第2章 机械工程材料基础
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力称为抗拉强度σb（Rm）。 ❖屈强比 σs (Re) /σb （Rm）的比值。屈强比越小构件 可靠性越高，但若太小材料强度的有效利用
率太低。工程上在保证安全的前提下希望屈
强比高些。
（3）规定非比例延伸强度 非比例延伸率等于规定的伸长量为标距长度百
分率时（例如： ），对应的应力称为规定非比例 延伸强度，用 表示。 （4）规定残余延伸强度 。
3.硬度
❖ 硬度是指材料抵抗变形，特别是压痕或划痕形成 的永久的能力。通常材料的硬度越高，磨损量越 小，其耐磨性越高。常用的硬度指标有布氏硬度 （HB）、洛氏硬度 （HR）和维氏硬度（HV）。
布氏硬度
HB 0.102 F / A凹
布氏硬度是用单位压痕面积 的力作为布氏硬度值的计量 即试验力除以压痕表面积， 符号用HBS（用淬火钢球压头） 或HBW（用硬质合金压头）表示
❖屈服 当载荷继续增加到s点时，试样所承受的载荷不增加， 但也继续产生延性变形，图中出现了水平线段。s点为屈服点； σs称为屈服极限。
❖“缩颈”现象 当载荷继续增加到b点时，试样的局部截面积 缩
小。因为缩颈处源自文库面积变小，所能承受的载
荷也就下降，当到k点时试样被拉断。
❖抗拉强度 金属在拉断前承受的最大拉应
>6 6-3 <3
10
1000
10
5
250
30
2.5
62.5
铝合金及轴 承合金
8-35
>6
10
250
6-3
2.5
5
62.5
60
<3
2.5
15.6
洛氏硬度
洛氏硬度是用压痕深度作 为洛氏硬度值的计量即，符 号用HR表示，试验用的压头 一种是顶角为120度的金刚 石的圆锥体，另一种是直径 为1.588mm的钢球。
5.疲劳强度
金属材料在经受无数次重复或交变载荷作用而不发生 疲劳破坏（断裂）的最大应力称为疲劳极限。用σD表示。
一般认为在重复或交变应力作用下，其应力值虽小于 σs，但由于金属表面在交变载荷作用下产生不均匀滑移， 造成驻留滑移带，以致形成疲劳微裂纹。另外，由于材料 有杂质、表面划痕及其他能引起应力集中的缺陷而产生微 裂纹。这种微裂纹随应力循环次数的增加而逐渐扩展，致 使零件不能承受所加载荷而突然破坏。
维氏硬度
维氏硬度也是以单位 压痕面积的力作为硬度值 计量。试验力较小，压头 是锥面夹角为136°的金刚 石正四棱锥体，见图所示。 维氏硬度用符号HV表示。
HV=F/A
各种硬度值之间可以换算，较精确换算可查阅有关 对照表，粗略换算可使用如下经验公式，即：
肖氏硬度(HS) = 布氏硬度(HBW)/10 + 12 肖氏硬度(HS) = 洛氏硬度(HRC) + 15 布氏硬度(HBW) =维氏硬度(HV) 洛氏硬度(HRC) = 布氏硬度(HBW)/10 - 3
统屈服强度称为屈服极限σs。屈服强度应区分为上屈服强度 和下屈服强度。
普通低碳钢拉伸图
（2）屈服强度
1）上屈服强度 。试样发生屈服而力首次下降前的最 高应力。
2）下屈服强度 。在屈服期间，不计初始瞬时效应 时的最低应力。
很多金属材料，如高碳钢、大多数合金钢、铜合 金以及铝合金的拉伸曲线不出现平台。脆性材料如普 通铸铁、镁合金等，甚至断裂前也不发生延性变形。 因此工程上规定当拉伸试样的非比例延伸率或者发生 某些微量延性变形等于规定（例如，0.2%）的应力作 为该材料的屈服强度。GB/T 228—2002规定，残余 伸长量为标距长度的0.2％时的应力，称为条件屈服强 度，以σ0.2表示。
P
P
D
L0
L
标准拉伸式样
❖ （1）弹性极限 弹性变形 指外力去掉后变形能全部消除，恢复原状的变 形【oe段】。拉伸曲线为一条直线，完全符合胡克定律。σe为
弹性极限。 刚度 指金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力。在弹性 范围内，应力σ与应变ε成正比，其比例常数称为弹性模量E。 延性变形 当载荷超过e点时，试样开始永久变形。 屈服 当载荷继续增加到s点时，试样所承受的载荷不增加，但 也继续产生延性变形，图中出现了水平线段。s点为屈服点；传
布氏硬度试验规范
材料
硬度范围 （HB）
试样厚度 (mm)
P/D2
钢球直径 D(mm)
载荷P (kgf)
载荷保持 时间(s)
6-3
4- 2
黑色金属
140-450 140
<2 >6
6-3
<3
10
3000
5
750
30
2.5
187.5
10
10
10
1000
10
5
250
2.5
62.5
铜合金及镁 合金
36-130
卸除应力后残余延伸率等于规定的伸长量为标 距长度百分率时（例如： ），对应的应力称为残 余延伸强度，规定残余延伸强度的符号为 ，使用 该符号时应附以下脚标说明所规定的百分率，例如 ，表示规定非比例延伸率为0.2%时的应力。
(5)抗拉强度
当载荷继续增加到b点时，试样的局部截 面积缩小，产生“缩颈”现象。因为缩颈处 截面面积变小，载荷也就下降，当达到k点时 ，试样被拉断。金属在拉断前承受的最大拉 应力称为抗拉强度。
4.冲击韧度
冲击韧度：金属材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力称 为冲击韧度。
冲击韧度用在冲击力作用下材料破坏时单位面积所吸收 的能量来表示，ak=AK/A0
冲击性能受温度的影响很大，多数材料的冲击功随温度 下降而减少，材料由韧性变为脆性，该温度称为冷脆转化温 度TK。 TK越低，材料的低温性能越好。
2.延性
❖ 金属材料在外力作用下产生不可逆永久变形而不破坏的能 力称为延性，即断裂前金属发生延性变形的能力。
❖ 反映金属材料延性的性能指标通常有伸长率A和断面收缩 率Z。断面收缩率与试样尺寸无关，它能比较可靠地反映金 属的延性。一般A和Z值越大，则材料延性越好，脆性越 小。金属材料只有具备足够的延性才能承受各种变形加工， 例如轧制、锻造、冲压、电阻焊、摩擦焊等。
第二章 机械工程材料基础 第一节 材料的主要性能
2.1.1金属材料的力学性能 1.强度 ❖ 金属材料抵抗永久变形和断裂破坏的能力为强度。 ❖ 测定强度的最基本的方法是拉伸试验。将式样装夹 在材料试验机上，并对其两端缓慢地施加轴向静拉力 p。随着拉力逐渐加大，试样沿轴向伸长⊿l，而径向 缩小，直到把试样拉断。可分别以应力σ和应变ε来 代替p和⊿l，消除试样尺寸对材料性质的影响。由此 绘出的曲线称为应力－应变曲线。
率太低。工程上在保证安全的前提下希望屈
强比高些。
（3）规定非比例延伸强度 非比例延伸率等于规定的伸长量为标距长度百
分率时（例如： ），对应的应力称为规定非比例 延伸强度，用 表示。 （4）规定残余延伸强度 。
3.硬度
❖ 硬度是指材料抵抗变形，特别是压痕或划痕形成 的永久的能力。通常材料的硬度越高，磨损量越 小，其耐磨性越高。常用的硬度指标有布氏硬度 （HB）、洛氏硬度 （HR）和维氏硬度（HV）。
布氏硬度
HB 0.102 F / A凹
布氏硬度是用单位压痕面积 的力作为布氏硬度值的计量 即试验力除以压痕表面积， 符号用HBS（用淬火钢球压头） 或HBW（用硬质合金压头）表示
❖屈服 当载荷继续增加到s点时，试样所承受的载荷不增加， 但也继续产生延性变形，图中出现了水平线段。s点为屈服点； σs称为屈服极限。
❖“缩颈”现象 当载荷继续增加到b点时，试样的局部截面积 缩
小。因为缩颈处源自文库面积变小，所能承受的载
荷也就下降，当到k点时试样被拉断。
❖抗拉强度 金属在拉断前承受的最大拉应
>6 6-3 <3
10
1000
10
5
250
30
2.5
62.5
铝合金及轴 承合金
8-35
>6
10
250
6-3
2.5
5
62.5
60
<3
2.5
15.6
洛氏硬度
洛氏硬度是用压痕深度作 为洛氏硬度值的计量即，符 号用HR表示，试验用的压头 一种是顶角为120度的金刚 石的圆锥体，另一种是直径 为1.588mm的钢球。
5.疲劳强度
金属材料在经受无数次重复或交变载荷作用而不发生 疲劳破坏（断裂）的最大应力称为疲劳极限。用σD表示。
一般认为在重复或交变应力作用下，其应力值虽小于 σs，但由于金属表面在交变载荷作用下产生不均匀滑移， 造成驻留滑移带，以致形成疲劳微裂纹。另外，由于材料 有杂质、表面划痕及其他能引起应力集中的缺陷而产生微 裂纹。这种微裂纹随应力循环次数的增加而逐渐扩展，致 使零件不能承受所加载荷而突然破坏。
维氏硬度
维氏硬度也是以单位 压痕面积的力作为硬度值 计量。试验力较小，压头 是锥面夹角为136°的金刚 石正四棱锥体，见图所示。 维氏硬度用符号HV表示。
HV=F/A
各种硬度值之间可以换算，较精确换算可查阅有关 对照表，粗略换算可使用如下经验公式，即：
肖氏硬度(HS) = 布氏硬度(HBW)/10 + 12 肖氏硬度(HS) = 洛氏硬度(HRC) + 15 布氏硬度(HBW) =维氏硬度(HV) 洛氏硬度(HRC) = 布氏硬度(HBW)/10 - 3
统屈服强度称为屈服极限σs。屈服强度应区分为上屈服强度 和下屈服强度。
普通低碳钢拉伸图
（2）屈服强度
1）上屈服强度 。试样发生屈服而力首次下降前的最 高应力。
2）下屈服强度 。在屈服期间，不计初始瞬时效应 时的最低应力。
很多金属材料，如高碳钢、大多数合金钢、铜合 金以及铝合金的拉伸曲线不出现平台。脆性材料如普 通铸铁、镁合金等，甚至断裂前也不发生延性变形。 因此工程上规定当拉伸试样的非比例延伸率或者发生 某些微量延性变形等于规定（例如，0.2%）的应力作 为该材料的屈服强度。GB/T 228—2002规定，残余 伸长量为标距长度的0.2％时的应力，称为条件屈服强 度，以σ0.2表示。
P
P
D
L0
L
标准拉伸式样
❖ （1）弹性极限 弹性变形 指外力去掉后变形能全部消除，恢复原状的变 形【oe段】。拉伸曲线为一条直线，完全符合胡克定律。σe为
弹性极限。 刚度 指金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力。在弹性 范围内，应力σ与应变ε成正比，其比例常数称为弹性模量E。 延性变形 当载荷超过e点时，试样开始永久变形。 屈服 当载荷继续增加到s点时，试样所承受的载荷不增加，但 也继续产生延性变形，图中出现了水平线段。s点为屈服点；传
布氏硬度试验规范
材料
硬度范围 （HB）
试样厚度 (mm)
P/D2
钢球直径 D(mm)
载荷P (kgf)
载荷保持 时间(s)
6-3
4- 2
黑色金属
140-450 140
<2 >6
6-3
<3
10
3000
5
750
30
2.5
187.5
10
10
10
1000
10
5
250
2.5
62.5
铜合金及镁 合金
36-130
卸除应力后残余延伸率等于规定的伸长量为标 距长度百分率时（例如： ），对应的应力称为残 余延伸强度，规定残余延伸强度的符号为 ，使用 该符号时应附以下脚标说明所规定的百分率，例如 ，表示规定非比例延伸率为0.2%时的应力。
(5)抗拉强度
当载荷继续增加到b点时，试样的局部截 面积缩小，产生“缩颈”现象。因为缩颈处 截面面积变小，载荷也就下降，当达到k点时 ，试样被拉断。金属在拉断前承受的最大拉 应力称为抗拉强度。
4.冲击韧度
冲击韧度：金属材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力称 为冲击韧度。
冲击韧度用在冲击力作用下材料破坏时单位面积所吸收 的能量来表示，ak=AK/A0
冲击性能受温度的影响很大，多数材料的冲击功随温度 下降而减少，材料由韧性变为脆性，该温度称为冷脆转化温 度TK。 TK越低，材料的低温性能越好。
2.延性
❖ 金属材料在外力作用下产生不可逆永久变形而不破坏的能 力称为延性，即断裂前金属发生延性变形的能力。
❖ 反映金属材料延性的性能指标通常有伸长率A和断面收缩 率Z。断面收缩率与试样尺寸无关，它能比较可靠地反映金 属的延性。一般A和Z值越大，则材料延性越好，脆性越 小。金属材料只有具备足够的延性才能承受各种变形加工， 例如轧制、锻造、冲压、电阻焊、摩擦焊等。
第二章 机械工程材料基础 第一节 材料的主要性能
2.1.1金属材料的力学性能 1.强度 ❖ 金属材料抵抗永久变形和断裂破坏的能力为强度。 ❖ 测定强度的最基本的方法是拉伸试验。将式样装夹 在材料试验机上，并对其两端缓慢地施加轴向静拉力 p。随着拉力逐渐加大，试样沿轴向伸长⊿l，而径向 缩小，直到把试样拉断。可分别以应力σ和应变ε来 代替p和⊿l，消除试样尺寸对材料性质的影响。由此 绘出的曲线称为应力－应变曲线。