性。
对必须承受强烈变形的材料,塑性指标具有重要意义。
塑性优良的材料冷压成型的性能好。
此外，重要的受力元件要求具有一定塑性,因为塑性指标较高的材料制成的元件不容易发生脆性破坏,在破坏前元件将出现较大的塑性变形,与脆性材料相比有较大的安全性。
塑性良好的低碳钢和低合金钢的δ5值在25％以上,国内锅炉压力容器材料的伸长率一般至少要求达10%以上。
伸长率和断面收缩率还表明材料在静载和缓慢拉伸状态下的韧性。
在很多情况下，具有高收缩率的材料往往可承受较高的冲击吸收功。
对材料塑性的要求是有一定限度的,并不是越大越好,单纯追求塑性会限制材料强度使用水平的提高,造成产品粗大笨重,浪费材料和使用寿命不长。
1．1．3硬度硬度是材料抵抗局部塑性变形或表面损伤的能力。
硬度与强度有一定关系，一般情况下，硬度较两的材料其强度也较高，所以可以通过测试硬度来估算材料强度。
此外,硬度较高的材料耐磨性较好。
工程上常用的硬度试验方法有以下几种:1.布氏硬度HB布氏硬度试验方法是把规定直径的淬火钢球(或硬质合金球)以一定的试验力F压入所测材料表面,保持规定时间后,测量表面压痕直径ｄ，由d计算出压痕表面积A,布氏硬度值HB＝Ｆ/Ａ。
按照压头种类,布氏硬度值有两种不同表示符号。
淬火钢球作压头测得的硬度值用HBS表示,硬质合金作压头测得的硬度值用ＨＢW表示。
布氏硬度试验方法主要用于硬度较低的一些材料，例如经退火,正火,调质处理的钢材,以及铸铁,非铁金属等。
２．洛氏硬度HＲ洛氏硬度是采用测量压痕深度来确定硬度值的试验方法。
为了满足从软到硬各种材料的硬度测定,按照压头种类和总试验力的大小组成三种洛氏硬度标度，分别用HRA,ＨRＢ，HRC表示。
其中HRR使用的是钢球压斗，用于测量非铁金属，退火或正火钢等;HＲA和ＨRC使用12０金钢石圆锥体压头，。
用于测量淬火钢，硬质合金,渗碳层等。
洛氏硬度试验适用范围广，操作简便迅速,而且压痕较小,故在钢铁热处理质量检查中应用最多。
3．维氏硬度HＶ维氏硬度主要用于测量金属的表面硬度。
它采用正棱角锥体金刚石压头,在一定试验力下在试件表面压出正方形压痕，测量压痕两对角线平均长度来确定硬度值。
采用较低的试验力可以使维氏硬度试验的压痕非常小,这样就可以测出很小一点区域的硬度值,甚至可以测出金相组织中不同相的硬度。
焊接性能试验中的最高硬度试验就是用维氏硬度来测定焊缝,熔合线和热影响区硬度的。
４.里氏硬度HＬ里氏硬度的测量原理是：当材料被一个小冲击体撞击时,较硬的材料使冲击体产生的反、弹速度大于较软者。
里氏硬度计采用一个装有碳化钨球的冲击侧头,在一定的试验力作用下冲击试样表面，利用电磁感应原理中速度与电压成正比的关系，测量出冲击测头试祥表面1mm处的冲击速度和回跳速度。
里氏稀奇计体积小，重量轻.操作简便。
在任何方向上均可测试，所以特别适合现场使用;由于测量获得的信号是电压值,电脑处理十分方便,测量后可立即读出硬度值，并能即时换算为布、洛、维等各种硬度值。
1．1．４冲击韧性冲击韧性是指材料在外加冲击载荷作用下断裂时消耗能量大小的特性。
材料的冲击韧性通常是在摆锤式冲击试验机上测定的，摆锤冲断试样所作的功称为表示。
试样的缺口型式有夏比U型和夏比V型两种,V型缺口根部冲击吸收功,以Aｋ半径小，对冲击更敏感，在锅炉压力容器材料的冲击试验中应用较多。
试样受到摆锤的突然打击而断裂时,其断裂过程是一个裂纹发生和发展过程，在裂纹发展过程中，如果塑性变形能够产生在断裂的前面，就将能阻止裂纹的扩展，而裂纹的继续发展就需消耗更多的能量。
因此，冲击韧性的高低,取决于材料有无迅速塑性变形的能力。
冲击韧性高的材料一般都有较高的塑性，但塑性指标较高的材料却不一定都有较高的冲击韧性，这是因为在静载荷下能够缓慢塑性变形的材料,往冲击载荷下不一定能迅速发生塑性变形。
在材料的各项机械性能指标中，冲击韧性是对材料的化学成分，冶金质量,组织状态,内部缺陷以及试验温度等比较敏感的一个质量指标,同时也是衡量材料脆性转变和断裂特性的重要指标。
１.1.6有关材料方面的进一步知识1.锅炉压力容器壳体的工作应力绝大多数锅炉压力容器都承受内压,内部压强会使壳体内产生拉应力，这一应力称为工作应力。
一般情况下采用薄壁回转壳体的简化模型来计算锅炉压力容器壳体的工作应力。
在薄壁回转壳体中,只存在两向应力,即经向应力d。
和切向应力σ，在内压作用下的应力大小可用截面法求得,见图1—8，对圆筒形容器，经向应力σ等于轴向应力σ。
近似以平均直径D代替内径研，当外径和内力平衡时有:轴向：σ=PD/４δ切向：σ=ＰD／2δ由公式可知，应力的大小与压力声和容器直径D成正比，与容器壁厚δ成反比;轴向应力σ，是切向应力ｄ。
的一半,即对圆筒形容器来说，环焊缝受力只是纵焊缝的一半；而对球形容器来说，不存在切向应力,只是经向应力σ。
因此在相同的压力和直径下，球形容器的壁厚比圆筒形容器大约可减少一半。
实际工作状态下的容器,其壳体中的应力是比较复杂的，除了由内压引起的总体薄膜应力外，还存在其它应力,例如由于形状变化,壁厚改变,结构不连续，或存在缺陷等原因引起的局部拉应力，压应力，弯曲应力，峰值应力等。
这些应力可通过一些分析计算方法求得。
2.钢材的脆化用于制作锅炉压力容器受压元件所用的钢材在常温静载条件下一般都有较好的塑性和韧性，工程上习惯称之为塑性材料。
人们在使用这些材料时，对可能会发生的脆性破坏往往不够注意,实际上，在一些不利的条件或环境下使用的塑性材料会发生脆化,即塑性和韧性降低的现象,这一现象对锅炉压力容器的使用安全是不利的。
因此有必要介绍有关知识。
常见的材料脆化现象有以下几种: a．冷脆性随着温度的降低,大多数钢材的强度有所增加，而韧性下降,金属材料在低温下呈现的脆性称为冷脆性。