材料力学性能PPT课件
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材料力学材料的力学性能优质课件
结论与讨 论
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第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
结论与讨 论
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第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
结论与讨 论
将卸载再加载曲线与原来旳应力-应变曲线进行比较(图 中曲线OAKDE上旳虚线所示)，能够看出：K点旳应力数值远 远高于A点旳应力数值，即百分比极限有所提升；而断裂时旳 塑性变形却有所降低。这种现象称为应变硬化。工程上常利 用应变硬化来提升某些构件在弹性范围内旳承载能力。
延伸率和截面收缩率旳数值越大，表白材料旳韧性越 好。工程上一般以为δ>5％者为韧性材料； δ＜5％者为脆 性材料。
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
单向压缩时材料旳力学行为
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第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
单向压缩时材料旳力学行为
材料压缩试验，一般采用短试样。低碳钢压 缩时旳应力-应变曲线。与拉伸时旳应力-应变曲 线相比较，拉伸和压缩屈服前旳曲线基本重叠， 即拉伸、压缩时旳弹性模量及屈服应力相同，但 屈服后，因为试样愈压愈扁，应力-应变曲线不断 上升，试样不会发生破坏。
试样旳变形将随之消失。
这表白这一阶段内旳变形都是
弹性变形，因而涉及线性弹性阶段
在内，统称为弹性阶段。弹性阶段 旳应力最高限
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
弹性力学性能
百分比极限与弹性极 限
大部分韧性材料百分比极限与弹性 极限极为接近，只有经过精密测量才干 加以区别。
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
单向压缩时材料旳力学行为
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
结论与讨论
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第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
结论与讨 论
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第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
结论与讨 论
将卸载再加载曲线与原来旳应力-应变曲线进行比较(图 中曲线OAKDE上旳虚线所示)，能够看出：K点旳应力数值远 远高于A点旳应力数值，即百分比极限有所提升；而断裂时旳 塑性变形却有所降低。这种现象称为应变硬化。工程上常利 用应变硬化来提升某些构件在弹性范围内旳承载能力。
延伸率和截面收缩率旳数值越大，表白材料旳韧性越 好。工程上一般以为δ>5％者为韧性材料； δ＜5％者为脆 性材料。
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
单向压缩时材料旳力学行为
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第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
单向压缩时材料旳力学行为
材料压缩试验，一般采用短试样。低碳钢压 缩时旳应力-应变曲线。与拉伸时旳应力-应变曲 线相比较，拉伸和压缩屈服前旳曲线基本重叠， 即拉伸、压缩时旳弹性模量及屈服应力相同，但 屈服后，因为试样愈压愈扁，应力-应变曲线不断 上升，试样不会发生破坏。
试样旳变形将随之消失。
这表白这一阶段内旳变形都是
弹性变形，因而涉及线性弹性阶段
在内，统称为弹性阶段。弹性阶段 旳应力最高限
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
弹性力学性能
百分比极限与弹性极 限
大部分韧性材料百分比极限与弹性 极限极为接近，只有经过精密测量才干 加以区别。
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
单向压缩时材料旳力学行为
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
结论与讨论
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第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
结论与讨 论
材料的力学性能最新课件
形成原因：纤维状是由于塑性变形过程中，众多微细裂 纹不断扩展和相互连接造成的，而暗灰色是纤维断口表 面对光的反射能力很弱所致。
举例：一些塑性较好的金属材料及高分子材料在室温 下的静拉伸断裂具有典型的韧性断裂特征。
脆性断裂定义：是材料断裂前基本上不产生明显的宏观塑性变 形，没有明显预兆，往往表现为突然发生的快速断裂过程，因 而具有很大的危险性。
图 3.21 压痕相似原理图
F1 D12
D F222
D F2
常数
材料物理与性能
洛氏硬度试验
HR k h 0.002
HRA、HRB、 HRC
图 3.22 洛氏硬度试验过程示意图 a) 加初始实验力 b) 加主实验力 c) 卸除试验力
材料物理与性能
0.20F4 s in 136
HV 0.10F2
20.189 F1
（6）应变速率与应力状态：应变速率对金属材料的屈服强 度有明显的影响。应变速率高，金属材料的屈服应力显著提高； 应力状态对金属材料屈服强度的影响规律是：切应力分量越大， 越有利于塑性变形，屈服强度就越低。
应变硬化应变硬化源自变硬化应变硬化抗拉强度
抗拉强度：拉伸实验时，试样拉断过程中最大实验力所对应的 应力。其值等于最大拉力Fb除以试样的原始横截面面积A0， 抗拉强度用σb表示，即 σb=Fb/A0
剪切断裂与解理断裂是两种不同的微观断裂方式，是材料 断裂的两种重要微观机理。
剪切断裂：剪切断裂是材料在切应力作用下沿滑移面滑移分离 而造成的断裂。
解理断裂：在正应力作用下，由于原子间结合键的破坏引起 的沿特定晶面发生的脆性穿晶断裂称为解理断裂。
材料物理与性能
剪切断裂的另一种形式为微孔 聚集型断裂，微孔聚集型断裂 是材料韧性断裂的普通方式， 其断口在宏观上常呈现暗灰色、 纤维状，微观断口特征花样则 是断口上分布大量“韧窝”， 如图1-26所示，微孔聚集断裂 过程包括微孔形核、长大、聚 合直至断裂。
举例：一些塑性较好的金属材料及高分子材料在室温 下的静拉伸断裂具有典型的韧性断裂特征。
脆性断裂定义：是材料断裂前基本上不产生明显的宏观塑性变 形，没有明显预兆，往往表现为突然发生的快速断裂过程，因 而具有很大的危险性。
图 3.21 压痕相似原理图
F1 D12
D F222
D F2
常数
材料物理与性能
洛氏硬度试验
HR k h 0.002
HRA、HRB、 HRC
图 3.22 洛氏硬度试验过程示意图 a) 加初始实验力 b) 加主实验力 c) 卸除试验力
材料物理与性能
0.20F4 s in 136
HV 0.10F2
20.189 F1
（6）应变速率与应力状态：应变速率对金属材料的屈服强 度有明显的影响。应变速率高，金属材料的屈服应力显著提高； 应力状态对金属材料屈服强度的影响规律是：切应力分量越大， 越有利于塑性变形，屈服强度就越低。
应变硬化应变硬化源自变硬化应变硬化抗拉强度
抗拉强度：拉伸实验时，试样拉断过程中最大实验力所对应的 应力。其值等于最大拉力Fb除以试样的原始横截面面积A0， 抗拉强度用σb表示，即 σb=Fb/A0
剪切断裂与解理断裂是两种不同的微观断裂方式，是材料 断裂的两种重要微观机理。
剪切断裂：剪切断裂是材料在切应力作用下沿滑移面滑移分离 而造成的断裂。
解理断裂：在正应力作用下，由于原子间结合键的破坏引起 的沿特定晶面发生的脆性穿晶断裂称为解理断裂。
材料物理与性能
剪切断裂的另一种形式为微孔 聚集型断裂，微孔聚集型断裂 是材料韧性断裂的普通方式， 其断口在宏观上常呈现暗灰色、 纤维状，微观断口特征花样则 是断口上分布大量“韧窝”， 如图1-26所示，微孔聚集断裂 过程包括微孔形核、长大、聚 合直至断裂。
材料力学性能教学课件材料的疲劳
疲劳曲线
疲劳曲线是描述材料在循环载荷作用下的疲劳寿命与应力幅的关系曲 线
疲劳曲线的形状取决于材料的疲劳性能和载荷条件
疲劳曲线可以分为线性疲劳曲线和非线性疲劳曲线
疲劳曲线的斜率反映了材料的疲劳寿命与应力幅的关系，斜率越大， 疲劳寿命越长
疲劳强度
疲劳强度是指材 料在循环载荷作 用下抵抗破坏的 能力
疲劳强度与材料 的力学性能、微 观结构、环境因 素等有关
采用强化处理技术
热处理：通过加 热和冷却，改变 材料的微观结构， 提高其强度和韧 性
表面处理：如喷 丸、喷砂等，提 高表面硬度和耐 磨性
复合材料：将两 种或多种材料结 合，提高材料的 综合性能
形状优化：通过 改变材料的形状 和尺寸，提高其 抗疲劳性能
降低应力集中与尺寸效应的影响
优化设计：通过优化设计降低应力集中，如采用圆角、倒角等设计 材料选择：选择具有良好抗疲劳性能的材料，如高强度钢、铝合金等 热处理：通过热处理提高材料的抗疲劳性能，如淬火、回火等 表面处理：通过表面处理提高材料的抗疲劳性能，如喷丸、滚压等
疲劳数据处理：通过分析疲劳试验数据来评估材料的疲劳 性能
疲劳数据的处理与分析
数据采集：通过疲劳试验获取数据
数据可视化：使用图表展示分析结果， 如折线图、柱状图等
数据预处理：去除异常值、填补缺失 值等
结果解释：根据分析结果，解释材料 的疲劳性能和失效原因
数据分析：使用统计方法分析数据，如 方差分析、回归分析等
07
疲劳试验与数据处理
疲劳试验的种类与方法
静态疲劳试验：通过施加恒定载荷来测试材料的疲劳性能
动态疲劳试验：通过施加周期性载荷来测试材料的疲劳性 能
疲劳寿命试验：通过测试材料的疲劳寿命来评估其疲劳性 能
复合材料力学性能ppt课件
低分子是瞬变过程
（10-9 ～ 10-10 秒）
各种运动单元的运动需要 克服内摩擦阻力，不可能
瞬时完成。
高分子是松弛过程
运动单元多重性：
键长、键角、侧基、支链、 链节、链段、分子链
需要时间
（ 10-1 ～ 10+4 秒）
.
8
Tg 粘流态
Tf
Td
Tf ～ Td
分解温 度
（1）分子运动机制：整链分子产生相对位移
应变硬化
E D A
D A
O A
B
y
图2.4 非晶态聚合物的应力. -应变曲线（玻璃态）
20
2.2 高分子材料的力学性能
.
21
2.2 高分子材料的力学性能
序号 类型
1
2
硬而脆 硬而强
3 强而韧
4 软而韧
5 软而弱
曲线
模量
高
高
高
低
低
拉伸强度
中
高
高
中
低
断裂伸长率 小
中
大
很大
中
断裂能
小
中
大
大
小
F
F
A0
一点弯曲
三点弯曲
均匀压缩 体积形变 压缩应变
F
扭转
F
.
17
2.2 高分子材料的力学性能
应力-应变曲线 Stress-strain curve
标准哑 铃型试
样
实验条件：一定拉伸速率和温度
.
电子万能材料试验机
18
2.2 高分子材料的力学性能
图2.3 高分子材料三种典型的应力-应变曲线
.
19
金属材料的力学性能ppt课件.ppt
为塑性变形。
F F F
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
拉伸试验
d0
F
F
l0
L 拉伸前
dk
lk
拉伸后
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
标准冲击试样有两种，一种是Ｕ形缺口试样，另一种是Ｖ
形缺口试样。它们的冲击韧度值分别以a KU和a KV。
材料的a K值愈大，韧性就愈好；材料的a K值愈小，材料
的脆性愈大
通常把a K值小的材料称为脆性材料 研究表明，材料的a K值随试验温度的降低而降低。
加载速度越快，温度越低，表面及冶金质量越差， a K在值
Fe
e
k
4、s’b曲线：弹性变形+均匀塑性变
形
5、b点出现缩颈现象，即试样局部
o
截面明显缩小试样承载能力降低，
拉伸力达到最大值，而后降低，但
变形量增大，K点时试样发生断裂。
F S0 拉伸曲线
l l0
应力—应变曲线
l
e — 弹性极限点 S — 屈服点 b — 极限载荷点
K — 断裂点
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
3) 维氏硬度
维氏硬度试验原理
维氏硬度压痕
维氏硬度计
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
F F F
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拉伸试验
d0
F
F
l0
L 拉伸前
dk
lk
拉伸后
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
标准冲击试样有两种，一种是Ｕ形缺口试样，另一种是Ｖ
形缺口试样。它们的冲击韧度值分别以a KU和a KV。
材料的a K值愈大，韧性就愈好；材料的a K值愈小，材料
的脆性愈大
通常把a K值小的材料称为脆性材料 研究表明，材料的a K值随试验温度的降低而降低。
加载速度越快，温度越低，表面及冶金质量越差， a K在值
Fe
e
k
4、s’b曲线：弹性变形+均匀塑性变
形
5、b点出现缩颈现象，即试样局部
o
截面明显缩小试样承载能力降低，
拉伸力达到最大值，而后降低，但
变形量增大，K点时试样发生断裂。
F S0 拉伸曲线
l l0
应力—应变曲线
l
e — 弹性极限点 S — 屈服点 b — 极限载荷点
K — 断裂点
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
3) 维氏硬度
维氏硬度试验原理
维氏硬度压痕
维氏硬度计
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金属材料的力学性能-课件
❖ 金属材料旳力学性能是指在承受多种外加载荷（拉 伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时， 对变形与断裂旳抵抗能力及发生变形旳能力。
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
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
金属材料力学性能测试.pptx
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Q235-10mmx10mmx55mmV型缺口试样
五、低温冲击
冷脆转变温度Tk：由于温度 降低造成金属由韧性状态 转变为脆性状态的温度。 测定Tk的方法： （1）能量法：冲击吸收功 降低到某一个具体数值时 的温度定为Tk。 （2）端口形貌法：端口形 貌中纤维区所占面积下降 到50%时所对应的温度。
当l0=10d0 时，伸长率用10 表示； 当l0=5d0 时，伸长率用5 表示。
显然5> 10 ③ < 5%时，无颈缩，为脆性材料表征
>5% 时，有颈缩，为塑性材料表征
弯曲
技术指标： 最大压力:100KN 速率：0-120mm/min
特点： （1）试样形状简单、操作方便。常用 于测定铸铁、铸造合金、工具钢和硬质 合金等脆性和低塑形材料的强度和显示 塑性的差别。 （2）弯曲试样表面应力最大， 可较灵敏地反映材料表面缺陷。
一、金属材料力学性能简介
力学性能
材 料
使用性能
物理性能 化学性能
的
性
铸造性能
能
工艺性能
锻压性能 焊接性能
热处理性能
力学性能
静载时 动载时
——材料抵抗各种外加载荷的能力。 弹性：弹性形变 刚度：产生弹性变形的难易程度 强度：抵抗永久变形和断裂的能力 塑性：塑性变形 硬度：抵抗硬物压入的能力
韧性：塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力
高温电子万能材料试验机
高温拉伸试样-加引伸计
高温拉伸试样-加引伸计பைடு நூலகம்
拉断前
拉断后
四、常温冲击
• 冲击韧性：是指材料抵 抗冲击载荷作用而不破 坏的能力。
指标为冲击 韧性值ak(通 过冲击实验 测得)。
材料力学性能教学课件材料在冲击载荷下的力学性能
总结词：材料的能量吸收能力是指在冲击载荷作用下，材料能够吸收的能量大小。材料的能量吸收能力与其种类、状态和结构等因素有关。
材料的抗冲击性能指标
冲击韧性是衡量材料抵抗冲击载荷破坏能力的重要指标。
总结词
冲击韧性是指材料在冲击载荷作用下吸收能量、抵抗破坏的能力。它受到材料的内部结构、温度、试样形状和尺寸等因素的影响。冲击韧性值越大，表示材料抵抗冲击载荷的能力越强。
通过在材料表面进行涂层或处理，改变其表面结构和性能，以达到提高抗冲击性能的目的。
表面处理和涂层技术可以在不改变材料本身性能的情况下，提高其抗冲击性能。例如，在金属表面进行喷涂、电镀或化学镀等处理，可以形成具有高硬度和高韧性的涂层，从而提高其抗冲击和耐磨性能。同时，表面处理还可以改变材料的表面粗糙度、硬度和附着力等性能，从而提高其抗冲击能力。
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THANKS
材料力学性能教学课件ppt材料在冲击载荷下的力学性能
材料力学性能概述材料在冲击载荷下的力学性能材料的抗冲击性能指标提高材料抗冲击性能的方法
目录
材料力学性能概述
材料力学性能是指材料在受到外力作用时表现出来的特性，包括强度、硬度、韧性、塑性等。
这些特性与材料的内部结构和化学成分密切相关，是材料科学和工程领域研究的重要内容。
详细描述
疲劳裂纹扩展速率是指在循环载荷作用下，裂纹扩展的速率。它是评估材料在交变应力作用下的耐久性和可靠性的重要指标。疲劳裂纹扩展速率越小，表示材料的疲劳寿命越长，抵抗裂纹扩展的能力越强。
提高材料抗冲击性能的方法
通过添加合金元素，改变材料的成分，以达到提高抗冲击性能的目的。
合金元素的添加可以改变材料的晶体结构、相变行为和微观组织，从而提高材料的韧性、强度和耐冲击性能。例如，钢中添加铬元素可以提高其抗腐蚀和耐磨性能，而铝合金中添加镁元素则可以提高其强度和抗冲击性能。塑性ຫໍສະໝຸດ 材料在冲击载荷下的力学性能
《金属材料力学性能》课件
《金属材料力学性能》PPT课件
• 金属材料力学性能概述 • 金属材料的拉伸性能 • 金属材料的冲击韧性 • 金属材料的硬度与耐磨性 • 金属材料的疲劳性能 • 金属材料的断裂韧性
01
金属材料力学性能概述
定义与分类
定义
金属材料的力学性能是指金属材料在受到外力作用时所表现出来的性能，包括 弹性、塑性、韧性、强度等。
屈服阶段
屈服阶段是金属材料在受到外力作用后发生屈服现象的阶段，此时金属材料开始 发生塑性变形，应力与应变不再呈线性关系。
屈服强度是描述金属材料在屈服阶段的力学性能指标，反映了金属材料抵抗屈服 现象的能力。
强化阶段
强化阶段是金属材料在屈服阶段之后发生强度增高的阶段， 此时金属材料的应力与应变关系呈上升趋势。
通过改变材料的内部结构来提高韧性，如通过退火或淬火处理。
提高金属材料断裂韧性的方法
冷加工
通过塑性变形提高材料的韧性，如轧 制、拉拔或挤压。
提高金属材料断裂韧性的方法
表面处理
VS
通过喷丸、碾压或渗碳淬火等表面处 理技术提高材料的韧性。
THANKS
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金属材料的力学性能与经济发展密切 相关，高性能的金属材料能够推动产 业升级和经济发展。
科学研究
金属材料的力学性能是科学研究的重 要领域之一，对于深入了解金属材料 的本质特性和发展新型金属材料具有 重要意义。
02
金属材料的拉伸性能
拉伸试验与拉伸曲线
拉伸试验
通过拉伸试验可以测定金属材料的拉 伸性能，包括抗拉强度、屈服强度、 延伸率等指标。
冲击试验与冲击韧性指标
冲击试验
通过在试样上施加冲击负荷，测定材 料抵抗冲击断裂的能力。
冲击韧性指标
• 金属材料力学性能概述 • 金属材料的拉伸性能 • 金属材料的冲击韧性 • 金属材料的硬度与耐磨性 • 金属材料的疲劳性能 • 金属材料的断裂韧性
01
金属材料力学性能概述
定义与分类
定义
金属材料的力学性能是指金属材料在受到外力作用时所表现出来的性能，包括 弹性、塑性、韧性、强度等。
屈服阶段
屈服阶段是金属材料在受到外力作用后发生屈服现象的阶段，此时金属材料开始 发生塑性变形，应力与应变不再呈线性关系。
屈服强度是描述金属材料在屈服阶段的力学性能指标，反映了金属材料抵抗屈服 现象的能力。
强化阶段
强化阶段是金属材料在屈服阶段之后发生强度增高的阶段， 此时金属材料的应力与应变关系呈上升趋势。
通过改变材料的内部结构来提高韧性，如通过退火或淬火处理。
提高金属材料断裂韧性的方法
冷加工
通过塑性变形提高材料的韧性，如轧 制、拉拔或挤压。
提高金属材料断裂韧性的方法
表面处理
VS
通过喷丸、碾压或渗碳淬火等表面处 理技术提高材料的韧性。
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金属材料的力学性能与经济发展密切 相关，高性能的金属材料能够推动产 业升级和经济发展。
科学研究
金属材料的力学性能是科学研究的重 要领域之一，对于深入了解金属材料 的本质特性和发展新型金属材料具有 重要意义。
02
金属材料的拉伸性能
拉伸试验与拉伸曲线
拉伸试验
通过拉伸试验可以测定金属材料的拉 伸性能，包括抗拉强度、屈服强度、 延伸率等指标。
冲击试验与冲击韧性指标
冲击试验
通过在试样上施加冲击负荷，测定材 料抵抗冲击断裂的能力。
冲击韧性指标
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氏体组织 （4）深冷处理：使淬火状态下残余奥氏体继续转变为低碳
马氏体（根据需要确定） （5）沉淀硬化处理 在480 ～550℃ 保温1小时左右，使碳化物析出弥散强化。 23
（四）弹簧的其它强化处理
（1）形变热处理
对于60Si2Mn、55Si2Mn等中碳钢具有较高的形 变强化效果，因此这类弹簧适合于热成型+淬火+回火
19
汽车板簧
扭转弹簧
大型热卷弹簧
弹簧丝
20
三、弹簧热处理 1、工作条件
储存能量和减轻震动,主要承受拉力、压力、扭力、 交变载荷； 2、失效形式： 疲劳断裂，永久变形 3、性能要求：
高的强度极限、弹性极限、疲劳极限、成型加工性 能（塑性成型、热处理性能） 4、常用材料 65、65Mn、60Si2Mn等中碳钢及中碳合金钢
3
3.齿轮的技术要求
齿面高的硬度、接触疲劳、耐磨损性能；
齿轮根部及齿轮具有高的强度和韧性。
4.齿轮用钢:低、中碳
➢ 轻载齿轮：45， 调质或正火
➢ 中载齿轮：45、40Cr， 调质，耐磨部位表面淬火
➢ 重载齿轮：20Cr、20CrMnTi， 渗碳淬火
➢ 高精度齿轮：38CrMoAlA， 调质-渗氮
21
5、热处理工艺 （一）冷成形弹簧（小弹簧）——去应力退火
由强化过的钢丝（铅淬冷拔、冷拔、淬火+回火的钢丝） 冷卷成弹簧，
只需进行去应力退火（加热温度250 ～300℃ ），以消除 变形过程中或淬火中形成的残余应力，稳定尺寸。
——淬火+中温回火（或采用等温淬火）
（二）热成形弹簧
采用热轧钢丝或钢板制成（如汽车板簧）
工艺路线
(2)渗碳 提高表面含碳量 920～930℃保温3～9h
下料 锻造 正火 切削加工 渗碳 淬火
(3)渗碳后淬火 获得马氏体，提高表面硬度
低温回火 精加工
直接淬火或一次淬火
表面：高碳M+Ar+碳化物,过渡层:M+Ar,
心部:低碳M+F（少量）
(4)回火
消除淬火应力，低温200℃，M→M回
6
20 CrMnTi 钢制造齿轮的热处理工艺曲线
（2）化学热处理
对于在铁素体状态下能进行元素扩散渗的弹簧材料， 可以不改变弹簧整体强度、韧性和弹性极限情况下， 化学渗提高弹簧表面硬度和疲劳强度。典型工艺热成 型加工+淬火+回火--化学渗处理。
（3）喷丸强化
使弹簧零件表面获得压应力，提高弹簧的使用寿命
5—10倍。
24
（五）弹簧的稳定化处理 为了减少弹性不完整性、或滞弹性，对弹簧进行
7
2）中载齿轮（中碳钢）热处理（表面淬火）
适用于35～55,40Cr,35CrMn,35CrMo,42SiMn等材料 齿轮。
加工工艺路线:
下料 锻造
正火 粗加工 调质
半精加工 精车加工 表面淬火
及 低温回火 精磨
8
(1)正火(或完全退火）
细化晶粒，调整硬度
加热至Ac3+30～50℃,空冷, 细珠光体+(少量铁素体)
4
5.齿轮热处理工艺
1）渗碳齿轮 材料：20CrMnTi、 20Cr、 30CrMnTiA等 服役场合：高速重载（汽车齿轮） 工艺路线：
下料 渗碳
锻造 淬火
正火 切削加工 低温回火 精加工
掌握各热处理工序的目的，工艺，组织
5
(1)正火
细化晶粒；调整硬度，便于切削加工
加热至Ac3+30～50℃,空冷, 组织细珠光体+(少量铁素体)
加荷、或机械稳定、或加温加荷处理，以保证弹簧 在使用过程中弹性稳定。
25
四.工具热处理
工具一般包括刃具、模具、量具 常用钢包括： 成分特点：高碳
碳素工具钢、 低合金工具钢、 高合金工具钢（高速钢等） 量具
淬火——提限。
淬火温度Ac3以上，回火温度350 ～450℃ ，
组织：回火屈氏体 或采用等温淬火，得到贝氏体组织
大型热卷弹簧
22
＊（三）沉淀硬化处理 对于17-7PH(0Cr17Ni7Al)沉淀硬化钢，在冷拉或固溶处理状
态下成型的弹簧。主要工艺过程如下： （1）固溶处理：奥氏体化，获得均匀一致的奥氏体组织 （2）成型加工 （3）调整热处理（或淬火处理） 加热到奥氏体化稍低温度，冷却，获得低碳马氏体+残余奥
锻造
正火
球化退火
机加工
淬火 + 冷处理 ( – 60 ～ – 80℃;1h )
低温回火
磨削加工
稳定化处理 ( 120 ～ 150℃；5 ～ 10h )
18
5、热处理工艺 ①预备热处理: 正火：消除网状碳化物，细化晶粒 球化退火：降低硬度，提高韧性，为淬火组织准备 ②淬火:获得马氏体组织 810～860℃（温度偏高），让Cr尽量溶入A， 又不致于导致晶粒粗大，A含碳过高；油冷 ③冷处理:获得马氏体组织,减少Ar ④低温回火:消除残余应力，保持高硬度.
13
塑性变形
14
磨损
15
3、性能要求:（内外圈和滚动体）
❖高的硬度和耐磨性; ❖高的接触疲劳强度; ❖足够的韧性和耐蚀性; ❖尺寸稳定性
滚珠轴承
滚针轴承
滚柱轴承
16
4、轴承用钢:
高碳, Wc = 0.95～1.15%
G Cr15
含Cr量WCr ≈ 1.5 % 滚动轴承钢
17
GCr15轴承钢制造轴承的工艺路线
钢的热处理举例
➢ 齿轮热处理 ➢ 轴承热处理 ➢ 弹簧热处理 ➢ 工具热处理 ➢ 轴的热处理
基本思路： 工作条件（载荷，环境） 失效形式 性能要求
材料
热处理工艺
1
2
一.齿轮热处理
1、工作条件－用于传递动力、改变方向或速度的重要零 件，受力情况复杂。
2、常见失效形式 齿轮接触面磨损或齿面塑性变形（表面硬度不足）； 齿轮面剥落（疲劳损坏、点蚀）； 断齿（强度低或超载）
9
➢ 轻载齿轮：45， 调质或正火
➢ 中载齿轮：45、40Cr， 调质，耐磨部位表面淬火
➢ 重载齿轮：20Cr、20CrMnTi， 渗碳淬火
➢ 高精度齿轮：38CrMoAlA， 调质渗氮
10
11
二、滚动轴承热处理
滚珠轴 承
滚针轴承
滚柱轴承
1、工作条件
高载荷，交变应力 高转速，一定冲击。
12
2、失效形式 接触疲劳破坏
(2)调质热处理
使心部具有良好强韧性
加热至Ac3+30～50℃后淬火+500～600℃高温回火, 回火索氏体
(3)表面感应淬火(表面火焰淬火)
提高表面硬度
表面加热至Ac3+30～50℃，心部没有加热。 淬火后表面获得马氏体+残余奥氏体,
过渡层马氏体+F＋残余奥氏体, 心部回火索氏体
(4)低温回火
消除淬火应力，低温200℃，M→M回
马氏体（根据需要确定） （5）沉淀硬化处理 在480 ～550℃ 保温1小时左右，使碳化物析出弥散强化。 23
（四）弹簧的其它强化处理
（1）形变热处理
对于60Si2Mn、55Si2Mn等中碳钢具有较高的形 变强化效果，因此这类弹簧适合于热成型+淬火+回火
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汽车板簧
扭转弹簧
大型热卷弹簧
弹簧丝
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三、弹簧热处理 1、工作条件
储存能量和减轻震动,主要承受拉力、压力、扭力、 交变载荷； 2、失效形式： 疲劳断裂，永久变形 3、性能要求：
高的强度极限、弹性极限、疲劳极限、成型加工性 能（塑性成型、热处理性能） 4、常用材料 65、65Mn、60Si2Mn等中碳钢及中碳合金钢
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3.齿轮的技术要求
齿面高的硬度、接触疲劳、耐磨损性能；
齿轮根部及齿轮具有高的强度和韧性。
4.齿轮用钢:低、中碳
➢ 轻载齿轮：45， 调质或正火
➢ 中载齿轮：45、40Cr， 调质，耐磨部位表面淬火
➢ 重载齿轮：20Cr、20CrMnTi， 渗碳淬火
➢ 高精度齿轮：38CrMoAlA， 调质-渗氮
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5、热处理工艺 （一）冷成形弹簧（小弹簧）——去应力退火
由强化过的钢丝（铅淬冷拔、冷拔、淬火+回火的钢丝） 冷卷成弹簧，
只需进行去应力退火（加热温度250 ～300℃ ），以消除 变形过程中或淬火中形成的残余应力，稳定尺寸。
——淬火+中温回火（或采用等温淬火）
（二）热成形弹簧
采用热轧钢丝或钢板制成（如汽车板簧）
工艺路线
(2)渗碳 提高表面含碳量 920～930℃保温3～9h
下料 锻造 正火 切削加工 渗碳 淬火
(3)渗碳后淬火 获得马氏体，提高表面硬度
低温回火 精加工
直接淬火或一次淬火
表面：高碳M+Ar+碳化物,过渡层:M+Ar,
心部:低碳M+F（少量）
(4)回火
消除淬火应力，低温200℃，M→M回
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20 CrMnTi 钢制造齿轮的热处理工艺曲线
（2）化学热处理
对于在铁素体状态下能进行元素扩散渗的弹簧材料， 可以不改变弹簧整体强度、韧性和弹性极限情况下， 化学渗提高弹簧表面硬度和疲劳强度。典型工艺热成 型加工+淬火+回火--化学渗处理。
（3）喷丸强化
使弹簧零件表面获得压应力，提高弹簧的使用寿命
5—10倍。
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（五）弹簧的稳定化处理 为了减少弹性不完整性、或滞弹性，对弹簧进行
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2）中载齿轮（中碳钢）热处理（表面淬火）
适用于35～55,40Cr,35CrMn,35CrMo,42SiMn等材料 齿轮。
加工工艺路线:
下料 锻造
正火 粗加工 调质
半精加工 精车加工 表面淬火
及 低温回火 精磨
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(1)正火(或完全退火）
细化晶粒，调整硬度
加热至Ac3+30～50℃,空冷, 细珠光体+(少量铁素体)
4
5.齿轮热处理工艺
1）渗碳齿轮 材料：20CrMnTi、 20Cr、 30CrMnTiA等 服役场合：高速重载（汽车齿轮） 工艺路线：
下料 渗碳
锻造 淬火
正火 切削加工 低温回火 精加工
掌握各热处理工序的目的，工艺，组织
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(1)正火
细化晶粒；调整硬度，便于切削加工
加热至Ac3+30～50℃,空冷, 组织细珠光体+(少量铁素体)
加荷、或机械稳定、或加温加荷处理，以保证弹簧 在使用过程中弹性稳定。
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四.工具热处理
工具一般包括刃具、模具、量具 常用钢包括： 成分特点：高碳
碳素工具钢、 低合金工具钢、 高合金工具钢（高速钢等） 量具
淬火——提限。
淬火温度Ac3以上，回火温度350 ～450℃ ，
组织：回火屈氏体 或采用等温淬火，得到贝氏体组织
大型热卷弹簧
22
＊（三）沉淀硬化处理 对于17-7PH(0Cr17Ni7Al)沉淀硬化钢，在冷拉或固溶处理状
态下成型的弹簧。主要工艺过程如下： （1）固溶处理：奥氏体化，获得均匀一致的奥氏体组织 （2）成型加工 （3）调整热处理（或淬火处理） 加热到奥氏体化稍低温度，冷却，获得低碳马氏体+残余奥
锻造
正火
球化退火
机加工
淬火 + 冷处理 ( – 60 ～ – 80℃;1h )
低温回火
磨削加工
稳定化处理 ( 120 ～ 150℃；5 ～ 10h )
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5、热处理工艺 ①预备热处理: 正火：消除网状碳化物，细化晶粒 球化退火：降低硬度，提高韧性，为淬火组织准备 ②淬火:获得马氏体组织 810～860℃（温度偏高），让Cr尽量溶入A， 又不致于导致晶粒粗大，A含碳过高；油冷 ③冷处理:获得马氏体组织,减少Ar ④低温回火:消除残余应力，保持高硬度.
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塑性变形
14
磨损
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3、性能要求:（内外圈和滚动体）
❖高的硬度和耐磨性; ❖高的接触疲劳强度; ❖足够的韧性和耐蚀性; ❖尺寸稳定性
滚珠轴承
滚针轴承
滚柱轴承
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4、轴承用钢:
高碳, Wc = 0.95～1.15%
G Cr15
含Cr量WCr ≈ 1.5 % 滚动轴承钢
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GCr15轴承钢制造轴承的工艺路线
钢的热处理举例
➢ 齿轮热处理 ➢ 轴承热处理 ➢ 弹簧热处理 ➢ 工具热处理 ➢ 轴的热处理
基本思路： 工作条件（载荷，环境） 失效形式 性能要求
材料
热处理工艺
1
2
一.齿轮热处理
1、工作条件－用于传递动力、改变方向或速度的重要零 件，受力情况复杂。
2、常见失效形式 齿轮接触面磨损或齿面塑性变形（表面硬度不足）； 齿轮面剥落（疲劳损坏、点蚀）； 断齿（强度低或超载）
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➢ 轻载齿轮：45， 调质或正火
➢ 中载齿轮：45、40Cr， 调质，耐磨部位表面淬火
➢ 重载齿轮：20Cr、20CrMnTi， 渗碳淬火
➢ 高精度齿轮：38CrMoAlA， 调质渗氮
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二、滚动轴承热处理
滚珠轴 承
滚针轴承
滚柱轴承
1、工作条件
高载荷，交变应力 高转速，一定冲击。
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2、失效形式 接触疲劳破坏
(2)调质热处理
使心部具有良好强韧性
加热至Ac3+30～50℃后淬火+500～600℃高温回火, 回火索氏体
(3)表面感应淬火(表面火焰淬火)
提高表面硬度
表面加热至Ac3+30～50℃，心部没有加热。 淬火后表面获得马氏体+残余奥氏体,
过渡层马氏体+F＋残余奥氏体, 心部回火索氏体
(4)低温回火
消除淬火应力，低温200℃，M→M回