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0-p-e
外 力
b
Pb s s’ k
Ps
e p
B、弹塑性变形阶段
屈服-强化-颈缩 e-s s-s’ s’-b b-k
C、断裂 k
o D l
伸长量
不同性质材料的拉伸曲 线形状是不相同的
mm
拉伸曲线
应力－应变曲线
MPa
（3）拉伸曲线单位变换
﹡应力：ζ
A：拉伸试样横截面面积 P：试样轴向拉力
ζb e p s s’
特点：
压坑面积大，受材 料不均匀度影响小，故 测量误差小，硬度值准 确、真实。不适于成品 检验,主要用于测量较 软的金属材料。
（2）洛氏硬度(HR)
直接测量压痕深度来确 定硬度值。
压头
顶角 120°金钢石圆锥 （或直径Φ1.588mm淬 火钢球）
K-△h HR = ——— 0.002
被测材料
K= 0.2
E=s/e
是指在比例极限(σs )范围内， 应力与应变比。
1 2
o
ε
3.3
塑性指标
材料产生永久变形而不 被破坏的能力。
（1） 伸长率(δ)
L1-L0 δ = ———×100％ L0
do
lo d1
（2）断面收缩率(Ψ)
A0-A1 y = ——— ×100％ A0
l1
⑴良好的塑性可以顺利地完成某些成型工艺，
F
136
特点：测量精度高，测量范围宽， 应用广。不同载荷下维氏硬度可 以相互比较。
3.5
冲击韧性
55
10
55
2
10
30
22
40 横梁式 悬梁式
8
8
•冲击吸收功（AK）：冲断试样所消耗的功(J) •冲击韧性（αK）：冲断试样横截面单位面积上所消 耗的功(J/cm2)
Ak=G(H-h) Ak ak= —— (J/cm2) Sn
硬物：球形压头(D = 10、5、2.5、2、1mm) 载荷：P (kgf) 表示为：500HBW5/750 •HBS:普通淬火钢球 硬度值在450以下 •HBW:硬质合金球 硬度值在450～650
F HBS(HBW)= ——— A
F
D
d
h
布氏硬度 (HB) 主要用于铸铁、 非铁金属及经退火、正火和调 质处理的钢材。
金属材料的力学性能是指材料抵抗外力引 起的变形和破坏的能力，主要有 强度 、 塑性 、 硬度、韧性、疲劳极限等。
载荷——零件在使用过程中所受到的力，按方式不
同可分为拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转等。载 荷可分为静载荷与动载荷。
相互作用力称内力，单位面积上的内力称应力σ。
应力——物体在外力作用后所导致物体内部之间的 变形 —— 在外力作用下尺寸和形状的变化。分 弹
50kg
90kg 140kg
20～88
20～100 20～70
表面硬化层、硬 质合金等
有色金属，退火、 正火钢等 淬火钢、调质钢 等
特点：测量简便迅速，直接读数，表面压痕小。
误差稍大，需多点测量取平均值。
（3）维氏硬度(HV)
压 头 ： 顶 角 为 136° 的 金 刚 石正四棱锥体
F HV = ——— A 载荷P：分为六级 (5,10,20,30,50,100Kg)
摆锤
冲击
h
试样
H
3.6 冷脆转变温度Tk
材料的冲击功随温度下降而减小。 当温度降到某一值时会急剧减小使 材料呈脆性状态。
由韧性状态变为脆性状态 的温度称为冷脆转化温度。
火焰筒的冷冲压及涡轮盘、涡轮轴的锻造等。
⑵良好的塑性还可以在一定程度上保证零件的
工作安全，在零件使用时万一超载，塑性变形
引起的强化作用使零件不致于突然断裂。 ⑶过高地追求塑性，会降低材料的强度。
3.4
硬度指标
材料抵抗表面划伤、磨损或局部塑性变形及破
坏的能力
常用硬度测定方法: 硬物压入法
（1） 布氏硬度(HB)
b k
试样单位面积上所承受的力 ζs ζ=P/A
﹡应变： ε
试样单位长度上的伸长量 ε = (L1-L0)/L0=ΔL/L0 L0 ：试样原标距长度 L1 ：试样拉断后的长度 o
e =D L/L0
• 屈强服度 (σs)：
MPa
力学性能
材料产生屈服 时的最小应力。
• 抗拉强度(σb)：
材料所能承受的 最大应力。
ζb
b
ζs
ewk.baidu.com
s
s’
k
p
o
e =D
l/L
• 条件屈服强度(σ0.2)：
拉伸过程中，屈服现象 不明显的材料，根据国 σb 标取残余应变量为0.2％ 时的应力值为屈服强度 ζ0.2 记做σ0.2。
ζ
0.2
ε
3.2 刚度指标
材料的刚度通常用弹性模量E 来衡量。 弹性模量E： ζ 材料抵抗弹性变形的能力。
概述
• 材料与人们的生活与生产活动息息相关。
• 我国材料的发展历史悠久。 • 材料的种类繁多。
材料、信息、能源和生物工程已成为当代技术的
四大支柱。
一、材料的分类
黑色金属：铁及其合金
金属材料
有色金属：除铁以外的金属
高分子（C、H为主）
非金属材料
陶瓷（硅酸盐， C、O、N化物等） 树脂基复合材料
复合材料
金属基复合材料 颗粒增强或纤维增强 陶瓷基复合材料
二、材料的性能 使用性能
性 能
物理性能：密度、熔点、导电性、 导热性、热膨胀性能和磁性能 等。 化学性能：抗氧化性和耐腐蚀性
力学性能：强度、硬度、塑性、 韧性、疲劳强度等
工艺性能：铸造性、可锻性、可焊性、切削
加工性和热处理工艺性等
三、金属材料的力学性能
性变形与塑性变形。
3.1 强度MPa (MN/m2 )
在载荷作用下材料抵抗永久变形和断裂的能力。
分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。
1Pa＝1N/m2
应用最广的为拉伸试验进行强度的测定。 （GB/T 228—2002）
（1）拉伸试验设备及标准试样
N
（2）拉伸三个阶段 载荷－位移曲线
A、弹性变形阶段
载荷： ▲初载荷10kg并压入深度h1 ▲ 主 载 荷 (50kg 或 90kg 或 140kg) 使压入深度达 h2 ； ▲卸除主载荷、保留初载荷， 压入深度减小为h3 。 洛氏硬度的计算深度值 △h= h3 -h1。
0 1 3 2 h1
0
压头
1 3 2
h2 h3
压头
主载荷
测量范围
应用材料
HRA 金刚石 K=0.2 HRB 淬火钢球 K=0.26 HRC 金刚石 K=0.2
金属材料与热处理基础
学习目的： 通过学习，掌握金属材料与热处理的基本知识， 为后续掌握阀门材料的选用奠定基础。 学习要求： 工掌握金属的力学性能指标及常用数据。 掌握常用的机械工程材料类型、牌号、力学性能 及用途。 掌握钢的热处理的基本知识及常用的热处理方法、 工艺特点和应用范围。 初步具有选择工程材料的能力。
外 力
b
Pb s s’ k
Ps
e p
B、弹塑性变形阶段
屈服-强化-颈缩 e-s s-s’ s’-b b-k
C、断裂 k
o D l
伸长量
不同性质材料的拉伸曲 线形状是不相同的
mm
拉伸曲线
应力－应变曲线
MPa
（3）拉伸曲线单位变换
﹡应力：ζ
A：拉伸试样横截面面积 P：试样轴向拉力
ζb e p s s’
特点：
压坑面积大，受材 料不均匀度影响小，故 测量误差小，硬度值准 确、真实。不适于成品 检验,主要用于测量较 软的金属材料。
（2）洛氏硬度(HR)
直接测量压痕深度来确 定硬度值。
压头
顶角 120°金钢石圆锥 （或直径Φ1.588mm淬 火钢球）
K-△h HR = ——— 0.002
被测材料
K= 0.2
E=s/e
是指在比例极限(σs )范围内， 应力与应变比。
1 2
o
ε
3.3
塑性指标
材料产生永久变形而不 被破坏的能力。
（1） 伸长率(δ)
L1-L0 δ = ———×100％ L0
do
lo d1
（2）断面收缩率(Ψ)
A0-A1 y = ——— ×100％ A0
l1
⑴良好的塑性可以顺利地完成某些成型工艺，
F
136
特点：测量精度高，测量范围宽， 应用广。不同载荷下维氏硬度可 以相互比较。
3.5
冲击韧性
55
10
55
2
10
30
22
40 横梁式 悬梁式
8
8
•冲击吸收功（AK）：冲断试样所消耗的功(J) •冲击韧性（αK）：冲断试样横截面单位面积上所消 耗的功(J/cm2)
Ak=G(H-h) Ak ak= —— (J/cm2) Sn
硬物：球形压头(D = 10、5、2.5、2、1mm) 载荷：P (kgf) 表示为：500HBW5/750 •HBS:普通淬火钢球 硬度值在450以下 •HBW:硬质合金球 硬度值在450～650
F HBS(HBW)= ——— A
F
D
d
h
布氏硬度 (HB) 主要用于铸铁、 非铁金属及经退火、正火和调 质处理的钢材。
金属材料的力学性能是指材料抵抗外力引 起的变形和破坏的能力，主要有 强度 、 塑性 、 硬度、韧性、疲劳极限等。
载荷——零件在使用过程中所受到的力，按方式不
同可分为拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转等。载 荷可分为静载荷与动载荷。
相互作用力称内力，单位面积上的内力称应力σ。
应力——物体在外力作用后所导致物体内部之间的 变形 —— 在外力作用下尺寸和形状的变化。分 弹
50kg
90kg 140kg
20～88
20～100 20～70
表面硬化层、硬 质合金等
有色金属，退火、 正火钢等 淬火钢、调质钢 等
特点：测量简便迅速，直接读数，表面压痕小。
误差稍大，需多点测量取平均值。
（3）维氏硬度(HV)
压 头 ： 顶 角 为 136° 的 金 刚 石正四棱锥体
F HV = ——— A 载荷P：分为六级 (5,10,20,30,50,100Kg)
摆锤
冲击
h
试样
H
3.6 冷脆转变温度Tk
材料的冲击功随温度下降而减小。 当温度降到某一值时会急剧减小使 材料呈脆性状态。
由韧性状态变为脆性状态 的温度称为冷脆转化温度。
火焰筒的冷冲压及涡轮盘、涡轮轴的锻造等。
⑵良好的塑性还可以在一定程度上保证零件的
工作安全，在零件使用时万一超载，塑性变形
引起的强化作用使零件不致于突然断裂。 ⑶过高地追求塑性，会降低材料的强度。
3.4
硬度指标
材料抵抗表面划伤、磨损或局部塑性变形及破
坏的能力
常用硬度测定方法: 硬物压入法
（1） 布氏硬度(HB)
b k
试样单位面积上所承受的力 ζs ζ=P/A
﹡应变： ε
试样单位长度上的伸长量 ε = (L1-L0)/L0=ΔL/L0 L0 ：试样原标距长度 L1 ：试样拉断后的长度 o
e =D L/L0
• 屈强服度 (σs)：
MPa
力学性能
材料产生屈服 时的最小应力。
• 抗拉强度(σb)：
材料所能承受的 最大应力。
ζb
b
ζs
ewk.baidu.com
s
s’
k
p
o
e =D
l/L
• 条件屈服强度(σ0.2)：
拉伸过程中，屈服现象 不明显的材料，根据国 σb 标取残余应变量为0.2％ 时的应力值为屈服强度 ζ0.2 记做σ0.2。
ζ
0.2
ε
3.2 刚度指标
材料的刚度通常用弹性模量E 来衡量。 弹性模量E： ζ 材料抵抗弹性变形的能力。
概述
• 材料与人们的生活与生产活动息息相关。
• 我国材料的发展历史悠久。 • 材料的种类繁多。
材料、信息、能源和生物工程已成为当代技术的
四大支柱。
一、材料的分类
黑色金属：铁及其合金
金属材料
有色金属：除铁以外的金属
高分子（C、H为主）
非金属材料
陶瓷（硅酸盐， C、O、N化物等） 树脂基复合材料
复合材料
金属基复合材料 颗粒增强或纤维增强 陶瓷基复合材料
二、材料的性能 使用性能
性 能
物理性能：密度、熔点、导电性、 导热性、热膨胀性能和磁性能 等。 化学性能：抗氧化性和耐腐蚀性
力学性能：强度、硬度、塑性、 韧性、疲劳强度等
工艺性能：铸造性、可锻性、可焊性、切削
加工性和热处理工艺性等
三、金属材料的力学性能
性变形与塑性变形。
3.1 强度MPa (MN/m2 )
在载荷作用下材料抵抗永久变形和断裂的能力。
分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。
1Pa＝1N/m2
应用最广的为拉伸试验进行强度的测定。 （GB/T 228—2002）
（1）拉伸试验设备及标准试样
N
（2）拉伸三个阶段 载荷－位移曲线
A、弹性变形阶段
载荷： ▲初载荷10kg并压入深度h1 ▲ 主 载 荷 (50kg 或 90kg 或 140kg) 使压入深度达 h2 ； ▲卸除主载荷、保留初载荷， 压入深度减小为h3 。 洛氏硬度的计算深度值 △h= h3 -h1。
0 1 3 2 h1
0
压头
1 3 2
h2 h3
压头
主载荷
测量范围
应用材料
HRA 金刚石 K=0.2 HRB 淬火钢球 K=0.26 HRC 金刚石 K=0.2
金属材料与热处理基础
学习目的： 通过学习，掌握金属材料与热处理的基本知识， 为后续掌握阀门材料的选用奠定基础。 学习要求： 工掌握金属的力学性能指标及常用数据。 掌握常用的机械工程材料类型、牌号、力学性能 及用途。 掌握钢的热处理的基本知识及常用的热处理方法、 工艺特点和应用范围。 初步具有选择工程材料的能力。