金属材料的力学性能(表)
金属材料的力学性能
（1）测量值较精确，反复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）（2） 可测旳硬度值不高（3）不测试成品与薄件（4）测量费时，效率低
4、测量范围
用于测量调质钢、铸铁、非金属材料及有色金属材料等.
6
第一章 金属旳力学性能
引言：
第二节 硬度
1、定义：指材料局部体积内抵抗弹性、塑性变形、压 痕和划痕旳能力。它是衡量材料软硬程度旳指标，其物 理含义与试验措施有关。
2、硬度旳测试措施 （1）布氏硬度 （2）洛氏硬度 （3）维氏硬度
7
§1-2 硬度
一、布氏硬度
1、布氏硬度试验（布氏硬度计）
原理:用一定直径旳球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应旳试验力 压入待测材料表面，保持要求时间并到达稳定状态后卸除试验力，测量 材料表面压痕直径，以计算硬度旳一种压痕硬度试验措施。
布氏硬度计
返回
16
洛氏硬度计
返回
17
维氏硬度计
返回
18
布洛维氏硬度计
19
8
§1-2 硬度
二、洛氏硬度
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，在试验力旳作用下压入试样表面， 经要求时间后卸除试验力，用测量旳残余压痕深度增量来计算硬度旳一
种压痕硬度试验。
2、洛氏硬度值 出。如：50HRC 3、优缺陷
用测量旳残余压痕深度表达。可从表盘上直接读
（1）试验简朴、以便、迅速（2）压痕小，可测成品、薄件（3）数据 不够精确，应测三点取平均值（4）不能测组织不均匀材料，如铸铁。
4、测量范围
金属材料性能指标对照表
0.35~0.65
0.035
SP620(SP129) SP620(SP221)
>4
NES M 2020 NES M 2021
0.05~0.12 0.17~0.37 0.35~0.65 0.035
材料牌号性能对照表
≤0.025
分%
材料力学性能主要指标
B510L汽车大梁热连轧钢板，力学性能：抗拉强度σ b=510~610；伸长率：δ 10≥24%。 20冷轧优碳钢板，力学性能：S和P级抗拉强度σ b=355～500MPa；Z级抗拉强度σ b=355～500MPa；S级拉 延级别伸长率δ 10≥25%，P级拉延级别伸长率δ 10≥ 24%，Z级拉延级别伸长率δ 10≥26%。 SP129汽车内部零件用冷轧钢板，性能：抗拉强度σ b≥ 270MPa，屈服强度σ s=130～245MPa，伸长率δ =40～ 49%，厚度公差±0.09mm SP221汽车普通零件用热轧钢板，性能：抗拉强度σ b≥ 270MPa，屈服强度σ s=205～325MPa，伸长率δ =35～ 49%，厚度公差±0.15mm
金属材料牌号性能对照
序号 材料牌号
B510L
厚度(mm)
<8.00
材料标准
BZJ311-92
C
≤0.16
主要化学成分% Si Mn P
≤0.50 ≤1.60 ≤0.030
20
＜3
GB13237-91
0.17~0.23
0.17~0.37
0.35~0.65
0.035
＜4
0.05~0.12
0.17~0.37
等效材料标准
等效国家GB711-89部分牌号45
备注
企业标准
金属材料力学性能实验报告
金属材料力学性能实验报告姓名：班级：学号：成绩：实验名称实验一金属材料静拉伸试验实验设备1）电子拉伸材料试验机一台，型号HY-100802）位移传感器一个；3）刻线机一台；4）游标卡尺一把；5）铝合金和20#钢。
试样示意图图1 圆柱形拉伸标准试样示意图试样宏观断口示意图图2 铝合金试样常温拉伸断裂图和断口图（和试样中轴线大约成45°角的纤维状断口，几乎没有颈缩，可以知道为切应力达到极限，发生韧性断裂）图3 正火态20#钢常温拉伸断裂图和断口图（可以明显看出，试样在拉断之后在断口附近产生颈缩。
断口处可以看出有三个区域：1.试样中心的纤维区，表面有较大的起伏，有较大的塑性变形；2.放射区，表面较光亮平坦，有较细的放射状条纹；3.剪切唇，轴线成45°角左右的倾斜断口） 原始数据记录表1 正火态20#钢试样的初始直径测量数据（单位：mm ） 左 中 右 平均值 9.90 10.00 10.009.97 9.92 10.00 10.00 10.00 10.00 9.92左 中 右 平均值 8.70 8.72 8.68 8.69 8.68 8.70 8.70 8.64 8.72 8.70 表2 时效铝合金试样的初始直径测量数据（单位：mm ）两试样的初始标距为050 L mm 。
表3 铝合金拉断后标距测量数据记录（单位：mm ）AB BC AB+2BC 平均 12.32 23.16 58.64 58.7924.0217.4658.94测量20#钢拉断后的平均标距为u L =69.53 mm ，断口的直径平均值为u d =6.00 mm 。
测量得到铝合金拉断后的断面直径平均值为7.96mm 。
数据处理：1.20#钢正火材料（具有明显物理屈服平台的材料）20#钢正火材料试样的载荷-位移曲线试验结果见图4。
（1）由图可得各特征力值及对应的位移值分别为： 比例伸长力20.6 kN p F =；下屈服力24.5 kN el F =；最大力37.2 kN m F =； 断裂载荷27.1 kN F F =； 断裂后塑性伸长21.4 mm F L ∆=； 断裂后弹性伸长 2.4 mm e L ∆=。
金属材料力学性能
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。
金属材料的力学性能指标项目
2) 洛氏硬度 HR
洛氏硬度用符号HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002
根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为A、B、C。
HRC60：表示材料的硬度
3) 维氏硬度 HV
目 录
5、冲击韧度（冲击韧性）
材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力。
AKU =mg（H1 – H2）（J）
a K = AKU/S
N0— 循环基数
1
N0 N
钢： 有色金属：
影响疲劳强度的因素:内部缺陷、表面划痕、残留应力等
目 录
伸长率：
F
d0
F
l0
LБайду номын сангаас
dk
良好的塑性是金属材料进行 塑性加工的必要条件。
lk
目 录
3、刚
度
材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力称为刚度。
在弹性阶段： F l
所以：
E
E
比例系数E 称为弹性模量，它反映材料对弹性变形 的抗力，代表材料的“刚度” 。
E
— 材料抵抗弹性变形的能力越大。
弹性模量的大小主要取决于材料的本性，随温度升高而 逐渐降低。
目 录
4、硬
度
定义：材料抵抗表面局部弹塑性变形的能力。 1)布氏硬度 HB
HB 0.102 2F
D( D D 2 d 2 )
HB230 材料的b与HB之间的经验关系：
对于低碳钢: b(MPa)≈3.6HB 对于高碳钢： b(MPa)≈3.4HB 对于 铸铁： b(MPa)≈1HB或 b(MPa)≈ 0.6(HB-40)
指材料在外力作用下，产生屈服现象时的最小应力。
第一章 金属材料的力学性能
度
A、C标尺为100
B标尺为130
机 械 制
造
基
础
§1.2 硬度
第一章 金属材料的力学性能
二、洛氏硬度
标注——用符号HR表示， A标尺HRA B标尺HRB C标尺HRC
如： 42 HRA
机
械
硬度值 A标尺
制
造
基
础
§1.2 硬度
第一章 金属材料的力学性能
三、维氏硬度 测定原理——基本上和布氏硬度相同，只是所用 压头为金刚石正四棱锥体
冲击韧度高
机
•冲击能量高时， --材料的冲击韧度主要取决于材料的塑性，塑性高则
韧度高
械 制
造
基
础
第一章 金属材料的力学性能
第一章 金属材料的力学性能
§1.1 强度和塑性
§1.2 硬度
§1.3 冲击韧度
§1.4 疲劳强度
本章小结
机
械
制
造
基
础
§1.4 疲劳强度
第一章 金属材料的力学性能
疲劳强度
Sl110000%%Sl10lS0 110100%0%
Sl 二者的值越大塑性越好 00
lS0 0
机 械 制
原始原横始截标面距积
试样拉试断样后断的裂标处距截面积
造 基
础
第一章 金属材料的力学性能
第一章 金属材料的力学性能
§1.1 强度和塑性
§1.2 硬度
§1.3 冲击韧度
§1.4 疲劳强度
本章小结
第一章 金属材料的力学性能
由主金要属内材容料：制成的零、部件，在工作过
程中金都属要材承料受的外力力学性(或能称指载标荷和) 测作试用方而法产，
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。
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。
金属的力学性能
四、硬度
指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。 是衡量材料软硬程度的指标。 1、布氏硬度 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。
图4-2 布氏硬度试验原理图
4、应力
金属受外力作用时，为保持其不变形，在材料内部作用着与 外力相对抗的力，称为内力。
单位面积上的内力叫应力。（单位：pa——N/m2） σ=F/S F——外力 S——横截面积
二、强度
强度是金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。
根据载荷作用方式不同：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗 剪强度和抗扭强度。
图4-1 低碳钢的拉伸曲线图
伸长的现象叫做屈服。 Fs为屈服载荷。屈服后有明显的塑性变形。
⑶ sb—强化阶段
此阶段试样的变形是均匀 发生的。 Fb为试样拉伸试 验的最大载荷。
⑷bk——缩颈阶段（局部塑性变形阶 段） 当载荷达到最大值Fb后，试样的直径 发生局部收缩，称为缩颈。 工程上金属材料，多数没有明显的屈服现象。 铸铁不仅没有屈服现象，也没有缩颈。
金属的力学性能
一、相关概念
1、力学性能：金属在外力作用下所表现出来的性能。
2、载荷：金属材料在使用及加工中所受外力称为载荷。 静载荷：大小不变或变化过程缓慢的载荷。 冲击载荷：短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。 交变载荷：大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化的载荷。 3、变形：金属材料受到载荷作用而产生的几何形状和尺寸的变化。 材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完 全恢复原来形状的性质称为弹性。这种可恢复的变形称为弹性变形。 塑性变形：在外力的作用下产生变形，当施加的外力撤除或消失后该物 体不能恢复原状的一种物理现象。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能(总6页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除复习旧课1、材料的发展历史2、工程材料的分类讲授新课第一章金属材料的力学性能材料的性能有使用性能和工艺性能两类使用性能是保证工件的正常工作应具备的性能，主要包括力学性能、物理性能、化学性能等。
工艺性能是材料在被加工过程中适应各种冷热加工的性能，包括铸造性能、锻压性能、焊接性能、热处理性能、切削加工性能等。
力学性能是指金属在外力作用下所显示的性能能。
金属力学性能指标有：强度、刚度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。
第一节刚度、强度与塑性一、拉伸试验及力—伸长曲线L 0——原始标距长度；L1——拉断后试样标距长度d 0——原始直径。
d1——拉断后试样断口直径国际上常用的是L0=5 d0（短试样），L0=10 d0（长试样）[拉伸曲线]：拉伸试验中记录的拉伸力F与伸长量ΔL（某一拉伸力时试样的长度与原始长度的差ΔL=Lu-L0）的F—ΔL曲线称为拉伸曲线图。
Oe段：为纯弹性变形阶段，卸去载荷时，试样能恢复原状Es段：屈服阶段Sb段：强化阶段，试样产生均匀的塑性变形，并出现了强化Bk段：局部塑性变形阶段二、刚度刚度:金属材料抵抗弹变的能力指标：弹性模量 E E= σ / ε (Gpa )弹性范围内. 应力与应变的比值（或线形关系，正比）E↑刚度↑一定应力作用下弹性变形↓三、强度指标σ= F/S o强度：强度是指材料抵抗塑性变形和断裂的能力。
强度表示：强度一般用拉伸曲线上所对应某点的应力来表示。
单位采用N/mm2(或MPa 兆帕）σ= F/Aoσ——应力（MPa）；F——拉力（N）；S o——截面积（mm2）。
常用的强度判据主要有屈服点、条件屈服强度（也称为规定残余伸长应力）和抗拉强度等。
1、屈服点与条件屈服强度[屈服强度]σs 产生屈服时的应力（屈服点），亦表示材料发生明显塑性变形时的最低应力值。
常用金属材料的主要性能指标及涵义
T
MPa
指外力是剪切力时的强度极限
抗扭强度
T
MPa
指外力是扭转力时的强度极限
屈服点
c
MPa
金属材料受载何时，当载何不再增加，但金属 材料本身的变形，却继续增加，这种现象叫做屈服， 产生屈服现象时的应力，叫屈服点
屈服强度
°).2
MPa
金属材料发生屈服现象时，为便于测量，通常 按其产生永久残余变形量等于试样原长0.2%时的
应力作为“屈服强度”，或称“条件屈服极限”
持久强度
工作温度
a时间h
MPa
指金属材料在一疋的咼温条件下，经过规疋时 间发生断裂时的应力，一般所指的持久强度，是指 在一定温度下，试样经十万小时后的破断强度，这 个数值，通常也是用外推的方法取得的
蠕变极限
工作温度
°变量量（％）
MPa
金属材料在高温环境下，即使所受应力小于屈 服点，也会随着时间的增长而缓慢地产生永久变 形，这种现象叫做蠕变，在一定的温度下，经一定 时间，金属材料的蠕变速度仍不超过规疋的数值， 此时所能承受的最大应力，称为蠕变极限
P
Q・m
电阻率是计算和衡量金属材料在常温下（20C
时）电阻值大小的性能指标。电阻率大，表明这种 材料的电阻也大，其导电性能就差；反之，导电性 能也就好
电导率
Y
S/m
电阻率的倒数，叫做电导率。在数值上它等于 导体维持单位电位梯度（即电位差）时，流过单位 面积的电流。电导率是表示导体导电能力的性能指 标，电导率越大，电阻率就越小，那么这种材料的 导电性能就越好；反之，则其导电性就不好
20〜70HRC
D
HRD
金刚石圆锥
980.7 N
金属材料的力学性能(共9张PPT)
工艺性能 制造性能，加工过程特性，铸、锻、焊
使用性能
使用过程表现的特性，力学性能、物理性能、化 学性能
1、工艺性能
金属和合金加工工艺性能是指在保证加工质 量的前提下加工过程的难易程度。
工艺性能主要有： 铸造性能、锻造性能、焊接性 能、切削加工性能、热处理性能等。这些性能直接影 响化工设备和零部件的制造工艺方法，也是选择材料 时必须考虑的因素。
伸长之比。对于各种钢材它近乎为一个常数约为0.3。
第8页，共9页。
4、化学性能
a. 耐腐蚀性
金属和合金对周围介质，如大气、水汽、各 种电解质溶液侵蚀的抵抗能力叫做耐腐蚀性。 b. 抗氧化性
金属和合金抵抗自由氧和其它气体介质如水 蒸气、二氧化碳、二氧化硫等的腐蚀能力。
第9页，共9页。
某些工程塑料也有良好的可焊性，但与金属的焊接机制及工艺方法并不相同。
（4）疲劳强度б 一般说来，硬度高强度也高，耐磨性较好。
金属在无数次交变载荷作用下，而不致引起断裂的最大应力。 金属在无数次交变载荷作用下，而不致引起断裂的最大应力。 金属和合金加工工艺性能是指在保证加工质量的前提下加工过程的难易程度。
第4页，共9页。
（3）蠕变强度б
金属材料承受载荷作蠕用，变当载是荷不指再增在加时高，温仍句时续发，生明在显的一索性定变的形，应这种力现象下，习，惯应上称变为“屈随服”时。 间而增加的现
制造性能，加工过程特性，铸、锻、焊
c使、用硬过度程：表是现指象的金特，属性材，或料力表学者面性上金能不、大属物的理体在性积能高内、抵化温抗学其性和他能更应硬物力体压作入用表面下发生逐变形渐或破产裂生的能变力。形的现象。
释放，摆锤冲断式样所失去的能量，称为冲击功Ak，
金属材料的力学性能
需屡次测量。
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第56页，共101页。
〔三〕维氏硬度(HV)
(1)测试原理
和布氏硬度试验原理根本一样。 (2)表示方法
例如：640HV30/20。 (3)适用范围
用于测量金属镀层薄片材料和化学热处理后的外表硬度。
❖ 强度越高，说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。
第32页，共101页。
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。
一、拉伸实验
❖ 〔GB/T228-2002〕
第7页，共101页。
1. 拉伸试样〔GB6397-86〕
长试样：L0=10d0
短试样：L0=5d0
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第8页，共101页。
万能材料试验机 a) WE系列液压式 b) WDW系列电子式
第9页，共101页。
第10页，共101页。
第11页，共101页。
S1——颈缩处的横截面积,mm2 。
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第36页，共101页。
塑性的意义
❖ 任何零件都要求材料具有一定的塑性。很显 然，断后伸长率A和断面收缩率Z越大，说明 材料在断裂前发生的塑性变形量越大，也就 是材料的塑性越好。
❖ 意义： a〕平安，防止产生突然破坏； b〕缓和应力集中； c〕轧制、挤压等冷热加工变形。
第43页，共101页。
金属的力学性能
2、断面收缩率
S0 S1 100% L0
S1
So
试样断裂后缩颈处的最小横截面积（mm2）
试样原始截面积（mm2）
•δ和ψ是用来判断材料在断裂前所能产生的最大塑性变形量大
小。
•一般认为ψ＞5％的材料为塑性材料，如低碳钢；ψ＜5％的为 脆性材料，如灰铸铁 .
塑性对材料的意义: 1.是金属材料进行压力加工的必要条件; 2.提高安全性:因为零件在工作时万一超 载，也会由于塑性变形使材料强化而避 免突然断裂
第一章
金属材料的性能
金属的性能
使用性能—力学、物理、化学
〈
工艺性能—铸造、锻压、焊接、切削加工
力学性能：受外力作用下所表现出的性能。不能说：机械性能
判据 如： 强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等
第一节
一、基本概念
金属的力学性能
研究力学性能意义：是选择和使用金属材料的重要依据
1、弹性：指物体在外力作用下改变基本形状和尺寸，当 外力卸除后物体又恢复到其原始形状和尺寸的特性。
循环载荷：指大小、方向随时间发生周期性变化的载荷
按作用形式不同分：
6、变形：材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化， 称为变形。分为弹性变形与塑性变形 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。
一、强度 概念：强度是指金属抵抗永久变形（塑性变形）和断裂 的能力 。通过拉伸试验测得大小。强度的大小通常用应力来表示。
一、布氏硬度
1、测定原理
布氏硬度计
布氏硬度试验原理图
2、计算公式
F 0.102 2F HBS(W ) 0.102 ( N / mm2 ) S压 D( D D 2 d 2 )
金属力学性能表
500
—
硅锰青铜
QBi3-1
软
280～300
350～380
40～45
239
120000
硬
480～520
600～650
3～5
540
—
特硬
560～600
700～750
1～2
—
—
铍青铜
QBe2
软
240～480
300～600
30
250～350
117000
硬
520
660
2
1280
132000～141000
白铜
35
250
21000
25
320~440
400~550
34
280
202000
30
360~480
450~600
22
300
201000
35
400~520
500~650
20
320
201000
40
420~540
520~670
18
340
213500
45
440~560
550~700
16
360
204000
50
已正火的
12
—
—
淬硬并经自然时效
280～310
400～440
15
368
72000
淬硬后冷作硬化
280～320
400～460
10
340
纯铜
T1、T2、T3
软
160
200
30
70
108000
硬
240
300
金属力学性能的表征
金属力学性能的表征characterization of mechanical properties of metals表征金属在力的作用下的行为的衡量指标，都属于金属力学性能所研究的范畴。
诸如不同载荷所造成的可逆变形（弹性）、不可逆变形（塑性）、断裂（脆性断裂、韧性断裂、疲劳断裂等）以及金属抵抗形变和断裂能力的衡量指标，如强度、塑性、韧度（脆性）、硬度等（见金属力学性能测试技术）。
金属的力学性能是零件或结构件设计的依据，也是选择、评价材料和制订工艺规程的重要参量；在金属研究上，它们是合金成分设计、显微组织结构控制所要达到的目标之一，也是反映金属内部组织结构变化的重要表征参量。
金属力学性能随受载方式、应力状态、温度及接触介质的不同而异。
受载方式可以是静载荷冲击载荷循环载荷等。
应力状态可以是拉、压、剪、弯、扭及它们的复合，以及集中应力和多轴应力等。
温度可以是室温、低温与高温。
接触介质可以是空气、其他气体、水、盐水或腐蚀介质。
在不同使用条件下，材料具有不同的力学行为和失效现象，因而必须有相应的力学性能指标表征。
下面便是描述金属材料力学性能的表征参量，对其中已设专条的，在本条中就从略了。
强度金属抵抗永久变形和断裂的能力的总称。
以光滑拉伸试样为例，在渐增载荷作用下，材料的典型拉伸应力－应变曲线如图1[金属材料的典型拉伸应力-应变曲线]所示。
反映金属材料强度的性能指标有如下几项。
比例极限（）开始加载时，应力与应变呈直线关系，比例极限则是代表金属应力与应变成正比关系（即遵守胡克定律）的最大应力。
生产中有许多在弹性状态下工作的零件，要求应力与应变间有严格的线性关系，如炮筒和测定载荷、位移的传感器中的弹性元件等，就要根据比例极限来设计。
但是,不偏离应力-应变线性关系的最大应力是随测量仪器的精度而变化的，采用不同的测试方法，对同一材料可以得出不同的值。
因此，在工程上就采用了条件规定的方法，中国的国家标准规定，当载荷和伸长之间的线性关系发生偏离时，若该点的切线与载荷轴间夹角的正切值已较其弹性直线部分之值增加50％，则该点所对应的应力便称为“规定比例极限”。
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力学
性能
性能指标
含义
符号
名称
旧标符号
单位
强度
Rm
抗拉强度
σb
MPa
试样拉断前所能承受的最大应力
Rel
下屈服强度σs发源自塑性变形而力不增加时的应力点Rp0.2
规定非比例延伸强度
σ0.2
规定非比例延伸率为0.2％时的应力
塑性
A（A11.3）
断后伸长率
δs(δ)
——
断后标距的伸长量与原始标距之比的百分率
Z
断面收缩率
ψ
断后试样的最大收缩量与原始横截面积之比的百分率
硬度
HBW
布氏硬度
HBW、HBS
MPa
球形压痕单位面积上所受的平均压力
HR
（A、B、C）
洛氏硬度
（A、B、C标尺）
HR
（A、B、C）
——
用洛氏硬度相应标尺刻度满程与压痕深度之差计算的硬度值
HV
维氏硬度
HV
MPa
正四棱锥压痕单位面积上所受的平均压力
冲击吸收能量
K
冲击韧度
ak
J
试验时冲击试样所吸收的能量
疲劳
强度
R-1
疲劳极限
σ-1
MPa
试样承受无数次（或给定次数）对称循环应力仍不断裂的最大应力