金属材料力学性能
金属材料的力学性能
(一)、布氏硬度
1、布氏硬度试验（布氏硬度计）
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。
2、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。 如： 120HBS 500HBW 600HBS1/30/20
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。
二、刚度和弹性 由图1-2可测出材料的弹性模量，即可确定该材料的刚度和弹性。弹性模量
是指金属材料在弹性状态下的应力与应变的比值，即
在应力-应变曲线上，弹性模量就是试样在弹性变形阶段线段的斜率。它表 示了金属材料抵抗弹性变形的能力，工程上将材料抵抗弹性变形的能力称为刚 度。
金属材料的力学性能
材料的力学性能，是指材料在外力(载荷)作用下所表现出来的性能，或称机 械性能，包括强度、刚性、弹性、塑性、硬度及疲劳强度。
一、强度 金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。抵抗外力的能力越大，则强
度越强。 依据载荷的不同，可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度以及抗
扭强度等几种。
1、拉伸试样
Hale Waihona Puke 2、材料的拉伸曲线oe——弹性变形阶段：变形量与外加载荷成正比，当载荷去掉后试样变形 完全恢复。
es——屈服阶段：此阶段伴随着弹性变形，还发生了塑性变形，当去除载 荷后，试样部分形变恢复，还有一部分形变不能恢复，将这部分不能恢复的形 变称为塑性变形。s为屈服点。
sd——明显塑性变形阶段：该阶段中载荷不再增加或是微量增加，试样却 继续变形。
2、洛氏硬度值 用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。如： 50HRC
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。
金属材料力学性能
低合金钢 奥氏体不锈钢
2.0~2.1 1.9~2.0
几为材料的屈服强度和抗拉强度的比值，即σs/σb。 比值σs/σb对材料成型加工极为重要， 较小的σs/σb值几乎 对所有冲压成型都是有利的，也可以说屈强比小的材料塑性较 高，屈强比高表示材料的抗变形能力较强，不易发生塑性变形。 当然对于可靠性而言, 钢材的屈服强度就应该以接近钢材的拉 伸强度为佳,也就是说 屈强比大的钢材用来做结构零件可靠性 高。
二、金属在冲击载荷下的力学性能
机件在冲击载荷下的失效类型和静 载荷一样，也表现为过量弹性变形、 过量塑性变形和断裂。 在静载荷下，塑性变形比较均匀地 分布在各个晶粒中，而在冲击载荷 下，塑性变形则比较集中在某些局 部区域，这反映了塑性变形是极不 均匀的(图3-1)。
冲击韧性
冲击韧性是指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力， 用冲击吸收功Ak表示。反应材料的韧性。
（5）弹性模量E
工程上为材料的刚度，表征金属材料对弹性变形的抗力，其值愈大，则在相同 应力下产生的弹性变形就愈小。当应变为一个单位时，弹性模量即等于弹性 应力，即弹性模量是产生100％弹性变形所需的应力。
金属材料 铁 铜 铝
铁及低碳钢
E/105MPa 2.17 1.25 0.72 2.0
铸铁
1.7~1.9
1.碳素结构钢：用于制造各种工程构件和机械构件； 2.碳素工具钢：用于各种工具。 牌号则是体现其力学性能，Q+数字表示，其中“Q”为屈服点“屈”字的 汉语拼音字首，数字表示屈服点数值，例如Q275表示屈服点为275MPa。若牌号后 面标注字母A、B、C、D，则表示钢材质量等级不同，含S、P的量依次降低，钢材 质量依次提高。若在牌号后面标注字母“F”则为沸腾钢，标注“b”为半镇静钢， 不标注“F，’或“b”者为镇静钢。例如Q235-A·F表示屈服点为235MPa的A级沸 腾钢，Q235-C表示屈服点为235MPa的C级镇静钢。 Q195、Q215、Q235钢碳的质量分数低，焊接性能好，塑性、韧性好，有 一定强度，常轧制成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等结构和制造普通 铆钉、螺钉、螺母等零件。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能使用性能⎪⎩⎪⎨⎧性）高温。
氧化性（热稳定化学性能：耐蚀性、抗密度、熔点等性、导热性、热膨胀、物理性能：电学性、磁、塑性、韧性、钢度等力学性能：强度、硬度工艺性能⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧切削加工焊接性压力加工（冲压性）铸造性可锻性金属材料的力学性能：金属材料在一定的温度条件和受外力作用下，抵抗变形、断裂的能力称材料的力学性能又称为机械性能。
主要有四大指标：1、 强度指标：抗拉强度b σ 屈服强度s σ：（疲劳强度、屈强比）2、塑性指标⎩⎨⎧断面收缩率伸长率（延伸率）δ 3、硬度指标⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧D HL HV HRC HB ）里氏硬度（）维氏硬度（）洛氏硬度（）布氏强度（ 4、韧性指标⎩⎨⎧IC k k K A a 断裂韧度冲击韧性1、强度指标将规定尺寸的试棒在拉伸实验机上进行静拉伸实验，以测定该试件对外力载荷的抗力，可求强度指标和塑性指标。
（1）拉伸曲线图（2）应力应变图应力0A 外力=σ （单位面积所受力） 应变0L L ∆=ε （单位长度的变形量）对原材料、焊接工艺及焊接试板均有严格的标准进行规定。
对圆形拉伸试样分标准试样和比例试样，每种又分为长试样和短试样⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧==⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===（短）（长）任意选用比例试样：短试样）长试样）标距标准试样：直径006000000065.53.11(5(1020A L A L d d L d L L d （3）拉伸试验分为四个阶段中碳钢 低碳钢（拉伸图） 变形量ΔL （应变ε）σ标距L 0①弹性变形阶段：变形量L ∆与外力（或应变和应力）成正比（即虎克定律）。
该阶段最高值：e '：P σ：称比例极限（即保持直线关系的最大负荷）。
e σ：弹性极限：我们把材料产生最大弹性变形时的应力称由于检测精度，国标规定以残余变形量为0.01%时的应力为弹性极限。
A F e e =σ 应力：单位面积上材料抵抗变形的力称为应力。
什么是金属材料的力学性能
1.什么是金属材料的力学性能？它包括哪些项目？
金属的力学性能是指在力的作用下，材料所表现出来的一系列力学性能指标，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。
金属材料的力学性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳等项目。
2.什么是强度？金属材料的强度指标有哪些?
材料在外力作用下，抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。
金属材料的强度指标有抗拉强度和屈服点两大项。
3.什么是抗拉强度？什么是屈服点？
金属材料在拉断前所能随的最大标称拉应力，称为抗拉强度，以b σ表示，计算公式如下
S F b b =σ，b σ为抗拉强度（MPa ）;b F 为拉断前试样所承受的最大载荷；0S 为试样的原始横截面积2)(mm 。
由于不少金属材料在作拉伸试验过程中没有明显的塑性变形，通常以变形量达到试样标距部分残余伸长率0.2%时的应力，定义为该钢材的屈服强度，心2.0σ表示。
4.什么是塑性？金属材料的塑性指标有哪些？
材料断裂前，发生不可逆永久变形的能力称为塑性。
金属材料的塑性指标有伸长率、断面收缩率和弯曲角。
焊接接头的塑性指标常用弯曲角表示。
金属材料的力学性能-课件
强度与塑性
❖ 强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性 变形和断裂旳能力。
❖ 塑性是指金属材料在静载荷作用下产生塑性变 形而不致引起破坏旳能力。
❖ 金属材料旳强度和塑性旳判据可经过拉伸试验 测定。
断后伸长率（ δ ）
l1-l0
δ=
×100%
l0
l1——试样拉断后旳标距,mm; l0——试样旳原始标距,mm。
断面收缩率（ψ）
ψ= S0-S1 ×100% S0
S0——试样原始横截面积,mm2； S1——颈缩处旳横截面积,mm2 。
屈服现象
❖ 在金属拉伸试验过程中， 当应力超出弹性极限后， 变形增长较快，此时除 了弹性变形外，还产生 部分塑性变形。当外力 增长到一定数值时忽然 下降，随即，在外力不 增长或上下波动情况下， 试样继续伸长变形，在 力－伸长曲线出现一种 波动旳小平台，这便是 屈服现象。
强度
屈服点
在伸长过程中力不增长（保持恒定），试样仍能继续
伸长时旳应力，单位为MPa，即：
S
FS Ao
式中：Fs——材料屈服时旳拉伸力，（ N ）； Ao——试样原始截面积，（ mm2 ）。
要求残余延伸强度
❖ 对于高碳淬火钢、铸铁等材料，在拉伸试验 中没有明显旳屈服现象，无法拟定其屈服强 度。
❖ 国标GB228-2023要求，一般要求以试样到 达一定残余伸长率相应旳应力作为材料旳屈 服强度，称为要求残余延伸强度，一般记作 Rr。例如Rr0.2表达残余伸长率为0.2%时旳 应力。
要求残余延伸应力
F0.2 A0
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。
金属材料的力学性能是指在外载荷作用下其抵抗 或 的能力。
金属材料的力学性能是指在外载荷作用下其抵抗或的能力。
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。
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）：表示屈服强度，指材料在扎搓过程中，材料所受到形变达至某一临界值时，载荷不再减少变形却稳步减少或产生0.2%l。
时形变值，单位用牛顿/毫米
2(n/mm2）则表示。
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.5mpa
4、延伸率（δ）：材料在弯曲脱落后，总弯曲与完整标距长度的百分比。
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）材料在弯曲脱落后、断面最小增大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。
金属材料力学性能
式中
F0.2—试样标距产生的0.2%残 余伸长时载荷（N）；
Ao—试样的原始横截面积（mm2）。的最大应力值称为抗拉强度， 用符号σ b表示。 σ b=Fb/Ao
式中 Fb—试样在断裂前所承受的载荷（N）； Ao—试样原始横截面积（mm2）。
金属材料在断裂前所能承受的最大应力值称为抗拉强度，用符号σ b表示。 金属材料在载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度。
最大应力称为疲劳极限，以符号σ 表示。 用试样的断口处截面积SN（cm2）去除AK（J）即得到冲击韧度，用ak表示，单位为J/cm2.
把质量为m的摆锤抬到高H，使摆锤具有位能为mHg。
第四节、疲劳
一、疲劳概念 虽然零件所承受的交变应力数值小于材料的屈服强度，但
在长时间运转后也会发生断裂，这种现象称为疲劳断裂。
对称循环交变应力
据统计，机械零件 断裂中有80%是由 于疲劳引起。
硬度是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。
按外力作用的性质不同，分为：
用试样的断口处截面积SN（cm2）去除AK（J）即得到冲击韧度，用ak表示，单位为J/cm2.
式中Fs—试样发生屈服时的载荷（N）;
Ao—试样的原始横截面积（mm2）。
工业上使用的某些金属材料，如高碳钢、铸铁等，在拉 伸过程中，没有明显的屈服现象，无法确定其屈服点σs ， 按GB/T2228规定，可用屈服强度σ0.2来表示该材料开始产生 塑性变形时的最低 应力值。屈服强度为试样标 距部分产生0.2%残余伸长时 的应力值，即
三、塑性
• 金属材料的载荷作用下，断裂前材料发生不可逆久变形的 能力称为塑性。
• 通过拉伸试验可测定材料的塑性。
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
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。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能金属材料在现代工业生产中广泛应用，原因是因为金属材料的机械性能优异，其力学性能在诸多领域都是重要的参考指标。
一、强度金属材料中最为重要的力学性能莫过于强度。
强度是指材料在受到外力时抵抗变形和破坏的能力。
通俗地说，就是指物质能够承受多大的外部负荷。
强度分为屈服强度、抗拉强度和抗压强度。
其中屈服强度是指材料在受到一定压力后开始变形的压力值，抗拉强度是指材料在被拉伸时承受的最大拉力，抗压强度则是指材料在被挤压时所能承受的最大压力。
三者的单位均为N/mm2（纳牛/平方毫米）。
二、延展性金属材料的延展性代表了其受力后能够发生多大的形变，并且保持强大的耐久性。
在加工过程中，延展性的指标非常重要。
延展性又分为材料的伸长率和冷弯性。
伸长率是指材料在拉伸过程中能够延长的量，通常以百分比表示；冷弯性则是指材料在被弯曲或者压缩后仍然能够恢复成原来的形状，并且该过程不会破坏材料的结构。
三、弹性模量弹性模量是金属材料的另一个重要指标，是指材料在受到外来力量后，变形保持弹性状态的能力。
弹性模量越高，材料的抗弯性和抗扭性就越高，同时在结构加工方面也更加有利。
四、硬度硬度是金属材料的固有属性，它描述了材料的抗划痕和抗磨损能力。
硬度指标通常以维氏硬度（HV）表示，维氏硬度是指在标准试件被标准钢球压铸后，钢球和试件之间的形变深度。
五、疲劳强度金属材料的疲劳强度是个复杂的性质。
它是指材料在受到重复荷载后能够承受的最大荷载。
在使用时，金属材料常常会遭受到来自不同方向上的变化载荷，如果材料的疲劳强度不足，则容易出现疲劳破坏的现象。
总体而言，金属材料的力学性能是不可或缺的，它们的强度、延展性、弹性模量、硬度和疲劳强度可为工程师们提供参考指标，帮助他们更好地设计制造各种结构。
在材料科学和工程的领域中，力学性能是研究和开发新材料的基础，因此它对于推动现代工艺和工程技术的发展至关重要。
金属材料的力学性能
(a)试样 (b)伸长 (c)产生缩颈 (d)断裂
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
（一）强度
1. 定义:强度是指金属材料抵抗塑性变形和断 裂的能力，是工程技术上重要的力学性能指 标。由于材料承受载荷的方式不同，其变形 形式也不同，分为抗拉、抗扭、抗压、抗弯、 抗剪等的强度。
最常用的强度是抗拉强度或强度极限σb。
1.变动载荷和循环应力
金属疲劳产生的原因
1.变动载荷
——引起疲劳破坏的外力，指载荷大小、甚至方
向均随时间变化的载荷，其在单位面积上的平均
值即为变动应力。
变动应力可分为规则周期变动应力(也称循环应力) 和无规则随机变动应力两种。
GB/T 228-2002新标准 名称 屈服强度① 符号 －
GB/T 228-1987旧标准 名称 屈服点 符号 σs
上屈服强度
下屈服强度 规定残余延伸 强度 抗拉强度 断后伸长率
ReH
ReL Rr Rm A或A11.3
上屈服点
下屈服点
σsU
σsL
规定残余延伸 σr 应力 抗拉强度 断后伸长率 σb δ5或δ10
第一章 金属材料的力学性能
概 述
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。
金属材料的力学性能是指在承受各种外加载荷（拉伸、压缩、 弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时，对变形与断裂的抵抗
冲击试样
原理
冲击韧性可以通过一次摆锤冲击试验来测定，试验 时将带有U型或V型缺口的冲击试样放在试验机架 的支座上，将摆锤升至高度H1，使其具有势能 mgH1；然后使摆锤由此高度自由下落将试样冲断， 并向另一方向升高至H2，这时摆锤的势能为mgH2。 所以，摆锤用于冲断试样的能量
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能一、概述1、金属材料所受的载荷主要有：静载荷、冲击载荷、交变载荷2、金属材料的变形主要有：弹性变形（可恢复）、塑性变形（永久变形）3、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。
4、弹性变形随着外力消失而消失的变形，叫做弹性变形。
5、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叫做塑性。
6、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。
7、刚性:金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力。
二、力学性能1、强度定义：材料在外力（载荷）作用下抵抗变形和断裂的能力。
材料单位面积所受的载荷成为应力。
屈服强度R el：在拉伸过程中，材料所受应力达到某一临界值时，载荷不在增加而变形却继续增加或产生大应力值。
单位N/mm²（条件屈服强度σ0.2）有些材料在拉伸图中没有明显的水平阶段。
为了衡量这些材料的屈服特性,规定产生永久残余变形等于一定值(一般为原长度的0.2%)时的应力,称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2抗拉强度R m：材料在拉断前承受大最大应力值。
2、塑性定义：材料断裂前产生永久变形的能力断后伸长率A断面收缩率Z3、硬度定义：材料抵抗其他硬物压入的能力。
硬度测试方法：A、布式硬度测定法（HBW）HBS——压头为钢球，用于测量<450HBS HBW——压头为硬质合金,用于测量>450HBW（<650HBW）特点：布氏硬度因压痕面积较大，HB值的代表性较全面，而且实验数据的重复性也好。
由于淬火钢球本身的变形问题，不能试验太硬的材料，一般测HB450以下的材料；硬质合金可测HB450以上的材料。
由于压痕较大，不能进行成品检验。
通常用于测定铸铁、有色金属、低合金结构钢等材料的硬度。
B、洛氏硬度测定法(HRA、HRB HRC)特点：洛氏硬度HR可以用于硬度很高的材料，而且压痕很小，几乎不损伤工件表面，故在钢件热处理质量检查中应用最多。
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一．名词解释1，E,弹性模量，表征材料对弹性变形的抗力，2，δs：呈现屈服现象的金属拉伸时，试样在外力不增加仍能继续伸长的应力，表征材料对微量塑性变形的抗力。
3，σbb：是灰铸铁的重要力学性能指标，是灰铸铁试样弯曲至断裂前达到的最大弯曲里（按弹性弯曲应力公式计算的最大弯曲应力）4δ：延伸率，反应材料均匀变形的能力。
5，韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力（或指材料抵抗裂纹扩展能力）6低温脆性:某些金属及中低强度钢，在实验的温度低于某一温度Tk时，会由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔集聚型变为穿晶解理型，断口特征由纤维状态变为结晶状，这就是低温脆性7 Kic：断裂韧度，为平面应变的断裂韧度，表示在平面应变条件下材料抵抗裂变失稳扩展的能力8 弹性比功（弹性比能）：表示单位体积金属材料吸收变形功的能力9σ-1：疲劳极限，表明试样经无限次应力循环也不发生疲劳断裂所对应的能力10循环韧性(消振性)：表示材料吸收不可逆变形功的能力（塑性加载）11Ψ：断面收缩率，缩经处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，12Ak：冲击功、，冲击试样消耗的总能量或试样断裂过程中吸收的总能量13蠕变：材料在长时间的恒温应力作用下，（即使应力低于屈服强度）也会缓慢地产生塑性变形的现象。
14σtて：在规定温度（t）下，达到规定的持续时间（て）而不发生断裂的最大应力。
15：氢致延滞断裂：由于氢的作用而产生的延滞断裂现象。
17.δ0.2：屈服强度18.△K th：疲劳裂纹扩展门槛值，表征阻止裂纹开始扩展的能力19δbc：抗拉强度，式样压至破坏过程中的最大应力。
20.包申效应：金属材料经过预加载产生少量塑变，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加，反向加载，规定残余应力减低的现象，称为包申效应。
21．NSR：缺口敏感度，缺口试样的抗拉强度δbn与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度δb之比。
22.力学行为：材料在外加载荷，环境条件及综合作用下所表现出的行为特征。
23.强度24：应力腐蚀：金属在拉应力和特定化学介质共同作用下，进过一段时间后所产生的应力脆断现象。
25．滞弹性：（弹性后效）在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长而产生附加弹性应变的现象。
二、填空题17、断裂可以分为（裂纹形成）与（扩展）两个阶段。
静拉伸断裂宏观断口分为（纤维区）、（放射区）、（剪切唇）三个区域。
该断口微观特征：（纤维状）对于脆性穿晶断裂断口主要特征：（放射状）和（结晶状）18、典型疲劳断裂的宏观断口分为三个区（疲劳源）（疲劳区）（瞬间区）疲劳断口宏观特征（贝纹线、海滩花样）、微观特征（疲劳条带）19、应力腐蚀微观断口可以看到呈（枯树枝状）的微观裂纹，呈（泥状花样）的腐蚀产物和（腐蚀抗）20微孔聚集型断裂的微观特征（韧窝），解理断裂的微观特征主要有（解理台阶）和（河流花样），沿晶断裂的微观特征(冰糖状) 断口和(晶粒状)断口。
21应力状态系数值越大，表示应力状态越（软），材料越容易产生（塑性）变形和（韧性）断裂。
为测量脆性材料的塑性，常选用应力状态系数值（较大）的试验方法。
22在扭转实验中，塑性材料的断裂面与式样轴线（垂直），脆性材料的断裂面与式样轴线（成45°角）。
23接触疲劳和应力水平，疲劳可分为（高周疲劳）和（低周疲劳），疲劳断裂的典型宏观特征是（贝纹线），微观特征是（疲劳条带）。
24 在缺口式样冲击试验中，缺口式样的厚度越大式样的冲击韧性越（小）韧脆转变温度越（高）。
三问答题1.温度对塑形、强度的影响（趁热打铁的科学道理）：1）当温度升高，没有相变发生时，材料结构不发生改变，因此派纳力不会变化，一方面温度升高，原子运动能力增加，热运动加剧，另一方面若温度高于再结晶温度，会发生软化，显示不出加工硬化。
因此，材料的塑形就会升高，强度降低。
2）当温度升高，有相变发生时，材料结构发生了改变，派纳力改变，与此同时，α+Fe3C→δ，使间隔半径增大，原子间作用力减弱，且第二相强化消失，使材料强度降低，塑形升高。
2.低碳钢强化机理：1)低碳钢适温下相组成物为α+Fe3C，淬火后变为M，而M为过饱和固溶体，C原子溶入M间隙中心，会产生畸变偶极应力场，与位错产生交互作用，从而产生固溶强化效应。
2)低碳M压结构为位错，因此会产生位错塞积现象，从而产生强化效应，低碳M又叫板条M，板条之间晶界相互作用，也会产生强化作用。
3)由于M S点在260℃左右，会发生自回火现象，提高钢的强度和塑形，保持优良的综合力学性能。
4 有一弹簧产生塑性变形导致其不能正常工作，试分析是什么力学性能不足导致及改变措施？答：产生塑性变形，表面弹簧对塑性变形的抗力不足，即弹性极限过低所致。
措施：（1）采用含碳量较高的弹簧钢，并加入Si Mn Cr V 等元素以强化铁素体机体和提高钢的淬透性；（2）采用淬火加中温回火获得回火托氏体。
（3）采用冷变形强化加工硬化。
5 板材宏观断口的主要特征是什么？如何根据断口特征寻找断裂源？答：脆性断裂断裂面与正应力垂直，断口平齐而光亮，呈放射状或结晶状。
判断方法：断口为人字花样人字花样的放射方向与裂纹扩展方向平行，但其尖端指向裂纹源。
6何谓低温脆性？产生低温脆性的原因是什么？答：材料冲击韧度值随温度的降低而减小，当温度降到某一温度范围时，冲击韧度急剧下降，材料由韧性状态转为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型变为穿晶解理型，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。
产生原因是;低温脆性是材料屈服强度随温度下降急剧增加的结果，对于体心立方金属是派纳力起主要作用。
屈服点的变化随温度下降而升高，但材料的解理断裂强度却随温度变化很小。
体心立方金属低温脆性还与形变方式，屈服现象有关。
7 粘着磨损产生的条件是什么？如何预防粘着磨损的产生？答：条件：滑动摩擦，相对滑动速度较小；缺乏润滑油，表面没有氧化膜；单位法向载荷很大，接触应力超过实际接触点处的屈服强度而产生的一种磨损。
措施：（1）合理选择摩擦副材料，尽量选择互溶性少，粘着倾向少的材料配对。
改善表面润滑条件等。
（2）可采用表面渗碳、渗磷、渗氮等表面处理工艺。
（3）控制摩擦滑动速度和接触压应力，可使粘着磨损大为减轻。
（4）改善表面润滑条件等。
8 疲劳裂纹通常发生在那些位置？分别说明其原因？为什么发动机曲轴轴劲通过表面淬火可以提高其疲劳强度？答：（1）表面滑移带开裂，式样薄弱地区产生驻留滑移带，随着加载循环次数的增加，循环滑移带不断加宽，至一定程度时，由于位错的塞积和交割作用，便在驻留滑移带处形成微裂纹。
（2）第二相夹杂物或其界面开裂。
微孔通过第二相质点成核长大，导致位错所受排斥力大大下降，迅速推向微孔为错缘激活不断推出新位错，最后微孔连接形成微裂纹。
（3）晶界或亚晶界开裂；多晶体材料由于晶界有在和相邻晶粒不同的取向性，位错在某一晶粒内运动时受晶界阻碍，在晶界处发生位错塞积和应力集中。
应力不断循环下，应力峰越来越高，超过晶界强度时就在晶界处产生裂纹。
表面淬火处了能使机件获得表硬心韧的综合力学性能，还可以利用表面组织相变及组织应力、热应力变化，使机件表面获得高强度和残余应力，更有效的提高疲劳强度和疲劳寿命。
9 细化晶粒可以提高材料屈服强度，而且塑性也提高，其原因？答：（1）晶粒尺寸减小，使晶界增多，而且晶界是位错运动的阻碍，因此，将导致位错塞积，屈服强度提高；（2）晶界面积增多，分布于晶界附近的杂质浓度降低，晶界强度提高，晶界不易开裂。
（3）一定体积金属内部晶粒数目越多，晶粒之间位相差减小，塑性变形可以被更多的晶粒分担，所以塑性也会提高。
10 为什么焊接船只比铆接船易发生脆性破坏？答：（1）焊接热影响区晶粒粗大；（2）存在成分偏析；（3）在晶界有夹杂物和第二相析出，导致其塑性和韧性降低。
而铆接金属不存在组织和性能明显变化。
11.与拉伸试验相比弯曲试验有何特点？①弯曲试验试样变形简单，操作方便，同时，弯曲试样不存在拉伸试验时的试样偏斜对试验结果的影响，并可用试样弯曲的挠度显示材料的塑性。
②弯曲试样表面应力最大，可较灵敏地反映材料表面缺陷。
③对于脆性难加工材料，可用弯曲代替拉伸。
12.与拉伸实验相比，扭转实验有何特点？①扭转的应力状态软性系数α=0.8，比拉伸时α大，易于显示金属塑性行为。
②扭转时，塑性均匀，无缩颈现象，能实现大塑性变形量下的试验。
③能敏感反映金属缺陷及表面硬化层性能。
④扭转试验中最大正应力与最大切应力大体相同。
是测定材料强度最可靠的方法，还可区分金属断裂是正断还是切断。
13.同一种材料拉伸与扭转试验哪种试验测得的韧脆转变T较高？答：拉伸；①扭转的应力状态系数比拉伸大，可测脆性或低塑性材料强度、塑性、扭转。
②扭转的最大正应力与最大切应力在数值上大体相同。
（参考12题）14.试样表面存在缺口对其强度和塑性有何影响？原因？①对于脆性材料，强度和塑性均降低，缺口引起应力集中，使缺口处应力由单向应力状态改变为两向或三向应力状态，使应力状态软性系数α<0.5，金属难以产生塑性变形；缺口试样拉伸时，往往直接由弹性过度到断裂，因此，抗拉强度必然比光滑试验低。
②对于塑性材料，强度增高，塑性降低，缺口处有在三向应力状态，并产生应力集中，屈服应力比单向拉伸高，产生“缺口强化”；缺口约束塑变，因此塑性降低，增加变脆倾向。
15.为了保证布氏硬度测量的有效性，在试验参数选择上应注意什么？答：①在选配压头球直径D及试验力F时，应使压痕压入角Ψ保持不变，保证得到几何相似的压痕，应使F1/D1²=F2/D2²=……=F²/D²=常数②压痕直径d应控制在（0.24~0.6）D之间③压痕深度h小于试验厚度1/8 ④试验力保持时间10~15s，允许误差±2s。
16.说明过载对在交变载荷作用下的零件的使用寿命及疲劳极限都有哪些影响？为什么？答：①过载进入过载损伤区内，将使材料受到损伤，并降低疲劳寿命或疲劳极限，根据“非扩展裂纹”理论，当过载运转到一定循环周次后，并降低疲劳寿命或疲劳极限。
没尺寸超过疲劳极限下“非扩展裂纹”，则裂纹在以后的疲劳极限下运转将继续扩展，因此造成损伤。
②过载适当，会延长疲劳寿命。
适当过载会使裂纹扩展减慢或停滞一段时间，发生裂纹扩展过载停滞现象，从而延长疲劳寿命。
17.同一种材料在凝固过程中增加其冷却速度，会导致强度、塑性增加，解释之：冷却速度增加，使过冷度增大，晶粒变细，细晶强化导致塑性，强度增加。
机理同918.解释淬火后随回火温度增加，材料的硬度一般会随之下降的原因：1）当粒子体积分数f一定时，随着温度升高，粒子尺寸变大，晶粒数减少，原子间距变大，位错运动障碍减少，位错强化机制减弱。