金属材料力学性能

★ 高分子材料
金属材料力学性能
（2）工程材料的分类
工程材料是用于制造工程结构和机械零件并主要要求力学 性能的结构的材料。
金属材料
黑色金属 （ 钢、铁） 有色金属：除钢铁之外的其他金属及其合金。
工
（铜及其合金、铝及其合金）
程 材
非金属材料
高分子材料 （塑料、橡胶、胶粘剂等） 陶瓷材料 （陶瓷、玻璃、玻璃陶瓷等）
其他材料 20%
具有金属光泽。 具有较好的延展性，容易加工成型。 易导电、传热，是热和电的良导体。
金属材料 80%
金属材料力学性能
3. 金属材料性能
使用性能
力学性能 (强度、硬度、塑性、韧性等) 物理性能（指熔点、导热性、导电性、磁性等） 化学性能 (抗氧化性、抗腐蚀性等) 其它性能 (耐磨性、热硬性、消振性等)
金属材料力学性能
◆ 钢铁、 铝合金时代
金属材料力学性能
◆ 复合材料、钛镁金属、纳米材料时代
中
造 卫 星
国 第 一 颗
人
中 国 第 一 颗 原 子 弹 爆 炸金属材料力学性能
长 征 火 箭 大 家 族 中 国 第 一 颗 氢 弹 爆 炸
镁合金汽 缸盖
镁合金汽车
轮毂
金属材料力学性能
镁合金方 向盘骨架
金属材料力学性能
拉伸试验机 液压式万能电子材料试验机
金属材料力学性能
拉伸试验（应力—应变）曲线
e — 弹性极限点 S — 屈服点 b — 极限载荷点
（缩颈点） K — 断裂点
σ: 单位面积上的拉力
ΔL:单位长度上的伸长量
σe ——弹性极限 σs ——屈服点 σb ——抗拉强度（强度极限）
金属材料力学性能
选择零件结构、选择加工方法的能力。
要求了解和掌握 ：
1.常用工程材料的性能特点； 2.各种成形方法的原理、特点及适用范围； 3.各种零件的结构工艺性。
金属材料力学性能
第1章 工程材料的性能 教学目的和要求
掌握金属材料的强度和塑性的概念； 掌握金属材料的疲劳强度的概念； 掌握金属材料冲击韧性的概念； 掌握材料硬度的概念和三种硬度表示方法； 了解材料性能的表示方法。
金属材料力学性能
教学内容摘要
一、强度、塑性； 二、疲劳强度； 三、冲击韧性； 四、硬度
金属材料力学性能
教学重点、难点
教学重点
强度、硬度、塑性和韧性的概念。
教学难点
利用强度、硬度和塑性等指标综合评价材料。
金属材料力学性能
金属材料的基本知识
1.金属材料的类型：
金属材料力学性能
2. 金属材料的特点：
工艺性能——加工成形的性能
金属材料力学性能
1.1 工程材料的力学性能
是指材料在外加载荷作用下所表现出来的性能。
静载荷 根据载荷作用性质不同 冲击载荷
疲劳载荷 静载荷是指外力的大小和方向不变或变化很缓慢的载荷； 冲击载荷是指突然增加的载荷； 疲劳载荷则是指大小和方向随时间作周期性变化的载荷。
金属材料力学性能
拉伸过程变化的三个阶段
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
（1） 弹性变形阶段（oe段） （2） 塑性变形阶段（eb段、屈服阶段和强化阶段） （3） 断裂阶段（bk段）
金属材料力学性能
弹性与塑性
弹性: 金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能回复 其原来形状的性能，叫做弹性。 弹性变形: 随着外力消失而消失的变形，叫做弹性变形。 塑性变形: 在外力消失后留下来的这部分不可恢复的变形，叫 做塑性变形。
A 0 ——试样原始横截面积（ mm2 ）。
金属材料力学性能
脆性材料的拉伸曲线（与低碳钢试样相对比）
σb
σ0.2
σb
σs σe
低碳钢与铸铁的应力应变曲线
脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。 金属材料力学性能
1.1.1 强度
强度：用于表征金属材料在外力作用下抵抗塑性变 形和破坏的能力。
工程上常用的 强度衡量指标
屈服点 屈服强度 抗拉强度
注意：一般多用抗拉强度作为判别金属强度高低 的指标。
料
复合材料
金属基复合材料 陶瓷基复合材料 高分子复合材料
金属材料力学性能
常见的金属材料
金属材料力学性能
2. 成形工艺的应用
重要环节： 热处理
？
金属材料力学性能
二、本课程的性质和学习目的
性质：金属材料是一门研究常用工程材料坯件及机
器零件成形工艺Hale Waihona Puke Baidu理的综合性技术基础学科。
学习目的： 为后续课程的学习打基础。培养选择材料、
目录
第一篇 工程材料 第二篇 材料成形工艺
金属材料力学性能
工程材料部分
金属材料力学性能
本篇内容
绪 论 第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章
工程材料的性能 金属材料的晶体结构与结晶 钢的热处理 钢铁材料 非金属材料与粉末冶金材料 非金属材料
金属材料力学性能
绪论
一、工程材料及成形工艺的地位与作用 1.工程材料的发展和分类 2.成形工艺的应用
金属材料力学性能
1.工程材料的发展和分类
（1）工程材料的发展 ◆ 石器 ◆ 青铜器 ◆ 铁器 ◆ 钢铁、 铝合金 ◆ 复合材料、钛镁金属、纳米材料
金属材料力学性能
▲ 石器和陶瓷时代
金属材料力学性能
▲ 青铜器
金属材料力学性能
青铜兵器
金属材料力学性能
◆ 铁器时代
金属材料力学性能
◆ 钢铁、 铝合金时代
金属材料力学性能
1. 屈服点、屈服强度
对具有明显屈服现象的材料 用屈服点来表征材料对产生明显塑性变形的抗力。屈服点 就是指材料产生屈服时的最小应力。如低碳钢。
屈服点:
s
Fs A0
（MPa）
对无明显屈服现象的金属材料 常用其产生0.2%塑性应变所对应的应力值作为名义屈服点，
称为名义(条件)屈服强度，用 σ0.2表示。如高碳钢、铜合金、
工件在不同载荷形式下产生的变形
金属材料力学性能
根据所加载荷形式的不同，强度表现为： 抗拉强度 抗压强度 抗弯强度 抗剪强度
金属材料力学性能
拉伸试验
（金属的抗拉强度和塑性都是通过拉伸试验测定）
GB/T228-2002
金属材料力学性能
拉伸试样 （低碳钢）
d0 L0
长试样：L0 =10d0 短试样：L0 =5d0
铝合金等。
条件屈服强度: σ = 0.2
F0.2
S0
（MPa）
屈服强度 — 是塑性材料金属选材料材力学和性能评定的依据。
脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。
金属材料力学性能
2. 抗拉强度（强度极限）
是指试样在拉断前所承受的最大应力。即：
b
Fb A0
（MPa）
式中： b ——抗拉强度
F b ——试样在拉断前所受到的最大载（N）；