材料机械性能 (2)
机械工程材料 第2版 第1章 金属机械性能
变形能力
塑性指标： A(断后伸长率)=Δl/l0 × 100% Z(断面收缩率)=Δ S / S 0 × 100%
§3、硬度
一、硬度定义 二、布氏硬度
表面局部变形抗力
试验机
F
直径D钢球,在一定压力F下压入试样, 压痕面积S,压痕直径d。
HBW = F =
S痕
2F
2
查表 由d → HBW塑变→局部塑变、断裂 应力<Re 应力=Re 应力> Re 应力> Rm
三、强度定义
变形、断裂抗力
强度指标： E＝应力／延伸率（刚度、弹性模量）、
应力
铸铁
铝合金
Re(屈服强度)、 Rm(抗拉强度)
Rp 0.2 (屈服强度).
o
延伸率
§2、塑性
应力–延伸率曲线
一、塑性定义
§4、韧性 （冲击韧性）
一、冲击试验
试验机
h1
冲击试样
h2
冲击试验原理
质量为m（kg)锤从h1 (m)高度自由落下，
试样被冲断后升至h2 (m)高度。
二、冲击韧性 KU=mgh1-mgh2
aK = mg (h1-h2)/s（J/cm2 ）
KU、aK表示冲击过程中试样吸收的能量
用于变形
三、冲击韧性定义
布氏硬度试验原理
布氏硬度动画
三、洛氏硬度
试验机
预载h0 主载h1 卸载h2 压入深度h＝h1－h2
HRC =（K-h）/0.002
（120度金刚石圆锥K = 0.2 ）
表示方法：60 HRC
洛氏硬度动画
布氏硬度与洛氏硬度特点比较 HBW： 软材、准确、厚材。 HRC：硬材、快速、薄材。
钢铁的物理力学性能和机械性能
钢铁的物理力学性能和机械性能fangjym 的钢铁的物理力学性能和机械性能钢材的主要机械性能(也叫力学性能)通常是指钢材在标准条件下均匀拉伸.冷弯和冲击等.单独作用下所显示的各种机械性能。
钢材通常有五大主要的机械性能指标：通过一次拉伸试验可得到抗拉强度，伸长率和屈服点三项基本性能；通过冷弯试验可得到钢材的冷弯性能；通过冲击韧性试验可得到冲击韧性。
1.屈服点(σs)钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。
设Ps为屈服点s处的外力，Fo为试样断面积，则屈服点σs =Ps/Fo(MPa)，MPa称为兆帕等于N(牛顿)/mm2，(MPa=106Pa，Pa：帕斯卡=N/m2)2.屈服强度(σ0.2)有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值(一般为原长度的0.2%)时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2 。
3.抗拉强度(σb)材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。
它表示钢材抵抗断裂的能力大小。
与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。
设Pb为材料被拉断前达到的最大拉力，Fo为试样截面面积，则抗拉强度σb= Pb/Fo (MPa)。
4.伸长率(δs)材料在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。
5.屈强比(σs/σb)钢材的屈服点(屈服强度)与抗拉强度的比值，称为屈强比。
屈强比越大，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为0.65-0.75合金结构钢为0.84-0.86。
6.硬度硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。
它是金属材料的重要性能指标之一。
一般硬度越高，耐磨性越好。
常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
⑴布氏硬度(HB)以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。
材料机械性能
材料机械性能材料的机械性能是指材料在外力作用下的变形、破坏和承载能力等机械行为。
主要包括强度、韧性、硬度、延展性、刚性、塑性等指标。
材料的强度是材料抵抗外力作用下破坏的能力。
通常根据不同的应力模式，可以分为拉伸强度、压缩强度、剪切强度等。
拉伸强度是指材料在拉伸状态下发生破坏时所能承受的最大应力，反映了材料的抗拉能力。
压缩强度是指材料在受到压缩应力作用下破坏时所能承受的最大应力，反映了材料的抗压能力。
剪切强度是指材料在剪切状态下发生破坏时所能承受的最大应力，反映了材料的抗剪切能力。
材料的韧性是指材料在受力下能够延展变形而不断线的能力。
通常用断裂延伸率来表示材料的韧性。
高韧性的材料能够在外力作用下发生较大的变形而不断线，具有较好的抗冲击性和抗振动性。
材料的硬度是指材料抵抗表面划痕或压痕形成的能力。
硬度高表示材料的抗磨损能力强。
常用的硬度测试方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。
材料的延展性是指材料在拉伸应力下的变形能力。
常用指标有延伸率和断面收缩率。
高延展性的材料能够在外力作用下发生较大的变形而不断裂。
材料的刚性是指材料在受力下的变形能力。
刚性高表示材料的抗变形能力强。
刚性常用弹性模量来表示，弹性模量越大，刚性越高。
材料的塑性是指材料在受力下的变形能力和保持变形的能力。
塑性好的材料能够在外力作用下发生较大的变形并能保持变形。
总之，材料的机械性能是评价材料质量的关键指标之一。
不同的应用领域和要求对机械性能有不同的要求，因此在选择和设计材料时需要综合考虑不同机械性能指标的要求，以满足实际使用的需要。
材料力学性能(2)应力应变曲线
拉伸试验得到的应力应变，通常是指工程应力和工程应变，用于计算应力应变的横截面积和长度，是未变形的初始横截面积和初始长度（便于测量）。
与之对应的，还有真应力和真应变，用于计算应力应变的横截面积和长度，是变形后的横截面积和长度。
在应力低于比例极限的情况下，应力σ与应变ε成正比，即σ=Εε；式中E为常数，称为弹性模量或杨氏模量，是正应力与正应变的比值，弹性模量的单位与应力的单位相同。
剪切模量的定义与之类似，是切应力与切应变的比值。
金属的应力应变曲线，通常分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、应变硬化阶段和颈缩断裂阶段。
注意：不同的材料，应力应变曲线会有差异，并不是每种材料都会表现出上述四个阶段。
屈服强度材料的屈服强度，是指材料开始发生塑性变形时所对应的应力。
由于不同材料应力应变曲线变化各异，通常很难确定在多大的应力下，材料开始屈服。
实际应用中，也会用到以下几种定义屈服点的方式：弹性极限（Elastic Limit）The lowest stress at which permanent deformation can be measured. 能检测到塑性变形的最小应力。
比例极限（Proportional Limit）The point at which the stress-straincurve becomes nonlinear. 应力-应变曲线开始出现非线性的应力。
很多金属材料的弹性极限和比例极限几乎是一样的。
偏移屈服点（Offset Yield Point 或 Proof Stress）有些材料的应力应变曲线，弹性阶段和塑性阶段之间没有明显的分界点。
可以采用某个指定的很小的塑性应变，通常是0.2%，对应的应力作为屈服点。
真应力和真应变前面拉伸试验得到的工程应力（σ）和工程应变（ε），是基于试件未变形的初始横截面积（A0）和初始长度（L0）计算的。
而实际中，随着载荷的变化，横截面积和长度都是在发生变化的。
金属材料的机械性能超全
金属材料的机械性能超全種類冷軋或者固理狀態質別硬度降伏強度抗拉強度伸長TlloyNo Quality HV H/mm2(kgf/mm2) N/MM2(kgf/mm2)) ％SUS301& SUS201 1/2H 300-360 510(52) 以上930(95) 以上10以上3/4H 360-400 745(76) 以上1130(115) 以上5以上H 400-460 1030(105) 以上1320(136) 以上SUS304& SUS202 1/2H 250-300 470(48)) 以上780(80) 以上6以上3/4H 300-360 665(68) 以上930(95) 以上3以上H 360-400 880(90) 以上1130(115) 以上不锈钢带硬度的检测方法不锈钢带的厚度大于1.2mm使用洛氏硬度计，测试HRB、HRC硬度。
厚度为0.2～1.2mm的不锈钢带使用表面洛氏硬度计测试HRT、HRN硬度。
厚度小于0.2mm的不锈钢带，使用表面洛氏硬度计配金刚石砧座，测试HR30Tm硬度。
PHR系列便携式洛氏硬度计概述* PHR系列便携式洛氏硬度计是硬度计制造领域的一项技术进步。
该硬度计在不降低测试精度的条件下，实现了小型化，轻便化。
重量只有普通台式洛氏硬度计的百分之一，最小重量0.7公斤。
* PHR系列便携式洛氏硬度计测试范围包含很软的铝、锌、铅、锡、金、银，中等硬度的铝合金、铜、铜合金、低碳钢、不锈钢、钛及很硬的淬火钢、深层渗碳钢、硬质合金等，涵盖了几乎全部常见金属。
* 该洛氏硬度计压痕小，可作为无损检测直接测试工件。
* 该洛氏硬度计操作简便，使用灵活。
能够象千分尺一样使用。
各类中小尺寸的金属零件与不便移动的板、带、棒、管等大型材料都能够测试，应用范围十分广阔。
仪器适于对成批加工的成品或者半成品工件做逐件检测，可用于生产现场、销售现场与材料仓库。
* 该洛氏硬度计能够直接测试管材硬度，还能够测试管材内壁硬度。
机械工程材料性能
机械工程材料性能机械工程材料的性能是衡量其质量和可靠性的重要指标之一。
材料的性能直接影响到机械部件的耐久性、强度、刚度以及其它功能特性。
本文将探讨几种常见的机械工程材料的性能特点。
1. 金属材料性能金属材料是机械工程中最常用的材料之一。
金属的力学性能取决于其晶体结构和原子间的结合方式。
其中，强度是衡量金属材料机械性能的重要指标之一。
强度可以分为屈服强度、抗拉强度和断裂强度等。
此外，硬度、韧性、延展性、疲劳强度和冲击强度等也是评估金属材料性能的关键因素。
2. 高分子材料性能高分子材料是指由大量分子聚合形成的材料，比如塑料和橡胶。
高分子材料具有低密度、良好的可加工性和优异的电绝缘性能等特点。
然而，高分子材料的机械性能较差，其强度和硬度通常较低。
对于特定的应用，可以采用改性材料或增强材料来提高高分子材料的性能。
3. 陶瓷材料性能陶瓷材料通常具有高硬度、高熔点和良好的耐磨性。
然而，陶瓷材料的韧性和抗冲击性较差。
陶瓷材料主要应用于高温、高压和摩擦磨损严重的环境中，比如航空航天领域和化学工业。
4. 复合材料性能复合材料是指由两种或以上的材料相互组合形成新材料。
复合材料的性能综合了各种组成材料的优点，同时弥补其缺点。
常见的复合材料包括纤维增强复合材料和颗粒增强复合材料等。
纤维增强复合材料通常具有高强度、高模量和低密度的特点，广泛用于航空、汽车和体育器材等领域。
总结：机械工程材料的性能是衡量其质量和可靠性的重要指标。
金属材料具有良好的力学性能；高分子材料具有良好的可加工性和电绝缘性能；陶瓷材料具有高耐磨性和高温特性；复合材料综合了不同材料的优点。
了解不同材料的性能特点，有助于选择合适的材料用于机械工程领域，提高机械部件的可靠性和性能。
金属材料的基本知识
续
(5)按 炼钢 方法 分 ①转炉钢—用转炉炼出来的钢。它按炉衬材料又分为酸性转炉钢（贝塞麦炉钢、贝氏炉钢）和碱性 转炉钢（托马斯炉钢）；按送风方法又分为底吹炉钢、侧吹炉钢和纯氧顶吹转炉钢。 ②平炉钢—用平炉（马丁炉）炼出来的钢，它按炉衬材料又分为酸性平炉钢和碱性平炉钢。 ③电炉钢—用电炉炼出来的钢。它按炉衬材料又分为酸性电炉钢和碱性电炉钢。 ①镇静钢—脱氧完全的钢。钢锭的组织紧密、坚实，但上部有较深缩孔，轧制钢材时损耗较大。除 部分普通炭素钢和优质炭素结构钢外，一般都是制成镇静钢。 ②沸腾钢—脱氧不完全的钢。钢锭上部没有缩孔，只是内部有许多分散的小气泡，但是钢锭外壳仍 是坚实的，而这些分散小气泡在轧制钢材过程中可以完全被压合消除掉。它的优点是损耗较少，成 本较低，同时仍能保证钢材的强度和坚固性，并具有较高的冷加工变形能力；缺点是成分和性能有 严重不均匀性，强度和冲击韧性较低，容易时效，不适宜在低温条件下使用。主要制成作建筑结构、 一般零件或日用器皿等用的普通低炭钢和优质低炭钢。 ③半镇静钢—钢的脱氧程度和性能介于镇静钢和沸腾钢之间。主要也是制成作建筑结构或一般零件 用的普通低炭钢和优质低炭钢。 甲类钢—按照机械性能供应的钢 普通炭素钢 乙类钢—按照化学成分供应的钢 特类钢—按照机械性能及化学成分供应 的钢 优质炭素结构钢 易切削钢
锡青铜（铜锡合金，一般尚含有磷或锌、铅等合金元素） 特殊青铜（无锡青铜） 普通白铜（铜镍合金）
铜合金
青铜
白铜
压力加工用
特殊白铜（含有其他合金元 素的白铜） 不经热处理 经热处理
锰白铜、铁白铜、锌白铜等 防锈铝 硬铝、锻铝、超硬铝、特殊铝等
合金
铝合金 镍合金 锌合金 铅合金 镁合金 轴承合金 印刷合金 硬质合金
压力加工用 铸 造 用 压力加工用 压力加工用 铸造用 铅 锑 合 金 铅基轴承合金 锡基轴承合金 铅基印刷合金
2第二章 汽车车身常用材料
四．金属的热处理
2．表面热处理
表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金 属热处理工艺。为了只加热工件表层而不使过多的热量传人工件 内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上 给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表 面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源 有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。
②碳素工具钢 碳素工具钢的含碳量在0.7％～1.4％。由于含碳量高，故硬度偏高， 但红硬性差。主要用于制造各种手工具，一般都需经热处理后才可使用。
③合金结构钢与合金工具钢 合金结构钢和合金工具钢的用途与碳素结构钢和碳素工具钢相仿， 但其性能优于碳素钢。如40号钢经调质其抗拉强度ασb<750MPa；而 40Cr钢经调质其强度ασb>1000MPa。调质后，在硬度相同的情况下， 40Cr钢的塑性和韧性均优于40号钢。
6．铝板类
常用钣金铝材有纯铝板和铝合金板两种。 （1）纯铝薄板 纯铝薄板是银白色的轻金属，熔点为660℃，密度为2.7g/cm3，并具 有良好的塑性、延展性、导电性、导热性和耐腐蚀性。一般用于制作耐 腐蚀容器、油桶和各种形状的拉伸件和压弯件。由于铝板的抗拉强度较 低，所以不宜制作承受大载荷的构件。
镀铅薄钢板也叫白铅板，它具有抗腐蚀性能强的特点，最适合做耐酸 容器。因铅有毒，所以镀铅薄钢板不能做食品容器和罐头盒，通常用它做 燃油箱、贮油容器及其他防腐蚀性零件，镀铅薄钢板又称热镀铅合金冷轧 碳素薄钢板，其规格见表2-6。
材料力学性能第二章
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缺口引起的应力集中程度通常用应力集中系 数Kt来表示
max Kt
与材料性质无关，只由缺口的 几何形状决定，可在手册中查 到
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缺口的第一个效应是引起应力集中，并改变了缺口前方的 应力状态，使缺口试样或机件中所受的应力，由原来的单 向应力状态改变为两向或三向应力状态，这种状态由板厚 或直径决定。 两向或三向不等拉伸的应力状态软性系数α<0.5，使金属难 以产生塑性变形。 对于脆性材料或低塑性材料进行缺口试样拉伸时，很难通 过缺口根部极为有限的塑性变形使应力重新分布，往往直 接由弹性变形过渡到断裂，所以缺口试样的抗拉强度必然 比光滑试样的低。
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压头直径D有四种： 10 mm、5 mm、2.5 mm和1 mm 主要根据试样厚度选择，应使压痕深度h小于试样厚 度的1/8，当试样厚度足够时，应尽可能选直径10 mm 的压头
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布氏硬度试验的优点：
1. 由于压头的直径较大，所以压痕面积较大，其硬度值能 反映各组成相的平均性能，适合于测定灰铸铁、轴承合金 的硬度； 2. 试验数据稳定，重复性强。
布氏硬度试验的缺点：
1. 对不同材料需要更换压头直径和改变试验力，压痕直径 的测量较麻烦，所以不宜用于自动检测； 2. 压痕较大时不宜在成品上实验。
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根据扭转试验时试样所受的应力状态与应力分布，扭转 试验具有如下 特点：
材料力学实验报告答案 (2)
材料力学实验报告答案引言本实验旨在通过实验观察和数据处理，探究材料力学的基本原理和实验方法。
我们通过测试不同材料的力学性质，并使用所获得的数据来计算材料的弹性模量、屈服强度等参数。
实验装置和方法1.实验装置：实验中使用了一台称重台、一个弹簧支架、标准试件、计时器等实验装置。
2.实验方法：–步骤一：将标准试件放在弹簧支架上。
–步骤二：用称重台将试件悬挂起来，并记录下试件的初始长度和重力负荷。
–步骤三：给试件施加外力，使其发生形变，并记录下试件的变形长度所对应的载荷大小。
–步骤四：根据实验数据计算试件的弹性模量和屈服强度。
实验结果和数据处理我们选取了三种不同材料的试件进行测试，分别是钢材、铝材和塑料材料。
下表是我们得到的实验结果：试件材料初始长度（mm）载荷（N）变形长度（mm）钢材100102铝材15051塑料材料20020.5根据上表中的数据，我们可以计算出每种试件的弹性模量和屈服强度。
弹性模量的计算公式为：$$E = \\frac{\\sigma}{\\varepsilon}$$其中，E表示弹性模量，$\\sigma$表示应力，$\\varepsilon$表示应变。
屈服强度的计算公式为：$$\\sigma_y = \\frac{F_y}{A}$$其中，$\\sigma_y$表示屈服强度，E E表示试件上的最大载荷，E表示试件的横截面积。
根据上述公式，我们可以得到三种材料的弹性模量和屈服强度的计算结果如下：•钢材：弹性模量 $E = \\frac{10}{2} = 5\\,GPa$，屈服强度 $\\sigma_y = \\frac{10}{\\pi \\cdot (50)^2} ≈0.0127\\,MPa$•铝材：弹性模量 $E = \\frac{5}{1} = 5\\,GPa$，屈服强度 $\\sigma_y = \\frac{5}{\\pi \\cdot (75)^2} ≈0.0085\\,MPa$•塑料材料：弹性模量 $E = \\frac{2}{0.5} = 4\\,GPa$，屈服强度 $\\sigma_y = \\frac{2}{\\pi \\cdot (100)^2} ≈0.0064\\,MPa$分析和讨论通过实验，我们得到了三种材料的弹性模量和屈服强度的计算结果。
材料力学性能实验(2个)要点
《材料力学性能》实验教学指导书实验项目：1. 实验总学时：4 准静态拉伸2. 不同材料的冲击韧性材料科学与工程学院实验中心工程材料及机制基础实验室实验一准静态拉伸一、实验目的1．观察低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）在准静态拉伸过程中的各种现象（包括屈服、强化和颈缩等现象），并绘制拉伸图。
2．测定低碳钢的屈服极限σs，强度极限σb，断后延伸率δ和断面收缩率ψ。
3．测定铸铁的强度极限σb。
4．比较低碳钢和铸铁的力学性能的特点及断口形貌。
二、概述静载拉伸试验是最基本的、应用最广的材料力学性能试验。
一方面，由静载拉伸试验测定的力学性能指标，可以作为工程设计、评定材料和优选工艺的依据，具有重要的工程实际意义。
另一方面，静载拉伸试验可以揭示材料的基本力学行为规律，也是研究材料力学性能的基本试验方法。
静载拉伸试验，通常是在室温和轴向加载条件下进行的，其特点是试验机加载轴线与试样轴线重合，载荷缓慢施加。
在材料试验机上进行静拉伸试验，试样在负荷平稳增加下发生变形直至断裂，可得出一系列的强度指标（屈服强度σs和抗拉强度σb）和塑性指标（伸长率δ和断面收缩率ψ）。
通过试验机自动绘出试样在拉伸过程中的伸长和负荷之间的关系曲线，即P—Δl曲线，习惯上称此曲线为试样的拉伸图。
图1即为低碳钢的拉伸图。
试样拉伸过程中，开始试样伸长随载荷成比例地增加，保持直线关系。
当载荷增加到一定值时，拉伸图上出现平台或锯齿状。
这种在载荷不增加或减小的情况下，试样还继续伸长的现象叫屈服，屈服阶段的最小载荷是屈服点载荷Ps，Ps除以试样原始横截面面积Ao即得到屈服极限σs：σs=Ps A0试样屈服后，要使其继续发生变形，则要克服不断增长的抗力，这是由于金属材料在塑性变形过程中不断发生的强化。
这种随着塑性变形增大，变形抗力不断增加的现象叫做形变强化或加工硬化。
由于形变强化的作用，这一阶段的变形主要是均匀塑性变形和弹性变形。
当载荷达到最大值Pb后，试样的某一部位截面积开始急剧缩小，出现“缩颈”现象，此后的变形主要集中在缩颈附近，直至达到Pb 试样拉断。
工程材料-材料的性能-R
性能是材料与工程联系的纽带
§1 材料的使用性能
一、材料的力学性能（机械性能）
定义：指材料在外载作用下所表现出的性能，也叫机械性能。
材料的脆性——韧性
B
材料的软硬程度 ——硬度
A
力学性能
C
变形能力 ——弹性、塑性
材料抗断裂能力
——断裂强度
E
D 材料抵抗外力的
能力——强度
材料的力学性能－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。
E tg （MPa）
一、材料的力学性能（机械性能） 2、塑性 ——材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力
延伸率
l1 l0 100 % l0
断面收缩率
S0 S1 100 %
S0
＜5%—脆性材料 ≥5%—塑性材料
一、材料的力学性能（机械性能）
材料的断口类型
韧性
脆性
一、材料的力学性能（机械性能）
布氏硬度记法：200HBS10/1000/30: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200。
一、材料的力学性能（机械性能）
一、材料的力学性能（机械性能）
压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬 度值在450以下的材料。
压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度 在650以下的材料。
aKU 或aKV。
2)小能量多次冲击实验
落锤试验
• 带有双冲点的锤头以一定的频率冲 击式样，直至冲断。
• 指标：某种冲击吸收功作用下开始 出现裂纹和最后断裂的冲击次数。
一、材料的力学性能（机械性能）
冲击韧性
• 冲击功对于检查金属材料在不 同温度下的脆性转化最为敏感。 实际服役条件下的灾难性破断 事故，往往与材料的冲击功及 服役温度有关。
机械工程材料性能讲解
第一章 金属材料的力学性能
（二）变形（金属材料受载荷作用发生几何形状和尺寸
的变化。）
弹性变形：载荷去除后，可完全恢复的变形。 塑性变形：载荷去除后，不可恢复的永久变形。
金属材料的弹性变形可用于控制机构运动、缓冲 与吸振、储存能量等。金属材料塑性变形可用于 成型产品的加工，70%的金属材料是通过塑性变形 加工成型的。
第一章 金属材料的力学性能
（一）载荷（金属材料在加工和使用过程中所受的外力）
静载荷：指大小不变或变动很慢的载荷。 如地面所受讲台的压力，千斤顶工作所受的载荷。
冲击载荷：指突然增加的载荷。 如铁匠用铁锤锻打工件、高速行驶的汽车相撞的
载荷。 交变载荷：指周期性或非周期性的动载荷。 如电扇主轴、弹簧工作时所受的载荷。
第一章 金属材料的力学性能
1.强度
定义：是指材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。 抵抗能力越大，则强度越高。衡量强度大小的指标主要有 屈服强度和抗拉强度。 抗拉强度Rm：材料断裂前所承受的最大应力值。
计算公式如下： Rm = Fb / SO
Fb──试样承的最大载荷（N）； S0──试样原始横截面积（mm2）； Rm ──抗拉强度（MPa）。
HRB用于测量低硬度材料, 如有 色金属和退火、正火钢等。
HRC用于测量中等硬度材料，如 调质钢、淬火钢等。
第一章 金属材料的力学性能
力学性能：金属材料在外力作用时表现来的性能。 力学性能包括强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。
在机械设备及工具的设计、制造中选用金属材料时， 大多以力学性能为主要依据，因此熟悉和掌握金属材料的 力学性能是非常重要的。力学性能不仅是本章学习的重点， 同时也是整个教材的学习重点，希望同学们要努力学习掌 握好这些内容。先来学习准备知识。
铝和铝合金薄板、带和板材的机械性能(DIN_EN_485-2)
欧洲标准EN 485-2 11月ICS 77.12.10; 77.140.90关键词：铝、薄板、带、机械性能英文版铝和铝合金薄板、带和板材第2部分：机械性能这个欧洲标准由CEN在1994－10－26提供。
CEN的组成一定要遵守CEN/CENELEC固有的规则，这个规则规定了给予这个欧洲标准的条件和没有任何变更的国家标准的状况。
与这个国家标准有关的现行的表格和文献目录参考资料，可通过中央秘书处和CEN组织得到。
该欧洲标准，有三个法定版本（英文版，法文版和德文版），通过在CEN组织的帮助下，翻译成自己语言，可得到某种其他语言的版本，并通知中央秘书处，这种文本，将具有与法定版本相同的资格。
CEN成员是奥地利、比利时、丹麦、芬兰、法国、德国、希腊、冰岛、爱尔兰、意大利、卢森堡、荷兰、挪威、葡萄牙、西班牙、瑞典、瑞士和英国的家标准团体。
CEN欧洲标准化委员会中央秘书处：布鲁塞尔B-1050，Stassart路36号© 1994年版权属CEN组织成员所有参考号：EN 22768-1：1993 E第2页EN 485-2: 1994内容前言 (4)1.范围 (5)2.标准依据（参考） (5)3.拉伸试验 (6)4.弯曲试验 (7)5.硬度试验 (7)6.导电性 (8)7.耐应力腐蚀性 (8)8.耐剥落腐蚀性（5xxx系列合金） (9)9.耐剥落腐蚀性（7xxx系列合金） (9)表1：最小材料规格和布氏硬度值 (8)表2：铝EN AW-1080A[Al 99.8(A)] (12)表3：铝EN AW-1070A[A199.7] (13)表4：铝EN AW-1050A[A199.5] (14)表5：铝EN AW-1200[A199.0] (15)表6：合金EN AW-2014[铝铜4硅镁] (16)表7：合金EN AW-2017A[铝铜4镁硅(A)] (17)表8：合金EN AW-2024[铝铜4镁1] (18)表9：合金EN AW-3003[铝锰1铜] (19)表10：合金EN AW-3103[铝锰1] (20)表11：合金EN AW-3004[铝锰1镁1] (21)表12：合金EN AW-3005[铝锰1镁0.5] (22)表13：合金EN AW-3105[铝锰0.5镁0.5] (23)表14：合金EN AW-4006[铝硅1铁] (24)表15：合金EN AW-4007[铝硅1.5锰] (24)表16：合金EN AW-5005[铝镁(B)] (25)表17：合金EN AW-5040[铝镁1.5锰] (26)表18：合金EN AW-5049[铝镁2锰0.8] (27)表19：合金EN AW-5050[铝镁1.5(c)] (28)表20：合金EN AW-5251[铝镁2] (29)表21：合金EN AW-5052[铝镁2.5] (30)表22：合金EN AW-5154[铝镁3.5(A)] (31)表23：合金EN AW-5454[铝镁3锰] (32)表24：合金EN AW-5754[铝镁3] (33)表25：合金EN AW-5182[铝镁4.5锰0.4] (34)表26：合金EN AW-5083[铝镁4.5锰0.7] (35)表27：合金EN AW-5086[铝镁4] (36)第3页EN 485-2: 1994表28：合金EN AW-6061[铝镁1硅铜] (37)表29：合金EN AW-6082[铝硅1镁锰] (38)表30：合金EN AW-7020[铝锌4.5镁1] (39)表31：合金EN AW-7021[铝锌5.5镁1.5] (40)表32：合金EN AW-7022[铝锌5镁3铜] (40)表33：合金EN AW-7075[铝锌5.5镁铜] (41)表34：合金EN AW-8011A[铝铁硅(A)] (43)附录A（标准的）圆整规则 (44)第4页EN 485-2: 1994前言该欧洲标准已由CEN/TC 132“铝和铝合金”起草，它的秘书处由联合会的法国承担（AFNOR）。
工程材料与机械制造基础-第2章
图 低碳钢的σ-ε曲线
图 低碳钢的σ-ε曲线 图 铸铁的σ-ε曲线
第一阶段oe：弹性阶段。弹性极限：σe 第二阶段es：屈服阶段。屈服极限：σs 第三阶段sb：强化阶段。强度极限：σb 第四阶段bz：缩颈阶段(截面积减小,载荷下降) 。z：试样断裂。
(1)延伸率（伸长率）
L L1 L0 100%
屈服强度：
s
Ps F0
(MPa)
抗拉强度：
b
Pb F0
(MPa)
s /b
叫屈强比，一般为0.65-0.75。 屈强比越小，可靠性越高。 屈强比越大，强度利用率越高，可靠性降低。
金属材料的强度与其化学成分和工艺过程 ，尤其是热处理工艺有密切的关系。
如: (1)纯金属的抗拉强度低
纯铁为200MPa，铜为60MPa,铝为40MPa (2)铁碳合金：退火状态下
σ-1 —— 疲劳强度, MPa
δ —— 伸长率、延伸率 αK —— 冲击韧性,J/cm2
7.比较45HRC 650HBW 800HV 240HBS的大小。 答：800HV >650HBW>45HRC>240HBS
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20. 10.2420 .10.24Saturday , October 24, 2020 人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。1 7:50:38 17:50:3 817:50 10/24/2 020 5:50:38 PM 安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 10.2417 :50:381 7:50Oc t-2024- Oct-20 加强交通建设管理，确保工程建设质 量。17:50:3817 :50:381 7:50Saturday , October 24, 2020 安全在于心细，事故出在麻痹。20.10. 2420.1 0.2417:50:3817 :50:38 October 24, 2020 踏实肯干，努力奋斗。2020年10月24 日下午5 时50分 20.10.2 420.10. 24 追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2 020年1 0月24 日星期 六下午5 时50分 38秒17 :50:382 0.10.24 严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020 年10月 下午5时 50分20 .10.241 7:50Oc tober 24, 2020 作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2 020年1 0月24 日星期 六5时50 分38秒 17:50:3 824 October 2020 好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。下 午5时50 分38秒 下午5 时50分1 7:50:38 20.10.2 4 专注今天，好好努力，剩下的交给时 间。20. 10.2420 .10.241 7:5017:50:381 7:50:38 Oct-20 牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。202 0年10 月24日 星期六5 时50分 38秒Sa turday , October 24, 2020 相信相信得力量。20.10.242020年10月 24日星 期六5 时50分3 8秒20. 10.24
材料的机械性能
材料的机械性能材料的机械性能是指材料在外力作用下的表现和响应能力。
它是评价材料在机械应用中的性能的重要指标，影响着材料在各种工程领域的应用。
强度和韧性在材料的机械性能中，强度和韧性是两个重要的指标。
强度指的是材料抵抗外力破坏的能力，常用的强度指标有屈服强度、抗拉强度、抗压强度等。
韧性那么是指材料在外力作用下产生塑性变形的能力。
常用的韧性指标有断裂韧性、冲击韧性等。
屈服强度和抗拉强度屈服强度是指材料在受到拉伸或压缩时，开始发生塑性变形的应力值。
它是材料能够承受的最大应力，并且保持永久性变形的临界点。
而抗拉强度那么是材料在拉伸过程中能够承受的最大应力值。
抗压强度抗压强度是指材料在受到压缩力作用时的承载能力。
它是评价材料在承受压力时的稳定性和强度的重要指标。
断裂韧性断裂韧性是指材料在外力作用下，在断裂之前所能吸收的能量。
这个能量是用来克服材料内部的缺陷和割裂等破坏过程所需的。
韧性高的材料在受到外力时能够更好地抵抗破坏，具有较好的耐用性。
冲击韧性冲击韧性是指材料在受到冲击载荷时抵抗断裂的能力。
冲击韧性是材料承受冲击力后，经过弯曲、撞击等复杂变形后，能够阻止断裂的能力。
对于脆性材料，冲击韧性较低，而对于韧性材料，冲击韧性较高。
材料的硬度是指材料抵抗外部压强和划痕的能力，可以反映材料的抗压性能和耐磨性能。
硬度测试方法有多种，如洛氏硬度、布氏硬度、维氏硬度等。
硬度测试可以有效评估材料的机械性能。
刚度和弹性模量刚度是指材料在外力作用下的变形和形状改变的抵抗能力。
弹性模量那么是指材料在受力时产生的应变和应力之间的比值。
刚度和弹性模量可以反映材料的弹性变形能力和恢复能力。
疲劳性能疲劳性能是指材料在循环载荷下的耐久性能。
材料在长期受到交变应力和应变的作用下，会逐渐发生疲劳破坏。
疲劳性能的好坏影响着材料在长期使用中的可靠性。
材料的机械性能是评估和选择材料的重要指标，关系到材料在各种工程领域的应用。
强度、韧性、硬度、刚度、疲劳性能等是评价材料机械性能的主要指标。
工程材料-材料的性能-R
s
Fs ——屈服极限（屈服强度、屈服应力） S0
材料抵抗外力作用开始产生 明显塑性变形的最低应力
条件屈服强度0.2：残余变形量为0.2%时的
0.2
应力值。 s 0.2 抗拉强度 F b b ——强度极限、抗拉强度 S0 材料抵抗外力作用不致断裂的最大应力 断裂点
——材料发生疲劳破坏时的应力循环次
数，或从开始受载到发生断裂所经
过的时间称为该材料的疲劳寿命。 （80%的断裂由疲劳造成）
一、材料的力学性能（机械性能） 疲劳破坏特征
突然性，破坏前没有明显的宏观塑性变形，属于脆
性断裂
断口与一般脆性断口不同，可分为三个区域：裂纹
源、裂纹扩展区和断裂区
对缺陷（包括缺口、裂纹及组织缺陷等）十分敏感
120度的金刚石圆锥头试压。
HRC适用范围HRC 20－67，相当于HB225－650。若硬度高于此范围则用洛式硬度A标尺
HRA。 若硬度低于此范围则用洛式硬度B标尺HRB。
通用HRC来表示刀锋硬度，比如HRC60，即代表在试验载荷为1471.1N、使用顶角为120度
的金刚石圆锥压头时，被试材料的压痕深度为0.08MM。
二、材料的物理性能和化学性能
1、物理性能
密 度： 熔 点： 导热性能： 导电性： 铝、镁、钛 （钨、钼、钒），（锡、铅） 银、铜、铝
（银、铜、铝），（钨、钼、铁、铬）
热膨胀性能：应力、尺寸 磁 性： 铁磁性、顺磁性、抗磁性
二、材料的物理性能和化学性能
2、化学性能
材料的腐蚀:材料受环境介质的化学、电化学作用而引起的变质
A 冲击功： k M (H （单位面积冲击功）
一、材料的力学性能（机械性能） 冲击韧性
紧固件强度等级和机械性能
讲义材料二常用紧固件的强度等级和机械性能1.螺拴、螺钉和螺柱的强度等级（性能等级）：国标规定，标记为：3.6；4.6；4.8；5.6；5.8；6.8；8.8；9.8；10.9；12.9。
上述的性能等级适用于粗牙M1.6～M39；细牙M8×1～M39×3。
目的是标明紧固件具有的机械性能。
1标记中“.”前的数字表示公称抗拉强度，以1/100表示（如：性能等级为8.8级：那未前面8的数字即表明抗拉强度σb为800N/mm2）。
标记中“.”后的数字表示屈强比。
即公称屈服点σs或非比例伸长应力σp0.2与公称抗拉强度σb之比。
两数相乘的10倍贤屈服强度或非比例伸长应力的公称值。
2）屈强比的物理意义：表示了σs或σp0.2与σb的接近程度同样也反映了紧固件在加工时所受强化的程度。
（如：性能等级为3.6级的螺栓，其屈强比为0.6，表明在加工中未受到强化。
而屈强比为0.8或0.9的则表示紧固件产品在加工中受到强化）。
屈强比越大，所受的强化程度也越大。
3）各性能等级适用的材料及热处理要求因螺拴、螺钉和螺柱的强度等级（性能等级）与所用的钢材有很大关系。
对于8.8级以上（含8.8级）的产品必须进行热处理后才能达到性能要求。
性能等级为3.6级的可采用低碳钢生产。
性能等级为4.6；4.8；5.6；5.8；6.8级的可采用低碳钢或中碳钢生产。
但必须注意：屈强比为0.8的必须通过冷作硬化来实现。
5.6级若用中碳钢生产则必须经消除冷作硬化处理。
国标中还规定：a）.对于8.8级的产品为保证良好的淬透性，螺纹直径＞20mm的螺拴、螺钉和螺柱，必须采用10.9级规定的合金钢。
b）.对性能等级为10.9和12.9级时，应采用具有良好淬透性能的材料，以保证螺纹截面的芯部在淬火后、回火前得到约90%的马氏体组织。
2.螺拴、螺钉和螺柱的机械性能指标2）最小抗拉强度适用于公称长度L≥2.5d的产品；最低硬度适用于长度L<2.5以及其他不能进行拉力试验（如头部结构的影响）的产品。
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日本常用钢材的代号和机械性能
一.碳素冲压板料的代号和号机械性能
1. 碳素冲压板料的代号
SPCC：冷轧钢板(steel plate cold commercial)
SPCD：冷轧深拉钢板(steel plate cold deep drawn)
SPCE：冷轧深深拉钢板(steel plate cold deep drawn extra)
SECC：冷轧电镀板(steel electrolytic cold commercial)
SECD：冷轧深深拉电镀钢板(steel electrolytic cold deep drawn)
SECE：冷间压延深深拉电镀钢板(steel electrolytic cold deep drawn extra)
SECC-K2：其中SECC指冷轧电镀钢板,K2为神户制钢所对表面耐指纹电镀锌钢板的行业的表示代号,其表面涂层为有机涂层
SECC-KS：其中SECC指冷轧电镀钢板,KS为神户制钢所对表面耐指纹电镀锌钢板的行业的表示代号,其表面涂层为无机涂层
SEGC-CS：其中EGC为新日本制铁行业标准代号,与日本工业标准(JIS标准)代号号CC等同对应,(EGC 为electrolytic galvanized cold),CS为新日本制铁行业标准代的UF处理钢板(耐指纹)的一种,
UＦ处理钢板分以下三种：
EGC-CZ 有机被膜０.5µm
EGC-CF 有机被膜1.0µm
EGC-CS 有机被膜0.7µm
SEHC：热轧镀锌钢板及钢带
SEHD：热轧镀锌深拉钢板及钢带
SEHE：热轧镀锌深深拉钢板及钢带
SGCC：冷轧涂镀锌钢板及钢带
SGCH：冷轧涂镀锌冷硬钢板及钢带
SGCD：冷轧涂镀锌深拉钢板及钢带
SGHC：热轧涂镀锌钢板及钢带
CGCC：冷轧涂彩锌钢板及钢带
CGCH：冷轧涂彩锌冷硬钢板及钢带
CGCD：冷轧涂彩锌深拉钢板及钢带
后注：新推出的新型材料(环保材料)与旧材料有以下区别:
环保材料：又称无铬电镀钢板,只对表面有做处理的材料而言,而冷轧钢板作为所有钢材后处理的原板无需进行表面处理,目前推出的环保材料有暂时只有电镀锌钢板一种类
型如下:
新日本制铁材料：代号为EGC-QS：一般环保电镀锌钢板
EGC-QZ：是特别为理光公司商定的环保镀锌钢板环保电镀锌钢板与目前的电镀锌钢板的主要区别如下：
环保电镀锌钢板包括有机被膜、镀锌层、铁基板
普通镀锌钢板包括有机被膜、铬酸盐涂层、镀锌层、铁基板
即环保电镀锌钢板不包括铬酸盐涂层
2.黑色冲压板料的机械性能
二、不锈钢
1、代号简要说明
SUS 301-CP:冷轧不锈钢板(属奥氏体系),(steel use stainless cold plate) SUS 301-CS:冷轧不锈钢带(属奥氏体系),(steel use stainless cold strip) SUS 304-CP:冷轧不锈钢板(属奥氏体系)
SUS 304-CS:冷轧不锈钢带(属奥氏体系)
SUS 430-CP:冷轧不锈钢板(属铁素体系)
SUS 409-CS:冷轧不锈钢带(属铁素体系)
SUS 430-CS:冷轧不锈钢带(属铁素体系)
SUS 409-CP:冷轧不锈钢板(属铁素体系)
SUS 304-HP:热轧不锈钢板,(steel use stainless hot plate)
SUS 304-HS:热轧不锈钢带,(steel use stainless hot strip)
SUS 301 CSP-1/2H:冷轧弹性不锈钢带,(steel use stainless cold strip spring) SUS 301 CSP-3/4H:冷轧弹性不锈钢带
SUS 301 CSP-H:冷轧弹性不锈钢带
SUS 301 CSP-EH:冷轧弹性不锈钢带
SUS 301 CSP-SEH:冷轧弹性不锈钢带SUS 304 CSP-1/2H:冷轧弹性不锈钢带SUS 304 CSP-3/4H:冷轧弹性不锈钢带SUS 304 CSP-H:冷轧弹性不锈钢带注:不锈钢的密度为:7930kg/m3 2、常用不锈钢主要机械性能
三、常用钢的种类
(注:1 ,W-Si<0.35%, W-Mn<0.50%, W-P<0.030%, W-S<0.030%, W-Cu<0.25%, W-Ni<0.25%, W-Cr<0.30%) 热处理: 退火: SK1~3,750~780℃徐冷, SK4~6,740~760℃徐冷
淬火: 760~820℃水冷, 回火: 150~200℃空冷
2、高速工具钢SKH-
注: (Si,Mn<0.4%,P,S<0.03%,Cr3.8~4.5%,Cu<0.25%,Ni<0.25%),退火为缓冷,淬火为油冷,回火为空冷3、合金工具钢SHS,SKD,SDT)
注: (P,S<0.03%,Cu<0.25%),退火为缓冷,淬火为油冷(w代表水冷a代表空冷),回火为空冷
4、硫黄复合快削钢SUM
5、耐热钢SUH-XXX
6、弹簧钢SUP-XX
7、硬钢线材SWTH
8、软钢线材SWRM
9、冷挤压用碳素钢线材SWRCH
四、有色金属简注
2、铜及铜合金。