机械工程材料及选用 第一章力学性能解读
机械工程材料-绪论-第一章
二、过量变形失效
1 过量弹性变形及抗力指标
2 （1）零构件发生过量弹性变形失效： 3 Dl[Dl] (拉压或者弯曲条件下） 4 或者 q [q] （扭转条件下） 5 （2）过量弹性变形的原因：零构件的刚度不够 6 （3）抗力指标：弹性模量E或者切变模量G
.
2 过量塑性变形及抗力指标
3 （1）发生条件：塑性变形量超过允许变形量 4 （2）原因：偶而过载或者零构件本身抵抗塑
，符号为s
T
.
（2）给定温度下，在规定时间内使试样产生一
定蠕变总变形量d的应力值，符号为：s
T d
/
t
2 持久强度：材料在高温长期载荷作用下抵抗断裂的 能力。
3 表示方法：用给定温度和规定时间内试样发生 断裂时的应力表示，sTt t---时间；T----温度；
三、高温下零件的失效和防止
加工性能（切削、锻造等） 铸造性能（适合铸造与否） 焊接性能（容易焊接与否） 热处理性能（可热处理强化）
.
三、 学习《机械工程材料》的目的
（1） 获得常用的金属材料、非金属材料的基本理论知 识，了解各种机械工程材料的基本特性和应用范围；
（2）在了解材料性能和设计之间关系的基础上，可根 据零件的工作条件和失效形式，正确设计和合理选材；
.
第五节 零件的腐蚀失效
问题 1 什么是腐蚀？可分为几类？ 2 高温氧化腐蚀常发生在那些零件中？耐热
钢为什么具有抗高温氧化能力？ 3 发生电化学腐蚀的条件是什么？ 4 改善零件腐蚀抗力的主要措施是什么
.
一、腐蚀的定义和分类
1 腐蚀：材料表面和周围介质发生化学反 应或者电化学反应所引起的表面损伤现 象。
5 （2）过程：类似于疲劳断裂，是裂纹萌生和扩展过程。
机械工程材料 第2版 第1章 金属机械性能
变形能力
塑性指标： A(断后伸长率)=Δl/l0 × 100% Z(断面收缩率)=Δ S / S 0 × 100%
§3、硬度
一、硬度定义 二、布氏硬度
表面局部变形抗力
试验机
F
直径D钢球,在一定压力F下压入试样, 压痕面积S,压痕直径d。
HBW = F =
S痕
2F
2
查表 由d → HBW塑变→局部塑变、断裂 应力<Re 应力=Re 应力> Re 应力> Rm
三、强度定义
变形、断裂抗力
强度指标： E＝应力／延伸率（刚度、弹性模量）、
应力
铸铁
铝合金
Re(屈服强度)、 Rm(抗拉强度)
Rp 0.2 (屈服强度).
o
延伸率
§2、塑性
应力–延伸率曲线
一、塑性定义
§4、韧性 （冲击韧性）
一、冲击试验
试验机
h1
冲击试样
h2
冲击试验原理
质量为m（kg)锤从h1 (m)高度自由落下，
试样被冲断后升至h2 (m)高度。
二、冲击韧性 KU=mgh1-mgh2
aK = mg (h1-h2)/s（J/cm2 ）
KU、aK表示冲击过程中试样吸收的能量
用于变形
三、冲击韧性定义
布氏硬度试验原理
布氏硬度动画
三、洛氏硬度
试验机
预载h0 主载h1 卸载h2 压入深度h＝h1－h2
HRC =（K-h）/0.002
（120度金刚石圆锥K = 0.2 ）
表示方法：60 HRC
洛氏硬度动画
布氏硬度与洛氏硬度特点比较 HBW： 软材、准确、厚材。 HRC：硬材、快速、薄材。
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
关于机械工程中材料选用分析
关于机械工程中材料选用分析机械工程中材料的选用是一个非常重要的问题，一款优秀的机械产品的质量和性能很大程度上取决于选用的材料。
在材料选用时需要考虑的因素有很多，如力学性能、耐腐蚀性、温度特性、密度、成本等。
下面将重点分析几个材料选用的关键点。
首先是力学性能。
机械工程中的材料主要承担的是负荷和力，因此要选择具有较高强度、较好的延展性和高的韧性的材料。
常用于机械工程的金属材料中，钢材是最常见的选择。
不同品种的钢材具有不同的力学性能，因此需要根据具体的使用场景来选择合适品种的钢材。
此外，特殊的使用场合和特定目的下，也可利用合金金属、聚合物及复合材料等材料。
其次是耐腐蚀性。
机械零件或机械装备经常会在恶劣的环境下工作，因此要选择具有较强的耐腐蚀性的材料。
例如，在海上工作的船舶零件需要选择具有良好耐海水腐蚀性的材料。
常用的耐腐蚀材料有不锈钢、红铜、钛及玻璃钢等，具体选择要根据具体情况而定。
再次是温度特性。
机械零件或机械装备常常要经受高温或低温的条件下的工作，因此在选材时要选择具有良好温度特性的材料。
例如，在航空和煤矿等场合的机械设备中，需要选择耐高温材料。
通常情况下选择铸造合金钢、高温合金和陶瓷等作为耐高温材料。
而在低温等环境下，由于材料的脆性特别严重，钢材并不是最佳的选择。
最后是成本。
机械零件或机械装备的成本也是材料选用的考虑因素之一。
通常情况下，优质材料成本较高，有时甚至难以承受。
为了减少成本，选取的材料常常需要在力学性能、耐腐蚀性、温度特性等方面作出妥协，以达到成本与质量之间的平衡。
综上所述，机械工程中材料的选用需要考虑多方面的因素，只有在考虑到各种因素的基础上，对于不同部位，不同机械，选择不同的材料才能达到最佳的效果。
在未来的机械工程设计中，应采用多材料组合的设计方案，以求得更高的性能表现。
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
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§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
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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。
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
机械工程中材料选择与性能分析
机械工程中材料选择与性能分析机械工程中，材料选择与性能分析是一个至关重要的领域。
在设计和制造机械设备时，选择合适的材料不仅可以提高产品的性能和寿命，还可以降低成本和维护的难度。
本文将探讨机械工程中材料选择的重要性以及如何进行性能分析。
一、材料选择的重要性在机械工程中，机器的材料选择直接影响机器设备的性能和可靠性。
不同材料具有不同的特性和性能，而这些特性和性能将决定着机器的质量和使用寿命。
首先，机械设备往往需要承受极高的压力和重负荷。
在这种情况下，选择高强度和耐磨损的材料是十分关键的。
常见的高强度材料包括钢、铝合金和钛合金等。
这些材料具有良好的强度和刚性，可以承受大量的力和振动，从而保证机械设备的稳定性和可靠性。
其次，机械设备常常需要在恶劣的工作环境下运行，如高温、低温、湿润或腐蚀性环境。
因此，在选择材料时，对其耐蚀性和耐温性的要求也是至关重要的。
在这种情况下，不锈钢和镍基合金等耐腐蚀材料成为了首选。
这些材料不仅可以抵抗腐蚀和氧化，还具有出色的耐高温性能，能够在极端环境下长时间稳定运行。
另外，对于某些特殊领域的机械设备，如航空航天、汽车和船舶等，轻量化和高强度的要求更为突出。
因此，在选择材料时需要考虑其密度和比强度等因素。
例如，碳纤维复合材料由于其高强度、低密度的特点，成为了轻量化设计的首选材料。
通过使用这种材料，可以大幅度降低设备的重量和能耗，提高其综合性能。
综上所述，选择合适的材料至关重要。
合理的材料选择可以提高机械设备的性能，延长其使用寿命，减少维护和更换的成本，从而提高生产效率和经济效益。
二、材料性能的分析方法在材料选择过程中，对不同材料的性能进行分析是一个必不可少的环节。
通过对材料的分析，可以了解其力学性能、物理性能、化学性能等关键指标，从而选择最适合的材料。
首先，力学性能是材料选择中最重要的指标之一。
力学性能包括强度、韧性、硬度、刚度等方面。
强度是材料抵抗外部载荷的能力，而韧性是材料在受力作用下发生塑性变形之前的能量吸收能力。
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
机械工程材料基本知识分析
任何机械零件或者工具，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者不破坏的能力。
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。
1.1.1 强度强度是指金属材料在静载荷作用下反抗变形和断裂的能力。
强度指标普通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，或者开始浮现塑性变形时的最低应力值，用σ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σ 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。
1.1.2 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6 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，不发生蓦地脆断的必要条件。
1.1.3 硬度bs硬度是指材料表面反抗比它更硬的物体压入的能力。
硬度的测试方法不少， 生产中常用的硬度测试方法有布氏硬度测试法和洛氏硬度试验方法两种。
(一)布氏硬度试验法布氏硬度试验法是用向来径为 D 的淬火钢球或者硬质合金球作为压头，在载 荷 P 的作用下压入被测试金属表面，保持一定时间后卸载，测量金属表面形成 的压痕直径 d ，以压痕的单位面积所承受的平均压力作为被测金属的布氏硬度 值。
机械工程材料力学性能(共58张PPT)
精品资料
1.1 金属材料的力学性能
1.1.2塑性指标及应用
金属材料在载荷作用下产生塑性变形而不断裂的能力称为塑性。 塑性指标也是由拉伸试验测得的， 常用伸长率和断面收缩率来 表示(biǎoshì)。
1.伸长率
试样拉断后， 标距的伸长量与原始标距的百分比称为伸长率， 用符号 表示。其计算公式如下
精品资料
图1-1 载荷的作用 形式 (zuòyòng)
精品资料
1.1 金属材料的力学性能
金属材料受到载荷作用后， 产生的几何形状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。
材料在载荷作用下发生变形， 而当载荷卸除后， 变形也完全消失。 这种随载荷的卸除而消失的变形称为弹性变形。
精品资料
1.1MPa；
F——外力，N；
S——横街(hénɡ jiē)面积，mm2。
精品资料
1.1 金属材料的力学性能
1.1.1强度指标及应用
金属材料在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 通常用应力来表示， 强度愈高， 材料所能承受的载荷愈大。
精品资料
图1-5 布氏硬度试验(shìyàn)原理图
精品资料
1.1 金属材料的力学性能
⑵布氏硬度的表示方法。布氏硬度的表示符号为HBS和 HBW 两种。
压头为淬火钢球时用HBS表示， 一般适用于测量软灰铸铁、 有色金 属等布氏硬度值在450以下的材料。
压头为硬质合金(yìnɡ zhì hé jīn)球时， 用HBW表示， 适用于布氏 硬度值在650以下的材料。 符号 HBS或HBW之前的数字为硬度 值 符号后面按以下顺序用数字表示试验条件：
精品资料
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。
机械工程材料知识点
机械工程材料知识点第一韋金属材料的力学性能及其测定金属材料的力学性能是指材料在外加栽荷作用下所表现出来的性能.任何机械零件或工具，在使用过程中，往往要受到冬种形式外力的作用。
如起重机上的钢索， 受到悬e 物拉力的作用；柴油机上的连杆，崔传递动力时，不仅受到拉力的作用，而且还受 到冲击力的作用；轴类零伴要受到夸矩、扭力的作用等等。
这就要求金属材料必须具有一种 承受机械栽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。
栽荷分为錚栽荷（力的大小方向不变或变化很慢）和交变栽荷（力的大小方向周期性变化） 金属表现来的诸如我脑圧度、侵度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡童金属材料材料在 外力作用下表现出力学性能的指标。
i.i 強度强度是指金属材料在静载荷作用下抵亢变形和斯裂的能力。
孫度指标一般用单位血积所承受的栽荷即力表示，符号为6 单位为MPa 0工程中常用的孫度指标有（1）弾性极限（公（2）屈服点（公式：（J s = 匸对于高碳钢、 力0屈服茂度是指金雋材料在外力作用下，产生屈服现象时的应1.1拉伸的线图力，或开始出现塑性变形时的最低应力值，用os 表示。
抗拉强度是指金属材料在拉力的作用下，被拉断萌所能承受的我大应力值，用ob 表示。
对于大多數机械.零件，工作时不允许产生笔性变形， 所以屈服賤度是零件强度设计的依据；对于因断裂而失效的零件，而用抗拉強度作为其强度 设计的依据。
1.2塑性塑性是指材料在斯裂前产生永久变形的能力.工殺中常用的卷性指标有断后伸长辜（公式：6 = 牛100%）和斷面收缩率（公式:屮二竺也 x 100%。
仲长率指试样拉斷后的仲长童与原来长度之比的百分率，用符号 力o 5農示。
断由收缩率指试样拉断后，断対缩小的面积与原来截面积之比，用y 表示。
伸长率和断知收缩率越大，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。
机械工程材料性能讲解
第一章 金属材料的力学性能
（二）变形（金属材料受载荷作用发生几何形状和尺寸
的变化。）
弹性变形：载荷去除后，可完全恢复的变形。 塑性变形：载荷去除后，不可恢复的永久变形。
金属材料的弹性变形可用于控制机构运动、缓冲 与吸振、储存能量等。金属材料塑性变形可用于 成型产品的加工，70%的金属材料是通过塑性变形 加工成型的。
第一章 金属材料的力学性能
（一）载荷（金属材料在加工和使用过程中所受的外力）
静载荷：指大小不变或变动很慢的载荷。 如地面所受讲台的压力，千斤顶工作所受的载荷。
冲击载荷：指突然增加的载荷。 如铁匠用铁锤锻打工件、高速行驶的汽车相撞的
载荷。 交变载荷：指周期性或非周期性的动载荷。 如电扇主轴、弹簧工作时所受的载荷。
第一章 金属材料的力学性能
1.强度
定义：是指材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。 抵抗能力越大，则强度越高。衡量强度大小的指标主要有 屈服强度和抗拉强度。 抗拉强度Rm：材料断裂前所承受的最大应力值。
计算公式如下： Rm = Fb / SO
Fb──试样承的最大载荷（N）； S0──试样原始横截面积（mm2）； Rm ──抗拉强度（MPa）。
HRB用于测量低硬度材料, 如有 色金属和退火、正火钢等。
HRC用于测量中等硬度材料，如 调质钢、淬火钢等。
第一章 金属材料的力学性能
力学性能：金属材料在外力作用时表现来的性能。 力学性能包括强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。
在机械设备及工具的设计、制造中选用金属材料时， 大多以力学性能为主要依据，因此熟悉和掌握金属材料的 力学性能是非常重要的。力学性能不仅是本章学习的重点， 同时也是整个教材的学习重点，希望同学们要努力学习掌 握好这些内容。先来学习准备知识。
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第一次是我国商周时期青铜冶铸技术大发展。
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绪论
第二次是我国战国秦汉时期冶铁与生铁炼钢技 术的大发展。
第三次是18世纪欧洲近代冶金技术的大发展。
材料技术与能源技术和信息技术一起构成了现 代文明的三大支柱。 材料的分类 两分法：将材料分为有机材料和无机材料两大 类。
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绪论
三分法：是最常用的材料分类方法，将材料分
为金属材料、无机非金属材料和有机材料三大
类。
四分法：将材料分为金属材料、无机非金属材
料、有机材料和复合材料四大类。 金属材料包括：黑色金属（钢和铁）及有色金 属。
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绪论
无机非金属材料主要包括：陶瓷、人工晶体、 玻璃、耐火材料、胶凝材料、碳素材料等。 有机材料主要包括：塑料、橡胶、胶粘剂等。 复合材料：由两种或两种以上不同组元构成的 多相材料。例如纤维增强复合材料；颗粒增强 复合材料；层状复合材料等。
第三节 金属的力学性能
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第一节 金属的拉伸试验
拉伸试验是工业上最广泛使用的力学性能试验方法 之一。通常在万能材料试验机上进行试验。
通过传感器测量拉伸试验中的载荷P与伸长量ΔL后， 由自动记录仪绘出P-ΔL关系曲线，称为拉伸曲线 或拉伸图。
拉伸过程中试样形状的变化
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第一节 金属的拉伸试验
工程材料
第一章 金属材料力学性能 第二章 金属晶体结构与塑性变形 第三章 金属结晶及合金相图 第四章 钢的热处理
第五章 钢铁材料及其应用
第六章 有色金属及应用 第七章 非金属材料 第八章 材料选择基础
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绪论
材料的重要性 材料是社会发展的物质基础，材料的发展往往 标志着时代的进步，如石器时代、铜器时代、 铁器时代等都是以材料来代表人类发展的不同 阶段。 人类冶金史至今已有6000多年，经历了三次大 的发展，其中两次发生在中国。
金属在外加载荷作用下的变形过程一般可分为三 个阶段，即弹性变形阶段、弹塑性变形阶段和断
裂阶段。
由金属的拉伸曲线 (P-L) 得到的应力-应变曲线
（-曲线， =P/F0，= L/L0）具有相同形状。
金属材料的拉伸曲线除低碳钢这种类型外，还有 其它不同的类型，如脆性材料铸铁的拉伸曲线。
境因素作用下所表现的行为。
金属材料常用的力学性能包括强度、硬度、塑
性和韧性等。
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第一章 金属材料力学性能
本章将介绍金属材料力学性能的基础知识， 并着重介绍表征金属材料力学行为的强度 ﹑硬度﹑塑性﹑韧性等性能指标的物理概 念及实际意义。
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第一章 金属材料力学性能
第一节 金属的拉伸试验 第二节 金属的弹性与塑性
汽车发动机和传动系示意图
绪论
3. 航空航天器
航空航天器用材：高合金耐热钢、镍基
高温合金、钛合金、铝合金、镁合金、
树脂基复合材料、碳/碳复合材料等。
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东 方 红 一 号 人 造 地 球 卫 星
航 天 飞 机
绪论
4. 仪器仪表材料 仪器仪表的壳体、轴类、凸轮、齿轮、蜗轮和 蜗杆等零件的常用材料为调质钢、铜合金、铝 合金、工程塑料等。 5. 热能设备材料 锅炉和汽轮机的主要零件如锅炉管道、汽包、 汽轮机叶片、转子和静子等都采用高合金耐热 钢、高温合金等制造。
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绪论
6. 化工设备材料
化工设备中的常用材料包括：合金钢 （不锈钢、耐热钢），有色金属及其合 金（铜合金、铝合金），非金属材料 （陶瓷、工程塑料）等。
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绪论
本门课程的重点：金属材料。 主要包括四方面内容：金属学；热处理；金属材料学； 金属力学性能 学习目标： 1. 了解和掌握金属材料成分组织和性能之间的关系。 2. 会运用热处理工艺改变金属材料的组织和性能,满足生 产需要。
本课程教材
3 何庆复。机械工程材料及选用。中国铁道出版社，北京，2008
主要参考书
1. 朱张校，姚可夫。工程材料（第五版）。清华 大学出版社，北京，2011
2. 庄哲峰。工程材料及其应用。华中科技大学出 版社，武汉，2013 3. 付广艳。机械工程材料。北京理工大学出版社， 北京，2014
4. 王正品，李炳。工程材料。机械工业出版社， 北京，2012
联接件、传动件、轴承等零件的常用材料有钢、
铸铁、铜合金、工程塑料等。
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机 床 零 件
绪论
2. 汽车
汽车用材以金属材料为主，塑料、橡胶、陶瓷
等非金属材料也占一定的比例。
发动机缸体、缸盖、缸套、活塞、连杆、气门、
半轴、齿轮等典型零件常用金属材料有调质钢、 渗碳钢、铸铁、铸铝、轴瓦合金等。
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3. 会合理选择和应用金属材料。
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绪论
非金属材料
1. 熟悉特种陶瓷的பைடு நூலகம்能特点、改善性能的途径和应用。 2. 熟悉常用高分子材料的特性、应用及制品。了解合成纤 维、橡胶和胶粘剂的性能特点和用途.
复合材料
1. 了解复合材料复合机制和原则。 2. 熟悉常用复合材料的性能，了解应用。
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工程材料
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主要参考书
5. 戈晓岚。机械工程材料（第二版）。北京大学 出版社，北京，2013
6. 魏小胜。工程材料（第二版）。武汉理工大学 出版社，武汉，2013 7. 韩永生。工程材料性能与选用。机械工业出版 社，北京，2013 8. 崔占全，孙振国。工程材料（第二版）。机械 工业出版社，北京，2011
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第一章 金属材料力学性能 第二章 金属晶体结构与塑性变形 第三章 金属结晶及合金相图 第四章 钢的热处理
第五章 钢铁材料及其应用
第六章 有色金属及应用 第七章 非金属材料 第八章 材料选择基础
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第一章 金属材料力学性能
金属材料的使用性能包括物理、化学、工艺和 力学性能，对于工程材料来说，最重要的是力 学性能和工艺性能。 金属材料的力学性能是指金属在外加载荷或环
以上各种材料广泛用于工业生产的各个领域。
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绪论
工程材料？
工程材料是工业生产中用作结构和机械零件的
材料。
工程材料的应用：机床等各种机械、汽车等各
种交通工具、飞机、火箭等各种航空航天器、 仪器仪表、热能设备、化工设备等各类设备。
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绪论
1. 机床
机床的零部件很多，机身和底座、齿轮、轴类、