什么是金属的力学性能.
2.2金属的力学性能
30
<140 非铁 金属 >130
10 30
12 30
36～130 8～35
10 2.5
30 60
3、表示方法
XXX HBS(W) XX / XXX / XX
硬度值 试验力保持 压头直径（mm ） 实验力（N） G=mg(g=9.807) 表示用直径5mm硬质合金球在7355N试验力作用下保持 10~15s测得的布氏硬度值为500 表示用直径10mm钢球压头在9807N试验力作用下保持30s 测得的布氏硬度值为120
除低碳钢、中碳钢及少数合金钢有屈服现象外，对于 大多数没有明显的屈服现象的金属材料。 定义：条件屈服强度： Rp0.2（ σ0.2 指出： 是工程技术中最重要的机械性能指标之一；
）
规定：产生0.2%残余伸长时的应力作为条件屈服强度。
是设计零件时作为选用金属材料的重要依据。
• 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。
• ReL 和Rp0.2 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。
3）抗拉强度
定义：指在外力作用下由产生大量塑性变形到断裂前所承受的
最大应力，故又称强度极限。 公式：
Fm Rm 或 S0
菏泽高级技工学校
想一想：
1、金属材料受力后会有什么反应？
2、金属的力学性能的指标一般有哪些？ 怎样获得这些指标？
3、金属材料为什么会发生断裂？
§2-2金属的力学性能
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。
工程材料复习题问答分析题-2
四、问答题1、什么是金属的力学性能金属的力学性能主要包括哪些方面？材料在一定温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能。
材料的常规力学性能指标主要包括强度、硬度、塑性和韧性等。
2、什么是钢的热处理常用热处理方法有哪几种？通过对钢件作一定条件的加热、保温和冷却，从而改变整体或表层的组织，获得所需的性能。
常用热处理方法有：退火、正火、淬火和回火。
3、钢按化学成分可分为哪几类？钢按化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。
其中，碳素钢按含碳量的多少分低碳钢、中碳钢、高碳钢；合金钢按合金元素种类分锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢，按合金元素含量的多少分低合金钢、中合金钢、高合金钢。
4、灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁在组织上的根本区别是什么？四种材料的在组织上的根本区别是铸铁中的石墨的形态不同（形状、大小、数量、分布等），灰铸铁的石墨是片状，球墨铸铁的石墨是球状，可锻铸铁的石墨是团状，蠕墨铸铁的石墨是虫状。
5、硬质合金的主要组成是什么常用硬质合金分哪几类各有何主要应用？硬质合金的主要组成是难熔金属碳化物和粘结金属。
常用硬质合金分为钨钴类硬质合金(代号YG)和钨钴钛类硬质合金(代号YT) 两种。
YG合金多用于加工产生断续切屑的的脆性材料(如铸铁)，YT合金多用于加工产生连续切屑的韧性材料，特别是高速切削钢件。
分析下列材料强化方法的强化机理1、细晶强化：晶界增加提高强度2、热处理强化改变组织结构提高强度3、固溶强化晶格变形提高强度4、合金强化固溶强化和碳化物强化&5、加工硬化位错增加提高强度1.在铸造生产中，采用哪些措施获得细晶粒组织答：(1) 增加过冷度（2）进行变质处理(3) 附加振动2.说明实际金属晶体缺陷种类及特征。
答：根据晶体缺陷的几何尺寸大小可分为三类：点缺陷，线缺陷，面缺陷。
点缺陷的主要类型有空位和间隙原子。
晶体中的线缺陷就是位错。
面缺陷包括晶界、亚晶界和孪晶界。
》3.简述石墨形态对铸铁的影响答：根据铸铁中石墨形态,铸铁可分为: (1)灰铸铁它是以片状石墨形式存在。
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。
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）。
力学性能
力学性能金属材料的力学性能是指金属在外加载荷（外力或能量）作用下或载荷与环境因素（温度、介质和加载速度）联合作用下所表现的行为。
力学性能通常表现为金属的变形和断裂，可以理解为金属抵抗外加载荷引起的变形和断裂的能力。
力学性能取决于材料的化学成分、组织结构、冶金质量、残余应力及表面和内部缺陷等内在因素，但载荷性质、应力状态、温度和环境介质等外在因素对力学性能也有很大影响。
1.拉伸试验拉伸实验是材料力学实验中最重要的实验之一。
任何一种材料受力后都要产生变形，变形到一定程度就可能发生断裂破坏。
材料在受力——变形——断裂的这一破坏过程中，不仅有一定的变形能力，而且对变形和断裂有一定的抵抗能力，这些能力称为材料的力学机械性能。
通过拉伸实验，可以确定材料的许多重要而又最基本的力学机械性能。
例如：弹性模量E、比例极限R p、上和下屈服强度R eH和R eL、强度极限R m、延伸率A、收缩率Z。
弹性阶段oa应力—应变呈线性关系（虎克定律），变形可逆，无论加力或卸力期间应力与应变之间保持单值线性关系，变形量比较小，一般不超过0.5—1%。
弹性直线段最高点的应力称理论比例极限，从理论上讲过此点应力—应变偏离虎克定律。
过了比例极限为滞弹性（或非线性弹性）范围，其结束点称为理论弹性极限，超过它微塑性应变发生，或微屈服应变发生。
弹性模量（E）的概念：在弹性变形阶段，应力与应变成正比关系，其比例因子既为弹性模量，它是表征残留弹性变形抗力的力学指标。
即弹性直线段的斜率。
工程上，弹性模量是度量残留刚度的指标，其值越大，在相同应力下产生的弹性变形量越小。
塑性变形阶段（ad）：过了弹性极限段是屈服前的微塑性应变阶段。
接下来便是不连续屈服（或连续屈服）阶段，最高点是应变暴发性增长的点，屈服应变突然增加（连续屈服无此现象），致使应变速率高于试验机位移速率，导致应力减小或应力并不增加，保持相对平稳状态，但塑性应变在增加。
屈服结束便是均匀塑性变形阶段，也称应变硬化阶段，应力单值增加，应变是均匀和连续的微观分析屈服显现.由于间隙原子C、N所形成的柯氏气团对位错有很强的钉扎作用，必须在较大的外加应力下才能使位错挣脱气团的钉扎而移动，这一应力值就是应力应变曲线上的上屈服点，位错一旦挣脱气团的钉扎，就可以在较低的应力下运动，这就是下屈服点，此时试样继续延伸而应力保持定值或作微小波动，这就是屈服齿或屈服平台失稳断裂阶段（de）：过了塑性应变硬化阶段，便是非均匀塑性变形阶段，分为分散性失稳和集中性失稳阶段。
金属的力学性能
(2)抗拉强度：试样在断裂前所能承受的最大应力。 抗拉强度：试样在断裂前所能承受的最大应力。 抗拉强度
1）、它表示材料抵抗断裂的能力。 ）、它表示材料抵抗断裂的能力。 ）、它表示材料抵抗断裂的能力 2）、是零件设计的重要依据；也是评定 ）、是零件设计的重要依据； ）、是零件设计的重要依据 金属强度的重要指标之一。 金属强度的重要指标之一。
拉伸试样
第一节 强度和塑性
• 2.拉伸过程 拉伸过程
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
拉伸试验机
3.拉伸曲线 拉伸曲线
F
e p s b k
拉伸的四个阶段
1、oe段: 弹性变形阶段。(op段：比 例 弹性变形阶段；pe段：非比例弹性变 形阶段；) 2、es段：屈服阶段。平台或锯齿。 3、sb段：强化阶段。均匀塑性变形阶段。 *b点：形成了“缩颈”。 ∆l
σe σs σb
F σb = A
b
试样断裂前的最大载荷(N) 试样断裂前的最大载荷 ( M Pa )
0
试样原始横截面积( 试样原始横截面积 mm2)
三、塑性: 塑性
是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。 是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。 1、断面收缩率: 是指试样拉断处横截面积的收 、断面收缩率 与原始横截面积A 缩量∆ A与原始横截面积 0之比。 与原始横截面积 之比。 A0 - A 1 ψ = ——-—× 100% × A0 2、伸长率 是指试样拉断后的标距伸长量∆ L 、伸长率: 与原始标距L 之比。 与原始标距 0之比。 l 1 - l0 δ = ——-—× 100% × l0
e
σe 3.弹性极限 弹性极限: 弹性极限 Fe σe = A0 弹性极限载荷( 弹性极限载荷 N ) ( M pa ) 试样原始横截面积( 试样原始横截面积 mm2)
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(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
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
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。
金属材料的力学性能与应用
金属材料的力学性能与应用金属材料是工业生产和生活中广泛使用的一类材料。
它们具有许多优良的物理、化学和力学特性，如高强度、韧性、导电性和导热性等，因此受到了广泛的关注和应用。
而金属材料的力学性能也是其应用的重要方面之一。
在本文中，将介绍金属材料的力学性能与应用方面的内容。
一、金属材料的力学性能1. 弹性模量弹性模量是衡量材料抵抗形变的能力的物理量。
对于金属材料来说，弹性模量可以反映其刚度和弹性力量。
与其他材料相比，金属材料通常具有较高的弹性模量，这也是它们具有极高的强度和刚度的原因之一。
2. 屈服强度屈服强度是指材料在受力时出现塑性变形的临界点，即开始改变形状的应力值。
对于金属材料来说，屈服强度是其材料强度的重要指标之一。
一般来说，同一种金属材料的屈服强度会因为制备和温度等因素而有所差异。
3. 延展性和脆性金属材料的延展性和脆性也是其力学性能的重要指标。
延展性是指材料在受力时能够发生塑性变形之前所允许的最大形变量。
而脆性则是指金属材料受到应力时的断裂倾向。
在实际应用中，延展性高、脆性低的金属材料常常被用于材料弯曲和拉伸等需要高度变形的应用中。
4. 硬度硬度是反映金属材料在表面受损之前所能抵抗划痕、压痕和穿刺的程度。
对于需要承受较高应力的金属材料来说，硬度往往是其要求之一。
硬度值可以通过多种方式来确定，如钻头试验、Vickers硬度测试等。
二、金属材料的应用1. 制造业在制造业中，金属材料的应用非常广泛。
例如，汽车制造领域的车体和发动机部件常常采用高强度、高硬度的铝合金和钢材等金属材料。
电子设备的机器外壳、接口和散热器等也需要采用金属材料。
此外，飞机、船舶、火车等交通运输领域中，许多结构件也用金属材料制成。
2. 倍增和火器在军事领域，金属材料的应用也非常广泛。
例如，汽车补给车和坦克等军事车辆，大多数结构件都是金属材料制成的。
同样，步枪、手枪、火箭筒等武器的弹片材料也是金属材料。
3. 城市建设在城市建设中，金属材料也有着重要的应用。
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
机械制造基础 第二版 孙学强
1-1什么是金属的力学性能?根据载荷形式的不同，力学性能主要包括哪些指标?答：金属材料在各种不同形式的载荷作用下所表现出来的特性叫做金属的力学性能。
力学性能主要包括：强度、塑性、硬度、冲击韧度等。
1-2什么是强度?什么是塑性?衡量这两种性能的指标有哪些?各用什么符号表示?答：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。
塑性：金属材料在外力作用下发生塑性变形而不破坏的能力称为塑性。
强度衡量指标：弹性极限：金属材料能保持弹性变形的最大应力，用σe表示屈服强度：材料产生屈服现象时的最小应力，用σs表示抗拉强度：试样断裂前能够承受的最大应力，用σb表示塑性衡量指标：伸长率：试样拉断后的标距伸长量与原始标距的百分比，用δ表示断面收缩率：试样拉断后横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比，用ψ表示1-4什么是硬度?HBW、HRA、HRB、HRC各代表什么方法测出的硬度?答：金属材料抵抗更硬的物体压入其内的能力称为硬度。
HBW硬质合金球布氏硬度试验HRA120°的金刚石圆锥洛氏硬度表示方法HRB直径为1.588mm的淬火钢球洛氏硬度表示方法HRC120°的金刚石圆锥洛氏硬度表示方法1-6什么是冲击韧度?AK和αKV各代表什么?答：金属材料抵抗冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力称为冲击韧度。
AK代表冲击吸收功αKV代表冲击韧度值1-7什么是疲劳现象?什么是疲劳强度?答：金属材料在交变应力的作用下，经过长时间工作发生破坏的现象称为疲劳现象。
疲劳强度：材料在无数次交变载荷作用下而不破坏的最大应力值称为疲劳强度。
2-2解释下列概念：晶格、晶胞、晶格常数、晶粒、晶界、合金、组元、相、合金系。
晶格：为了形象地表示晶体中原子排列的规律，可以将原子简化成一个点，用假想的线将这些点连接起来，就形成了反映原子排列的空间格子。
晶胞：能够完整地反映晶格特征的最小几何单元称为晶胞。
晶格常数：不同元素的原子半径大小不同，在组成晶胞后，晶胞大小是不同的，晶胞的大小和形状可用棱边长度a、b、c及棱边夹角α、β、γ表示。
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1–1 什么是金属的力学性能?根据载荷形式的不同，力学性能主要包括哪些指标?1–2 什么是强度?什么是塑性?衡量这两种性能的指标有哪些?各用什么符号表示?1–3 什么是硬度？常用硬度试验方法有哪几种？1–4 低碳钢做成的d o=10 mm的圆形短试样经拉伸试验，得到如下数据：F s＝21000N，F b=35000N，l1＝65mm，d1=6mm。
试求低碳钢的σs、σb、δ5、、ψ。
1–5 选择下列材料的硬度测试方法：(1) 调质钢；(2) 手用钢锯条；(3) 硬质合金刀片；(4) 灰铸铁件；（5）淬火钢件。
1–6 什么是冲击韧度? A KV和a KV各代表什么?1–7 什么是疲劳现象? 什么是疲劳强度?2–1 名词解释晶体晶格晶胞晶粒晶界结晶合金组元合金系相组织2–2 常见纯金属的晶格类型有哪几种？其晶胞特征怎样？2–3 什么叫单晶体？什么叫多晶体？两者在性能方面各有什么特点？2–4 实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷？对性能有何影响？2–5 什么是过冷和过冷度？过冷度与冷却速度有什么关系？2–6 金属结晶时，影响晶粒大小的主要因素是什么？2–7 试述纯金属的结晶过程。
2–8 什么叫同素异构转变？试画出纯铁的结晶冷却曲线和晶体结构变化图。
2–9 什么是固溶体？什么是金属化合物？试述它们的结构特点及性能特点。
2–10 强化金属的基本途径有哪几条？3–1 名词解释热脆冷脆沸腾钢镇静钢碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢3–2 什么叫铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体？其性能特点怎样？3–3 固态铁碳合金有哪几种基本相和基本组织？3–4 画出Fe–Fe3C相图，并分析45钢、T12钢由液态缓冷至室温时所得的平衡组织。
3–5 在平衡条件下，45、T8、T12钢的强度、塑性、及硬度谁大谁小？含碳量对铁碳合金的组织、性能有何影响？3–6 为什么说碳钢中的硅和锰是有益元素？而硫和磷是有害元素？3–7 指出20、45Mn、60、Q235A、T8各属于哪一类钢？试述其牌号的含义。
4–1．名词解释：退火、正火、淬火、回火、调质处理、完全退火、球化退火、等温淬火、淬透性、淬硬性、过热、过烧、临界冷却速度、回火脆性、冷处理。
4–2．什么叫热处理？说明热处理的目的及基本类型。
4–3．热处理过程分为哪几个阶段？绘出热处理工艺示意图。
4–4．绘出T8钢的C曲线，说明各个区和各条线的意义。
并说明奥氏体在不同过冷度下转变产物的组织、形态及性能特点。
4–5．普通热处理（又称整体热处理）包括哪几种？其目的各是什么？4–6．什么是马氏体？怎样获得马氏体？马氏体组织分哪两种？其性能特点如何？4–7．试用C曲线来说明同一种钢退火、正火、淬火后性能为什么不同？4–8．什么叫临界冷却速度？它对钢的淬火有何重要意义？它与淬透性有何关系？4–9．为改善20、45、T10三种碳钢的切削加工性能，应分别选用何种热处理方法？4–10．指出下列零件的锻造毛坯进行正火的主要目的及正火后的显微组织：（1）20钢齿轮；（2）45钢小轴；（3）T12钢锉刀。
4–11．为了预测φ25mm共析钢棒的正火作用，试比较（1）Fe–Fe3C相图；（2）TTT 曲线；（3）CCT曲线的适用性。
4–12．指出下列碳钢的预备热处理并确定其淬火温度。
碳钢号为20、40、60、65、T8、T10、T12。
4–13．对理想淬火冷却介质的要求是什么？常用淬火剂及其应用各是什么？4–14．叙述常用的淬火方法及其应用。
4–15．试确定下列工件的淬火及回火温度，并说明其回火获得的组织及大致硬度：（1）45钢小轴（要求综合力学性能）；（2）60弹簧钢；（3）T12锉刀4–16．叙述三种回火方法所获得的组织、性能特点及其应用？4–17．同一种钢材经调质处理和正火处理后硬度相同时，两者在组织和性能上是否相同？4–18．用两种不同的钢制造φ75mm轴，一种完全淬透，另一种淬硬层为5mm，二者高温回火后的硬度相同，均为228HBS，试问它们综合性能是否相同，为什么？4–19．退火和回火都可以消除内应力，在生产中能否通用，为什么？4–20．淬火钢为什么一定要回火？4–21．淬硬性、淬透性有何区别？主要影响因素有哪些？4–22．什么是表面淬火？感应加热表面淬火的原理是什么？4–23．什么是化学热处理？其基本过程是什么？常用的化学热处理方法有哪几种？4–24．现有低碳钢齿轮和中碳钢齿轮各一只，为了使齿轮表面具有高的硬度和耐磨性，问各应怎样热处理？比较热处理后它们在组织与性能上的异同点。
4–25．列表比较高频表面淬火、气体渗碳与气体渗氮的目的、温度、所用钢材、最终热处理和应用。
4–26．下列零件均选用锻造毛坯，试选择其热处理方法，并编写简明工艺路线，说明各热处理工序的主要作用：（1）机床变速箱齿轮，模数=4，要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，选用45号钢；（2）机床主轴，要求良好综合力学性能，轴颈部分要求耐磨，50～55HRC，选用45号钢；（3）汽车变速箱齿轮，要求表面高硬度、耐磨和高疲劳极限，心部具有良好的韧性，选用20CrMnTi钢；（4）在重载荷工作的镗床镗杆，要求精度很高，并在滑动轴承中运转，镗杆表面应具有极高硬度，心部应具有较高综合力学性能，选用38CrMoAl A钢。
4–27．为什么工件淬火后会产生变形或开裂？如何防止淬火变形和开裂？5–1．什么叫合金钢？常用合金元素有哪些？合金钢有哪些特点？5–2．合金元素在钢中存在形式有哪几种？对钢性能有何影响？5–3．为什么相同含碳量的合金钢比碳钢热处理加热温度高，且保温时间较长？5–4．为什么合金钢用油淬火，而碳钢用水淬火？5–5．为什么比较重要的大截面的结构零件都必须用合金钢制造？5–6．合金元素对钢的热处理有哪些影响？5–7．为什么合金钢淬透性比碳钢高？试比较20CrMnTi与T10钢的淬透性和淬硬性。
5–8．试列表说明常用合金结构钢的碳的质量分数范围、典型牌号举例、常用热处理、主要性能及用途。
5–9．刃具的工作条件如何？对刃具钢有何性能要求？5–10．高速钢（W18Cr4V）成分特点、主要性能特点、热处理特点各是什么？5–11．高速钢为什么采用高温淬火和多次高温回火？为什么回火后硬度反而增高？5–12．用W18Cr4V钢制造盘形铣刀，试制定热处理工艺规范，编写加工工艺路线，说明各热加工工序的目的，写出使用状态下的组织。
5–13．合金钢与碳钢相比，为什么它的力学性能好？热处理变形小？并且合金工具钢的耐磨性、热硬性也比碳素工具钢高？5–14．不锈钢分哪几类？各有何用途？5–15．如何提高钢的耐蚀性？不锈钢成分有何特点？GCr15、Cr12是不锈钢吗？5–16．奥氏体不锈钢和耐磨钢淬火的目的与一般钢的淬火目的有何不同？5–17．耐磨钢与淬火工具钢的耐磨原理有何不同？应用场合有何不同？5–18．用钢的分类和编号原则，说明下列牌号的含义：Q235A、Q345B 、16Mn、20CrMnTi、38CrMoAl、15Mn、40Cr、40MnB、60Si2Mn、50CrV A、GCr15、9SiCr、CrWMn、W18Cr4V、5CrMnMo、Cr12、SM3Cr2Mo、2Cr13、1Cr18Ni9Ti、ZGMn13。
5–19．要制造机床主轴、拖拉机后桥齿轮、铰刀、汽车板簧等，请选择合适的钢种，并提出热处理工艺，编制简明加工工艺路线。
其最后组织是什么？性能如何？5–20．试述固溶强化、加工硬化、细晶强化、弥散强化的强化机制，并说明它们的区别。
6–1．解释下列名词：白口铸铁、灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、石墨化、孕育处理、人工时效、自然时效、振动时效。
6–2．什么叫铸铁？铸铁根据什么分类？分为哪几类？6–3．铸铁中石墨是怎样产生的？影响石墨化的因素是什么？6–4．铸造时为什么“三低（碳、硅、锰含量低）一高（硫含量高）”的铸铁容易形成白口？同一灰铁铸件中表层或薄壁处常出现高硬度层，机械加工困难，说明原因及消除办法。
6–5．按基体组织不同，灰铸铁分哪几类？灰铸铁有何性能特点？6–6．孕育铸铁与普通铸铁相比较，其组织和性能有何特点？6–7．为什么一般机器的支架、机床床身均用灰铸铁制造而不用碳钢？6–8．同样大小和形状的三块铁碳合金，其中一块是低碳钢，一块是灰铸铁，一块是白口铁，用什么简便方法可迅速将它们区分开来？6–9．简述可锻铸铁的生产方法、组织、性能特点及用途。
6–10．为什么球墨铸铁的强度和韧性要比灰铸铁、可锻铸铁高？6–11．说明下列铸铁的类别及牌号中字母和数字的含义：HT150、HT300、KTH300–06、KTZ450–06、QT400–18、QT60–03、RuT2606–12．选择下列铸件的铸铁类型，并写出一个牌号：机床床身、汽车发动机汽缸套、活塞环、弯头、三通、柴油机曲轴、汽车后桥螺旋锥齿轮、炉条、排气管。
6–13．铸铁热处理与钢热处理相比有哪些特点？灰铸铁、球铁常用哪些热处理方法？6–14．什么叫合金铸铁？常用合金铸铁有哪几种？7-1．常用有色金属材料有哪些?各自的主要性能特点是什么?7-2．为下列零件选一到两种铝合金材料：(1)烧水的铝壶 (2)飞机用铆钉 (3)飞机大梁 (4)发动机缸体及活塞 (5)小电机壳体 (6)门窗7- 3．粉末冶金材料分为几类?各有何特点?7- 4．你认为理想的结构用金属材料应具有什么样的性能?应通过什么途径才能获得?7- 5．在生活中遇到一种材料，你通常凭什么判断它是不是金属?是什么种类的金属?学了本书，你认为你的判断依据正确吗?7- 6．在本章所学材料中，哪几种材料给你的影响最深刻，它们具备什么样的性能?主要用途是什么?7- 7．下列零件应选用何种材料较为合适?活塞、仪表弹簧、飞机蒙皮、重型汽车轴承、海轮螺旋桨、加工铸铁的车刀、弹壳。
8- 1．什么是高分子材料？工程上的高分子材料，根据其性质用途可分为哪几类？8- 2．塑料可分为几类？各有何用途？8- 3．试述陶瓷的分类与应用。
8- 4．试述复合材料的特性，举例说明玻璃钢的用途。
8- 5．为下列塑料零件选材(每类零件选出l～2种塑料)(1)机件外壳 (2)齿轮、蜗轮 (3)轴承、 (4)化工管道 (5)电器开关 (6)显示器外壳8- 6．为下列零件选材(选非金属材料)(1)自行车轮胎 (2)导线绝缘包皮 (3)燃气轮机(耐高温)叶片 (4)内燃机火花塞 (5)羽毛球拍 (6)洗衣机机身。
9-1．何谓功能材料？功能材料与结构材料相比有那些特点？9-2．何谓纳米材料?纳米材料的基本物理效应有哪些?9-3．纳米材料的基本单元有那些？9-4．举例说明常见功能材料的实际应用。
10-1．零件的失效形式主要有哪些？分析失效形式的目的是什么？10-2．选择材料应遵循的三原则是什么?10-3．在各类零件中分别举出1～2个零件，进行选材及热处理工艺安排。