工程材料的分类及性能
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L0
•断面收缩率ψ：试样拉断处横截面积的相对收缩 量：
S0 S1 100 %
S0
碳钢三种典型应力—应变曲线的比较：
4.硬度
硬度是衡量材料软硬程度的指标。 通常材料的强度越高，硬度也越高。 硬度定义：材料抵抗局部塑性变形的能力。 生产常用的硬度测试方法有： （1）布氏硬度； （2）洛氏硬度； （3）维氏硬度；
一、材料的力学性能：
应力—应变曲线：
1.弹性和刚度 ：
弹性模量E：E=σ/ε（MPa)； 材料抵抗弹性变形的能力，弹性模量只对温 度敏感 。
刚度：等于材料弹性模量与零构件截面积的 乘积 。
σp： 比例极限（应力----应变成正比，服从 虎克定律 ）。
σe： 弹性极限（不产生塑性变形的最大应 力 ）。
绪论:1.课程的性质和任务：
性质：工程材料是机械类、近机械类各专业学生必修 的专业技术基础课。
任务： 1)使学生获得有关工程材料的基本理论和基本知识； 2)掌握常用工程材料成分－组织－性能－应用之间关系
的一般规律； 3)熟悉常用工程材料的生产工艺过程； 4)根据机械零件的服役条件和失效形式、合理选用工程
120°金刚 558.4 石圆锥
25~100HRB 软钢、退火钢、铜 合金、铝合金，可 锻铸铁等
65~85HRA 碳化物、硬质合金、 表面淬火钢
（3）维氏硬度（HV）：
维氏硬度测试原理公式：
HV
0.102
F SV
0.102
F 2sin 68 d2
0.1891
F d2
例：640HV30/20；500HV30
5.疲劳强度
材料在无数次的交变载荷的作用下不发 生疲劳断裂的最大应力（钢经受107循环 不发生断裂的最大应力）；
弯曲疲劳强度的表示：σ-1； 疲劳强度σ-1与抗拉强度之比约为
0.45~0.55。
重复循环变化的载荷：
疲劳曲线：
6.韧性
材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力 称为冲击韧性，简称韧性。
维； 陶瓷材料：工业陶瓷； 复合材料：金属基复合材料、高分
子复合材料、陶瓷基复合材料。
玻璃纤维增强高分子复合材料：
c.材料的性能(力学性能)
零件的过量变形以及性能指标； 零件的断裂及性能指标； 零件在交变载荷下的疲劳断裂及性能指
标； 零件的磨损失效以及防止； 零件在高温下的蠕变变形和断裂失效。
120HBS10/1000/30；500HBW5/750等。（10~15s时不标注）
（2）洛氏硬度：
常用洛氏硬度的试验条件和应用：
硬度符 压头类型 总压力 硬度值有效
号
范围
应用举例
HRC 120°金刚 1471 20~67HRC 淬火钢、调质钢等 石圆锥
HRB HRA
Φ（1/16）‘’ 4807 淬火钢球
（1）布氏硬度：
布氏硬度测试原理公式：
HB(HBS 或HBW) 0.102 F 0.102
2F
S
D(D D2 d 2 )
HBS适合测定硬度值低于450的金属材料；
HBW适合测定硬度值低于650的金属材料。 硬度符号HBS或HBW前的数值为硬度值，符号 后依次表示钢球直径、载荷大小及载荷保持时间。 例：
材料抵抗裂纹失稳扩展的性能称为断裂 韧性。
材料的韧性是材料断裂时所需的能量。
（1）冲击韧性：
标准冲击试样：
冲击功与冲击韧性计算公式：
•冲击功：
Ak G(H1 H2 )
介绍常用工程材料及其应用等基本知识； 为工程结构和机械零件的设计和制造提
供合理选用材料的方法。
4.课程教学形式：
理论教学； 实验教学； 课堂讨论； 自学； 辅导（习题解答 ）。
5.教学内容 ---- 理论教学：
第一章 金属材料的力学性能 第二章 金属的晶体结构 第三章 金属的结晶 第四章 二元相图及应用（铁碳合金相图 ） 第五章 金属材料的变形 第六章 钢的热处理 第七章 工业用钢 第八章 铸铁 第九章 有色金属及其合金 第十章 机械零件材料的选用
2学时 2学时 2学时 4学时 4学时 4学时 4学时 2学时 4学时 2学时
第一章:金属材料的力学性能：
a . 定义：
(1)材料是人类生产和生活所必备的物质 基础; (2)工程材料主要指用于机械工程、电器 工程、建筑工程、化工工程、航空航天 工程等领域的材料。
b.分类：
金属材料：黑色金属、有色金属； 高分子材料：塑料、橡胶、合成纤
材料。
2.本课程与相关课程的关系：
本课程应安排在金属工艺学实习及 应用力学课程之后进行,即学生应具 有材料的机械性能和金属加工工艺 方面的基本知识。为后续课程和毕 业设计等打好选择材料和使用材料 的基础。
3.课程的基本教学要求 ：
重点阐述工程材料的性能与其组织结构 之间的联系;
说明如何通过工艺手段改变材料的组织 结构,以达到提高材料性能的目的;
2.强度
σs：屈服强度（开始产生塑性变形的应力） 。 σb：抗拉强度（材料在拉伸过程中承受的最
大工程应力）。 σk：断裂强度（材料发生断裂时的应Βιβλιοθήκη Baidu）。
σp、 σe、 σs、 σb、 σk的单位：Mpa （与应力的相同）
3.塑性
伸长率δ：试样拉断后标距的相对伸长量：
L1 L0 100 %
GB/T1172-1999黑色金属硬度及强度换算 值（摘录）
硬
度
抗拉强度σb（N/mm-2）
洛氏
HRC HRA
维氏 布氏 HV （F/D2=30）
碳钢
HBS HBW
铬钢 铬钒 铬镍 铬钼 铬镍 钢 钢 钢 钼钢
铬锰 钢
不锈 钢
45.0 73.2 441 424 428 1459 1420 1469 1451 1444 1487 1445 1492 45.5 73.4 448 430 435 1481 1444 1493 1476 1468 1512 1469 1453 46.0 73.7 454 436 441 1503 1468 1517 1502 1492 1537 1493 1479 46.5 73.9 461 442 448 1526 1493 1541 1527 1517 1563 1517 1501 47.0 74.2 468 449 455 1550 1519 1566 1554 1542 1589 1543 1533
•断面收缩率ψ：试样拉断处横截面积的相对收缩 量：
S0 S1 100 %
S0
碳钢三种典型应力—应变曲线的比较：
4.硬度
硬度是衡量材料软硬程度的指标。 通常材料的强度越高，硬度也越高。 硬度定义：材料抵抗局部塑性变形的能力。 生产常用的硬度测试方法有： （1）布氏硬度； （2）洛氏硬度； （3）维氏硬度；
一、材料的力学性能：
应力—应变曲线：
1.弹性和刚度 ：
弹性模量E：E=σ/ε（MPa)； 材料抵抗弹性变形的能力，弹性模量只对温 度敏感 。
刚度：等于材料弹性模量与零构件截面积的 乘积 。
σp： 比例极限（应力----应变成正比，服从 虎克定律 ）。
σe： 弹性极限（不产生塑性变形的最大应 力 ）。
绪论:1.课程的性质和任务：
性质：工程材料是机械类、近机械类各专业学生必修 的专业技术基础课。
任务： 1)使学生获得有关工程材料的基本理论和基本知识； 2)掌握常用工程材料成分－组织－性能－应用之间关系
的一般规律； 3)熟悉常用工程材料的生产工艺过程； 4)根据机械零件的服役条件和失效形式、合理选用工程
120°金刚 558.4 石圆锥
25~100HRB 软钢、退火钢、铜 合金、铝合金，可 锻铸铁等
65~85HRA 碳化物、硬质合金、 表面淬火钢
（3）维氏硬度（HV）：
维氏硬度测试原理公式：
HV
0.102
F SV
0.102
F 2sin 68 d2
0.1891
F d2
例：640HV30/20；500HV30
5.疲劳强度
材料在无数次的交变载荷的作用下不发 生疲劳断裂的最大应力（钢经受107循环 不发生断裂的最大应力）；
弯曲疲劳强度的表示：σ-1； 疲劳强度σ-1与抗拉强度之比约为
0.45~0.55。
重复循环变化的载荷：
疲劳曲线：
6.韧性
材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力 称为冲击韧性，简称韧性。
维； 陶瓷材料：工业陶瓷； 复合材料：金属基复合材料、高分
子复合材料、陶瓷基复合材料。
玻璃纤维增强高分子复合材料：
c.材料的性能(力学性能)
零件的过量变形以及性能指标； 零件的断裂及性能指标； 零件在交变载荷下的疲劳断裂及性能指
标； 零件的磨损失效以及防止； 零件在高温下的蠕变变形和断裂失效。
120HBS10/1000/30；500HBW5/750等。（10~15s时不标注）
（2）洛氏硬度：
常用洛氏硬度的试验条件和应用：
硬度符 压头类型 总压力 硬度值有效
号
范围
应用举例
HRC 120°金刚 1471 20~67HRC 淬火钢、调质钢等 石圆锥
HRB HRA
Φ（1/16）‘’ 4807 淬火钢球
（1）布氏硬度：
布氏硬度测试原理公式：
HB(HBS 或HBW) 0.102 F 0.102
2F
S
D(D D2 d 2 )
HBS适合测定硬度值低于450的金属材料；
HBW适合测定硬度值低于650的金属材料。 硬度符号HBS或HBW前的数值为硬度值，符号 后依次表示钢球直径、载荷大小及载荷保持时间。 例：
材料抵抗裂纹失稳扩展的性能称为断裂 韧性。
材料的韧性是材料断裂时所需的能量。
（1）冲击韧性：
标准冲击试样：
冲击功与冲击韧性计算公式：
•冲击功：
Ak G(H1 H2 )
介绍常用工程材料及其应用等基本知识； 为工程结构和机械零件的设计和制造提
供合理选用材料的方法。
4.课程教学形式：
理论教学； 实验教学； 课堂讨论； 自学； 辅导（习题解答 ）。
5.教学内容 ---- 理论教学：
第一章 金属材料的力学性能 第二章 金属的晶体结构 第三章 金属的结晶 第四章 二元相图及应用（铁碳合金相图 ） 第五章 金属材料的变形 第六章 钢的热处理 第七章 工业用钢 第八章 铸铁 第九章 有色金属及其合金 第十章 机械零件材料的选用
2学时 2学时 2学时 4学时 4学时 4学时 4学时 2学时 4学时 2学时
第一章:金属材料的力学性能：
a . 定义：
(1)材料是人类生产和生活所必备的物质 基础; (2)工程材料主要指用于机械工程、电器 工程、建筑工程、化工工程、航空航天 工程等领域的材料。
b.分类：
金属材料：黑色金属、有色金属； 高分子材料：塑料、橡胶、合成纤
材料。
2.本课程与相关课程的关系：
本课程应安排在金属工艺学实习及 应用力学课程之后进行,即学生应具 有材料的机械性能和金属加工工艺 方面的基本知识。为后续课程和毕 业设计等打好选择材料和使用材料 的基础。
3.课程的基本教学要求 ：
重点阐述工程材料的性能与其组织结构 之间的联系;
说明如何通过工艺手段改变材料的组织 结构,以达到提高材料性能的目的;
2.强度
σs：屈服强度（开始产生塑性变形的应力） 。 σb：抗拉强度（材料在拉伸过程中承受的最
大工程应力）。 σk：断裂强度（材料发生断裂时的应Βιβλιοθήκη Baidu）。
σp、 σe、 σs、 σb、 σk的单位：Mpa （与应力的相同）
3.塑性
伸长率δ：试样拉断后标距的相对伸长量：
L1 L0 100 %
GB/T1172-1999黑色金属硬度及强度换算 值（摘录）
硬
度
抗拉强度σb（N/mm-2）
洛氏
HRC HRA
维氏 布氏 HV （F/D2=30）
碳钢
HBS HBW
铬钢 铬钒 铬镍 铬钼 铬镍 钢 钢 钢 钼钢
铬锰 钢
不锈 钢
45.0 73.2 441 424 428 1459 1420 1469 1451 1444 1487 1445 1492 45.5 73.4 448 430 435 1481 1444 1493 1476 1468 1512 1469 1453 46.0 73.7 454 436 441 1503 1468 1517 1502 1492 1537 1493 1479 46.5 73.9 461 442 448 1526 1493 1541 1527 1517 1563 1517 1501 47.0 74.2 468 449 455 1550 1519 1566 1554 1542 1589 1543 1533