材料的力学性能使用性能和工艺性能使用性能是指金属材料
金属材料的性能 重点概括
1、金属材料的性能包括：使用性能和工艺性能。
2、使用性能：是指金属材料在使用条件下所表现出来的性能，包括①物理性能（如密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等）。
②化学性能（如抗腐蚀性、抗氧化性等）。
③力学性能（如强度、塑性、硬度、冲击韧性及疲劳强度等）。
④工艺性能。
力学性能的概念：力学性能是指金属在外力作用下所表现出来的性能。
3、力学性能包括：强度、硬度、塑性、冲击韧性a)金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。
强度的大小用应力来表示。
b)根据载荷作用方式不同，强度可分为：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等。
一般情况下多以抗拉强度作为判别金属强度高低的指标。
4、金属材料受到载荷作用而产生的几何形式和尺寸的变化称为变形。
变形分为：弹性变形和塑性变形两种5、不能随载荷的去除而消失的变形称为塑形变形。
在载荷不增加或略有减小的情况下，试样还继续伸长的现象叫做屈服。
屈服后，材料开始出现明显的塑性变形。
Fs称为屈服载荷6、sb：强化阶段：7、随塑性变形增大，试样变形抗力也逐渐增加，这种现象称为形变强化（或称加工硬化）。
Fb：试样拉伸的最大载荷。
8、在拉伸试验过程中，载荷不增加（保持恒定），试样仍能继续伸长时的应力称为屈服点。
用符号σs表示，计算公式：σs=Fs/So对于无明显屈服现象的金属材料可用规定残余伸长应力表示，计算公式：σ0.2=F0.2/So9、（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。
计算公式为：σb=Fb/So10、断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性。
塑性由拉伸试验测得的。
常用伸长率和断面收率表示。
11、伸长率：试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率。
用δ表示：计算公式：δ=(l1-l0)/l0×100%断面收缩率：试样拉断后，缩颈处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率。
用ψ表示12、材料抵抗局部变形特别是塑性变形压痕或划痕的能力称为硬度。
金属力学性能
钢材的循环次数一般取 N = 107 有色金属的循环次数一般取 N = 108
钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系: σ-1 = (0.45～0.55)σ b
1943年美国T-2油轮发生断裂
1.2 金属的工艺性能
• 金属工艺性能是指金属材料在加工过程中是否易于加 工成形的能力。
1、铸造性能：金属及合金在铸造工艺中获得优良铸件 的能力称为铸造性能。主要指标有流动性、收缩性和 偏析倾向等。
塑性指标不直接用于计算，但任何零件都需要一定
塑性。防止过载断裂；塑性变形可以缓解应力集中、 削减应力峰值。
硬度
硬度 是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力
布氏硬度HB • 常用测量硬度的方法 洛氏硬度HR
维氏硬度HV
(1)布氏硬度 HB
布氏硬度计
(1)布氏硬度 HB
适用范围: ❖ ＜450HBS; ❖ ＜650HBW;
应 力
• 定义 : 单位面积上的内力。 • 金属受拉伸载荷或压缩载荷作用时，其横截面
积上的应力按下式计算：
式中 σ——应σ力= F（/SMP a） ；FS
F——外力（N）；
S ——横截面积（mm2）。
拉伸图
• 拉伸试样
按照国家标准（GB/T 228－2002）常用的拉 伸试样图：
这一 晚，有 约。 从茶 山行开 始，她 隐约觉 得，他 选择这 一组， 是因为 她。 而 晚 上 他 约 的人， 是她？ 她有一 个瞬间 ，闪过 不去的 念头， 实在是 很累很 累了。 不 去 ， 就 不 会再遇 ，缘分 也就生 出间隙 ，擦肩 而过。 但是， 她也很 想知道 ，那是 不 是完完 全全的 一种错 觉。 事实 上，当 然是去 了。 她才 下车就 吐了一 地， 她 都 还 坚 持 。她有 什么理 由拒绝 。大家 对他的 印象， 自然都 极好。 他 绅 士 的 为 她们打 开车门 ，发动 车子对 她们说 ，开始 想带她 们喝茶 ，后来 因为还 有朋友 约， 所 以 ， 带 他 们到了 歌厅， 都好， 是她们 都喜欢 的。 她 不 能 喝酒 ，还是 喝了很 多 ， 热 热 闹 闹的性 格，总 是担心 冷场， 有时候 ，有事 没事的 热闹。 还好， 他一直 坐 在 她 身 边 ，对她 的关心 ，一点 没有掩 饰。 那 一 刻 ，总 觉得， 在他的 眼里， 只 有 她 ， 这 难道真 的是， 一种错 觉。 他 给 她 倒了 牛奶， 她第一 时间递 给了同 伴 ， 爱 的 传 递不过 如此， 你关心 我，我 关心着 身边的 伙伴， 因为关 心，像 了半个 主 人。 呵护 ，因为 懂得。 总 之，感 觉不同 。不然 ，早走 的人， 应该是 她， 很 累 很 累 。 事 实 上 ， 玩高兴 了。 当 那 个 女子 ，唱《 相见恨 晚》， 她就觉 得 ， 她 们 会 喜欢同 样的歌 ，约那 个女子 同唱一 曲，那 个女子 说，唱 《趁早 》吧，
金属材料的力学性能
第一章金属材料的力学性能机械制造中使用的材料品种很多，为了正确使用材料，并把它加工成合格的工件，必须掌握材料的使用性能和工艺性能。
使用性能，是指为保证工件正常工作材料应具备的性能，包括力学性能、物理和化学性能等。
工艺性能，是指材料在加工过程中所表现出来的性能，包括铸造性能、锻压性能、焊接性能和切削加工性等。
所谓力学性能，是指材料在外力作用下所表现出来的性能，主要有强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等，是设计机械零件时选材的重要依据。
这些性能指标是通过试验测定的。
第一节刚度、强度、塑性刚度、强度和塑性是根据试验测定出来的。
将材料制成标准试样(图1-1a)，然后把试样装在试验机上施加静拉力，随着拉力的增加试样逐渐变形，直到拉断为止(图1-1b)。
将试样从开始到拉断所受的力F 及所对应的伸长量ΔL绘制在F—ΔL坐标上，得出力一伸长曲线。
低碳钢的力一伸长曲线如图1—2所示。
从图1—2可知，在OE 阶段，试样的伸长量随拉力成比例增加，若去除拉力后试样恢复原状，这种变形称为弹性变形。
超过E 点后，若去除拉力试样不能完全恢复原状，尚有一部分伸长量保留下来，这部分保留下来的变形称为塑性变形。
当拉力增加到F s 时，力一伸长曲线在S 点呈现水平台阶，即表示外力不再增加而试样继续伸长，这种现象称为屈服，该水平台阶称为屈服台阶。
屈服以后，试样又随拉力增加而逐渐均匀伸长。
达到B 点，试样的某一局部开始变细，出现缩颈现象。
由于在缩颈部分试样横截面积迅速减小，因此使试样继续伸长所需的拉力也就相应减小。
当达到K 点时，试样在缩颈处断裂。
低碳钢在拉伸过程中经历了弹性变形、弹一塑性变形和断裂三个阶段。
F —ΔL 曲线与试样尺寸有关。
为了消除试样尺寸的影响，把拉力F 除以试样原始横截面积A0，得出试样横截面积上的应力，同时把伸长量ΔL 除以试样原始标距L 0，得到试样的应变LL ε∆=0F A σ=σ—ε曲线与F —ΔL 曲线形状一样，只是坐标不同。
金属材料的力学性能
第1章工程材料1.1 金属材料的力学性能金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。
使用性能是指金属材料在使用过程中应具备的性能，它包括力学性能（强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等）、物理性能（密度、熔点、导热性、导电性等）和化学性能（耐蚀性、抗氧化性等）。
工艺性能是金属材料从冶炼到成品的生产过程中，适应各种加工工艺（如：铸造、冷热压力加工、焊接、切削加工、热处理等）应具备的性能。
金属材料的力学性能是指金属材料在载荷作用时所表现的性能。
1.1.1 强度金属材料的强度、塑性一般可以通过金属拉伸试验来测定。
１．拉伸试样图1.1.1拉伸试样与拉伸曲线２．拉伸曲线拉伸曲线反映了材料在拉伸过程中的弹性变形、塑性变形和直到拉断时的力F时，拉伸曲线Ｏｐ为一直线，即试样的伸长量与载荷学特性。
当载荷不超过p成正比地增加，如果卸除载荷，试样立即恢复到原来的尺寸，即试样处于弹性变形阶段。
载荷在Ｆｐ－Ｆｅ间，试样的伸长量与载荷已不再成正比关系，但若卸除载荷，试样仍然恢复到原来的尺寸，故仍处于弹性变形阶段。
当载荷超过Ｆｅ后，试样将进一步伸长，但此时若卸除载荷，弹性变形消失，而有一部分变形当载荷增加到Ｆｓ时，试样开始明显的塑性变形，在拉伸曲线上出现了水平的或锯齿形的线段，这种现象称为屈服。
当载荷继续增加到某一最大值Ｆｂ时，试样的局部截面缩小，产生了颈缩现象。
由于试样局部截面的逐渐减少，故载荷也逐渐降低，试样就被拉断。
３．强度强度是指金属材料在载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。
（１） 弹性极限金属材料在载荷作用下产生弹性变形时所能承受的最大应力称为弹性极限，用符号σｅ 表示：（２） 屈服强度金属材料开始明显塑性变形时的最低应力称为屈服强度在拉伸试验中不出现明显的屈服现象，无法确定其屈服点。
所以国标中规定，以试样塑性变形量为试样标距长度的０．２％时，材料承受的应力称为“条件屈服强度”，并以符号σ０．２ 表示。
１.1.2 塑性金属材料在载荷作用下，产生塑性变形而不破坏的能力称为塑性。
中职金工实训第一章金属材料的力学性能剖析
教案二【教学组织】1．提问5分钟2．讲解75分钟3．小结5分钟4．布置作业5分钟【教学内容】第一章金属材料的力学性能金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。
●使用性能是指金属材料为保证机械零件或工具正常工作应具备的性能，即在使用过程中所表现出的特性。
使用性能包括力学性能（或机械性能）、物理性能和化学性能等。
●工艺性能是指金属材料在制造机械零件或工具的过程中，适应各种冷、热加工的性能，也就是金属材料采用某种成形加工方法制成成品的难易程度。
工艺性能包括铸造性能、锻压性能、焊接性能、热处理性能及切削加工性能等。
第一节金属材料的强度与塑性一、力学性能的概念●金属材料的力学性能是指金属材料在力作用下所显示的与弹性和非弹性反应相关或涉及应力—应变关系的性能，又称机械性能，主要包括强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等。
●物体受外力作用后导致物体内部之间相互作用的力称为内力。
●单位面积上的内力称为应力σ(N/mm2或Mpa）。
●应变є是指由外力所引起的物体原始尺寸或形状的相对变化(%)。
二、拉伸试验过程分析●拉伸试验是指用静（缓慢）拉伸力对试样进行轴向拉伸，通过测量拉伸力和伸长量，测定试样强度、塑性等力学性能的试验。
圆柱形拉伸试样分为短圆柱形试样和长圆柱形试样两种。
长圆柱形拉伸试样L0=10d0；短圆柱形拉伸试样L0=5d0。
●在进行拉伸试验时，拉伸力F和试样伸长量△L之间的关系曲线，称为力-伸长曲线。
a）拉伸前 b）拉断后图1-1 圆柱形拉伸试样图1-2 退火低碳钢的力—伸长曲线完整的拉伸试验和力一伸长曲线包括弹性变形阶段、屈服阶段、变形强化阶段、颈缩与断裂四个阶段。
三、强度●强度是金属材料抵抗永久变形和断裂的能力。
金属材料的强度指标主要有屈服强度（或规定残余伸长强度）、抗拉强度等。
1.屈服强度和规定残余伸长应力●屈服强度是指拉伸试样在拉伸试验过程中拉力（或载荷）不增加(保持恒定)仍然能继续伸长(变形)时的应力。
金属材料的力学性能
第1章 金属材料的力学性能
二、洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness ) 1、测量原理
10HRC≈HBS
洛氏硬度测试示意图
第1章 金属材料的力学性能
三、维氏硬度 HV
1、测量原理:
第1章 金属材料的力学性能
2、表示方法： 符号HV。标注时，硬度值写在符号之前，如666HV
3、特点： 维氏硬度试验的测试精度较高，测试的硬度范围大，被测试样的厚度 或表面深度几乎不受限制(如能测很薄的工件、渗氮层、金属镀层等)。 但是, 维氏硬度试验操作不够简便，试样表面质量要求较高，故在生 产现场很少使用。
抗拉强度为设计机械零件和选材的主要依据。
σe σs σb
第1章 金属材料的力学性能
(二)疲劳强度
工程上规定，材料经无数次重复循环（交变）载荷作用而不发生 断裂的最大应力称为疲劳强度。表示材料经无数次交变载荷作用而 不致引起断裂的最大应力值。
钢材的循环次数一般取 N = 107 有色金属的循环次数一般取 N = 108
主要指标: 强度、塑性、冲击韧性和硬度。
第1章 金属材料的力学性能
1.1 强度
按照载荷的性质，金属材料的强度有静强度、疲劳强度和 冲击强度。一般意义上的强度是指静强度。
(一)强度 一、拉伸试验
1.拉伸试样 标准试样(按GB/T6397-1986规定) 常用圆截面拉伸试样 : 长试样：L0=10d0 短试样：L0=5d0
钢铁材料的疲劳曲线
第1章 金属材料的力学性能
疲劳的危害:
材料的力学性能使用性能和工艺性能使用性能是指金属材料
第一节 材料的力学性能使用性能和工艺性能：使用性能是指金属材料在使用过程中表现出来的性能，包括力学性能、物理性能(如电导性、热导性等)、化学性能(如耐蚀性、抗氧化性等)。
所谓工艺性能是指金属材料在各种加工过程中所表现出来的性能，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能等。
材料的力学性能是指材料在各种载荷(外力)作用下表现出来的抵抗能力，它是机械零件设计和选材的主要依据。
常用的力学性能有：强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。
一、刚度定义：工程上，指构件或零件在受力时抵抗弹性变形的能力。
计算：等于材料弹性模量E 与零构件截面积A 的乘积。
零构件发生过弹性变形的原因是刚度不足；金属和合金的弹性模量不能通过合金化和热处理、冷变形等方法改变；提高零构件刚度方法是增加横截面积或改变截面形状。
二、强度强度是指材料在外力作用下抵抗变形或断裂的能力。
由于所受载荷的形式不同，金属材料的强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度等。
有些金属材料，如高碳钢、铸铁等，在拉伸试验中没有明显的屈服现象。
所以国标中规定，以试样的塑性变形量为试样标距长度的0.2%时的应力作为屈服强度，用σ0.2表示。
三、塑性塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形而不破坏的能力。
金属材料的塑性也是通过拉伸试验测得的。
常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率。
（1）伸长率 ： %10000⨯-=l l l k δ 长试样和短试样的伸长率分别用δ10和δ5表示，习惯上δ10也常写成δ。
(2)断面收缩率 ：%10000⨯-=S S S k ψ四、硬度 硬度是衡量材料软硬程度的指标，它表示材料在外力作用下抵抗变形或破裂的能力。
常用的有：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度试验方法。
HB=S F ⨯102.0=DhF π⨯102.0 用淬火钢球作压头测得的硬度用符号HBS 表示，适合于测量布氏硬度值小于450的材料；用硬质合金球作压头测得的硬度用符号HBW 表示，适合于测量布氏硬度值450～650的材料。
金属材料的力学性能(一)
（2）拉伸机
万能材料试验机
a) WE系列液压式 b) WDW系列电子式
（3）拉伸试验
拉伸试验视频1
(a)试样
(b)伸长
(c)产生缩颈
(d)断裂
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
拉伸试验视频1回顾
2、低碳钢拉伸曲线
OA＇ 弹性变形阶段 A＇ABC 屈服阶段 CD 强化阶段 DE 缩颈阶段
脆性材料的拉伸曲线（与低碳钢试样相对比）
金属材料的力学性能又称为机械性能，是指金属
在外力作用下所反映出来的性能。 具体的说就是金属材料在受到拉伸、压缩、弯曲、 扭转、冲击、交变应力时，对变形与断裂的抵抗能力。
材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为 变形。
外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。
外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。
Fs s ( MPa) Ao
式中Fs——试样产 生屈服时所承受的最大 载荷，N ； Ao——试样原始截 面积，mm2。
对于高碳淬火钢、铸铁等材料，在拉伸试验中没 有明显的屈服现象，无法确定其屈服强度。 国标GB228-2002规定，一般规定以试样产生 0.2%塑性变形时的应力作为该材料的屈服强度， 称为条件屈服强度，用σr0.2表示。
强度 塑性 硬度 韧性 疲劳强度
复习巩固
1、金属的力学性能包括哪些指标？ 2、什么是强度？衡量材料强度的指标是什么？
强度是金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性 变形和断裂的能力。 强度指标主要有屈服极限和强度极限。
复习巩固
1、金属的力学性能包括哪些指标？ 2、什么是强度？衡量材料强度的指标是什么？ 3、设计零件主要依据哪种强度指标？
练一练：举几个日常生活中弹性变形和塑性变形的例子
材料的力学性能
材料的力学性能材料是机械产品制造所必须的物质基础，材料的力学性能包括使用性能和工艺性能。
使用性能：是指材料在使用过程中表现出来的性能，它包括力学性能和物理、化学性能等。
工艺性能：是指材料对各种加工工艺适应的能力，它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理工艺性能等。
切削加工的过程一般在常温下，在不改变材料物理、化学性能的前提下，去除材料上多余金属，使之成为成品的过程。
材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现的抵抗能力。
材料的力学性能是确定材料切削加工方案的主要依据。
1.1材料的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。
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，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，而用抗拉强度作为其强度设计的依据。
低碳钢拉伸试验铸铁拉伸试验结论一：在切削加工中，假定其他条件不变，则随着被加工材料强度极限（或弹性模量）的增大，切削力也随之增大，机床负荷增加。
而且在工件安装方面，注意要有足够的夹紧力。
2材料的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。
(1)伸长率AA= （L1-L0）/L0 ×100%式中： L0—试样原标距的长度（mm）L1—试样拉断后的标距长度（mm）(2) 断面收缩率φ断面收缩率是指试样拉断后断面处横截面积的相对收缩值。
φ= （A0-A1）/A0 ×100%式中：A0—试样的原始截面积（mm2）A1—试样断面处的最小截面积（mm2）伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好；反之，塑性越差。
金属材料的性能
金属材料的性能金属材料的性能分为使用性能和工艺性能。
●使用性能是指金属材料为保证机械零件或工具正常工作应具备的性能，即在使用过程中所表现出的特性。
金属材料的使用性能包括力学性能、物理性能和化学性能等；●工艺性能是指金属材料在制造机械零件和工具的过程中，适应各种冷加工和热加工的性能。
工艺性能也是金属材料采用某种加工方法制成成品的难易程度，它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能及切削加工性能等。
一、金属材料的力学性能●金属材料的力学性能是指金属材料在力作用下所显示的与弹性和非弹性反应相关或涉及应力──应变关系的性能，如强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等。
●物体受外力作用后导致物体内部之间相互作用的力，称为内力。
●单位面积上的内力，称为应力σ(N/mm2)。
●应变є是指由外力所引起的物体原始尺寸或形状的相对变化(%)。
金属材料的力学性能主要有：强度、刚度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。
（一）强度与塑性●金属材料在力的作用下，抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。
●塑性是指金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。
金属材料的强度和塑性指标可以通过拉伸试验测得。
1．拉伸试验●拉伸试验是指用静拉伸力对试样进行轴向拉伸，测量拉伸力和相应的伸长，并测其力学性能的试验。
（1）拉伸试样。
拉伸试样通常采用圆柱形拉伸试样，分为短试样和长试样两种。
长试样L0=10d0；短试样L0=5d0。
a）拉断前 b）拉断后图1-5 圆形拉伸试样（2）试验方法。
2．力伸长曲线●在进行拉伸试验时，拉伸力F和试样伸长量△L之间的关系曲线，称为力伸长曲线。
试样从开始拉伸到断裂要经过弹性变形阶段、屈服阶段、变形强化阶段、缩颈与断裂四个阶段。
图1-7 退火低碳钢力伸长曲线3．强度指标金属材料的强度指标主要有:屈服点σs、规定残余伸长应力σ0.2、抗拉强度σb等。
（1）屈服点和规定残余延伸应力。
●屈服点是指试样在拉伸试验过程中力不增加(保持恒定)仍然能继续伸长(变形)时的应力。
机械设计基础项目一 常用材料和热处理
1、铸造性能
• 金属及合金在铸造工艺中获得优良铸件的 能力称为铸造性能。
2、锻造性能
• 用锻压成形方法获得优良锻件的难易程度 称为锻造性能。
3、焊接性能
• 焊接性能是指金属材料对焊接加工的适应 性，也就是在一定的焊接工艺条件下，获 得优质焊接接头的难易程度。
4、切削加工性能
• 金属材料的切削加工性能是指金属材料在 切削加工时的难易程度。
情景一 金属材料的性能
• 金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。
• 使用性能：指金属材料在使用过程中所表 现出来的性能，包括力学性能、物理性能 (电导性、热性能等)，化学性能(耐蚀性、 抗氧化性等)。
• 工艺性能：指金属材料在各种加工过程中 所表现出来的性能，包括铸造性能、锻造 性能、焊接性能、热处理性能和切削加工 性能等。
• 合金钢按合金元素的质量分数可分为低合 金钢(WMc＜5％)、中合金钢(5％≤WMc＜10 ％)、高合金钢(WMc≥10％)，按用途可分为 合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢等。
• 3、铸钢
• 4、铸铁
• 铸铁是含碳量大于2.11％，并且含有硅、猛、 硫和磷等杂质元素的铁碳合金。
• 根据碳的存在形式和铸铁中石墨的形态不 同，铸铁可以分为：1)白口铸铁 ；2)麻口 铸铁 ；3)灰铸铁 ；4)可锻铸铁 ；5)球墨铸 铁等。
• 塑性是指金属在断裂前发生不可逆永久变 形的能力。
2、硬度
• 硬度是指材料抵抗局部变形特别是塑性变 形、压痕或划痕的能力。
• 测定硬度的方法很多，主要有压入法、刻 画法、回跳法等。
• (1)布氏硬度 • (2)洛氏硬度
3、冲击韧性
• 冲击韧性指金属材料抵抗冲击载荷作用而 不破坏的能力。
金属材料的力学性能
3、FL 段：水平线（略有波动）明显的 塑性变形屈服现象，作用的力基本不变， 试样连续伸长。
4、FL-FM曲线：弹性变形+均匀塑性变形
5、M点：出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低， 拉伸力达到最大值，试样即将断裂。 6、K点：试件在缩颈处拉断
19
§1-4 冲击韧度
一般来说，强度、塑性均好的材料，韧度值也高。在实 际工作中常见的是承受多次小能量冲击。对多次冲击 问题： •
•
1） 如果冲击能量低，冲击周次较多时，α KV主 要取决于材料的强度，强度高则冲击韧度较好；
2） 如果冲击能量高，则主要取决于材料的塑性， 材料塑性越高则冲击韧度较好。
1、洛氏硬度试验（洛氏硬度计）
原理: 用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面， 经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一 种压痕硬度试验。
12
§1-3 硬度
2、洛氏硬度表示方法
洛氏硬度直接在符号前面写出硬度值。可从表盘上直接读出。
如：50HRC 3、优缺点
（1）试验简单、方便、迅速（2）压痕小，可测成品、薄件（3）数据 不够准确，应测三点取平均值（4）不能测组织不均匀材料，如铸铁。
20
§1-5 疲劳强度
1.5 一、概念
疲劳强度
什么是金属的疲劳？ 疲劳强度：在指定寿命下使试样失效的应力水平。
交变应力：大小和方向随时间作周期性变化的应力。 通常规定钢铁材料的循环基数取107，有色金属取108。
21
§1-5 疲劳强度
金属的疲劳强度曲线
22
S0:试件原横截面积。 S1:断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。
金属材料的基础知识
抗拉强度: 在拉断前试样所能承受的最大应力 为该试样的抗拉强度，用符号σb 表示，计算公式为。
σb=
Fb So
二、 塑性
➢概念
塑性是指金属材料在外力作用下，产生永久性变形而不断裂的能 力。
➢ 衡量指标
伸长率：试样被拉断后，标距的伸长量与原始标距的百分比 称为伸长率，用符号δ表示。计算公式为：
δ= l1 l0 ×100% l0
δ ψ
性能指标
名称
抗拉强度 屈服点 规定残余伸长应力
伸长率 断面收缩率
硬度 冲击韧性
HBS(HBW) HRC HRB HRA 标尺洛氏硬度值 A标尺洛氏硬度值 维氏硬度值
冲击韧度
疲劳强度 σ-1
疲劳极限
单位 MPa MPa MPa
J/cm2 MPa
含义
试样拉断前所能承受的最大应力 拉伸过程中，力不增加（保持恒定）试 样仍能继续伸长时的应力 规定残余伸长率达0.2%时的应力
部永久性积累损伤经一定循环次数后产生裂纹或突发完全断 裂的过程称为金属疲劳。
五、疲劳强度
➢疲劳破坏可分为微观裂纹、宏 观裂纹和瞬时断裂三 个过程。
五、疲劳强度
➢疲劳曲线 ：疲劳曲线是指交变应力σ与循 环次数N的关系曲线，如下图所示。
常用金属材料的力学性能指标及其含义
力学性能
符号
强度 塑性
σb σs σ0.2
0.1
e 0.2
一、强度—拉伸曲线
1.弹性变形阶段 2.屈服阶段 3.强化阶段 4.缩颈阶段
低碳钢的应力-应变曲线
一、强度—衡量指标
屈服点： 用符号σs表示，计算公式为
σs=
Fs So
式中：Fb——试样断裂前所承受的最大拉力， 单位为N；
0804第一章材料的结构及性能(三)金属学及热处理
钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系:
σ-1 = (0.45—0.55)σb
金属疲劳极限的影响因素：工作条件、表面状态、 材质、残余内应力等。
§1.2.2 金属材料的机械性能
六、断裂韧性
桥梁、船舶、大型轧辊、转子等有时会发生低 应力脆断，发生这种断裂时，其断裂应力低于材 料的屈服强度。尽管在设计时保证了足够的延伸 率、韧性和屈服强度安全系数，但仍不免破坏。 究其原因是构件或零件内部存在着或大或小、或 多或少的裂纹和类似裂纹的缺陷造成的。裂纹在 应力作用下可失稳而扩展，导致构件破断。
改变钢的化学成分（加入少量、P等） 和进行适当热处理可提高其切削加工性能。
教材31页表1-8 列出几种金属材料的切
§1.2.1 金属材料的工艺性能
五、热处理工艺性能 钢的热处理工艺性能主要考虑其淬
透性， 即钢接受淬火时形成马氏体的 能力。
含、、等合金元素的合金钢淬透性比 较好，碳钢的淬透性较差。
铝合金的热处理要求较严，它进行固 溶处理时加热温度离熔点很近。
2、断面收缩率（ψ） 试样拉断后，缩颈处截面积的最大缩减量与原横
断面积的百分比称为断面收缩率。
式中：S1－ 试 样S 拉S 断0 后颈S 缩0 处S 1 最小S 截0 面1 积(2% )0 ， S0 0
－试样原始横截面积(2)， △S－试样颈缩处截面积的最大缩减量(2) 金属材料的δ和ψ越大，则其塑性越好，越易塑性
金刚石 圆锥
1470
黑线
20－67
淬火钢、调制 钢等
(3)维氏硬度 ()
适用范围: ➢ 测量薄板类 ; ➢≈;
§1.2.2 金属材料的机械性能
显微硬度一般为维氏硬度。 各种不同方法测得的硬度值之间可通过查表得 方法进行互换。 例如：61＝82＝627＝80330
材料的使用性能
第一篇 材料的性能及应用意义
第一章 材料的使用性能
第一节 第二节 第三节 力学性能 物理性能 化学性能
工程材料原理
金属材料的性能 金属材料的性能主要包含工艺性能和使 用性能两方面。 使用性能：金属材料在使用条件下所表现出 来的性能；包括力学性能、物理和化学性能 工艺性能：制造工艺过程中材料适应加工的 性能；如铸造性能，锻造性能等。
零件表面状况、载荷类型、工作温度和腐蚀介质等。
工程材料原理
八. 耐磨性
磨损：由两零件因摩擦而引起的表面材料逐渐损伤 （表现为表面尺寸变化和物质损耗）的现象即叫做磨 损。主要有粘着磨损、磨粒磨损和接触疲劳磨损。
1. 磨损的主要类型与机理： （1）粘着磨损：在摩擦副接触面上局部发生金属粘着，而 这些粘着点的强度往往大于金属本身强度，在随后的相对 运动时，发生的破坏将出现在强度较低的地方，有金属磨 屑从零件表面被拉下来或零件表面被擦伤的磨损形式。 （2）磨粒磨损：滑动摩擦时，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， 以致材料磨面逐步损耗。
工程材料原理
七. 疲劳性能
1. 疲劳的基本概念：
（1）交变载荷： 大小、方向均随时间作 周期性的循环变化，又称循环载荷。 （2）疲劳断裂：零件在交变载荷下，虽然零件所承受的应力 低于材料的屈服点，但经较长时间的工作而产生裂纹或突然发 生完全断裂的过程。 （3）特点： 1）断裂时的应力远低于材料静载下的抗拉强度，甚至低于屈 服强度； 2）无论是韧性材料还是脆性材料断裂时均无明显的塑性变形， 是一种无预兆的、突然发生的脆性断裂，危险性极大。
③ 优点：操作迅速简 便，压痕小，不损伤工 件表面，应用广。
工程材料原理
1-2材料的力学性能和工艺性能
2 2
kgf/mm2 (试验力F单位用kgf)
布氏硬度
测定原理
布氏硬度计
1）布氏硬度
布氏硬度的表示方法： HBS 压头为淬硬钢球 HBW 压头为硬质合金球 一般在零件图或工艺文件上标柱材料要求的布氏硬度值 时，不规定试验条件，只标出要求的硬度范围和硬度符号， 例如200～230HBS。 HBS用于测试硬度值小于450的材料；HBW用于测量硬度 值在450～650范围的材料。 布氏硬度主要用来测定铸铁、有色金属、以及退火、正 火和调质处理的钢材的硬度，如半成品和原材料。
4、韧性与疲劳强度
1）韧性
韧性是指金属在断裂前吸收变形能量的能力,可用来衡量 金属材料抵抗冲击载荷能力。
韧性的判据通过冲击试验来测定。
40Cr钢冲击吸收功测定试验
2）冲击韧性值 AK = G（H1 – H2）（J）
ak = AK /S （J/m2）
试验在专门的摆锤式冲击试验机上进行，把试样放在试验机的支承面上， 试样的缺口背向摆锤冲击方向。将质量为m的摆锤安放到规定的高度H， 然后下落，将试样打断，并摆过支点升到某一高度h，试样在冲击试验力 一次作用下，折断时所吸收的功为冲击吸收功为Ak。
铸造性能：指金属或合金是否适合铸造的 一些工艺性能，主要包括流性能、充满铸 模能力；收缩性、铸件凝固时体积收缩的 能力；偏析指化学成分不均性。
锻造性能：金属材料在锻压加工中能承受 塑性变形而不破裂的能力。
材料的工艺性能
• 焊接性能：指金属材料通过加热或加热和 加压焊接方法，把两个或两个以上金属材 料焊接到一起，接口处能满足使用目的的 特性。
金属的力学性能
2、塑性
指断裂前材料发生不可逆永久变形的能力。塑性判据是 断后伸长率和断面收缩率。 1）断后伸长率 断后伸长率是指试样拉断后的伸长与原始标距的百分比。
金属材料的性能
1.金属材料的性能金属材料的性能分为使用性能和工艺性能。
使用性能是指金属材料在使用过程中反映出来的特性,它决定金属材料的应用范围、安全可靠性和使用寿命。
使用性能又分为机械性能、物理性能和化学性能。
工艺性能是指金属材料在制造加工过程中反映出来的各种特性,是决定它是否易于加工或如何进行加工的重要因素。
在选用金属材料和制造机械零件时,主要考虑机械性能和工艺性能。
在某些特定条件下工作的零件,还要考虑物理性能和化学性能。
1.1金属材料的机械性能各种机械零件或者工具,在使用时都将承受不同的外力,如拉力、压力、弯曲、扭转、冲击或摩擦等等的作用。
为了保证零件能长期正常的使用,金属材料必须具备抵抗外力而不破坏或变形的性能,这种性能称为机械性能。
即金属材料在外力作用下所反映出来的力学性能。
金属材料的机械性能是零件设计计算、选择材料、工艺评定以及材料检验的主要依据。
不同的金属材料表现出来的机械性能是不一样的。
衡量金属材料机械性能的主要指标有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。
1.1.1 强度金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力称为强度。
按外力作用的方式不同,可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗扭强度等。
一般所说的强度是指抗拉强度。
它是用金属拉伸试验方法测出来的。
1.1.2 刚性与弹性金属材料在外力作用下,抵抗弹性变形的能力称为刚性。
刚性的大小可用材料的弹性模量(E)表示。
弹性模量是金属材料在弹性变形范围内的规定非比例伸长应力(ζρ)与规定非比例伸长率(ερ)的比值。
所以材料的弹性模量(E)愈大,刚性愈大,材料愈不易发生弹性变形。
但必须注意的是:材料的刚性与零件的刚度是不同的,零件的刚度除与材料的弹性模量有关外,还与零件的断面形状和尺寸有关。
例如,同一种材料的两个零件,弹性模量E 虽然相同,但断面尺寸大的零件不易发生弹性变形,而断面尺寸小的零件则易发生弹性变形。
零件在使用过程中,一般处于弹性变形状态。
对于要求弹性变形小的零件,如泵类主轴、往复机的曲轴等,应选用刚性较大的金属材料。
8. 金属力学性能及其他性能
bz: 缩颈阶段 当载荷达到最大值时, 试样直径发生局部收缩, 称为“缩颈”。此时变形所需的载荷逐渐降低。
z点: 试样断裂 试样在此点发生断裂。
2．强度
根据变形特点，强度指标有：
（1）弹性极限值 e
材料保持弹性变形, 不产生永久变形的最大应力, 是弹性零件 的设计依据。
（1）延伸率
l l1 l0 100%
l0
l0
式中：l1为试样拉断后的标距(mm) , l0 为试样的原始标距(mm), l 为
最大伸长量。
l0
l
(2) 断面收缩率
试样拉断后, 缩颈处截面积的最大缩减量与原横断面积的百分比
称为断面收缩率, 用符号 表示。
S
S0
S1
100%
S0
S0
式中：S1为试样拉断后缩颈处最小横截面积(mm2), S0为试样的原始
变，即可得到如图所示的
情况。
孪生变形的特点
在孪生变形中，已发生均匀切变
的那部分晶体称为孪晶（或孪晶带）， 均匀切变区与未切变区的分界面（即 二者的镜面对称面）称为孪晶界。发 生均匀切变的晶面称为孪生面，在图 中为（111）面；孪生面切动的方向
则称为孪生方向，在图中为[ 112 ]晶
向因子大的称软取向；取向因子小的称硬取 向。
4）金属晶体在滑移时的转动
随着滑移的进行，金属晶体还会产生转动，从而使 金属晶体的空间取向发生变化。在拉伸时，晶体转动的 结果是使其滑移方向逐渐转到与应力轴相平行的方向； 而在压缩时，晶体转动是使其滑移面逐渐转到与应力轴 相垂直的方向。
金属晶体在滑移时的转动 （a）拉伸时；（b）压缩时
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第一节 材料的力学性能
使用性能和工艺性能：
使用性能是指金属材料在使用过程中表现出来的性能，包括力学性能、物理性能(如电导性、热导性等)、化学性能(如耐蚀性、抗氧化性等)。
所谓工艺性能是指金属材料在各种加工过程中所表现出来的性能，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能等。
材料的力学性能是指材料在各种载荷(外力)作用下表现出来的抵抗能力，它是机械零件设计和选材的主要依据。
常用的力学性能有：强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。
一、刚度
定义：工程上，指构件或零件在受力时抵抗弹性变形的能力。
计算：等于材料弹性模量E 与零构件截面积A 的乘积。
零构件发生过弹性变形的原因是刚度不足；金属和合金的弹性模量不能通过合金化和热处理、冷变形等方法改变；提高零构件刚度方法是增加横截面积或改变截面形状。
二、强度
强度是指材料在外力作用下抵抗变形或断裂的能力。
由于所受载荷的形式不同，金属材料的强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度等。
有些金属材料，如高碳钢、铸铁等，在拉伸试验中没有明显的屈服现象。
所以国标中规定，以试样的塑性变形量为试样标距长度的0.2%时的应力作为屈服强度，用σ0.2表示。
三、塑性
塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形而不破坏的能力。
金属材料的塑性也是
通过拉伸试验测得的。
常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率。
（1）伸长率 ： %10000⨯-=
l l l k δ 长试样和短试样的伸长率分别用δ
10和δ5表示，习惯上δ10也常写成δ。
(2)断面收缩率 ：
%10000⨯-=
S S S k ψ
四、硬度 硬度是衡量材料软硬程度的指标，它表示材料在外力作用下抵抗变形或破裂的能力。
常用的有：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度试验方法。
HB=S F ⨯102.0=Dh
F π⨯102.0 用淬火钢球作压头测得的硬度用符号HBS 表示，适合于测量布氏硬度值小于450的材料；用硬质合金球作压头测得的硬度用符号HBW 表示，适合于测量布氏硬度值450～650的材料。
布氏硬度压痕大，试验结果比较准确。
但较大压痕有损试样表面，不宜用于成品件与薄件的硬度测试，而且布氏硬度整个试验过程较麻烦。
（2）洛氏硬度 HR=N-S
h 常用的洛氏硬度是HRA 、HRB 和HRC 三种。
（3）维氏硬度 维氏硬度也是根据压痕单位表面积上的载荷大小来计算硬度值。
所不同的是采用相对面夹角为136°的正四棱锥体金刚石作压头。
维氏硬度适用范围宽(5～1000 HV)，可以测从极软到极硬材料的硬度，尤其适用于极薄工件及表面薄硬层的硬度测量(如化学热处理的渗碳层、渗氮层等)，其结果精确可靠。
缺点是测量较麻烦，工作效率不如洛氏硬度高。
五、冲击韧度 金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力称为冲击韧度。
物理意义：试样在冲断时单位横截面积上所消耗的冲击功A K ，单位为J/cm 2。
a K 值越大，表示材料的冲击韧性越好。
应用：
（1）评价材料冶金质量和锻造及热处理的缺陷（因其对材料中的缺陷比较敏感），与屈服强度结合用于一般零件抗断裂设计。
（2）低温冲击试验，测量材料的韧脆转变温度T K 。
T 〉T K 为韧性断裂，不希望材料在T K 温度以下工作。
a K 值一般不直接用于计算，只作参考。
因为不同材料的a K 值可以是相同的。
六、 疲劳强度
零件在交变应力作用下长时间工作，也会发生断裂，这种现象称为疲劳断裂。
七、断裂韧性
材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力称为断裂韧性。
应力场强度因子:K I = Y a σ（MN/m 3/2
） 式中，Y 是系数；σ为名义外加应力；α为裂纹的半长。
随σ或α的增加，K I 增加，当K I 增大到某一定值时，裂纹便失稳扩展，材料发生断裂。
这个K I 的临界值就是裂纹扩展的阻力，称为断裂韧度。
K Ic = Y c c a σ。