金属材料机械性能的指标及意义(优.选)
2.2金属的力学性能
30
<140 非铁 金属 >130
10 30
12 30
36～130 8～35
10 2.5
30 60
3、表示方法
XXX HBS(W) XX / XXX / XX
硬度值 试验力保持 压头直径（mm ） 实验力（N） G=mg(g=9.807) 表示用直径5mm硬质合金球在7355N试验力作用下保持 10~15s测得的布氏硬度值为500 表示用直径10mm钢球压头在9807N试验力作用下保持30s 测得的布氏硬度值为120
除低碳钢、中碳钢及少数合金钢有屈服现象外，对于 大多数没有明显的屈服现象的金属材料。 定义：条件屈服强度： Rp0.2（ σ0.2 指出： 是工程技术中最重要的机械性能指标之一；
）
规定：产生0.2%残余伸长时的应力作为条件屈服强度。
是设计零件时作为选用金属材料的重要依据。
• 工程上各种构件或机器零件工作时均不允许 发生过量塑性变形，因此屈服强度ReL和规定 残余延伸强度Rp0.2是工程技术上重要的力学 性能指标之一，也是大多数机械零件选材和 设计的依据。
• ReL 和Rp0.2 常作为零件选材和设计的依据。 • 传统的强度设计方法，对韧性材料，以屈服 强度为标准，规定许用应力[σ ]= ReL /n， 安全系数n一般取2或更大。
3）抗拉强度
定义：指在外力作用下由产生大量塑性变形到断裂前所承受的
最大应力，故又称强度极限。 公式：
Fm Rm 或 S0
菏泽高级技工学校
想一想：
1、金属材料受力后会有什么反应？
2、金属的力学性能的指标一般有哪些？ 怎样获得这些指标？
3、金属材料为什么会发生断裂？
§2-2金属的力学性能
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能使用性能⎪⎩⎪⎨⎧性）高温。
氧化性（热稳定化学性能：耐蚀性、抗密度、熔点等性、导热性、热膨胀、物理性能：电学性、磁、塑性、韧性、钢度等力学性能：强度、硬度工艺性能⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧切削加工焊接性压力加工（冲压性）铸造性可锻性金属材料的力学性能：金属材料在一定的温度条件和受外力作用下，抵抗变形、断裂的能力称材料的力学性能又称为机械性能。
主要有四大指标：1、 强度指标：抗拉强度b σ 屈服强度s σ：（疲劳强度、屈强比）2、塑性指标⎩⎨⎧断面收缩率伸长率（延伸率）δ 3、硬度指标⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧D HL HV HRC HB ）里氏硬度（）维氏硬度（）洛氏硬度（）布氏强度（ 4、韧性指标⎩⎨⎧IC k k K A a 断裂韧度冲击韧性1、强度指标将规定尺寸的试棒在拉伸实验机上进行静拉伸实验，以测定该试件对外力载荷的抗力，可求强度指标和塑性指标。
（1）拉伸曲线图（2）应力应变图应力0A 外力=σ （单位面积所受力） 应变0L L ∆=ε （单位长度的变形量）对原材料、焊接工艺及焊接试板均有严格的标准进行规定。
对圆形拉伸试样分标准试样和比例试样，每种又分为长试样和短试样⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧==⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===（短）（长）任意选用比例试样：短试样）长试样）标距标准试样：直径006000000065.53.11(5(1020A L A L d d L d L L d （3）拉伸试验分为四个阶段中碳钢 低碳钢（拉伸图） 变形量ΔL （应变ε）σ标距L 0①弹性变形阶段：变形量L ∆与外力（或应变和应力）成正比（即虎克定律）。
该阶段最高值：e '：P σ：称比例极限（即保持直线关系的最大负荷）。
e σ：弹性极限：我们把材料产生最大弹性变形时的应力称由于检测精度，国标规定以残余变形量为0.01%时的应力为弹性极限。
A F e e =σ 应力：单位面积上材料抵抗变形的力称为应力。
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)。
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。
钢材机械性能 标准
钢材机械性能标准
钢材作为一种常用的金属材料，在工程领域中有着广泛的应用。
而钢材的机械性能则是评价其质量优劣的重要指标之一。
钢材的机械性能标准是指钢材在受力作用下所表现出来的力学性能，包括强度、韧性、硬度、塑性等指标。
本文将对钢材机械性能标准进行详细介绍，以便读者更好地了解和应用钢材材料。
首先，钢材的强度是指材料在受力作用下所能承受的最大应力。
强度是衡量钢材抗压、抗拉、抗弯等性能的重要参数。
一般来说，钢材的强度越高，其承载能力就越大，因此在工程设计中需要根据实际情况选择合适的强度等级的钢材。
其次，钢材的韧性是指材料在受到冲击或挤压作用时能够吸收能量并发生形变的能力。
韧性是衡量材料抗冲击能力的重要指标，对于一些需要承受冲击载荷的工程结构来说，韧性是至关重要的。
此外，钢材的硬度是指材料抵抗划伤、切削等表面破坏的能力。
硬度高的钢材具有较好的耐磨性和耐切削性，适用于一些对材料表面要求较高的工程领域。
最后，钢材的塑性是指材料在受力作用下能够发生形变而不破坏的能力。
塑性好的钢材能够在受到外力作用后发生塑性变形，适用于一些对材料变形要求较高的工程结构。
综上所述，钢材的机械性能标准是评价钢材质量优劣的重要依据，其中强度、韧性、硬度和塑性是其主要指标。
在选择和应用钢材材料时，需要根据工程实际情况合理选择合适的机械性能标准，以确保工程结构的安全可靠性。
希望本文对读者对钢材机械性能标准有所帮助，谢谢阅读！。
冲压金属材料的性能
第一章材料的性能教学重点：材料的力学性能指标及其物理意义；重点：材料的力学性能指标及其物理意义一、弹性与刚度评价材料力学性能最简单和最有效的办法就是测定材料的拉伸曲线。
将标准试样(见图1-1)施加一单轴拉伸载荷，使之发生变形直至断裂，便可得到试样伸长率(试样原始标距的伸长与原始标距之比的百分率）随应力(试验期间任一时刻的力除以试样原始横截面积之商）变化的关系曲线，称为应力-应变曲线,图1-2为低碳钢的应力-应变曲线。
图1-1 圆形标准拉伸试样图1-2 低碳钢的应力-应变曲线在应力-应变曲线中，OA段为弹性变形阶段，此时卸掉载荷，试样恢复到原来尺寸。
A点所对应的应力为材料承受最大弹性变形时的应力，称为弹性极限。
其中OA’部分为一斜直线，应力与应变呈比例关系，A’点所对应的应力为保持这种比例关系的最大应力，称为比例极限。
由于大多数材料的A点和A’点几乎重合在一起，一般不作区分。
在弹性变形范围内，应力与伸长率的比值称为弹性模量E。
E实际上是OA线段的斜率：αtgE=(MPa)，其物理意义是产生单位弹性变形时所需应力的大小。
弹性模量是材料最稳定的性质之一，它的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。
材料受力时抵抗弹性变形的能力称为刚度，其指标即为弹性模量。
可以通过增加横截面积或改变截面形状来提高零件的刚度。
二、强度与塑性 1、强度材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力称为强度。
根据加载方式不同，强度指标有许多种，如抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等。
其中以拉伸试验测得的屈服强度和抗拉强度两个指标应用最多。
⑴ 屈服强度在图1-2中, 应力超过B 点后, 材料将发生塑性变形。
在BC 段，塑性变形发生而力不增加，这种现象称为屈服。
B 点所对应的应力称为屈服强度（σ S ）。
屈服强度反映材料抵抗永久变形的能力，是最重要的零件设计指标之一。
材料知识
常用金属材料的一般知识常用金属材料的力学性能所谓力学性能是指金属在外力作用时表现出来的性能，包括强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。
表示金属材料各项力学性能的具体数据是通过在专门试验机上试验和测定而获得的。
1、强度：是指材料在外力作用下抵抗塑性变形和破裂的能力。
抵抗能力越大，金属材料的强度越高。
强度的大小通常用应力来表示，根据载荷性质的不同，强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度、抗扭强度和抗弯强度。
在机械制造中常用抗拉强度作为金属材料性能的主要指标。
（1）屈服强度钢材在拉伸过程中当载荷不再增加甚至有所下降时，仍继续发生明显的塑性变形现象，称为屈服现象。
材料产生屈服现象时的应力，称为屈服强度。
有些金属材料（如高碳钢、铸钢等）没有明显的屈服现象，测定很困难。
在此情况下，规定以试样长度方向产生0.2%塑性变形时的应力作为材料的“条件屈服强度”，或称屈服极限。
用σ0.2表示。
屈服强度标志着金属材料对微量变形的抗力。
材料的屈服强度越高，表示材料抵抗微量塑性变形的能力越大，允许的工作应力也越高。
（2）抗拉强度钢材在拉伸时，材料在拉断前所承受的最大应力，称为抗拉强度。
用符号σb 表示。
其计算方法如下：σb=F b/S0式中F b——试样破坏前所承受的最大拉力，N；S0——试样原始横截面积，mm²。
抗拉强度是材料在破坏前所能承受的最大应力。
σb的值越大，表示材料抵抗拉断的能力越大。
它也是衡量金属材料强度的重要指标之一。
其实用意义是：金属结构件所承受的工作应力不能超过材料的抗拉强度，否则会产生断裂，甚至造成严重事故。
2、塑性:断裂前金属材料产生永久变形的能力，称塑性。
一般用拉伸试棒的延伸率和断面收缩率来衡量。
(1)延伸率试样拉断后的标距长度伸长量与试样原始标距长度的比值的百分率，称为延伸率，用符号δ来表示。
其计算方法如下：δ=(L1-L0)/ L0×100％式中L1——试样拉断后的标距长度，mm；L0——试样原始标距长度，mm。
极限抗拉强度(uts)_概述说明以及解释
极限抗拉强度(uts) 概述说明以及解释1. 引言1.1 概述在材料工程领域，极限抗拉强度（Ultimate T ensile Strength, UTS）是一个重要的力学性质参数。
它代表了材料在拉伸过程中所能承受的最大应力值，通常以单位面积上承受的最大拉应力来表示。
UTS是评估材料抵抗拉伸破坏能力的重要指标，也是进行设计和选择材料时必须考虑的因素之一。
1.2 文章结构本文将通过以下几个方面对UTS进行概述和说明。
首先，我们将明确UTS的定义和意义，解释其在材料工程中所起到的作用；接着，我们将讨论影响UTS的因素，包括材料特性、加工过程和环境条件等；然后，我们将探讨UTS在工程应用中的重要性以及其与其他力学性质之间的关系；最后，我们将总结文章并展望UTS研究未来发展方向。
1.3 目的本文旨在全面介绍极限抗拉强度（UTS），深入探讨其定义、计算方法以及在材料工程中的作用。
通过对UTS相关因素及其影响的详细讨论，我们希望读者能够更好地理解UTS的重要性，并在工程应用中合理利用和考虑这一参数。
此外，我们还将展望UTS研究的未来发展方向，为相关领域的科学研究提供参考和借鉴。
通过本文的阅读，读者将有机会深入了解UTS并认识到其在材料工程中的关键作用。
2. 极限抗拉强度(UTS) 的定义和意义2.1 UTS的概念极限抗拉强度（Ultimate Tensile Strength，简称UTS）是指材料在拉伸过程中能承受的最大应力值。
它表示了材料抵抗断裂的能力，也可以理解为在材料被完全破坏之前所能承受的最大拉力。
2.2 UTS的计算方法UTS通常用来描述金属材料的机械性能。
计算UTS时，可以通过将样品放入万能试验机等设备中进行拉伸测试来测量最大加载力和截面积。
然后，将最大加载力除以截面积即可得到UTS值。
2.3 UTS在材料工程中的作用极限抗拉强度是评估材料质量和性能的重要参数之一，在材料工程中具有重要意义。
首先，UTS可以帮助工程师选择合适的材料以满足设计要求。
金属材料的机械性能超全
金属材料的机械性能超全金属材料是现代工业制造和建筑过程中最常用的材料之一。
它们具有高强度、耐磨损和塑性等优良特性，因此被广泛应用于航空、汽车、建筑和制造业等领域。
除此之外，金属材料还是经济与社会发展的重要指标之一，它们的机械性能的提高对于推动工业发展和促进技术创新起着至关重要的作用。
金属材料的机械性能包括硬度、延展性、弹性、韧性、疲劳强度等指标，这些性能的优劣直接影响到金属材料的使用寿命和安全性。
目前，金属材料的机械性能已经得到了极大的提高，尤其是一些先进的金属材料已经开始向超全的方向发展，使得它们更加适用于一些特殊的环境和领域。
首先，超硬金属材料是目前机械领域中最炙手可热的研究对象之一。
这种材料的硬度远远超出了常规金属材料的硬度，在高温、高压和强酸碱等恶劣环境下的使用寿命比传统的金属材料长得多。
超硬金属材料已经被广泛应用于国防、航空、航天等领域，成为高性能工具和设备制造的重要材料。
其次，超高强度金属材料的研究也取得了显著的进展。
这种材料的强度比一般金属材料高出数倍，具有很高的抗疲劳性能，可以在恶劣环境下承受大量压力和冲击，被广泛应用于高速列车和船舶的生产中。
另外，超高强度金属材料还被用作制造航空发动机等高速旋转部件。
还有一类特殊的金属材料就是形状记忆合金，这种材料具有非常特殊的机械性能，能够在变形后恢复原状，可以应用于各种应力调节和形状控制的领域。
形状记忆合金可以应用于智能机器人、医疗器械、管道探测器等领域，具有广泛的应用前景。
最后，未来发展趋势下，金属材料的机械性能有望进一步提高。
未来新的材料技术和制造工艺的引入，可以进一步实现金属材料的超全性能。
随着3D打印技术的普及，人们可以更好地控制材料的物理和化学性质，可以制造出更为特殊和定制化的金属材料，甚至开发出新型的理论模型，推进研究和开发工作。
总之，金属材料的机械性能的提高对于工业和社会的发展起着至关重要的作用。
未来的展望看好金属材料所带来的发展潜力，特别是其机械性能的超全化，将会更好地满足各行各业的需求。
金属材料机械性能的指标及意义
金属材料机械性能的指标及意义材料在一定温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能。
锅炉、压力容器用材料的常规力学性能指标主要包括：强度、硬度、塑性和韧性等。
（1）强度强度是指金属材料在外力作用下对变形或断裂的抗力。
强度指标是设计中决定许用应力的重要依据，常用的强度指标有屈服强度σs或σ0.2（国外用re表示）和抗拉强度σb（国外用rm表示），高温下工作时，还要考虑蠕变极限σn和持久强度σd。
（2）塑性塑性就是指金属材料在脱落前出现塑性变形的能力。
塑性指标包含：伸长率δ，即为试样折断后的相对弯曲量；断面收缩率ψ，即为试样折断后，折断处横截面内积的相对增大量；冷弯（角）α，即为试件被伸展至受到拉面发生第一条裂纹时所测出的角度。
（3）韧性韧性是指金属材料抵抗冲击负荷的能力。
韧性常用冲击功ａk和冲击韧性值αk表示。
αk值或αk值除反映材料的抗冲击性能外，还对材料的一些缺陷很敏感，能灵敏地反映出材料品质、宏观缺陷和显微组织方面的微小变化。
而且ａk对材料的脆性转化情况十分敏感，低温冲击试验能检验钢的冷脆性。
则表示材料韧性的一个代莱指标就是断裂韧性δ，它就是充分反映材料对裂纹拓展的抵抗能力。
（4）硬度硬度是衡量材料软硬程度的一个性能指标。
硬度试验的方法较多，原理也不相同，测得的硬度值和含义也不完全一样。
最常用的是静负荷压入法硬度试验，即布氏硬度（hb）、洛氏硬度（hra、hrb、hrc）、维氏硬度（hv），其值表示材料表面抵抗坚硬物体压入的能力。
而肖氏硬度（hs）则属于回跳法硬度试验，其值代表金属弹性变形功的大小。
因此，硬度不是一个单纯的物理量，而是反映材料的弹性、塑性、强度和韧性等的一种综合性能指标。
在断裂力学基础上创建出来的材料抵抗裂纹拓展脱落的韧性性能称作断裂韧性。
（kic,gic）常用的35crmo在850℃油淬，550℃回火后，机械性能如下：σb≥980mpa；σs≥835mpa；δ5≥12%；ψ≥45%；ak≥63j；而高级优质的35crmoa的性能应该更加优良稳定。
金属材料的主要性能指标
一
料科学研究中心，并把约2/3大学的冶
颗 人
金系或矿冶系改建成了冶金材料科学系
造 卫
或材料科学与工程系。其涉及的材料由
星 及
其
金属扩展到了陶瓷和高分子聚合物材料。运
载
可见，高技术需要先进材精选料课件的支持。
火 箭
8
中华民族在人类历史上为材料的发展和应用 作出过重大贡献。
❖ 早在公元前6000~ 5000
• 淬火钢球： HBS
• 硬质合金钢球： HBW
• 当F的单位取N时，加
系数0.102
布氏硬度实验原理
精选课件
34
③特点及应用：
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。
表示材料抵抗均匀塑性变形的最大能力。
b
Fb MPa S精选0课件
28
2、塑性
—— 产生塑性变形而不断裂的能力。
（1）断后伸长率
A = [( Lu - L0 )/ L0 ]×100% （2）断面收缩率
Z = [( S0 - Su )/S0 ]×100%
A和Z越大，材料的塑性越好。
塑性对材料的意义：
精选课件
35
（2）洛氏硬度 HR
精选课件
36
①试验原理：
钢球压头与金 刚石压头
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。
精选课件
机械性能(精品 值得参考)
钢球压头与 金刚石压头
洛氏硬度压痕
六、断裂韧性
油轮断裂和北极星导 弹发动机壳体爆炸与 材料中存在缺陷有关
1943年美国T-2油轮发生断裂
裂纹扩展的基本形式
北 极 星 导 弹
应力强度因子：描述裂纹尖端附近应力场强度的指 标。
K I Y a
断裂韧性：材料抵抗内部 裂纹失稳扩展的能力。
K IC Y C aC
二、强度与塑性
• 强度：材料在外力作用下抵抗塑性变形和断 裂的能力。
• 屈服强度s：材料开始产生屈服现象时所对 应的外加应力，用σs 表示。 ----屈服是指材料在外应力不再增加的情况下， 塑性变形继续显著增加的现象。 ----由于大多数金属材料没有明显的屈服点， 国家标准中规定，永久残余塑性变形等于一 定值（一般为原长度的0.2%）时的应力为条 件屈服强度。用 σ0.2 表示。 • 抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大应力 值。
疲劳应力示意图 疲劳曲线示意图
疲劳断口
轴的疲劳断口
疲劳辉纹（扫描电镜照片）
通过改善材料的形状结构，减少表面缺陷，提高表面 光洁度，进行表面强化等方法可提高材料疲劳抗力。
五、硬度
硬度：金属表面抵抗局部压入变形或刻划破坏的能力。 1.布氏硬度：用载荷为P的力，将直径为D的淬火钢球或硬质合金 球压入金属表面并保持一段时间，然后去除载荷，测量金属表 面圆形凹陷压痕的直径d,计算出压痕表面积A，每单位面积承 受的力P/A被称为布氏硬度值，用符号HBS（当用淬火钢球时， 适用于布氏硬度值在450以下的材料）或HBW （当用硬质合金 球时，适用于布氏硬度在650以下的材料）来表示。 即：HB = P/A= P/πDh。 布 氏 硬 度 计
0.2
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。
金属材料的机械性能
金属材料微观结构
密排六方晶胞
注：密排六方晶胞含有6个原子。属于这种晶格的金属有铍， 镁，锌，镉等。
金属材料微观结构
晶格的致密度：指晶胞中所包含原子所占有的体积与该 晶胞的体积之比。 配位数：晶格中任一原子周围所紧邻的最近且等距离的 原子数。
晶格类型 体心立方 面心立方 原子数 2 4 原子半径
3 a 4 2 a 4 1 a 2
金属材料的机械性能
适用对象：工程师、技术员 学时：2小时
内容
概述 金属材料分类
金属材料微观结构
材料性能指标
第一节：概述
概述
材料是人类赖以生存和发展的物质基础。
信息
当代文明 三大支柱
材料 能源
概述
材料的分类
黑色金属 金属材料 物理化学 属性 有色金属 无机非金属材料 有机高分子材料 复合材料
性质 受环境影响（气氛、 温度/受力状态） 组织/结构 理论、材料设计 与工艺设计
成分
合成/制备
效能（使用性能）
材料科学与工程要素图
概述
使用性能(Performance) 材料应用 考虑因素 寿命与可靠性(Durability & Reliability) 环境适应性(Environmental Compliance) 价格(cost)
3/4H 退火
930
450
665
205
310
200
3
22
材料性能指标
应力：单位面积内所施加的力。
Stress:the amount of force applied per unit area.
应变：也称单位延伸率，即试样拉伸后在长度上的变 化量与试样原长之比值。
材料的机械性能指标
3、应变超过屈服界阶段之后，钢由于应变硬化，
应力—应变曲线开始上升，但应力与应变之间不
再呈线性关系，而应变增加较快，最后达到曲线
的最高点，材料出现颈缩而破坏，称极限强度
σb 。
材料的机械性能指标
1.1.2 钢材的塑性和韧性
钢材的塑性用静力拉伸试验中的延伸率和载面收 缩率来衡量。
延伸率：试件总伸长量与原标距之比。 延伸率是说明钢材塑性的指标，延伸率大则钢的塑性 好，加工容易，承载时虽出现较大变形而并不破坏。
材料的机械性能指标
1.2.2 钢的热处理
钢的热处理是将钢在固态下进行加 热、保温和冷却，使钢得到预期的组织 和性能的工艺方法。钢在进行加热或冷 却的过程中，内部组织将发生变化，机 械性能发生变化。但不改变其形状和尺 寸。
材料的机械性能指标
热处理在机械零件制造中占有重要的地位。例如， 钢件毛坯在切削加工之前，可以通过热处理降低其硬 度，以便于切削，加工成零件之后，又可通过热处理 提高力学性能，使零件具有良好的使用性能和较长的 使用寿命。
材料的机械性能指标
1.2 黑色金属材料
1.2.1 钢与铸铁
1.2.1.1钢及分类
钢 是 含 碳 量 在 0.0218%--2.11% 之 间 的 铁 碳 合 金 。
有些钢除了含有铁和碳这两种必备元素外，还含有其他
种类的合金元素，这些钢称为合金钢。不含合金元素的
钢称为碳素钢。钢中常见的合金元素有铬（Cr）、锰
材料的机械性能指标
表1.1-1 常用洛氏硬度标尺及适用范围
标尺 压头
载荷（kgf） 硬 度 值 有 效 范 适用范围 围
HRA 120º 圆 锥 金 刚 60 石
60——85
硬质合金、钢的表面 硬化层
金属材料的机械性能
强化阶段（强度极限）
缩颈阶段 断裂
第1章 材料的结构与性能
布氏硬度
试验机
原理图
退火态钢材、铸铁、有色金属、调制处理的零件
第1章 材料的结构与性能
洛氏硬度
1.1.2 机械性能(力学性能):金属材料在外力作用时表
现出来的性能 1.强度：金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力 抗拉强度：拉伸实验 2.塑性：金属材料在断裂前产生永久变形的能力 延伸率： l l1 l0 100%
l0 l0
Байду номын сангаас
断面收缩率： S S0 S1 100%
S0 S0
第1章 材料的结构与性能
3.硬度：材料抵抗另一硬物体压入其内的能力
布氏硬度： HBS（钢球）、HBW（硬质合金） 洛氏硬度： HRA、HRB、HBC 4.冲击韧性：材料抵抗冲击载荷的能力(一次摆锤冲击弯曲试验) 5.疲劳强度：试样经受无限周期循环而不破坏的最大应力值
第1章 材料的结构与性能
弹性变形阶段 屈服阶段（屈服极限）
1.1 材料的结构与性能
1.1 金属材料的性能：工艺性能 使用性能（机械性
能、理化性能） 1.1.1 工艺性能：制造加工过程中材料适应加工的性能
1.铸造性能：流动性、收缩性、偏析 2.锻造性能：塑性、变形抗力
3.焊接性能：碳质量分数
4.切削加工性能：硬度、脆性、导热性 5.热处理工艺性能：淬透性
第1章 材料的结构与性能
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。
韧性则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。
而抗拉强度则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。
弹性模量则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。
金属材料力学性能最常用的几项指标
金属材料力学性能最常用的几项指标硬度是评定金属材料力学性能最常用的指标之一。
对于金属材料的硬度，至今在国内外还没有一个包括所有试验方法的统一而明确的定义。
就已经标准化的、被国内外普通采用的金属硬度试验方法而言，金属材料硬度的定义是:材料抵抗另一较硬材料压入的能力。
硬度检测是评价金属力学性能最迅速、最经济、最简单的一种试验方法。
硬度检测的主要目的就是测定材料的适用性，或材料为使用目的所进行的特殊硬化或软化处理的效果。
对于被检测材料而言，硬度是代表着在一定压头和试验力作用下所反映出的弹性、塑性、强度、韧性及磨损抗力等多种物理量的综合性能。
由于通过硬度试验可以反映金属材料在不同的化学成分、组织结构和热处理工艺条件下性能的差异，因此硬度试验广泛应用于金属性能的检验、监督热处理工艺质量和新材料的研制。
金属硬度检测主要有两类试验方法。
一类是静态试验方法，这类方法试验力的施加是缓慢而无冲击的。
硬度的测定主要决定于压痕的深度、压痕投影面积或压痕凹印面积的大小。
静态试验方法包括布氏、洛氏、维氏、努氏、韦氏、巴氏等。
其中布、洛、维三种测试方法是最长用的，它们是金属硬度检测的主要测试方法。
而洛氏硬度试验又是应用最多的，它被广泛用于产品的检测，据统计，目前应用中的硬度计70%是洛氏硬度计。
另一类试验方法是动态试验法，这类方法试验力的施加是动态的和冲击性的。
这里包括肖氏和里氏硬度试验法。
动态试验法主要用于大型的及不可移动工件的硬度检测。
1.布氏硬度计原理对直径为D的硬质合金压头施加规定的试验力，使压头压入试样表面，经规定的保持时间后，除去试验力，测量试样表面的压痕直径d，布氏硬度用试验力除以压痕表面积的商来计算。
图1布氏硬度试验原理HB =F / S ……………… (1-1)=F / πDh ……………… (1-2)=……………… (1-3)式中：F ——试验力，N；S ——压痕表面积，mm；D ——球压头直径，mm；h ——压痕深度， mm；d ——压痕直径，mm布氏硬度计的特点：布氏硬度检测的优点是其硬度代表性好，由于通常采用的是10 mm直径球压头，3000kg试验力，其压痕面积较大，能反映较大范围内金属各组成相综合影响的平均值，而不受个别组成相及微小不均匀度的影响，因此特别适用于测定灰铸铁、轴承合金和具有粗大晶粒的金属材料。
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金属材料机械性能的指标及意义
材料在一定温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能。
锅炉、压力容器用材料的常规力学性能指标主要包括：强度、硬度、塑性和韧性等。
（1）强度强度是指金属材料在外力作用下对变形或断裂的抗力。
强度指标是设计中决定许用应力的重要依据，常用的强度指标有屈服强度σS或σ0.2（国外用Re表示）和抗拉强度σb（国外用Rm表示），高温下工作时，还要考虑蠕变极限σn和持久强度σD。
（2）塑性塑性是指金属材料在断裂前发生塑性变形的能力。
塑性指标包括：伸长率δ，即试样拉断后的相对伸长量；断面收缩率ψ，即试样拉断后，拉断处横截面积的相对缩小量；冷弯（角）α，即试件被弯曲到受拉面出现第一条裂纹时所测得的角度。
（3）韧性韧性是指金属材料抵抗冲击负荷的能力。
韧性常用冲击功Ａk和冲击韧性值αk表示。
Αk值或αk 值除反映材料的抗冲击性能外，还对材料的一些缺陷很敏感，能灵敏地反映出材料品质、宏观缺陷和显微组织方面的微小变化。
而且Ａk对材料的脆性转化情况十分敏感，低温冲击试验能检验钢的冷脆性。
表示材料韧性的一个新的指标是断裂韧性δ，它是反映材料对裂纹扩展的抵抗能力。
（4）硬度硬度是衡量材料软硬程度的一个性能指标。
硬度试验的方法较多，原理也不相同，测得的硬度值和含义也不完全一样。
最常用的是静负荷压入法硬度试验，即布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）、维氏硬度（HV），其值表示材料表面抵抗坚硬物体压入的能力。
而肖氏硬度（HS）则属于回跳法硬度试验，其值代表金属弹性变形功的大小。
因此，硬度不是一个单纯的物理量，而是反映材料的弹性、塑性、强度和韧性等的一种综合性能指标。
在断裂力学基础上建立起来的材料抵抗裂纹扩展断裂的韧性性能称为断裂韧性。
（Kic,Gic）
常用的35CrMo在850℃油淬，550℃回火后，机械性能如下：
σb≥980MPa；σs≥835 MPa；δ5≥12%；ψ≥45%；AK≥63J；
而高级优质的35CrMoA的性能应该更加优良稳定。
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