金属材料的力学性能最新版
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❖ 常用的力学性能有：强度、刚度、弹性、 塑性、硬度、冲击韧性及疲劳极限等。
精品课件
强度与塑性
❖ 强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性 变形和断裂的能力。
❖ 塑性是指金属材料在静载荷作用下产生塑性变 形而不致引起破坏的能力。
❖ 金属材料的强度和塑性的判据可通过拉伸试验 测定。
精品课件
一、拉伸实验
性变形的能力。 ❖ 铸铁等脆性材料拉伸过程中一般不出现缩颈现象，
抗拉强度就是材料的断裂强度。 ❖ 断裂是零件最严重的失效形式，所以，抗拉强度也
是机械工程设计和选材的主要指标，特别是对脆性 材料来讲。
精品课件
精品课件
4.强度的意义
❖ 强度是指金属材料抵抗塑性变形和断裂的能 力，一般钢材的屈服强度在200～1000MHale Waihona Puke Baidua 之间。
精品课件
❖ 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。
❖ 按照载荷的性质，材料强度有静强度、疲劳强度等； 按照环境条件，材料强度有常温强度、高温强度等， 高温强度又包括蠕变极限和持久强度。
❖ 除了上述材料强度外，还有机械零件和构件的结构 强度。
❖ 工程上常用的强度指标有强度指标有屈服强度、规 定残余延伸强度、抗拉强度等。
精品课件
2.屈服强度
（1） 屈服现象
❖ 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。当外力
增加到一定数值时突然
下降，随后，在外力不
增加或上下波动情况下，
试样继续伸长变形，在
力－伸长曲线出现一个
波动的小平台，这便是
屈服现象。
精品课件
（2）屈服强度
第一章 金属材料的力学性能
精品课件
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 能力及发生变形的能力。
❖ 国标GB228-2002规定，一般规定以试样达
到一定残余伸长率对应的应力作为材料的屈
服强度，称为规定残余延伸强度，通常记作
Rr。例如Rr0.2表示残余伸长率为0.2%时的应
力。
精品课件
❖ 例如Rr0.2 表示规定残余延伸率为0.2％时的应力。
其计算公式为：
Rr0.2＝F0.2 / S0 （N/ mm2） 式中：F0.2－残余延伸率达0.2％时的载荷
❖ 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：
R eH
F eH S0
R eL
F eL S精品课件0
精品课件
（3） 规定残余延伸强度
❖ 对于高碳淬火钢、铸铁等材料，在拉伸试验 中没有明显的屈服现象，无法确定其屈服强 度。
（N）；
S0－试样原始横截面积（mm2）。
精品课件
R = r0.2
F0.2 S0
F
F0.2
0 0.2%L0
ΔL
精品课件
❖ 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Rr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。
精品课件
断面收缩率：试样拉断后，颈缩处的横截面积的缩减量与原 始横截面积的百分比。
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断后伸长率（ A ）
❖ ReL 和Rr 常作为零件选材和设计的依据。
❖ 传统的强度设计方法，对韧性材料，以屈服
强度为标准，规定许用应力[σ]= ReL /n，安
全系数n一般取2或更大。
精品课件
3.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
Rm=
Fb S0
精品课件
❖ 抗拉强度Rm的物理意义是塑性材料抵抗大量均匀塑
❖ 强度越高，表明材料在工作时越可以承受较 高的载荷。当载荷一定时，选用高强度的材 料，可以减小构件或零件的尺寸，从而减小 其自重。
❖ 因此，提高材料的强度是材料科学中的重要 课题，称之为材料的强化。
精品课件
三、塑性
（一） 定义 金属材料断裂前发生永久变形的能力。
（二）衡量指标 伸长率：试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比。
精品课件
❖ 材料强度的大小通常用单位面积上所承受 的力来表示，其单位为N/m2(Pa)，但Pa 这个单位太小，所以实际工程中常用MPa （MPa=106Pa）作为强度的单位。
❖ 一般钢材的屈服强度在200～2000MPa 之间，如建造2008年北京奥运会主体育 场“鸟巢”外部钢结构的Q460E钢，其屈 服强度为460MPa。
应力 = P/F0 应变 = (l-l0)/l0
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二、强度
1.弹性极限σe
弹性极限是指在产生完全弹性变形时材料所能承受的最 大应力，即：
e
Fe Ao
式中Fe——试样完全弹性变形时所能承受的最大载荷，N ； Ao——试样原始截面积，mm2。
精品课件
在实际工程应用中，在最大许用应力条件下是否 产生或产生多大微量塑性变形是重要的，具有实际 意义。
（GB/T228-2002）
精品课件
1. 拉伸试样（GB6397-86 ）
长试样：L0=10d0 短试样：L0=5d0
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万能材料试验机 a) WE系列液压式 b) WDW系列电子式
精品课件
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2. 力－伸长曲线 拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线。
弹性变形阶段 屈服阶段 强化阶段 颈缩现象
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(a)试样 (b)伸长 (精c品)产课件生缩颈 (d)断裂
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
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3. 脆性材料的拉伸曲线（与低碳钢试样相对比）
F
0
ΔL
脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。
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精品课件
精品课件
❖ 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。
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力学性能
❖材料在力的作用下，诸如不同载荷所造成 的弹性变形、塑性变形、断裂（脆性断裂、 韧性断裂、疲劳断裂等）以及金属抵抗变 形和断裂能力的衡量指标。
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强度与塑性
❖ 强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性 变形和断裂的能力。
❖ 塑性是指金属材料在静载荷作用下产生塑性变 形而不致引起破坏的能力。
❖ 金属材料的强度和塑性的判据可通过拉伸试验 测定。
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一、拉伸实验
性变形的能力。 ❖ 铸铁等脆性材料拉伸过程中一般不出现缩颈现象，
抗拉强度就是材料的断裂强度。 ❖ 断裂是零件最严重的失效形式，所以，抗拉强度也
是机械工程设计和选材的主要指标，特别是对脆性 材料来讲。
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4.强度的意义
❖ 强度是指金属材料抵抗塑性变形和断裂的能 力，一般钢材的屈服强度在200～1000MHale Waihona Puke Baidua 之间。
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❖ 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。
❖ 按照载荷的性质，材料强度有静强度、疲劳强度等； 按照环境条件，材料强度有常温强度、高温强度等， 高温强度又包括蠕变极限和持久强度。
❖ 除了上述材料强度外，还有机械零件和构件的结构 强度。
❖ 工程上常用的强度指标有强度指标有屈服强度、规 定残余延伸强度、抗拉强度等。
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2.屈服强度
（1） 屈服现象
❖ 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。当外力
增加到一定数值时突然
下降，随后，在外力不
增加或上下波动情况下，
试样继续伸长变形，在
力－伸长曲线出现一个
波动的小平台，这便是
屈服现象。
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（2）屈服强度
第一章 金属材料的力学性能
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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 能力及发生变形的能力。
❖ 国标GB228-2002规定，一般规定以试样达
到一定残余伸长率对应的应力作为材料的屈
服强度，称为规定残余延伸强度，通常记作
Rr。例如Rr0.2表示残余伸长率为0.2%时的应
力。
精品课件
❖ 例如Rr0.2 表示规定残余延伸率为0.2％时的应力。
其计算公式为：
Rr0.2＝F0.2 / S0 （N/ mm2） 式中：F0.2－残余延伸率达0.2％时的载荷
❖ 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：
R eH
F eH S0
R eL
F eL S精品课件0
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（3） 规定残余延伸强度
❖ 对于高碳淬火钢、铸铁等材料，在拉伸试验 中没有明显的屈服现象，无法确定其屈服强 度。
（N）；
S0－试样原始横截面积（mm2）。
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R = r0.2
F0.2 S0
F
F0.2
0 0.2%L0
ΔL
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❖ 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Rr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。
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断面收缩率：试样拉断后，颈缩处的横截面积的缩减量与原 始横截面积的百分比。
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断后伸长率（ A ）
❖ ReL 和Rr 常作为零件选材和设计的依据。
❖ 传统的强度设计方法，对韧性材料，以屈服
强度为标准，规定许用应力[σ]= ReL /n，安
全系数n一般取2或更大。
精品课件
3.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
Rm=
Fb S0
精品课件
❖ 抗拉强度Rm的物理意义是塑性材料抵抗大量均匀塑
❖ 强度越高，表明材料在工作时越可以承受较 高的载荷。当载荷一定时，选用高强度的材 料，可以减小构件或零件的尺寸，从而减小 其自重。
❖ 因此，提高材料的强度是材料科学中的重要 课题，称之为材料的强化。
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三、塑性
（一） 定义 金属材料断裂前发生永久变形的能力。
（二）衡量指标 伸长率：试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比。
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❖ 材料强度的大小通常用单位面积上所承受 的力来表示，其单位为N/m2(Pa)，但Pa 这个单位太小，所以实际工程中常用MPa （MPa=106Pa）作为强度的单位。
❖ 一般钢材的屈服强度在200～2000MPa 之间，如建造2008年北京奥运会主体育 场“鸟巢”外部钢结构的Q460E钢，其屈 服强度为460MPa。
应力 = P/F0 应变 = (l-l0)/l0
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二、强度
1.弹性极限σe
弹性极限是指在产生完全弹性变形时材料所能承受的最 大应力，即：
e
Fe Ao
式中Fe——试样完全弹性变形时所能承受的最大载荷，N ； Ao——试样原始截面积，mm2。
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在实际工程应用中，在最大许用应力条件下是否 产生或产生多大微量塑性变形是重要的，具有实际 意义。
（GB/T228-2002）
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1. 拉伸试样（GB6397-86 ）
长试样：L0=10d0 短试样：L0=5d0
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万能材料试验机 a) WE系列液压式 b) WDW系列电子式
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2. 力－伸长曲线 拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线。
弹性变形阶段 屈服阶段 强化阶段 颈缩现象
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(a)试样 (b)伸长 (精c品)产课件生缩颈 (d)断裂
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
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3. 脆性材料的拉伸曲线（与低碳钢试样相对比）
F
0
ΔL
脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。
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❖ 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。
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力学性能
❖材料在力的作用下，诸如不同载荷所造成 的弹性变形、塑性变形、断裂（脆性断裂、 韧性断裂、疲劳断裂等）以及金属抵抗变 形和断裂能力的衡量指标。