金属力学性能基本知识(2011.11.6)
金属材料的力学性能
（1）测量值较精确，反复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）（2） 可测旳硬度值不高（3）不测试成品与薄件（4）测量费时，效率低
4、测量范围
用于测量调质钢、铸铁、非金属材料及有色金属材料等.
6
第一章 金属旳力学性能
引言：
第二节 硬度
1、定义：指材料局部体积内抵抗弹性、塑性变形、压 痕和划痕旳能力。它是衡量材料软硬程度旳指标，其物 理含义与试验措施有关。
2、硬度旳测试措施 （1）布氏硬度 （2）洛氏硬度 （3）维氏硬度
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§1-2 硬度
一、布氏硬度
1、布氏硬度试验（布氏硬度计）
原理:用一定直径旳球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应旳试验力 压入待测材料表面，保持要求时间并到达稳定状态后卸除试验力，测量 材料表面压痕直径，以计算硬度旳一种压痕硬度试验措施。
布氏硬度计
返回
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洛氏硬度计
返回
17
维氏硬度计
返回
18
布洛维氏硬度计
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8
§1-2 硬度
二、洛氏硬度
1、洛氏硬度试验（洛氏硬度计）
原理: 用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力旳作用下压入试样表面， 经要求时间后卸除试验力，用测量旳残余压痕深度增量来计算硬度旳一
种压痕硬度试验。
2、洛氏硬度值 出。如：50HRC 3、优缺陷
用测量旳残余压痕深度表达。可从表盘上直接读
（1）试验简朴、以便、迅速（2）压痕小，可测成品、薄件（3）数据 不够精确，应测三点取平均值（4）不能测组织不均匀材料，如铸铁。
4、测量范围
【完整版】金属材料力学性能基本知识及钢材的脆化
金属材料力学性能基本知识及钢材的脆化金属材料是现代工业、农业、国防以及科学技术各个领域应用最广泛的工程材料，这不仅是由于其来源丰富，生产工艺简单、成熟，而且还因为它具有优良的性能。
通常所指的金属材料性能包括以下两个方面：1．使用性能即为了保证机械零件、设备、结构件等能正常工作，材料所应具备的性能，主要有力学性能(强度、硬度、刚度、塑性、韧性等)，物理性能(密度、熔点、导热性、热膨胀性等)，化学性能(耐蚀性、热稳定性等)。
使用性能决定了材料的应用范围，使用安全可靠性和使用寿命。
2 工艺性能即材料在被制成机械零件、设备、结构件的过程中适应各种冷、热加工的性能，例如锻造，焊接，热处理，压力加工，切削加工等方面的性能。
工艺性能对制造成本、生成效率、产品质量有重要影响。
1．1材料力学基本知识金属材料在加工和使用过程中都要承受不同形式外力的作用，当外力达到或超过某一限度时，材料就会发生变形以至断裂。
材料在外力作用下所表现的一些性能称为材料的力学性能。
锅炉压力容器材料的力学性能指标主要有强度、硬度、塑性、韧性等这些性能指标可以通过力学性能试验测定。
1．1．1 强度金属的强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。
材料强度指标可以通过拉伸试验测出。
把一定尺寸和形状的金属试样(图1～2)装夹在试验机上，然后对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止。
根据试样在拉伸过程中承受的载荷和产生的变形量之间的关系，可绘出该金属的拉伸曲线(图1—3)。
在拉伸曲线上可以得到该材料强度性能的一些数据。
图1—3所示的曲线，其纵坐标是载荷P(也可换算为应力d)，横坐标是伸长量AL(也可换算为应变e)。
所以曲线称为P—AL曲线或一一s曲线。
图中曲线A是低碳钢的拉伸曲线，分析曲线A，可以将拉伸过程分为四个阶段：1．弹性阶段即曲线的o-e段，在此段若加载不超过e点的应力值，卸载后试件的变形可全部消失，故e点的应力值为材料只产生弹性变形时应力的最高限，称为弹性极限，曲线的o～e’段为直线，在此段内应力与应变成正比，即材料符合虎克定律，该段称为线弹性阶段。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能金属材料的力学性能引言：金属材料是一类具有良好力学性能的材料，广泛应用于工业生产和日常生活中。
它们具有高强度、高刚度和良好的塑性变形能力，使其在结构工程中发挥重要作用。
本文将介绍金属材料的力学性能，包括强度、刚度、韧性和延展性等方面的特性。
一、强度强度是金属材料的抵抗外力破坏和变形的能力。
常见的强度指标有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、剪切强度等。
屈服强度是指金属材料开始塑性变形时的应力值，抗拉强度是金属材料抗拉应力下发生断裂的能力，抗压强度是金属材料抗压应力下发生断裂的能力，剪切强度是金属材料发生滑移断裂的能力。
强度与金属材料内部的晶体结构密切相关，晶体间的结合力越强，金属材料的强度越高。
二、刚度刚度是指金属材料抵抗外力变形的能力，也称为弹性模量。
刚度与材料的原子结构相关，原子之间的键合越紧密，材料的刚度就越高。
刚度是测量金属材料在受力作用下的弹性恢复能力。
常见的刚度指标是杨氏模量和剪切模量，取决于金属材料中原子之间的键合性质和晶体结构。
三、韧性韧性是指金属材料在受力作用下能够吸收大量能量而不断裂的能力。
韧性是将金属材料弯曲、扭转或拉伸时的表现，具有良好的韧性的材料可以获得较大的塑性变形能力。
韧性材料能够在受到冲击或震动时，通过塑性变形来吸收能量，从而减少外界力量对结构的破坏。
韧性与金属材料内部晶粒的细化、晶界的加强以及材料中的组织缺陷等因素有关。
四、延展性延展性是指金属材料在外力作用下能够发生塑性变形，较大程度延长而不发生断裂的能力。
延展性与金属材料的晶粒形态及其排列方式密切相关，也与材料中晶界的运动有关。
延展性较好的材料可以用于制造需要大变形的构件，如容器、管道等。
延展性较差的材料容易发生局部失稳和断裂。
结论：综上所述，金属材料具有优异的力学性能，包括强度、刚度、韧性和延展性等方面的特点。
这些性能是由金属材料的晶体结构和内部组织决定的。
对于不同的应用需求，可以选择不同力学性能的金属材料来满足要求。
金属的力学性能有哪些
金属的力学性能有哪些金属材料的力学性能包括强度、屈服点、抗拉强度、延伸率、断面收缩率、硬度、冲击韧性等。
金属材料力学性能包括其中包括：弹性和刚度、强度、塑性、硬度、冲击韧度、断裂韧度及疲劳强度等，它们是衡量材料性能极其重要的指标。
1、强度：材料在外力（载荷）作用下，抵抗变形和断裂的能力。
材料单位面积受载荷称应力。
2、屈服点（6s）：称屈服强度，指材料在拉抻过程中，材料所受应力达到某一临界值时，载荷不再增加变形却继续增加或产生0.2%L。
时应力值，单位用牛顿/毫米2(N/mm2）表示。
3、抗拉强度（6b）也叫强度极限指材料在拉断前承受最大应力值。
单位用牛顿/毫米2(N/mm2）表示。
如铝锂合金抗拉强度可达689.5MPa 4、延伸率（δ）：材料在拉伸断裂后，总伸长与原始标距长度的百分比。
工程上常将δ≥5%的材料称为塑性材料，如常温静载的低碳钢、铝、铜等；而把δ≤5%的材料称为脆性材料，如常温静载下的铸铁、玻璃、陶瓷等。
5、断面收缩率（Ψ）材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积百分比。
6、硬度：指材料抵抗其它更硬物压力其表面的能力，常用硬度按其范围测定分布氏硬度(HBS、HBW）和洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）。
7、冲击韧性（Ak）：材料抵抗冲击载荷的能力，单位为焦耳/厘米2(J/cm2）。
什么是金属材料金属材料是指具有光泽、延展性、容易导电、传热等性质的材料。
一般分为黑色金属和有色金属两种。
黑色金属包括铁、铬、锰等。
其中钢铁是基本的结构材料，称为“工业的骨骼”。
由于科学技术的进步，各种新型化学材料和新型非金属材料的广泛应用，使钢铁的代用品不断增多，对钢铁的需求量相对下降。
但迄今为止，钢铁在工业原材料构成中的主导地位还是难以取代的。
金属材料的力学性能-课件
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
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能是指材料在受到力的作用下的行为和性能。
常见的金属材料（如钢、铝、铜等）具有较高的强度和刚性，具有良好的塑性和延展性。
其主要的力学性能包括以下几个方面：
1. 强度：金属材料的强度是指材料在受到外力作用下抵抗变形和破坏的能力。
常见的强度指标有屈服强度、抗拉强度、抗压强度等。
2. 延展性：金属材料具有较好的延展性，即在受到外力作用下能够发生塑性变形。
延展性可以通过材料的延伸率、断面收缩率等指标来描述。
3. 韧性：金属材料的韧性是指材料能够在承受外力作用下吸收较大的能量而不发生断裂或破坏的能力。
韧性也可以通过断裂韧性、冲击韧性等指标来描述。
4. 硬度：金属材料的硬度是指材料抵抗局部变形和外界划
痕的能力。
硬度可以通过洛氏硬度、布氏硬度等进行测量。
5. 弹性模量：金属材料的弹性模量是指材料在受到外力后，能够恢复到原来形状的能力。
弹性模量可以描述材料的刚
度和变形的程度。
6. 疲劳性能：金属材料的疲劳性能是指材料在受到交替或
重复载荷下的疲劳寿命和抗疲劳性能。
疲劳性能可以通过
疲劳寿命、疲劳极限等指标来描述。
以上是金属材料的一些常见力学性能参数，不同的金属材
料在这些性能方面有所差异。
这些性能参数的好坏直接决
定了金属材料在工程实践中的应用范围和性能优势。
金属的力学性能课件
公式：
Rm
Fm S0
MPa
式中： Fb— 指试样被拉断前所承受的最大外力， 即拉伸曲线上b点所对应的外力（N）。
S0 — 试样原始横截面面积（mm2）
金属的力学性能
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二、塑性
定义： 材料受力后在断裂之前产生塑性变形的能力。
(1)断后伸长率
公式：A = （Lu- L0）/L0 ×100% 式中： L0—试样原标距的长度（mm）
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3.强度指标
（1）屈服强度
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 ） 规定：产生0.2%残余伸长时的应力作为条件屈 服强度。 指出：
是工程技术中最重要的机械性能指标之一； 是设计零件时作为选用金属材料的重要依据。
金属的力学性能
6
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。
金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力 称为冲击韧度。
冲击韧度的测定方法，如图所示。是将被测 材料制成标准缺口试样，在冲击试验机上由置于 一定高度的重锤自由落下而一次冲断。
冲断试样所消耗的能量称为冲击功，其数值 为重锤冲断试样的势能差。冲击韧度值aKV就是试 样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功，这个值 越大，则韧性越好，受冲击时，越不容易断裂。
一般淬火钢
4）优、缺点
优点：操作简单、快速，可直接在表盘上读出硬度 值，适宜测定成品及较薄零件及硬度高的材料；
缺点：但由于压痕较小，硬度代表性差些，如果材
料中有偏析或组织不均匀的情况，测得的硬度值重
复性较差，一般要求在不同部位测试多次，并取平
均值。
金属的力学性能
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金属材料的力学性能
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能主要包括以下几个方面：
1. 强度：金属材料的强度是指它抵抗外力的能力。
通常用屈服强度、抗拉强度或抗压强度来表示材料的强度。
2. 延展性：金属材料的延展性是指其在受力下能够发生塑性变形的
能力。
常用的评价指标有伸长率、断面收缩率和断裂延伸率。
3. 硬度：金属材料的硬度是指其抵抗局部划痕或压痕的能力。
常用
的硬度测试方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。
4. 韧性：金属材料的韧性是指其抵抗断裂的能力。
韧性与强度和延
展性密切相关，一般用冲击韧性和断裂韧性来评价材料的韧性。
5. 塑性：金属材料的塑性是指其在受力作用下发生可逆形变的能力。
塑性是金属材料特有的力学性能，它使得金属材料可以制成各种形状。
6. 疲劳性能：金属材料的疲劳性能是指其在交变或周期性载荷下抵抗疲劳损伤的能力。
疲劳性能的评价指标包括疲劳寿命和疲劳极限等。
不同的金属材料具有不同的力学性能，这些性能会受到材料的化学成分、晶体结构、热处理和加工工艺等因素的影响。
因此，在选择和使用金属材料时，需要根据具体的工程要求和环境条件来考虑其力学性能。
金属力学性能
• 通过测算该零件试样的强度、塑性、硬度、冲击 韧度等力学性能指标值，与上述技术要求进行比 较，从而判断零件是否满足使用性能。
(2)洛氏硬度 HR
10HRC≈HBS
洛氏硬度测试示意图
洛氏硬度计
h1-h0
(3)维氏硬度 HV
适用范围: 测量薄板类 ; HV≈HBS ;
冲击韧性
材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能 力。
冲击韧性值αK就是试样缺口处单位截面积 上所消耗的冲击功。
冲击试验机
冲击试样和冲击试验示意图
疲劳强度
力－伸长曲线
• 拉伸过程
拉力 应变
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
拉伸试验机
力－伸长曲线
初始瞬时效应
变形阶段
• • • •
⑴ op ——弹性变形阶段 ⑵ p点后的水平或锯齿状线段——屈服阶段 (3) 屈服后至m点——强化阶段 (4) mk——缩颈阶段（局部塑性变形阶段)
不同材料的拉伸曲线
4、切削加工性能：金属材料的切削加工性能是指金属 材料在切削加工时的难易程度。
应用举例
• 图示为连杆螺栓，在工作时需保证有足够 的力学性能（如：不产生过量的塑性变形 或断裂）和使用寿命。那么如何判断该零 件是否达到技术要求呢？
解决方案
• 为保证连杆螺栓具有足够的使用性能，采用合金 钢材料，其力学性能需达到下列技术要求： • 抗拉强度Rm≥931MPa，屈服强度ReL≥784 MPa， 伸长率A≥12%，断面收缩率Z≥50%，冲击韧性αK ≥78.4J/cm2，硬度300-350HBW，才能满足使用 性能。
塑
性
指材料断裂前发生永久变形的能力。
（1）断后伸长率
A11.1 < 2 ~ 5% 试样拉断后，标距的伸长 属脆性材科 与原始标距的百分比。 A11.1 ≈ 5 ~ 10% 属韧性材料 （2）断面收缩率 Lu Lo A11.1 > 10% 试样拉断后，缩颈处横截 A 100% Lo 属塑性材料 面积的缩减量与原始横截面
金属的力学性能
L1 Lo 100% L0
由于同一材料用不同长度的试样 测得的断后伸长率δ数值不同，因 此应注明试样尺寸比例。如: δ10——试样 L0=10d0 δ5 ——试样 L0=5d0
2、断面收缩率
A
1
A
来判断材料在断裂前所能产生的最大塑性
变形量大小。
疲劳断裂的宏观断口一般由三 个区域组成，即疲劳裂纹产生 区（裂纹源）、裂纹扩展区和 最后断裂区。
金属材料的力学性能说课
一、教学内容分析
《工程材料》教 材选用的是“十 一五”国家规划 教材，教材知识 先进具体，注重 能力和素质培养。
本课程是专业础 基课,该节内容是 金属材料的主要 内容。
学生们已经学习 了金属材料的结 构, 这为本节内 容的学习起到了 铺垫的作用。本 节内容对我们认 识和利用金属材 料具有不可忽视 的重要的作用。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能
一、强度 概念：强度是指金属抵抗永久变形（塑性变形）和 断裂 的能力。强度的大小通常用应力来表示。 =P/A 按载荷的作用方式不同，强度可分为：抗拉强度、 抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、和抗扭强度。通 过拉伸试验测得大小。
拉伸试验
•屈服极限:指材料产生屈服时的应力
想一想
.
人工作久了就会感 到疲劳，难道金属 工作久了也会疲劳 吗？ 金属的疲劳能得到 恢复吗？
金属材料在受到交变应力或重复循环应力时，往往在 工作应力小于屈服强度的情况下突然断裂，这种现象称 为疲劳。
五、疲劳断裂
零件在循环应力作用下,在一处或几处产生局部永久性累积 损伤,经一定循环次数后突然产生断裂的过程,称为疲劳断裂. 疲劳断裂由疲劳裂纹产生—扩展—瞬时断裂三个阶段组成。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能力学性能是指金属材料在受力作用下所表现出的力学行为和性质。
主要包括强度、塑性、韧性、硬度和抗疲劳性等。
以下将对金属材料的这些力学性能进行简要介绍。
首先，强度是指金属材料抵抗外力破坏的能力。
常见的强度指标有屈服强度、抗拉强度和抗压强度等。
屈服强度是材料在受力过程中开始发生塑性变形时的应力值，抗拉强度是金属材料在拉伸试验中抵抗断裂的能力，抗压强度则是抗压试验中材料承受外压力的能力。
这些强度指标决定了金属材料的受力承载能力。
其次，塑性是指金属材料在受力过程中能够产生可逆的永久变形的能力。
塑性是金属材料重要的力学性能，它体现了材料的延展性和可塑性。
常见的塑性指标有延伸率和冷弯性能等。
延伸率是材料在拉伸过程中产生的伸长量与原长度的比值，冷弯性能则是金属材料在室温下能够承受的塑性变形能力。
韧性是指金属材料在受力过程中能够吸收较大的能量而不断进行塑性变形的能力。
韧性是强度和塑性的综合体现，越高的韧性意味着金属材料在遭受外力时能更好地抵抗断裂。
常见的韧性指标有断裂韧性和冲击韧性等。
硬度是指金属材料抵抗外界划伤或压痕的能力，也是反映材料抗外界形变的能力。
硬度是金属材料与其他物质接触时发生形变的抵抗力，常见的硬度测试方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。
抗疲劳性是指金属材料在重复应力加载下抵抗疲劳损伤的能力。
金属材料在长期受到交变载荷时会发生疲劳破坏，抗疲劳性能反映了材料的疲劳寿命和稳定性。
常见的抗疲劳性指标有疲劳极限和疲劳寿命等。
综上所述，金属材料的力学性能包括强度、塑性、韧性、硬度和抗疲劳性等方面。
不同的金属材料在这些方面有着不同的特点和应用范围，因此在实际应用中需要根据具体情况选择合适的金属材料。
金属的力学性能
金属的力学性能
金属的力学性能是指金属材料在受力下的变形能力和承受能力。
主要包括以下几个方面：
1. 强度：金属的抗拉强度是指材料在拉伸试验中能承受的最大拉应力，抗压强度则是材料在压缩试验中能承受的最大压应力。
强度越高，说明金属材料越能承受拉伸或压缩载荷。
2. 延伸性：金属的延伸性是指材料在受拉力作用下能够发生可逆塑性变形的能力，通常用延伸率来表示。
高延伸性意味着材料能够在受力下进行较大的可逆形变，适用于需要抵抗冲击或振动载荷的应用。
3. 硬度：金属的硬度是指材料抵抗划伤或穿刺的能力，通常用洛氏硬度或布氏硬度来表示。
高硬度的金属能够抵抗划伤或穿刺，适用于需要较高耐磨性的应用。
4. 韧性：金属的韧性是指材料在断裂前能够吸收能量的能力，通常通过断裂韧性、冲击韧性或静态韧性来衡量。
高韧性的金属能够在受力下吸收更多的能量，抵抗断裂或破损。
5. 弹性模量：金属的弹性模量是指材料在受力下能够恢复原状的能力，也叫做弹性刚度。
高弹性模量的金属具有较大的刚度和弹性，适用于需要较好的回弹性能的应用。
以上是金属的一些基本的力学性能指标，不同金属材料具有不同的性能特点，可以根据具体需求选择合适的金属材料。
金属材料的力学性能(共9张PPT)
工艺性能 制造性能，加工过程特性，铸、锻、焊
使用性能
使用过程表现的特性，力学性能、物理性能、化 学性能
1、工艺性能
金属和合金加工工艺性能是指在保证加工质 量的前提下加工过程的难易程度。
工艺性能主要有： 铸造性能、锻造性能、焊接性 能、切削加工性能、热处理性能等。这些性能直接影 响化工设备和零部件的制造工艺方法，也是选择材料 时必须考虑的因素。
伸长之比。对于各种钢材它近乎为一个常数约为0.3。
第8页，共9页。
4、化学性能
a. 耐腐蚀性
金属和合金对周围介质，如大气、水汽、各 种电解质溶液侵蚀的抵抗能力叫做耐腐蚀性。 b. 抗氧化性
金属和合金抵抗自由氧和其它气体介质如水 蒸气、二氧化碳、二氧化硫等的腐蚀能力。
第9页，共9页。
某些工程塑料也有良好的可焊性，但与金属的焊接机制及工艺方法并不相同。
（4）疲劳强度б 一般说来，硬度高强度也高，耐磨性较好。
金属在无数次交变载荷作用下，而不致引起断裂的最大应力。 金属在无数次交变载荷作用下，而不致引起断裂的最大应力。 金属和合金加工工艺性能是指在保证加工质量的前提下加工过程的难易程度。
第4页，共9页。
（3）蠕变强度б
金属材料承受载荷作蠕用，变当载是荷不指再增在加时高，温仍句时续发，生明在显的一索性定变的形，应这种力现象下，习，惯应上称变为“屈随服”时。 间而增加的现
制造性能，加工过程特性，铸、锻、焊
c使、用硬过度程：表是现指象的金特，属性材，或料力表学者面性上金能不、大属物的理体在性积能高内、抵化温抗学其性和他能更应硬物力体压作入用表面下发生逐变形渐或破产裂生的能变力。形的现象。
释放，摆锤冲断式样所失去的能量，称为冲击功Ak，
《金属材料力学性能》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
感谢观看
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
第一章 金属的力学性能
在第一章金属的力学性能1、金属的力学性能：2、常见的力学性能指标：3、金属材料的刚度、强度、塑性怎样测得。
4、强度：5、刚度:6、硬度：7、弹性模量E：8、E的意义9、塑性：10、塑性的指标1、材料在载荷作用下所表现出来的性能。
2、刚度、强度、硬度、塑性、韧性。
3、刚度、强度、塑性可以通过静力拉伸试验来测得。
4、强度时指材料在载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。
5、材料受力时抵抗弹性形变的能力，它表示材料发生弹性形变的难易程度。
6、硬度是材料抵抗局部形变，特别是塑性形变，压痕或划痕的能力7、是衡量材料产生弹性变形难易程度的指标。
8、E愈大，刚度越大，弹性变形越不容易进行。
9、塑性是指材料在断裂前发生塑性变形的能力，10、断后伸出率δ和断面收缩率ψ11：δ和ψ越大12、硬度的测量方法14、韧性：15、冲击韧性16、冲击吸收功A k越大17、Ak与温度有关18、韧脆转变温度19、韧脆转变温度越低18、ak值低的材料19、ak值高11、材料塑性越好12、布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度14、韧性是指材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。
15、金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。
16、材料的韧性越好（A k的组成复杂，有时测得的A k值及计算出的冲击韧度a k不能真实的反映材料的韧脆性质）17、A k值随温度的降低而减小。
18、冲击吸收功急剧变断口韧性急剧转变的温度区域19、材料的低温抗冲击性能越好。
选择金属材料时，应使该材料的韧脆转变温度低于其服役环境的最低温度。
18、叫做脆性材料，断裂时无明显变形19、明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽，韧性材料。
20、疲劳强度21、疲劳强度22、循环基数23、影响疲劳强度因素20、材料在承受大小和方同随时间作周期性变化（包括交变应力和重复）的载荷作用下，往往在远小于强度极限，甚至小于屈服极限的应力下发生断裂。
21、材料经无数次应力循环而不发生疲劳断裂的最高应力值。
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3.在换算表中某一硬度范围内可能换算的相关性较好，
而另一范围则相关性较差。
里氏硬度的换算(GB/T17394-1998)
4.同一换算范围某些材料可能适应性很好， 而对另一些材料可能误差较大。 5.不同来源的换算表之间存在差别，国内研 制的换算表与瑞士换算表之间在某个硬度 范围有差异是不可避免的。 6.换算时一定要注意换算表适用条件，否则 误差会较大。为了获得比较可靠的换算关 系，应对具体材料作对比试验，将数据处 理后作出具体换算值或换算曲线。
洛氏硬度
• 优点：1. 可测高硬度材料 2. 压痕小，可测成品和薄板，对工 件无损坏。 3. 测量方法简便，从刻度盘直接读 出硬度值。 缺点：1.压痕小，结果准确性低，通常应多测几 点取其平均值。 2.不同标尺的硬度不能统一、各标尺硬度 值不能直接进行比较。
维氏硬度HV
• 以四方锥体型金刚石压头压入试样表面， 保持一定时间后卸载，测定压痕两对角线 长度取平均值。 • 执行标准：GB/T4340《金属维氏硬度试验 方法》 • 主要用于测定显微硬度。 • 优点：精度高、测量范围宽(软硬材料都可 以测试)、不同标尺的硬度能够统一。 • 缺点：测定繁琐，工作效率低。
比例延伸强度的力。此力除 以试样原始横截面积S0，得 到规定非比例延伸强度。
2. 塑
性
• 金属在外力作用下，抵抗永久变形而不会 被破坏的能力。 主要指标有：延伸率（断后伸长率）：δ 断面收缩率：ψ • GB/T228-2002中：δ 用A表示， ψ 用Z表示。
2.1延伸率
• 延伸率 • 5倍试样
• 8.按释放按钮时不可过快、过重，以致使加载 套管移动，测试值失准。
测试操作时注意事项
• 9.每两次测试时间间隔不应少于3秒。 • 10.两压痕中心距离＞3mm，压痕中心距试样边 缘距离＞5mm。 • 11.不可在同一点上重复测试，否则会引起较
大的误差。同时会减少传感器的使用寿命。
• 12.测试数据的分散不应超过平均值的±15HL。
二、力学性能指标
• 1. 强度 金属在外力（静载荷）作用下，抵抗永 久变形或破坏的能力。 主要强度指标有：抗拉强度б b 屈服强度б s • GB/T228-2002中б b用Rm表示， б s用Rel 表示
万能材料试验机
标准拉伸试样（短）
非标试样－矩形试样
断后试样
屈服强度：
• 金属材料在拉伸试验时产生的屈服现 象是开始产生宏观塑性变形的一种标 志。 由于部件在实际使用过程中大都 处于弹性变形状态，不容许产生微量 塑性变形，因此出现屈服现象就标志 着产生了过量塑性变形失效。
测试时对工件的要求
• 将被测试件上的油漆、氧化皮、麻点打磨 掉，露出金属光泽，并且平整、光滑，不 得有油污。 • 试样的重量（＞5公斤）、试样最小厚度 （5mm） • 试件不应带有磁性。 • 被测试样表面的曲率半径应≥30mm。
测试操作时注意事项
1.测试前应用硬度标块对仪器进行检验（示值误差
±12HLD）。数值偏差超过标准时应给予校准。 2.在大批量检验过程中应经常用硬度标块对仪器进 行校对，在检验工作完成后也应对仪器进行校对， 确认在整个测试过程中硬度计的测试误差在规定 范围内。以保证测试结果的真实性。
冲击吸收能量符号
冲击试验机
冲击试样
5. 疲
劳
金属长期在重复交变载荷作用下发生断
裂现象叫疲劳。
疲劳极限：金属材料在交变应力作用下，
经无限次循环而不破坏的最大应力值称为 疲劳极限。用б
洛氏硬度试验机
HRA：圆锥形金刚石压头（60kg负荷） 用来测定HB >700的高硬材料（相当于）。 HRC：圆锥形金刚石压头（150kg负荷） 用来测定HB= 230 ~700的调质钢及淬 火钢。 HRB：淬硬钢球压头（100kg负荷） 用来测定HB=60 ~230之间比较软的 金属及低碳钢、有色金属。
里氏硬度HL
• 测量钢球冲击试样表面回弹时，距试样表面1mm 处的回跳速度。 • 执行标准GB/T17394《金属里氏硬度试验方法》 • HL=VB / VA ×1000 其中：VB：回跳速度 VA：冲击速度 优点：1. 可便携，5kg以上的部件放稳即可用 2. 可方便的换算为布、洛、维。
• 里氏硬度是一种动态硬度试验方法，考察 的是材料的弹性形变，表现为反弹速度的 大小。 测试时材料种类的选择 • 里氏硬度试验法是一种动载测试方法，它 的测试值与金属的弹性模量 E有关，材料不 同所对应的弹性模量也不同，因而应按材 料的种类进行分类测试。
0.6D之间。
GB/T1172-1999《黑色金属硬度及强度换算值》
• 布什氏度与强度б b之间有一定的近似关系： 不淬火钢材：低碳钢б b ≈ 3.6HB 中碳钢б b ≈ 3.5HB 高碳钢б b ≈ 3.4HB 不锈钢： б b ≈ 4.0～5.0HB 根据布氏硬度值可近似确定金属的抗拉强度。 如果考虑到旋转弯曲的疲劳极限б -1大致是б b 的一半，则布氏硬度值可以进一步与б -1联 系起来。
P0.2 0.2＝ S0
P0.2 －－产生0.2％残余伸长时的载荷。
根据力－延伸曲线图测定规定非比例延伸强度：
• 在力－延伸曲线图上，画一 条与曲线的弹性直线段部分 平行，且在延伸轴上与此直
线段的距离等效于规定非比
例延伸率的直线(如0.2%的直 线），此平行线与曲线的交
点，给出相应与所求规定非
金属力学性能基本知识
内蒙古电力科学研究院
张少军
目 录
• 1.金属材料的力学性能分类 • 2.力学性能指标 • 3.与力学性能有关的金属监督概念
一、金属材料的力学性能
• • • • • • 1.强度： б s、 б b 2.塑性： δ 、ψ 3.韧性： ɑk、Ak、K1c、δ c、FATT 4.硬度： HB、HRA、HRB、HRC、HV、HL 5.疲劳：б -1 t t 6.高温性能：蠕变极限 、持久强度
布氏硬度值标记
• 布氏硬度值与试验条件有关，硬度值标记由4种符 号组成： • 1.球体材料：硬质合金球 • 2.球体直径：10mm（标准压头）、5mm、 2.5mm、1mm • 3.试验力：其大小与压头直径有关。一般F/D2=30 倍、15倍、10倍、5倍、2.5倍、1倍。 • 4.试验力的保持时间：黑色金属为10s、有色金属 为30s、对HBS<35的材料为60s、10~15s 时不 标注
使测量值偏低。
• 17.使用完毕后，应将冲击体释放。否则将 加速加载弹簧的疲劳。
里氏硬度的换算(GB/T17394-1998)
1.测试的里氏值是通过与其它标准的静载荷硬度值 （布氏、维氏、洛氏）对比曲线，将里氏值转换为
相应的硬度值。
2.由于各种硬度方法之间不存在明确的物理关系，受 到相互比较中测量不可靠性的影响，因此换算会不 可避免的带来不同程度的误差，换算只是近似的。
L1 L0 100% L0
5
L0 / d0 5
L0 / d0 10
• 10倍试样 或 10 • 一般情况下 5 >
10
10 5 =（1.2～1.5）
• 采用非比例试样时延伸率应附以该标距数值的脚注，例 如：试样标距长度 L0 100d0 时，延伸率标注为 100
洛氏硬度
• • • • • 不同标尺的测量范围：GB230-2004 HRA：20 ～88 淬火钢、硬质合金、表面渗氮层 HRC：20 ～70 淬火工具钢、调质处理钢 HRB：20 ～100 退火后的中碳钢、有色金属 各标尺均有一定的测量范围，应根据标准规定正 确使用。如：硬度高于HRB100，应采用C标尺的 试验条件进行试验。同样，硬度低于HRC20，应 换用B标尺试验。硬度高于HRC70，应换用A标尺 试验。
GB/T231.1-2002新规定：
• 1.取消了用钢球压头进行试验的规定，仅使 用硬质合金球压头，试验范围上限为 650HBW。 • 2.对试样最小厚度规定作了调整，将试样厚 度至少应为压痕深度的10倍改为8倍。 • 3.对压痕间距的规定作了调整，将两相邻压 痕中心距离不应小于压痕平均直径的4倍改 为3倍。
3. 硬 度
• 金属抵抗比他更硬的物体压入的能力。 布氏硬度：HB 洛氏硬度：HRA、HRB、HRC 维氏硬度：HV 里氏硬度：HL
布氏硬度HB
GB/T231-84旧标准规定：
• 适用范围：HB 8～650 • HBS：压头为淬火钢球，适用于HB为450 以下材料 • HBW：压头为硬质合金球，适用于HB裂位置对延伸率的大小是有影响的； • 断在标距正中的试样所得的延伸率最大；
• 断在标距中间1/3段试样可直接测量L1 ；
• 断在标距两端1/3段时，要求用位移法换算 成相当于断在正中时的延伸率。
GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》
• 有关规定： 1.当试样原始标距与原始横截面积满足 L0 k S0 时称 为比例试样，k＝5.65 。非比例试样的原始标距与原始横 截面积无关。 2.试样的制备：应按照相关产品标准或GB/T2975的要求切 取样坯和制备试样。 3.原则上，断裂发生在距离最近标距标记点1/3以上方为有 效，但断后伸长率等于或大于规定值，不管断裂位置处于 何处，测量均为有效。 4.薄板和薄带试样，管材全截面试样，圆管纵向弧形试样， 其他复杂横截面试样及直径小于3mm试样，一般不测定 断面收缩率。
4. 韧
性
定义：金属在冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力。
GB/T229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》中
冲击吸收能量用KV2或KU2表示。
有些材料在静力作用下，表现出很高的强度，但在冲
击力的作用下，表现得很脆弱。
例如：高碳钢、铸铁。 旧标准：冲击韧性：ɑk或 Ak(ɑku或ɑkv) 单位：J/cm2 或 J
优点：精确度高，对试样制备要求不高，一