材料的性能工程材料
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材料的性能工程材料
2.试验原理： 与布氏硬度试验原理基本
相同。 只是压头改用了金刚石四
棱锥体。
材料的性能工程材料
2.试验原理： 以一定的试验力将压
头压入试样表面，保持 规定时间卸载后，在试 样表面留下一个四方锥 形的压痕，测量压痕两 对角线长度，以此计算 出硬度值。
材料的性能工程材料
a
用压痕两对角 线的平均长度 来计算。
w（四）磁学性能
w ⒈ 磁导率μ；⒉ 饱和磁化强度Ms和磁矫顽力Ｈc
材料的性能工程材料
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/18
材料的性能工程材料
材料的性能-工程材料
2020/11/18
材料的性能工程材料
材 使用性能 料 的 性 能 工艺性能
力学性能
物理性能
化学性能 铸造性能 锻压性能 焊接性能 热处理性能
材料的性能工程材料
力学性能
定义 : 是指金属材料在外力的作用
下所表现出来的抵抗能力。
材料的性能工程材料
主要指标： 强度
力
塑性
学
硬度
性
材料的性能工程材料
0
1 3
h1
2
h3
h
0 1-1 初载10kg h1 1 2-2 总载150kg h2 3 2 3-3 卸载140kg h3
h2
最后测得：
残余压痕深度增量 h
h=h3-h1
HR=h/0.002
HR=C-h/0.002
材料的性能工程材料
洛氏硬度值的表示：
w70~85HRA w25~100HRB w20~70HRC
材料的性能工程材料
4. 特点：
优点：测量误差小（因压痕大），
数据稳定，重复性强。
缺点：压痕面积较大，测量费时。
应用：常用于测量较软材料、灰铸
铁、有色金属、退火正火钢
材的硬度。
不适于测量成品零件或薄
件的硬度。
材料的性能工程材料
(二)洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness )
材料的性能工程材料
1943年美国T-2油轮发生断裂
材料的性能工程材料
物理性能
w物理性能，不仅对工程材料的选用来说，有着重要的意义； 而且也会对材料的加工工艺产生一定的影响。 w（一）密度 w（二）热学性能 w ⒈ 熔点；⒉ 热容；⒊ 热膨胀；⒋ 热传导 w（三）电学性能
w ⒈ 电阻率ρ ；⒉ 电阻温度系数；⒊ 介电性
材料的性能工程材料
1.压头： 淬火钢球 HBS 硬质合金钢球 HBW
材料的性能工程材料
2.试验原理：
用一定直径的 压头（球体），以 相应试验力压入待 测表面，保持规定 时间卸载后，测量 材料表面压痕直径， 以此计算出硬度值。
材料的性能工程材料
材料的性能工程材料
F
F
HB= —— = ————
S
材料的性能工程材料
(3)抗拉强度( tensile strength ): 试样在断裂前所能承受的最大应力。
Fb σb =
S0
试样断裂前的最大载荷(N)
( M pa )
试样原始横截面积( mm2)
材料的性能工程材料
主要指标： 强度
力
塑性
学
硬度
性
韧性
能
断裂韧度
疲劳
材料的性能工程材料
塑性(plasticity):是指材料在载荷作用下 产生塑性变形而不被破坏的能力。
原始标距L 0之比。
L 1– L 0
δ=
× 100%
L0
δ < 2 ~ 5% 属脆性材科 δ ≈ 5 ~ 10% 属韧性材料 δ > 10% 属塑性材料
材料的性能工程材料
长试样：δ10 δ 简写为 短试样：δ5
w同一种材料的δ5 >δ10
材料的性能工程材料
硬度( hardness ) 1.定义：
材料的性能工程材料
2、疲劳极限σ-1:
表示金属材料在无数次交变载荷作 用而不破坏的最大应力。
材料的性能工程材料
疲劳曲线
材料的性能工程材料
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
3、提高疲劳极限途径
改善零件的结构形状 降低表面粗糙度值 采取表面强化
材料的性能工程材料
是指材料抵抗其它更硬物体 压入其表面的能力。
材料的性能工程材料
2.硬度试验方法： （1）压入法 （2）划痕法 （3）回跳法
材料的性能工程材料
压入法
布氏硬度HB 洛氏硬度HR 维氏硬度HV
材料的性能工程材料
(一)布氏硬度HB(Brinell-hardness)
布氏硬度计
材料的性能工程材料
观看布氏硬度
为安全设计提供了一个重要的力学性能指标
当K1达到临界值K1C时，零件内裂纹将发生失稳 扩展而出现低应力脆性断裂，而K1＜K1C时，零
件安全可靠。
材料的性能工程材料
常见工程材料的断裂韧度K1C值（MN·m-3/2）
材料的性能工程材料
根据K1=Yσa ≥K1C的临界判据知：
为使零件不发生脆断，设计者可以控制
Fe 弹性极限载荷( N )
σe =
( M pa )
S0 试样原始横截面积( mm2)
材料的性能工程材料
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
材料的性能工程材料
力—伸长曲线
F
塑
b
性 屈服
变
形
s
e
弹 性 变 形
O
Fs Fb
缩颈
断裂
k
L
材料的性能工程材料
强度(strength): 材料在力的作用下抵抗 变形和破坏的能力。
g
试样冲断时所消耗的冲击功A k为: A k = m g H – m g h (J)
材料的性能工程材料
冲击韧度ak
就是试样缺口处单位截面积上所消 耗的冲击吸收功。
AK
a k=
S0
(J/cm²)
材料的性能工程材料
3.韧脆转变温度: T↓，ak急剧↓
ak
韧性→脆性
60
40
20
-40
-20
T(ºc)
缺点： 测量操作较麻烦，测量效率低
应用： 广泛用于科研单位和高校，
以及薄件表面硬度检验。
不适于大批生产和测量组织
不均匀材料。
材料的性能工程材料
韧性(toughness ):
1.定义：
材料在冲击载荷作用下抵抗破坏 的能力。
材料的性能工程材料
2.金属的夏比冲击试验:
冲击试验机
冲击试样和冲击材料的试性能验工程示材料意图
0
20
材料的性能工程材料
金属材料的韧脆转变温度↓，材 料的低温冲击韧性愈好。
材料的性能工程材料
断裂韧度
1、低应力脆断
有些零件在工作应力远远低于屈服点时就 会发生脆性断裂。这种现象称为低应力脆 断。
材料的性能工程材料
2、应力场强度因子
K1=Yσa
式中：Y__裂纹的几何形状因子; σ__外加应力（N/mm2）； a__裂纹的半长（mm）；
Dh
D h = —— —
2
D2 —— – 2
d2 ——
2
材料的性能工程材料
布氏硬度值450的材料 选用淬火钢球压头
例如：200HBS 350HBS
材料的性能工程材料
布氏硬度值450~650的材料 选用硬质合金球压头
例如：550HBW 600HBW
材料的性能工程材料
3.标注：
符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值， 符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、 载荷及载荷保持时间。 如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢 球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s 测得的布氏硬度值为120。
H V=F/S
材料的性能工程材料
3.标注： 与布氏硬度基本相同，在后面
要标注试验条件—试验力和保持 时间（10~15S不标）。
例：580HV30表示用30kgf (294.2N)试验力保持10~15S测 定的维氏硬度值为580。
材料的性能工程材料
4.特点：
优点： 适用范围广，从极软到极硬
材料都可测量;测量精度高， 可比性强；能测较薄工件。
材料的性能工程材料
HRA、HRB、HRC分别测得的硬度， 不可直接比较大小
例如： 50HRC<70HRA 〤 50HRB>40HRC 〤
材料的性能工程材料
3.特点： 优点： 测量操作简单，方便快捷，
压痕小；测量范围大，能测 较薄工件。
缺点： 测量精度较低，可比性差，
不同标尺的硬度值不能比较。
材料的性能工程材料
三个参数：材料的断裂韧度K1C 、名义工 作应力σ和零件内的裂纹长度a，它们之
间的定量关系能直接用于设计计算，可以 解决以下三方面的工程实际问题：
材料的性能工程材料
1）根据零件的实际工作应力σ和其内可能的裂 纹尺寸a，确定材料应有的断裂韧度K1C，为正确
选材提供依据；
2）根据零件所使用的材料断裂韧度K1C及已探 伤出的零件内存在的裂纹尺寸a，确定零件的临 界断裂应力σC，为零件最大承载能力设计提供
b
性 屈服
变
形
s
e
弹 性 变 形
O
Fs Fb
缩颈
断裂
k
L
材料的性能工程材料
弹性( elasticity ):金属材料受外力作 用时产生变形,当外力去掉后能恢复 到原来形状及尺寸的性能。
弹性变形( elastic deformation ): 随载荷撤除而消失的变形。
弹性极限( elastic limit ):
(1)种类: 抗拉强度、 抗压强度、 抗弯强
(2)
度 、 抗剪强度 、 抗扭强度等。
(2)屈服强度( yield strength): 屈服点 S
Fs σs =
S0
试样屈服时的载荷( N )
( M pa ) 试样原始横截面积( mm2)
材料的性能工程材料
s F0.2
o 0.2%l0
l
规定残余伸长应力： r0.2 =Fr0.2/S 0
K1__ 强度因子（MPa·m1/2或
MN·m-3/2）当K1达到临界值K1C时，
零件内裂纹将发生失稳扩展而出现
低应力脆性断裂，而K1＜K1C时，零
件安全可靠。
材料的性能工程材料
3、断裂韧度K1C
材料抵抗裂纹扩展的能力断裂韧度表示。
反应材料有裂纹存在时，抵抗脆性断裂的能 力。
K1c可通过试验来测定，它是材料本身的特性， 与材料成分、热处理及加工工艺等有关。
依据；
3）根据已知材料的断裂韧度K1C和零件的实际 工作应力σ，估算断裂时的临界裂纹长度aC，为
零件的裂纹探伤提供依据。
材料的性能工程材料
疲劳（ fatigue ）
1、疲劳现象
零件在循环应力的作用，即 使工作时承受的应力低于材料的 屈服点或规定残余伸长应力，在 经受一定的应力循环后也会发生 突然断裂，这种现象称为疲劳。
(1)断面收缩率(percentage reduction in area): 是指试样拉断处横截面积S 1 的收缩量与原始横截面积S0之比。
S0 - S 1
ψ=
× 100%
S0
材料的性能工程材料
(2)断后伸长率(延伸率) specific elongation: 是指试样拉断后的标距伸长量L 1与
韧性
能
断裂韧度
疲劳
材料的性能工程材料
w强度 w塑性
拉伸试验
材料的性能工程材料
拉伸试验
拉伸试验机
材料的性能工程材料
液压式万能电子材料试验机
材料的性能工程材料
Hale Waihona Puke Baidu 拉伸试样：
d0 L0
长试样：L0=10d0 短试样：L0=5d0
材料的性能工程材料
塑性变形:外力
力—伸去长除后曲不线能消失
的变形
F
塑
应用： 是生产中应用最广 泛的硬度
试验方法。 可用于成品检验和薄件表面 硬度检验。 不适于测量组织不均匀材料。
材料的性能工程材料
(三)维氏硬度 HV ( diamond penetrator hardness )
维 氏 硬 度 计
材料的性能工程材料
1.压头： 锥面夹角为136º的金刚石
正四棱锥体
观看洛氏硬度
材料的性能工程材料
1.压头： HRA
120º金刚石圆锥体钢球 HRC 钢球 HRB
材料的性能工程材料
2.试验原理：
用锥顶角为120°的金刚石圆 锥或直径1.588mm的淬火钢球，以 相应试验力压入待测表面，保持 规定时间卸载后卸除主试验力， 以测量的残余压痕深度增量来计 算出硬度值。
2.试验原理： 与布氏硬度试验原理基本
相同。 只是压头改用了金刚石四
棱锥体。
材料的性能工程材料
2.试验原理： 以一定的试验力将压
头压入试样表面，保持 规定时间卸载后，在试 样表面留下一个四方锥 形的压痕，测量压痕两 对角线长度，以此计算 出硬度值。
材料的性能工程材料
a
用压痕两对角 线的平均长度 来计算。
w（四）磁学性能
w ⒈ 磁导率μ；⒉ 饱和磁化强度Ms和磁矫顽力Ｈc
材料的性能工程材料
3rew
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2020/11/18
材料的性能工程材料
材料的性能-工程材料
2020/11/18
材料的性能工程材料
材 使用性能 料 的 性 能 工艺性能
力学性能
物理性能
化学性能 铸造性能 锻压性能 焊接性能 热处理性能
材料的性能工程材料
力学性能
定义 : 是指金属材料在外力的作用
下所表现出来的抵抗能力。
材料的性能工程材料
主要指标： 强度
力
塑性
学
硬度
性
材料的性能工程材料
0
1 3
h1
2
h3
h
0 1-1 初载10kg h1 1 2-2 总载150kg h2 3 2 3-3 卸载140kg h3
h2
最后测得：
残余压痕深度增量 h
h=h3-h1
HR=h/0.002
HR=C-h/0.002
材料的性能工程材料
洛氏硬度值的表示：
w70~85HRA w25~100HRB w20~70HRC
材料的性能工程材料
4. 特点：
优点：测量误差小（因压痕大），
数据稳定，重复性强。
缺点：压痕面积较大，测量费时。
应用：常用于测量较软材料、灰铸
铁、有色金属、退火正火钢
材的硬度。
不适于测量成品零件或薄
件的硬度。
材料的性能工程材料
(二)洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness )
材料的性能工程材料
1943年美国T-2油轮发生断裂
材料的性能工程材料
物理性能
w物理性能，不仅对工程材料的选用来说，有着重要的意义； 而且也会对材料的加工工艺产生一定的影响。 w（一）密度 w（二）热学性能 w ⒈ 熔点；⒉ 热容；⒊ 热膨胀；⒋ 热传导 w（三）电学性能
w ⒈ 电阻率ρ ；⒉ 电阻温度系数；⒊ 介电性
材料的性能工程材料
1.压头： 淬火钢球 HBS 硬质合金钢球 HBW
材料的性能工程材料
2.试验原理：
用一定直径的 压头（球体），以 相应试验力压入待 测表面，保持规定 时间卸载后，测量 材料表面压痕直径， 以此计算出硬度值。
材料的性能工程材料
材料的性能工程材料
F
F
HB= —— = ————
S
材料的性能工程材料
(3)抗拉强度( tensile strength ): 试样在断裂前所能承受的最大应力。
Fb σb =
S0
试样断裂前的最大载荷(N)
( M pa )
试样原始横截面积( mm2)
材料的性能工程材料
主要指标： 强度
力
塑性
学
硬度
性
韧性
能
断裂韧度
疲劳
材料的性能工程材料
塑性(plasticity):是指材料在载荷作用下 产生塑性变形而不被破坏的能力。
原始标距L 0之比。
L 1– L 0
δ=
× 100%
L0
δ < 2 ~ 5% 属脆性材科 δ ≈ 5 ~ 10% 属韧性材料 δ > 10% 属塑性材料
材料的性能工程材料
长试样：δ10 δ 简写为 短试样：δ5
w同一种材料的δ5 >δ10
材料的性能工程材料
硬度( hardness ) 1.定义：
材料的性能工程材料
2、疲劳极限σ-1:
表示金属材料在无数次交变载荷作 用而不破坏的最大应力。
材料的性能工程材料
疲劳曲线
材料的性能工程材料
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
3、提高疲劳极限途径
改善零件的结构形状 降低表面粗糙度值 采取表面强化
材料的性能工程材料
是指材料抵抗其它更硬物体 压入其表面的能力。
材料的性能工程材料
2.硬度试验方法： （1）压入法 （2）划痕法 （3）回跳法
材料的性能工程材料
压入法
布氏硬度HB 洛氏硬度HR 维氏硬度HV
材料的性能工程材料
(一)布氏硬度HB(Brinell-hardness)
布氏硬度计
材料的性能工程材料
观看布氏硬度
为安全设计提供了一个重要的力学性能指标
当K1达到临界值K1C时，零件内裂纹将发生失稳 扩展而出现低应力脆性断裂，而K1＜K1C时，零
件安全可靠。
材料的性能工程材料
常见工程材料的断裂韧度K1C值（MN·m-3/2）
材料的性能工程材料
根据K1=Yσa ≥K1C的临界判据知：
为使零件不发生脆断，设计者可以控制
Fe 弹性极限载荷( N )
σe =
( M pa )
S0 试样原始横截面积( mm2)
材料的性能工程材料
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
材料的性能工程材料
力—伸长曲线
F
塑
b
性 屈服
变
形
s
e
弹 性 变 形
O
Fs Fb
缩颈
断裂
k
L
材料的性能工程材料
强度(strength): 材料在力的作用下抵抗 变形和破坏的能力。
g
试样冲断时所消耗的冲击功A k为: A k = m g H – m g h (J)
材料的性能工程材料
冲击韧度ak
就是试样缺口处单位截面积上所消 耗的冲击吸收功。
AK
a k=
S0
(J/cm²)
材料的性能工程材料
3.韧脆转变温度: T↓，ak急剧↓
ak
韧性→脆性
60
40
20
-40
-20
T(ºc)
缺点： 测量操作较麻烦，测量效率低
应用： 广泛用于科研单位和高校，
以及薄件表面硬度检验。
不适于大批生产和测量组织
不均匀材料。
材料的性能工程材料
韧性(toughness ):
1.定义：
材料在冲击载荷作用下抵抗破坏 的能力。
材料的性能工程材料
2.金属的夏比冲击试验:
冲击试验机
冲击试样和冲击材料的试性能验工程示材料意图
0
20
材料的性能工程材料
金属材料的韧脆转变温度↓，材 料的低温冲击韧性愈好。
材料的性能工程材料
断裂韧度
1、低应力脆断
有些零件在工作应力远远低于屈服点时就 会发生脆性断裂。这种现象称为低应力脆 断。
材料的性能工程材料
2、应力场强度因子
K1=Yσa
式中：Y__裂纹的几何形状因子; σ__外加应力（N/mm2）； a__裂纹的半长（mm）；
Dh
D h = —— —
2
D2 —— – 2
d2 ——
2
材料的性能工程材料
布氏硬度值450的材料 选用淬火钢球压头
例如：200HBS 350HBS
材料的性能工程材料
布氏硬度值450~650的材料 选用硬质合金球压头
例如：550HBW 600HBW
材料的性能工程材料
3.标注：
符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值， 符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、 载荷及载荷保持时间。 如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢 球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s 测得的布氏硬度值为120。
H V=F/S
材料的性能工程材料
3.标注： 与布氏硬度基本相同，在后面
要标注试验条件—试验力和保持 时间（10~15S不标）。
例：580HV30表示用30kgf (294.2N)试验力保持10~15S测 定的维氏硬度值为580。
材料的性能工程材料
4.特点：
优点： 适用范围广，从极软到极硬
材料都可测量;测量精度高， 可比性强；能测较薄工件。
材料的性能工程材料
HRA、HRB、HRC分别测得的硬度， 不可直接比较大小
例如： 50HRC<70HRA 〤 50HRB>40HRC 〤
材料的性能工程材料
3.特点： 优点： 测量操作简单，方便快捷，
压痕小；测量范围大，能测 较薄工件。
缺点： 测量精度较低，可比性差，
不同标尺的硬度值不能比较。
材料的性能工程材料
三个参数：材料的断裂韧度K1C 、名义工 作应力σ和零件内的裂纹长度a，它们之
间的定量关系能直接用于设计计算，可以 解决以下三方面的工程实际问题：
材料的性能工程材料
1）根据零件的实际工作应力σ和其内可能的裂 纹尺寸a，确定材料应有的断裂韧度K1C，为正确
选材提供依据；
2）根据零件所使用的材料断裂韧度K1C及已探 伤出的零件内存在的裂纹尺寸a，确定零件的临 界断裂应力σC，为零件最大承载能力设计提供
b
性 屈服
变
形
s
e
弹 性 变 形
O
Fs Fb
缩颈
断裂
k
L
材料的性能工程材料
弹性( elasticity ):金属材料受外力作 用时产生变形,当外力去掉后能恢复 到原来形状及尺寸的性能。
弹性变形( elastic deformation ): 随载荷撤除而消失的变形。
弹性极限( elastic limit ):
(1)种类: 抗拉强度、 抗压强度、 抗弯强
(2)
度 、 抗剪强度 、 抗扭强度等。
(2)屈服强度( yield strength): 屈服点 S
Fs σs =
S0
试样屈服时的载荷( N )
( M pa ) 试样原始横截面积( mm2)
材料的性能工程材料
s F0.2
o 0.2%l0
l
规定残余伸长应力： r0.2 =Fr0.2/S 0
K1__ 强度因子（MPa·m1/2或
MN·m-3/2）当K1达到临界值K1C时，
零件内裂纹将发生失稳扩展而出现
低应力脆性断裂，而K1＜K1C时，零
件安全可靠。
材料的性能工程材料
3、断裂韧度K1C
材料抵抗裂纹扩展的能力断裂韧度表示。
反应材料有裂纹存在时，抵抗脆性断裂的能 力。
K1c可通过试验来测定，它是材料本身的特性， 与材料成分、热处理及加工工艺等有关。
依据；
3）根据已知材料的断裂韧度K1C和零件的实际 工作应力σ，估算断裂时的临界裂纹长度aC，为
零件的裂纹探伤提供依据。
材料的性能工程材料
疲劳（ fatigue ）
1、疲劳现象
零件在循环应力的作用，即 使工作时承受的应力低于材料的 屈服点或规定残余伸长应力，在 经受一定的应力循环后也会发生 突然断裂，这种现象称为疲劳。
(1)断面收缩率(percentage reduction in area): 是指试样拉断处横截面积S 1 的收缩量与原始横截面积S0之比。
S0 - S 1
ψ=
× 100%
S0
材料的性能工程材料
(2)断后伸长率(延伸率) specific elongation: 是指试样拉断后的标距伸长量L 1与
韧性
能
断裂韧度
疲劳
材料的性能工程材料
w强度 w塑性
拉伸试验
材料的性能工程材料
拉伸试验
拉伸试验机
材料的性能工程材料
液压式万能电子材料试验机
材料的性能工程材料
Hale Waihona Puke Baidu 拉伸试样：
d0 L0
长试样：L0=10d0 短试样：L0=5d0
材料的性能工程材料
塑性变形:外力
力—伸去长除后曲不线能消失
的变形
F
塑
应用： 是生产中应用最广 泛的硬度
试验方法。 可用于成品检验和薄件表面 硬度检验。 不适于测量组织不均匀材料。
材料的性能工程材料
(三)维氏硬度 HV ( diamond penetrator hardness )
维 氏 硬 度 计
材料的性能工程材料
1.压头： 锥面夹角为136º的金刚石
正四棱锥体
观看洛氏硬度
材料的性能工程材料
1.压头： HRA
120º金刚石圆锥体钢球 HRC 钢球 HRB
材料的性能工程材料
2.试验原理：
用锥顶角为120°的金刚石圆 锥或直径1.588mm的淬火钢球，以 相应试验力压入待测表面，保持 规定时间卸载后卸除主试验力， 以测量的残余压痕深度增量来计 算出硬度值。