第一章--金属的力学性能
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是强化阶段。
• B点：形成了“缩颈”。 • BK段：非均匀变形阶段，承
载下降，到K点断裂。
弹性变形——去除外力后试样恢复原状的变形
塑性变形——在外力消失后留下来的这部分不可恢复的变形
2021/2/7
5
2、应力与应变曲线
应力σ ：单位面积上试样承受的
载荷。这里用试样承受的载荷
除以试样的原始横截面积S 示:
0表
F
σ= —— ( M pa )
S0
应变ε：单位长度的伸长量。这里
用试样的伸长量除以试样的原 始标距表示:
Δl
ε = ——
l0
应力－应变曲线（ σ- ε曲线）
形状和拉伸曲线基本相同，单位 不同
2021/2/7
思考 怎样比较不同材料抵 抗外力能力的大小？
6
2、应力与应变曲线
• 比例极限（ σp ）
研究力学性能意义：是 选择和使用金属材料的 重要依据
2021/2/7
思考 •如果把铁丝和钢 丝折弯有何区别?
2
第一节 刚度、强度、塑性
一、拉伸试验及拉伸曲线
2021/2/7
3
2021/2/7
4
1 、变形过程
• OE段：弹性变形 阶段； • 平台或锯齿（ES段）：屈服
阶段；
• SB段：均匀塑性变形阶段，
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20材21/2料/7 ，如灰铸铁 .
14
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
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15
第二节 冲击韧性
在设计和制造受冲击载荷的零件和工具（如锻锤、冲床、铆 钉枪等）时，必须考虑所用材料的冲击吸收功或冲击韧度。
A k = m g H – m g h (J)
冲表击面吸粗收糙功度、Ak内作部为组材织料和韧缺性陷判有据关，。与温度、试样形状、尺寸、
2、冲击韧度a k 就是试样缺口处单位截面积上 所消耗的冲击功。
AK
a k=
(J/cm²)
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Sk
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冲击韧度对材料的 意义:
1.冲击韧度对材料内部缺陷反映很敏感
– 例:弹簧秤
• 弹性极限（ σe）
– 如:弹簧
• 屈服极限（ σs ）
• 抗拉极限(σb)
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二、刚度 ——是表征金属材料抵抗弹性变形的能力
σ＝E ε • 式中的E为与材料有关的常数，称为弹性模量，工程上
常用E作为衡量材料刚度的指标。 • 弹性模量主要取决于金属材料的种类，即金属的本性（
由于同一材料用不同长度的试样测得的断后伸长率δ数值不 同，因此应注明试样尺寸比例。如: δ10——试样 L0=10d0 δ5 ——试样 L0=5d0
2、断面收缩率
S 1 试样断裂后缩颈处的最小横截面积（mm2）
So
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
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•屈服点（ σs ）:指材料产生屈服时的应力
对有明显屈服现 象的材料
很重要，大多数 零件不允许有塑
性变形
F 屈服点
s
（屈服极限） s
S0
•规定残余伸长应力:
材料屈服时的拉力（N）
对无明显屈服现 象的材料
: 规定残余伸长率为0.2%时的应力 r 0 .2
原标准（GB228-76）：
•因2此021/σ2/7s和σb是机械零件设计计算的主要依据。
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四、塑性 ——在外力作用下金属材料在断裂前产生不
可逆永久变形的能力
•常用的塑性判据： 拉伸时的断后伸长率和断面收缩率
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1、断后伸长率
L1 Lo 100%
L0
L 1 试样拉断后的标距（mm）
L o 试样原始标距（mm）
晶格类型、晶格常数等）。一般机械零件大都在弹性状 态下工作，对刚度有一定要求，如机床主轴、起重机臂 等，在使用时不允许产生过量的弹性变形。
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三、强度 ——金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和
破坏的能力
工程上常用的金属材料的强度 指标：
•屈服点（ σs ）或规定残余 伸长应力（ σr） •抗拉强度(σb)
一、摆锤式一次冲击试验
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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2为021A/2/k7 。
17
二、冲击吸收功和冲击韧度
1、试样冲断时所消耗的冲击功A k为:
– 能够灵敏地显示材料的宏观缺陷和组织微小变化，因 此在生产中可用来检验材料的冶金质量,热加工质量
2.冲击韧度随温度下降越 来越低→冷脆现象
– 在韧脆转变温度以下，材料由 韧性状态转变为脆性状态。材 料的韧脆转变温度越低，说明 低温冲击性能越好
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第四节 疲劳强度
材料的疲劳：材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处产 生局部永久性累计损伤，经一定循环次数后产生 裂纹或突然发生完全断裂的过程。
局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力）
材料的性能
使用性能
(指金属材料在 使用过程中表现 出的性能)
工艺性能
(指金属材料在 加工过程中表现 出的性能)
物理性能 化学性能 力学性能
热处理性能 铸造性能 焊接性能 锻造性能 切削加工性能
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金属材料的力学性能
-----------是指金属材料在受外力作用时所 反映出来的性能。
常用的力学性能主要有：强度、硬度、塑性、冲 击韧度和疲劳强度等。
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0 .2
屈服强度
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•抗拉强度(σb) :材料在拉伸条件下所能承受最
大拉力的应力值
b
Fb S0
拉伸过程中最大的拉力（N）
很重要，表示零 件破坏前能抗的
最大应力值
Βιβλιοθήκη Baidu
•若零件在使用时不允许产生过量塑性变形，应以材料的σs或
σr0.2进行设计计算。 •若零件在使用时只要求不发生破坏，则以材料的σb来设计计 算。
在多次交变应力作用，金属会在远小于抗拉强度σb，甚至小 于屈服点σs的应力下失效（出现裂纹或完全断裂）
疲劳破坏的原因： 应力集中——微裂纹——扩展——断裂破坏。
疲劳强度（σ-1） ：金属材料经无穷多次（钢材107）应力循环 而不发生疲劳破坏的最大应力值。
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第四节 硬 度
硬度：它(表是示材金料属性材能料的在一一个个综小合的的体物积理范量围。内金属材料抵抗
• B点：形成了“缩颈”。 • BK段：非均匀变形阶段，承
载下降，到K点断裂。
弹性变形——去除外力后试样恢复原状的变形
塑性变形——在外力消失后留下来的这部分不可恢复的变形
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2、应力与应变曲线
应力σ ：单位面积上试样承受的
载荷。这里用试样承受的载荷
除以试样的原始横截面积S 示:
0表
F
σ= —— ( M pa )
S0
应变ε：单位长度的伸长量。这里
用试样的伸长量除以试样的原 始标距表示:
Δl
ε = ——
l0
应力－应变曲线（ σ- ε曲线）
形状和拉伸曲线基本相同，单位 不同
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思考 怎样比较不同材料抵 抗外力能力的大小？
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2、应力与应变曲线
• 比例极限（ σp ）
研究力学性能意义：是 选择和使用金属材料的 重要依据
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思考 •如果把铁丝和钢 丝折弯有何区别?
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第一节 刚度、强度、塑性
一、拉伸试验及拉伸曲线
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1 、变形过程
• OE段：弹性变形 阶段； • 平台或锯齿（ES段）：屈服
阶段；
• SB段：均匀塑性变形阶段，
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20材21/2料/7 ，如灰铸铁 .
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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
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第二节 冲击韧性
在设计和制造受冲击载荷的零件和工具（如锻锤、冲床、铆 钉枪等）时，必须考虑所用材料的冲击吸收功或冲击韧度。
A k = m g H – m g h (J)
冲表击面吸粗收糙功度、Ak内作部为组材织料和韧缺性陷判有据关，。与温度、试样形状、尺寸、
2、冲击韧度a k 就是试样缺口处单位截面积上 所消耗的冲击功。
AK
a k=
(J/cm²)
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Sk
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冲击韧度对材料的 意义:
1.冲击韧度对材料内部缺陷反映很敏感
– 例:弹簧秤
• 弹性极限（ σe）
– 如:弹簧
• 屈服极限（ σs ）
• 抗拉极限(σb)
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二、刚度 ——是表征金属材料抵抗弹性变形的能力
σ＝E ε • 式中的E为与材料有关的常数，称为弹性模量，工程上
常用E作为衡量材料刚度的指标。 • 弹性模量主要取决于金属材料的种类，即金属的本性（
由于同一材料用不同长度的试样测得的断后伸长率δ数值不 同，因此应注明试样尺寸比例。如: δ10——试样 L0=10d0 δ5 ——试样 L0=5d0
2、断面收缩率
S 1 试样断裂后缩颈处的最小横截面积（mm2）
So
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
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•屈服点（ σs ）:指材料产生屈服时的应力
对有明显屈服现 象的材料
很重要，大多数 零件不允许有塑
性变形
F 屈服点
s
（屈服极限） s
S0
•规定残余伸长应力:
材料屈服时的拉力（N）
对无明显屈服现 象的材料
: 规定残余伸长率为0.2%时的应力 r 0 .2
原标准（GB228-76）：
•因2此021/σ2/7s和σb是机械零件设计计算的主要依据。
11
四、塑性 ——在外力作用下金属材料在断裂前产生不
可逆永久变形的能力
•常用的塑性判据： 拉伸时的断后伸长率和断面收缩率
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1、断后伸长率
L1 Lo 100%
L0
L 1 试样拉断后的标距（mm）
L o 试样原始标距（mm）
晶格类型、晶格常数等）。一般机械零件大都在弹性状 态下工作，对刚度有一定要求，如机床主轴、起重机臂 等，在使用时不允许产生过量的弹性变形。
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三、强度 ——金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和
破坏的能力
工程上常用的金属材料的强度 指标：
•屈服点（ σs ）或规定残余 伸长应力（ σr） •抗拉强度(σb)
一、摆锤式一次冲击试验
2021/2/7
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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2为021A/2/k7 。
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二、冲击吸收功和冲击韧度
1、试样冲断时所消耗的冲击功A k为:
– 能够灵敏地显示材料的宏观缺陷和组织微小变化，因 此在生产中可用来检验材料的冶金质量,热加工质量
2.冲击韧度随温度下降越 来越低→冷脆现象
– 在韧脆转变温度以下，材料由 韧性状态转变为脆性状态。材 料的韧脆转变温度越低，说明 低温冲击性能越好
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第四节 疲劳强度
材料的疲劳：材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处产 生局部永久性累计损伤，经一定循环次数后产生 裂纹或突然发生完全断裂的过程。
局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力）
材料的性能
使用性能
(指金属材料在 使用过程中表现 出的性能)
工艺性能
(指金属材料在 加工过程中表现 出的性能)
物理性能 化学性能 力学性能
热处理性能 铸造性能 焊接性能 锻造性能 切削加工性能
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金属材料的力学性能
-----------是指金属材料在受外力作用时所 反映出来的性能。
常用的力学性能主要有：强度、硬度、塑性、冲 击韧度和疲劳强度等。
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0 .2
屈服强度
10
•抗拉强度(σb) :材料在拉伸条件下所能承受最
大拉力的应力值
b
Fb S0
拉伸过程中最大的拉力（N）
很重要，表示零 件破坏前能抗的
最大应力值
Βιβλιοθήκη Baidu
•若零件在使用时不允许产生过量塑性变形，应以材料的σs或
σr0.2进行设计计算。 •若零件在使用时只要求不发生破坏，则以材料的σb来设计计 算。
在多次交变应力作用，金属会在远小于抗拉强度σb，甚至小 于屈服点σs的应力下失效（出现裂纹或完全断裂）
疲劳破坏的原因： 应力集中——微裂纹——扩展——断裂破坏。
疲劳强度（σ-1） ：金属材料经无穷多次（钢材107）应力循环 而不发生疲劳破坏的最大应力值。
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第四节 硬 度
硬度：它(表是示材金料属性材能料的在一一个个综小合的的体物积理范量围。内金属材料抵抗