金属力学性能.
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.
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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
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§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
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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
金属材料的力学性能及其测试方法
金属材料的力学性能及其测试方法金属材料是广泛应用于各种机械、电子、汽车等领域中的材料。
其作为一种材料，具有许多优点，如高强度、高可塑性、热稳定性和化学稳定性等。
在应用中，金属材料的力学性能是十分重要的参数。
因此，本文主要介绍金属材料的力学性能及其测试方法，以期对相关领域的工作者有所帮助。
第一节：金属材料的力学性能金属材料的力学性能通常包括弹性模量、屈服强度、延伸率、断裂韧性和硬度等。
这里从简单到复杂介绍这些性能参数。
1. 弹性模量弹性模量是金属材料在弹性变形范围内受到应力作用时所表现的一种机械性质。
它的表达式为：E = σ / ε其中E为杨氏模量，单位为MPa；σ为所受应力，单位为MPa；ε为所受弹性应变，无量纲。
弹性模量是金属材料的一个重要指标，它可以衡量金属材料抵抗形变能力的大小。
对于不同的金属材料而言，其弹性模量不同。
2. 屈服强度屈服强度是金属材料在单向轴向拉伸状态下特定应变量时所表现出来的应力大小。
它是指材料能承受的最大应力，以使材料不发生塑性变形。
对于各种金属材料而言，其屈服强度不同。
3. 延伸率延伸率是一个指标，它可以衡量金属材料在受到拉伸应力时，其在一定程度内能够进行延伸的能力。
延伸率的计算公式如下：％EL = (L2 - L1) / L1 × 100%其中％EL表示材料的延伸率，L1和L2分别表示金属材料在断裂前和断裂后的长度，单位为毫米。
4. 断裂韧性断裂韧性是指金属材料在受到极限应力作用下未能抗下，而在断裂破裂时所表现出来的承受能力。
这个承受能力在物质的许多特性中是最为重要的指标之一。
金属材料的断裂韧性通常使用KIC值（裂纹扩展韧性指数）来表达。
5. 硬度硬度是材料抵抗硬物的能力。
一般来说，硬度越高的材料，则可以抵御更大的压力，并且更耐磨。
对于金属材料而言，其硬度主要有三种测试方法，分别是洛氏硬度试验、布氏硬度试验和维氏硬度试验。
第二节：金属材料的测试方法要测试金属材料的一些力学性能参数，需要运用不同的测试方法。
金属力学性能及其他性能
02
金属的其他性能
金属的物理性能
密度
金属的密度是指单位体积的质量，密度越大，金 属的质量越重。
电导率
金属在单位时间内通过单位截面的电量称为电导 率，是衡量金属导电性能的重要参数。
ABCD
热膨胀性
金属受热时，其长度、宽度和厚度会相应增加， 这种性质称为热膨胀性。
热导率
金属的热导率是指热量在金属中传递的速度，是 衡量金属导热性能的重要参数。
要点二
精密零件加工
金属材料在机械加工中用于制造各种精密零件和工具，如 切削刀具、量具和夹具等，其力学性能能够满足高精度和 高效率的加工要求。
在航空航天领域的应用
飞机结构材料
金属材料在航空航天领域中广泛应用于制造飞机结构， 如铝合金、钛合金和镍合金等，其优良的力学性能能够 承受高速飞行和复杂环境条件下的应力要求。
应力对力学性能的影响
金属在承受外力时，其内部会产生应力。 在一定范围内，随着应力的增加，金属的 强度和硬度会提高，但当应力超过某一极 限值时，金属会发生断裂。因此，应合理 选择金属的应力范围，以确保其安全使用 。
04
金属力学性能的应用
在建筑行业的应用
建筑结构稳定性
建筑构件连接
金属材料如钢铁、铝等具有优良的力学性能， 如强度、刚度和延展性，广泛应用于建筑结 构中，如桥梁、高层建筑和大型工业厂房等， 以提高结构的稳定性和安全性。
航天器材料
金属材料在航天器中用于制造各种部件，如火箭发动机 、卫星天线和航天器框架等，其力学性能能够满足高强 度、轻质和耐腐蚀的要求。
05
金属其他性能的应用
在电子行业的应用
电磁性能
金属在电磁场中表现出导电、导 磁等性能，广泛应用于电子元件 、集成电路和电子设备中。
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。
金属的力学性能有哪些
金属的力学性能有哪些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。
金属材料力学性能包括其中包括：弹性和刚度、强度、塑性、硬度、冲击韧度、断裂韧度及疲劳强度等，它们是衡量材料性能极其重要的指标。
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）：称屈服强度，指材料在拉抻过程中，材料所受应力达到某一临界值时，载荷不再增加变形却继续增加或产生0.2%L。
时应力值，单位用牛顿/毫米2(N/mm2）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689.5MPa 4、延伸率（δ）：材料在拉伸断裂后，总伸长与原始标距长度的百分比。
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）材料在拉伸断裂后、断面最大缩小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）。
什么是金属材料金属材料是指具有光泽、延展性、容易导电、传热等性质的材料。
一般分为黑色金属和有色金属两种。
黑色金属包括铁、铬、锰等。
其中钢铁是基本的结构材料，称为“工业的骨骼”。
由于科学技术的进步，各种新型化学材料和新型非金属材料的广泛应用，使钢铁的代用品不断增多，对钢铁的需求量相对下降。
但迄今为止，钢铁在工业原材料构成中的主导地位还是难以取代的。
金属材料的力学性能-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 变形和断裂旳能力。
❖ 塑性是指金属材料在静载荷作用下产生塑性变 形而不致引起破坏旳能力。
❖ 金属材料旳强度和塑性旳判据可经过拉伸试验 测定。
断后伸长率（ δ ）
l1-l0
δ=
×100%
l0
l1——试样拉断后旳标距,mm; l0——试样旳原始标距,mm。
断面收缩率（ψ）
ψ= S0-S1 ×100% S0
S0——试样原始横截面积,mm2； S1——颈缩处旳横截面积,mm2 。
屈服现象
❖ 在金属拉伸试验过程中， 当应力超出弹性极限后， 变形增长较快，此时除 了弹性变形外，还产生 部分塑性变形。当外力 增长到一定数值时忽然 下降，随即，在外力不 增长或上下波动情况下， 试样继续伸长变形，在 力－伸长曲线出现一种 波动旳小平台，这便是 屈服现象。
强度
屈服点
在伸长过程中力不增长（保持恒定），试样仍能继续
伸长时旳应力，单位为MPa，即：
S
FS Ao
式中：Fs——材料屈服时旳拉伸力，（ N ）； Ao——试样原始截面积，（ mm2 ）。
要求残余延伸强度
❖ 对于高碳淬火钢、铸铁等材料，在拉伸试验 中没有明显旳屈服现象，无法拟定其屈服强 度。
❖ 国标GB228-2023要求，一般要求以试样到 达一定残余伸长率相应旳应力作为材料旳屈 服强度，称为要求残余延伸强度，一般记作 Rr。例如Rr0.2表达残余伸长率为0.2%时旳 应力。
要求残余延伸应力
F0.2 A0
金属材料的力学性能指标
金属材料的力学性能指标金属材料是工程中常用的材料之一，其力学性能指标对于材料的选择和设计具有重要意义。
力学性能指标是评价金属材料力学性能的重要依据，主要包括强度、韧性、塑性、硬度等指标。
下面将对金属材料的力学性能指标进行详细介绍。
首先，强度是评价金属材料抵抗外部力量破坏能力的指标。
强度可以分为屈服强度、抗拉强度、抗压强度等。
其中，屈服强度是材料在受到外部力作用下开始产生塑性变形的应力值，抗拉强度是材料在拉伸状态下抵抗破坏的能力，抗压强度是材料在受到压缩力作用下抵抗破坏的能力。
强度指标直接影响着材料的承载能力和使用寿命。
其次，韧性是材料抵抗断裂的能力。
韧性指标包括冲击韧性、断裂韧性等。
冲击韧性是材料在受到冲击载荷作用下抵抗破坏的能力，断裂韧性是材料在受到静态载荷作用下抵抗破坏的能力。
韧性指标反映了材料在受到外部冲击或载荷作用下的抗破坏能力，对于金属材料的使用安全性具有重要意义。
再次，塑性是材料在受力作用下产生塑性变形的能力。
塑性指标包括伸长率、收缩率等。
伸长率是材料在拉伸破坏前的延展性能指标，收缩率是材料在受力破坏后的收缩性能指标。
塑性指标直接影响着金属材料的加工性能和成形性能，对于金属材料的加工工艺和成形工艺具有重要影响。
最后，硬度是材料抵抗划伤、压痕等表面破坏的能力。
硬度指标包括洛氏硬度、巴氏硬度等。
硬度指标反映了材料表面的硬度和耐磨性能，对于金属材料的耐磨性和使用寿命具有重要意义。
综上所述，金属材料的力学性能指标是评价材料性能的重要依据，强度、韧性、塑性、硬度等指标直接影响着材料的使用性能和工程应用。
在工程设计和材料选择中，需要根据具体的工程要求和使用环境，综合考虑各项力学性能指标，选择合适的金属材料，以确保工程的安全可靠性和经济性。
金属的力学性能及试验方法
金属的力学性能及试验方法金属是指具有良好导电、导热性能，具有一定塑性和可锻性，通常为固态的元素或化合物。
在工业生产和建筑施工中，常常用到金属材料，因此了解金属的力学性能和试验方法非常重要。
本文将从金属的力学性能、力学试验和金属材料的应用等方面进行阐述。
1. 强度金属材料的强度是指抵抗外力破坏的能力，通常用抗拉、抗压、抗剪等强度来表示。
抗拉强度是指钢材在受到拉应力时发生的拉断应力最大值，抗压强度是指钢材在受到压应力时发生的压缩应力最大值，抗剪强度是指钢材在受到剪应力时发生的剪切应力最大值。
不同的金属材料的强度不同，可以通过力学测试来得到不同金属材料的强度值。
2. 塑性金属材料的塑性是指金属在受到外力作用下发生形变的能力。
通常用屈服点、延伸率和冷弯性能等来表示。
屈服点是指金属在受到拉应力时发生的弹性变形后，开始出现塑性变形的应力值。
延伸率是指金属在拉伸过程中能够完全拉开的长度与原长度之比，冷弯性能是指金属材料在冷弯时所能承受的最大应力值，一般来说，塑性强的金属材料能够承受更大的拉应力，延伸率也会更高，因此在一些需要有一定塑性和可锻性的场合，如汽车制造和机械制造等，常常使用具有良好塑性和可锻性的金属材料。
3. 硬度硬度是指金属材料抵抗刻擦的能力，即金属材料的表面极其内部能够承受的压力的大小。
硬度的测量有多种方法，如布氏硬度、Vickers硬度、洛氏硬度等。
不同的测量方法所得到的硬度值也不同。
1. 拉伸试验拉伸试验是最为常见的一种力学试验方法，用于测量金属材料的强度、塑性和弹性等力学性能。
试样用钳夹好，一头通过万能试验机的拉伸机械臂和传感器连接，另一头通过夹具固定。
在破断前，可以通过读数器和试验机的力值计算出试样在拉伸过程中出现的最大应力值。
2. 压缩试验压缩试验是测量金属材料抵抗压缩力的试验方法，试样一般为柱形。
试样被夹具夹紧，然后放入万能试验机的压缩机械臂下方进行压缩。
通过试验机内的传感器可以测量到试样在压缩过程中的应力值，以及当试样发生变形时所受到的最大压力值。
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
金属材料的力学性能金属材料是工程领域中常用的材料之一，其力学性能对于材料的使用和应用起着至关重要的作用。
力学性能是指材料在受力作用下所表现出的力学特性，包括强度、韧性、硬度、塑性等方面。
本文将对金属材料的力学性能进行详细介绍，以便读者对金属材料有更深入的了解。
首先，我们来谈谈金属材料的强度。
金属材料的强度是指其抵抗外部力量破坏的能力，通常用抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等指标来表示。
金属材料的强度与其内部晶体结构、晶界、位错等因素密切相关，不同的金属材料具有不同的强度特点。
其次，韧性是金属材料的另一个重要力学性能。
韧性是指材料在受到外部冲击或载荷作用下能够抵抗破坏的能力。
金属材料的韧性与其内部晶粒大小、晶界结构、断裂韧性等因素有关。
一般来说，细小的晶粒和均匀的晶界结构有利于提高金属材料的韧性。
此外，硬度也是金属材料的重要力学性能之一。
硬度是指材料抵抗局部变形和划伤的能力，通常用洛氏硬度、巴氏硬度等指标来表示。
金属材料的硬度与其晶粒大小、晶界结构、合金元素含量等因素密切相关，不同的金属材料具有不同的硬度特点。
最后，塑性是金属材料的另一个重要力学性能。
塑性是指材料在受力作用下发生变形的能力，通常用屈服强度、延伸率、收缩率等指标来表示。
金属材料的塑性与其晶粒大小、晶界结构、位错密度等因素有关，一般来说，细小的晶粒和均匀的晶界结构有利于提高金属材料的塑性。
综上所述，金属材料的力学性能包括强度、韧性、硬度、塑性等方面，这些力学性能对于金属材料的使用和应用具有重要的意义。
通过对金属材料力学性能的深入了解，可以更好地选择合适的金属材料，并对其进行合理的应用和设计，从而发挥其最大的效益。
希望本文对读者有所帮助，谢谢阅读！。
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
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
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。
金属材料力学性能及应力分析
金属材料力学性能及应力分析一、金属材料的力学性能金属材料是工程领域中使用最广泛、金属元素最常见的一种材料。
金属材料具有许多优秀的机械性能，如高强度、高可塑性、高抗腐蚀性和高导电性等。
理解金属材料的力学性能是设计和制造工业设备的必要条件。
1. 强度金属材料的强度是衡量其抵抗外部负载的能力的重要因素。
强度通常指的是材料的抗拉强度 (UTS)，即材料破坏前所能承受的最大拉力。
此外，还需要了解材料的屈服强度 (Yield strength)、硬度、延性、韧性等不同类型的强度。
2. 可塑性可塑性是衡量金属材料变形性能的重要因素。
金属材料的可塑性指的是，在施加一定载荷时，材料的形状可以改变而不破裂。
材料的可塑性通常使用延伸率 (Elongation) 和收缩率 (Reduction of area) 进行度量，例如，金属材料的延伸率是指在材料破断前承受的拉伸应力的最大值下，金属材料的长度增加的比例。
3. 抗疲劳性金属材料在多次往复作用下的耐久性能称为抗疲劳性。
抗疲劳性能指材料在循环载荷下承载应力的能力，在多次循环使用后没有发生破坏的能力。
通俗来讲，抗疲劳性能就是指材料不会因为反复的变形疲劳而损坏的能力。
二、应力分析应力分析是一个可以帮助工程师在设计机械元件和结构时确保其在工作负载下不会损坏的技术。
应力分析主要涉及一系列理论知识，包括有限元分析、弹性力学、塑性力学等。
1. 有限元分析有限元分析是指在计算机上制定几何属性和边界条件的基础上，采用数值方法计算复杂结构和系统的材料应力的方法。
有限元分析为工程师提供了诸如变形、应力、应变和变形等分析结果。
2. 弹性力学弹性力学是研究物体如何抵抗外力产生的变形的运动学领域。
根据弹性力学的规律，当应力够小的时候，材料的应变是正比于材料的应力的，即体积变化的大小正比于外力大小。
使用弹性力学，工程师可以预测并优化材料的弹性特性，以确保在工作负载下其不会变形或受到损坏。
3. 塑性力学塑性力学是研究物体如何逐渐调整材料的形状和大小的运动学领域。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能金属材料在现代工业生产中广泛应用，原因是因为金属材料的机械性能优异，其力学性能在诸多领域都是重要的参考指标。
一、强度金属材料中最为重要的力学性能莫过于强度。
强度是指材料在受到外力时抵抗变形和破坏的能力。
通俗地说，就是指物质能够承受多大的外部负荷。
强度分为屈服强度、抗拉强度和抗压强度。
其中屈服强度是指材料在受到一定压力后开始变形的压力值，抗拉强度是指材料在被拉伸时承受的最大拉力，抗压强度则是指材料在被挤压时所能承受的最大压力。
三者的单位均为N/mm2（纳牛/平方毫米）。
二、延展性金属材料的延展性代表了其受力后能够发生多大的形变，并且保持强大的耐久性。
在加工过程中，延展性的指标非常重要。
延展性又分为材料的伸长率和冷弯性。
伸长率是指材料在拉伸过程中能够延长的量，通常以百分比表示；冷弯性则是指材料在被弯曲或者压缩后仍然能够恢复成原来的形状，并且该过程不会破坏材料的结构。
三、弹性模量弹性模量是金属材料的另一个重要指标，是指材料在受到外来力量后，变形保持弹性状态的能力。
弹性模量越高，材料的抗弯性和抗扭性就越高，同时在结构加工方面也更加有利。
四、硬度硬度是金属材料的固有属性，它描述了材料的抗划痕和抗磨损能力。
硬度指标通常以维氏硬度（HV）表示，维氏硬度是指在标准试件被标准钢球压铸后，钢球和试件之间的形变深度。
五、疲劳强度金属材料的疲劳强度是个复杂的性质。
它是指材料在受到重复荷载后能够承受的最大荷载。
在使用时，金属材料常常会遭受到来自不同方向上的变化载荷，如果材料的疲劳强度不足，则容易出现疲劳破坏的现象。
总体而言，金属材料的力学性能是不可或缺的，它们的强度、延展性、弹性模量、硬度和疲劳强度可为工程师们提供参考指标，帮助他们更好地设计制造各种结构。
在材料科学和工程的领域中，力学性能是研究和开发新材料的基础，因此它对于推动现代工艺和工程技术的发展至关重要。
金属材料的力学性能测试与分析
金属材料的力学性能测试与分析金属材料广泛应用于各个领域，具有优良的力学性能是其重要的特征之一。
为了保证金属材料的质量和可靠性，对其力学性能进行测试与分析是至关重要的。
本文将重点介绍金属材料力学性能测试方法及分析步骤。
一、金属材料的力学性能测试1. 强度测试强度是金属材料抵抗外力的能力，可以通过拉伸试验来进行测试。
该试验的原理是将金属试样放置在拉伸机上，施加逐渐增加的力，直到断裂为止。
在试验过程中，可以测量材料的屈服强度、抗拉强度、延伸率等指标。
这些参数对于评估金属材料的力学性能至关重要。
2. 硬度测试硬度是金属材料抵抗表面压力的能力。
硬度测试可通过使用洛氏硬度计或布氏硬度计进行。
试验时，试样表面受到一定压力，通过测量压印的深度来确定硬度指标。
硬度测试可以帮助判断金属材料的耐磨性和抗变形能力。
3. 韧性测试韧性是金属材料在承受外力时能够吸收能量并发生塑性变形的能力。
冲击试验是测试韧性的常用方法之一。
冲击试验中，将标准试样放置在冲击机上，施加特定冲击载荷，并记录试样失效前所吸收的能量。
韧性测试结果可以评估金属材料在低温环境下的可靠性。
二、金属材料力学性能分析1. 强度分析通过强度测试获得的数据，可以进行强度分析。
通常包括计算应力-应变曲线、屈服强度、抗拉强度、断裂延伸率等参数。
这些数据可用于比较不同金属材料的强度，评估材料的抗拉伸能力以及预测它们在实际应用中的行为。
强度分析对于材料的选择、设计和制造过程中的质量控制具有重要意义。
2. 硬度分析硬度测试结果的分析可用于比较不同金属材料之间的硬度差异。
通过硬度值，可以评估材料的耐磨性和抗变形能力。
硬度分析还可以为金属材料的工艺设计和材料选择提供重要参考。
3. 韧性分析韧性测试结果的分析有助于评估金属材料的抗冲击能力和低温性能。
韧性分析还可以用于指导金属材料的合金设计和淬火工艺的优化。
通过分析韧性参数，可以对材料的破坏机理进行理解，并提供改进金属材料韧性的方法。
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材料力学行为与性能材料常规力学性能指标材料在常温下的力学行为与性能▪屈服强度，抗拉强度▪疲劳强度，蠕变强度▪延伸率，R值，n值▪硬度，弹性模量▪冲击韧性▪断裂韧性▪各向异性▪冲压成型性第1章金属在单向静拉伸载荷下的力学性能§1.1 单向拉伸时的力学行为▪退火低碳钢在拉伸力作用下的变形过程可分为弹性变形、不均匀屈服塑性变形、均匀塑性变形、不均匀集中塑性变形四个阶段不同材料的应力应变曲线：1）退火低碳钢：2）多数塑性金属材料：§1.2 弹性变形▪ 一、弹性变形及其实质▪ 弹性变形：可逆变形，是金属晶格中原子自平衡位置产生可逆位移的反映 ▪ 弹性变形量较小（一般小于0.5～1%），相当于原子间距的几分之一。
二、虎克定律▪ 在弹性变形阶段，大多数金属的应力-应变之间符合虎克定律的正比关系，如 ▪ 拉伸时： （ E —弹性模量 ）▪ 剪切时： （ G —切变模量 ）三、弹性模量1、物理意义——表示材料在外载荷下抵抗弹性变形的能力▪ 工程上E 称做材料的刚度 ↑，则在相同应力下产生的弹性变形↓。
2、影响因素——主要取决于结合键的本性和原子间的结合力▪ 弹性模量和材料的熔点成正比，越是难熔的材料弹性模量也越高▪ 金属的弹性模量是一个组织不敏感的力学性能指标，合金化、热处理（显微组织）、冷塑性变形对E 值影响不大；而高分子和陶瓷材料的弹性模量则对结构与组织很敏感滞弹性的概念普通灰铸铁在拉伸时，其在弹性变形范围内应力和应变并不遵循直线AC 关系。
加载时沿着直线ABC ，储存的变形功为ABCE ；卸载时不是沿着原途径，而是沿着CDA 恢复原状，释放的弹性变形能为ADCE 。
这样在加载与卸载的循环中，试样储存的弹性能为ABCDA ，即图中阴影线面积▪ 1、定义：在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象（即应变落后于应力现象）。
▪ 材料组织越不均匀，滞弹性倾向越大。
循环韧性/内耗——金属材料在交变载荷（振动） 下吸收不可逆变形功的能力（消振性）εσE =γτG =▪2、实际意义▪应用：减振（此时选用循环韧性较高的材料，如铸铁、高铬不锈钢）▪缺点：如在精密仪表中的弹簧、油压表或气压表的测力弹簧，要求弹簧薄膜的弹性变形能灵敏地反映出油压或气压的变化，因此不允许材料有显著的滞弹性。
六、包申格效应及其意义▪1、定义▪金属材料经过预先加载产生少量塑性变形（残余应变小于1～4%），卸载后再同向加载，规定残余伸长应力（弹性极限或屈服强度）增加；反向加载，规定残余伸长应力降低(特别是弹性极限在反向加载时几乎下降到零)的现象▪包申格效应是多晶体金属所具有的普遍现象（所有退火态和高温回火的金属与合金都有），它与金属材料中位错运动所受的阻力变化有关。
▪2、意义▪⑴对于承受疲劳载荷作用的机件寿命很重要；▪⑵工程上材料加工成型工艺需要考虑包辛格效应。
▪3、消除包申格效应的方法预先进行较大的塑性变形在第二次反向受力前进行退火§1.3 塑性变形▪一、屈服强度及其影响因素▪1、屈服强度▪⑴不连续屈服：有屈服平台(屈服齿）表示：σs σsl▪⑵连续屈服：拉伸时无明显屈服现象▪屈服强度用规定微量塑性伸长应力表征：▪1）规定非比例伸长应力（σp）σp0.01▪2）规定残余伸长应力（σr）σr0.2▪3）规定总伸长应力（σt）σt0.52、影响屈服强度的因素⑴内在因素：结合键、组织、结构、原子本性四大强化机制：沉淀强化和细晶强化是工业合金中提高材料屈服强度最常用的手段⑵外在因素：温度、应变速率、应力状态▪温度降低、应变速率增高，材料的屈服强度升高。
尤其是体心立方金属对温度和应变速率特别敏感，这导致了钢的低温脆化。
▪应力状态不同，屈服强度值也不同。
我们通常所说的材料的屈服强度一般是指在单向拉伸时的屈服强度。
3、屈服强度的工程意义▪ 传统的强度设计方法，对塑性材料，以屈服强度为标准，规定许用应力[σ]=σs/n ，安全系数n 一般取2或更大；对脆性材料，以抗拉强度为标准，规定许用应力[σ]=σb/n ，安全系数n 一般取6。
▪ 屈服判据（屈服条件）是机件开始塑性变形的强度设计准则▪ 需要注意的是，按照传统的强度设计方法，必然会导致片面追求材料的高屈服强度，但是随着材料屈服强度的提高，材料的抗脆断强度在降低，脆断危险性增加了。
二、加工硬化和真实应力－应变曲线▪ 1. 真实应力-应变曲线▪ 从试样开始屈服到发生颈缩，即均匀塑性变形阶段真实应力和应变的关系：▪ 式中n ——加工硬化指数▪ K ——硬化系数（强度系数），是真实应变等于 1.0时的真实应力▪ 2、加工硬化指数n 的实际意义▪ 反映了金属材料开始屈服以后抵抗继续塑性变形的能力，是表征材料应变硬化行为的性能指标。
它决定了材料开始发生颈缩时的最大应力。
▪ n 还决定了材料能够产生的最大均匀应变量，这一数值在冷加工成型工艺中是很重要的。
▪ 大多数金属材料n 在0.1～0.5之间，与层错能、冷热变形有关▪ 对于工作中的零件，材料的加工硬化能力是零件安全使用的可靠保证。
▪ 形变硬化是提高材料强度的重要手段。
三、颈缩条件和抗拉强度▪ 1.颈缩条件▪ 出现颈缩时正是相当于负荷-变形曲线上的最大载荷处，因此，应有dF=0 ▪ dF=d(S·A)=AdS+SdA=0 ▪ 即 -dA/A=dS/S又按体积不变定理有dL/L=-dA/A=de▪ 故有 d S /d e =S ▪ 颈缩的条件:▪ 当加工硬化速率等于该处的真应力时▪ 或当硬化指数等于最大真实均匀塑性应变量时n =eBnKe S▪ 2.抗拉强度▪ （1）定义：韧性金属试样拉断过程中最大试验力（F b ）所对应的应力▪ σb 只代表金属材料所能承受的最大拉伸应力，表征金属材料对最大均匀塑性变形的抗力 ▪ （2）实际意义：▪ 1）标志韧性金属材料在静拉伸条件下的实际承载能力（但不作为设计参数） ▪ 2）对脆性材料即为断裂强度，用于产品设计时其许用应力以σb 为依据。
▪ 3）σb 的高低决定于屈服强度和应变硬化指数。
▪ 4）σb 与HB 、σ-1之间有一定关系：σb ≈1/3HB ，σ-1≈1/2σb （淬火回火钢）四、塑性▪ 1、塑性与塑性指标▪ 塑性——材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的 能力 ▪ 塑性指标：断后伸长率δ（最大试验力下的总伸长率δ gt ） ▪ 断面收缩率ψ ▪ 2、塑性的实际意义▪ ⑴塑性指标是安全力学性能指标（对静载下工作的机件，要求材料具有一定塑性，以防偶然过载时突然破坏）▪ ⑵金属的成形加工（如轧制、挤压）和机器装配、修复工序要求一定塑性▪ ⑶金属材料的塑性常与强度性能有关：塑性越高，强度一般较低、屈强比越小 ▪§1.4 金属材料的断裂▪ 一、断裂的类型▪ 机件的三种主要失效形式：▪ 磨损、腐蚀、断裂（危害最大） ▪ 断裂▪ 1、韧性断裂与脆性断裂（按断裂前有无明显的塑性变形）▪ 脆、韧断裂的划分：<5% 脆断 >5%为韧断 (光滑拉伸试样的断面收缩率) ▪ ⑴韧性断裂：断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂▪ 特点：1）断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断消耗能量 ▪ 2）断裂面一般平行于最大切应力并与主应力成45度角 ▪ 3）断口呈纤维状，灰暗色▪ 断口特征三要素：纤维区、放射区、剪切唇▪ 影响这三个区比例的主要因素是材料强度和试验温度。
一般材料强度提高，塑性降低，则放射区比例增⎩⎨⎧裂纹不完全断裂：内部存在几个部分下，材料被分成两个或完全断裂：在应力作用大；试样尺寸加大，放射区增大明显，而纤维区变化不大▪ 2、正断与切断（按断裂面的取向） ▪ 正断：断裂垂直于最大正应力 ▪ 切断：沿着最大切应力方向断开▪ 注意：正断不一定就是脆断，正断也可以有明显的塑性变形。
但切断是韧断，反过来韧断就不一定是切断了。
▪ 3、穿晶断裂与沿晶断裂（按裂纹扩展的途径） ▪ 穿晶断裂：裂纹穿过晶内（韧断或脆断） ▪ 沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展（多为脆断），断口呈冰糖状（如应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹等）▪ 沿晶断裂产生原因：晶界上的一薄层连续或不连续脆性第二相、夹杂物破坏了晶界的连续性；或杂质元素向晶界偏聚引起。
▪ 4、纯剪切断裂与微孔聚集型断裂、解理断裂（按断裂机理）▪ ⑴剪切断裂：在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离断裂 ▪ 纯剪切断裂：完全由滑移流变造成断裂——纯金属尤其是单晶体▪ 微孔聚集型断裂：通过微孔形核、长大聚合而导致分离——常用金属材料▪ ⑵解理断裂：金属材料在一定条件下（如低温、应变速率较高，或是有三向拉应力状态），当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面（解理面）产生的穿晶断裂——脆断▪ 穿晶的解理断裂常见于bcc 和hcp 金属中。
▪ 解理面一般是低指数晶面或表面能最低的晶面（如bcc 金属的解理面为(100)二、解理断裂▪ 1、解理裂纹的形成和扩展▪ 裂纹形成↔塑性变形←位错运动 ▪ ⑴甄纳-斯特罗位错塞积理论▪ 当位错塞积头处的应力集中不能为塑性变形所松弛，则塞积头处的最大拉应力σfmax 能够等于理论断裂强度σm 而形成裂纹。
▪ 解理断裂过程：塑性变形形成裂纹→裂纹在同一晶粒内初期长大→裂纹越过晶界向相邻晶粒扩展 ▪ 屈服时产生解理断裂的判据：▪ 晶粒直径（或第二相质点间距）d ↓，裂纹扩展所需的应力或裂纹体的实际断裂强度 ↑▪ ⑵柯垂耳位错反应理论▪ ——柯垂耳为解释晶内解理和bcc 晶体中的解理面而提出 ▪ 裂纹成核：位错反应形成不动位错→位错群塞积→裂纹 2、解理断裂的微观断口特征 ▪ ⑴解理断裂▪ 基本微观特征：解理台阶、河流花样、舌状花样 ▪ ⑵准解理▪ 常见于淬火回火的高强度钢中，或者是组织为贝氏体的钢中（弥散细小的碳化物质点影响裂纹形成与扩展）▪ 与解理断裂的共同点：均为穿晶断裂；有小解理刻面；有河流花样▪ 不同点：准解理小刻面不是晶体学解理面。
真正解理裂纹常源于晶界，而准解理裂纹常源于晶内硬质点，形成从晶内某点发源的放射状河流花样dk G y s c γσ2=三、微孔聚合断裂▪ 1、微孔形核和长大▪ 微孔聚集断裂过程：微孔成核、长大、聚合、断裂▪ 微孔成核：第二相或夹杂物质点破裂；第二相或夹杂物与基体界面脱离 ▪ 2、断口特征：韧窝(即凹坑)▪ 等轴状韧窝：微孔在垂直于正应力的平面上各方向长大倾向相同（如拉伸时颈缩试样的中心部分） ▪ 拉长韧窝：在扭转载荷或双向不等拉伸条件下，因切应力作用而形成。
断口上韧窝方向相反（如拉伸试样剪切唇部分）▪ 撕裂韧窝：σmax 沿截面分布不均，在边缘部分很大（表面有缺口或裂纹的试样断口） ▪ 注意：微孔聚集断裂一定有韧窝存在，但有韧窝出现不一定就是韧性断裂▪第2章 金属在其它静载荷下的力学性能研究金属材料在常温静载下力学性能：▪ 拉伸、压缩、弯曲、扭转▪ 不同加载方式在试样中产生的应力状态不同，材料所表现出的力学行为不完全相同§2.1 应力状态软性系数▪ 应力状态软性系数：表示应力状态对材料塑性变形的影响式中最大切应力τmax 按第三强度理论计算，即τmax=(σ1-σ3)/2 ，σ1，σ3分别为最大和最小主应力。