第一章金属材料的力学性能
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屈服点（屈服强度）： σs=Fs/A0
物理意义——是指材料在外力作用下开 始产生明显塑性变形的最小应力。表征 材料抵抗微量塑性变形的能力。
第一章金属材料的力学性能
（二）材料强度
2、抗拉强度（P4）
抗拉强度
σb=Fb/A0
物理意义——材料断裂前所承受的最大 应力。
屈强比
σs/σb
材料的屈强比愈小，构件的可靠性愈高。
ε=ΔL/ L0 ΔL=Lk －L0 σ=F/A0
图1—2 低碳钢拉伸曲线
第一章金属材料的力学性能
低碳钢应力——应变曲线
第一章金属材料的力学性能
（一）弹性极限和刚度 1、弹性极限（P4）
弹性变形——是指当外力解除后变形能 够全部消除恢复原状的变形。
弹性极限
σe=Fe/A0
物理意义——材料保持完全弹性变形所 承受的最大应力。表征材料对（极）微
硬度是衡量材料软硬程度的一种力学性能指标。是材料 抵抗局部塑性变形的能力，或者说抵抗其它硬物压入的 能力。
硬 度 计 种 类 ： 布 氏 硬 度 （ HB）、 洛 氏 硬 度 （ HR）、 维氏硬度（HV）
重要零件或零件的重要部位大多规定材料的硬度值。因 为：（1）硬度测量简便迅速，不需做试样，也不需破 坏试件；（2）多数金属材料的抗拉强度可以根据其硬 度值进行估算。所以硬度是一个很重要的力学性能指标。
量塑性变形的抗力。
第一章金属材料的力学性能
（一）弹性极限和刚度 2、材料刚度E（P4）
材料刚度（弹性模量） E=σ/ε=tgα
物理意义——材料产生单位弹性的相对 变形所需的应力。它是表征材料抵抗弹 性变形能力的力学性能指标。
第一章金属材料的力学性能
（二）材料强度
1、屈服点σs （P4）
材料强度——是指在外力作用下，材料 抵抗变形和断裂的能力。
第一章 金属材料的力学性能（P3）
第一节：静载荷条件下材料的力学性能 第二节：非静载荷时材料的力学性能 第三节：金属材料的断裂韧度 第四节：高温下材料的力学性能
第一章金属材料的力学性能
金属材料的性能(P3)
1）使用性能：在使用过程中表现出的性能—— 力学性能、物理性能、化学性能等。 力学性能（又称机械性能）——是指材料抵抗 外力（载荷）作用的能力。设计零件时是由力 学性能作为主要设计依据的。
第一章金属材料的力学性能
一、静拉伸试验及材料的 强度与塑性（P3）
标准拉伸试样（GB228—87）
L0——试样原始标距长度（mm） d0——试样的原始直径（mm）
长试样L0=第10一d章0金属材料的力短学性试能 样 L0=5d0
静拉伸试验机原理
第一章金属材料的力学性能
一、静拉伸试验及材料的 强度与塑性（P3）
第一章金属材料的力学性能
（三）材料的塑性
1、伸长率δ（P5）
材料塑性：是指材料在外力作用下产生塑性变 形而不发生断裂的能力。
伸长率δ：是指试样拉断后其标距长度的相对 伸长值。定义为：
lkl010 % 0 l10 % 0
l0
l0
短试样的伸长率记为δ5（L0=5d0） 长试样的伸长率记为δ10或δ（L0=10d0） 对于同一种塑性材料δ5>δ10
2、硬度值的定义与布氏硬度相 同，即压痕表面上单位面积 所承受的压力。所不同的是 压痕形状为正四棱锥形。
布氏硬度测量原理及计算（P6）
压头
HB F A
ADD D2d2 2
工件
图1—3 布氏硬度原理图
第一章金属材料的力学性能
布氏硬度的表示方法（P7）
标准写法：布氏硬度值 ，布氏硬度符号，测 试条件（压头直径mm/试验力kgf/试验力作用 时间s）。如：200HBS2.5/187.5/30
简单写法：200HBS 淬火刚球作压头HBS——最大有效测量值为
第一章金属材料的力学性能
（三）材料的塑性 2、断面收缩率ψ（P5）
断面收缩率ψ：是指试样拉断后断口处横截面 积的相对收缩值。定义为：
A 0A 110 % 0A10 % 0
A 0
A 0
断面收缩率与试样尺寸无关；
金属材料只有具备足够的塑性才能承受各种变 形加工。
第一章金属材料的力学性能
二、硬度（P6）
2）工艺性能：在各种加工过程中表现出来的性 能。如：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切 削性能等。
第一章金属材料的力学性能
第一节 静载荷条件下 材料的力学性能（P3）
静载荷——是指对材料缓慢地施加载荷， 使材料的相对变形速度较小时的载荷 （一般是小于0.01mm/s）。
动载荷——（1）是指加载速度比较快， 使材料的塑性变形速度也较快的冲击载 荷。（2）作用力大小与方向作周期性变 化的交变载荷。
第一章金属材料的力学性能
（一）布氏硬度（HB）（P6）
设备：布氏硬度计
方法：用规定直径的淬火刚球或硬质合金球以 一定的试验力压入所测材料的表面，保持规定 时间后，卸除试验力，测量表面压痕直径，然 后根据布氏硬度的定义公式计算出布氏硬度值。
其物理意义是压痕表面上单位面积所承受的压 力。
第一章金属材料的力学性能
第一章金属材料的力学性能
洛氏硬度测量原理（P7）
图1—4第一洛章金氏属硬材度料原的力理学图性能
HR k eh 0.002
h为压痕深度 金刚石压头
k=0.2 刚球压头
k=0.26 P0为初载荷 P1为主载荷 PBaidu Nhomakorabea P0 + P1
三种洛氏硬度试验条件
标值 HRA HRB HRC
压头类型
1200金刚石 圆锥 φ1.588mm 淬火钢球 1200金刚石 圆锥
初载荷 （kg）
10
10
10
总载荷 （kg）
60
100
测试范 围
70~85
25~100
应用举例
硬质合金、表面 淬硬层、渗碳层 有色金属、退火 钢、正火钢
150 20~67 淬火钢、调质钢
☆总载荷=初载荷+主载荷
第一章金属材料的力学性能
（三）维氏硬度（HV）（P7）
1、维氏硬度是一种以正四棱锥 金刚石为压头的硬度测量方 法。
450HBS 硬质合金压头HBW——最大有效测量值为
650HBW
第一章金属材料的力学性能
（二）洛氏硬度（HR）（P7）
洛氏硬度是以压头压入金属材料的压痕深度来 表征材料的硬度。
压头：1）锥角为120°的圆锥金刚石； 2）Ф1.588mm的淬火刚球
压痕的深度直接可用百分表测出来，还需另外 的测量和计算，十分方便，效率高，是实际生 产中使用最普遍的一种硬度测量方法。
物理意义——是指材料在外力作用下开 始产生明显塑性变形的最小应力。表征 材料抵抗微量塑性变形的能力。
第一章金属材料的力学性能
（二）材料强度
2、抗拉强度（P4）
抗拉强度
σb=Fb/A0
物理意义——材料断裂前所承受的最大 应力。
屈强比
σs/σb
材料的屈强比愈小，构件的可靠性愈高。
ε=ΔL/ L0 ΔL=Lk －L0 σ=F/A0
图1—2 低碳钢拉伸曲线
第一章金属材料的力学性能
低碳钢应力——应变曲线
第一章金属材料的力学性能
（一）弹性极限和刚度 1、弹性极限（P4）
弹性变形——是指当外力解除后变形能 够全部消除恢复原状的变形。
弹性极限
σe=Fe/A0
物理意义——材料保持完全弹性变形所 承受的最大应力。表征材料对（极）微
硬度是衡量材料软硬程度的一种力学性能指标。是材料 抵抗局部塑性变形的能力，或者说抵抗其它硬物压入的 能力。
硬 度 计 种 类 ： 布 氏 硬 度 （ HB）、 洛 氏 硬 度 （ HR）、 维氏硬度（HV）
重要零件或零件的重要部位大多规定材料的硬度值。因 为：（1）硬度测量简便迅速，不需做试样，也不需破 坏试件；（2）多数金属材料的抗拉强度可以根据其硬 度值进行估算。所以硬度是一个很重要的力学性能指标。
量塑性变形的抗力。
第一章金属材料的力学性能
（一）弹性极限和刚度 2、材料刚度E（P4）
材料刚度（弹性模量） E=σ/ε=tgα
物理意义——材料产生单位弹性的相对 变形所需的应力。它是表征材料抵抗弹 性变形能力的力学性能指标。
第一章金属材料的力学性能
（二）材料强度
1、屈服点σs （P4）
材料强度——是指在外力作用下，材料 抵抗变形和断裂的能力。
第一章 金属材料的力学性能（P3）
第一节：静载荷条件下材料的力学性能 第二节：非静载荷时材料的力学性能 第三节：金属材料的断裂韧度 第四节：高温下材料的力学性能
第一章金属材料的力学性能
金属材料的性能(P3)
1）使用性能：在使用过程中表现出的性能—— 力学性能、物理性能、化学性能等。 力学性能（又称机械性能）——是指材料抵抗 外力（载荷）作用的能力。设计零件时是由力 学性能作为主要设计依据的。
第一章金属材料的力学性能
一、静拉伸试验及材料的 强度与塑性（P3）
标准拉伸试样（GB228—87）
L0——试样原始标距长度（mm） d0——试样的原始直径（mm）
长试样L0=第10一d章0金属材料的力短学性试能 样 L0=5d0
静拉伸试验机原理
第一章金属材料的力学性能
一、静拉伸试验及材料的 强度与塑性（P3）
第一章金属材料的力学性能
（三）材料的塑性
1、伸长率δ（P5）
材料塑性：是指材料在外力作用下产生塑性变 形而不发生断裂的能力。
伸长率δ：是指试样拉断后其标距长度的相对 伸长值。定义为：
lkl010 % 0 l10 % 0
l0
l0
短试样的伸长率记为δ5（L0=5d0） 长试样的伸长率记为δ10或δ（L0=10d0） 对于同一种塑性材料δ5>δ10
2、硬度值的定义与布氏硬度相 同，即压痕表面上单位面积 所承受的压力。所不同的是 压痕形状为正四棱锥形。
布氏硬度测量原理及计算（P6）
压头
HB F A
ADD D2d2 2
工件
图1—3 布氏硬度原理图
第一章金属材料的力学性能
布氏硬度的表示方法（P7）
标准写法：布氏硬度值 ，布氏硬度符号，测 试条件（压头直径mm/试验力kgf/试验力作用 时间s）。如：200HBS2.5/187.5/30
简单写法：200HBS 淬火刚球作压头HBS——最大有效测量值为
第一章金属材料的力学性能
（三）材料的塑性 2、断面收缩率ψ（P5）
断面收缩率ψ：是指试样拉断后断口处横截面 积的相对收缩值。定义为：
A 0A 110 % 0A10 % 0
A 0
A 0
断面收缩率与试样尺寸无关；
金属材料只有具备足够的塑性才能承受各种变 形加工。
第一章金属材料的力学性能
二、硬度（P6）
2）工艺性能：在各种加工过程中表现出来的性 能。如：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切 削性能等。
第一章金属材料的力学性能
第一节 静载荷条件下 材料的力学性能（P3）
静载荷——是指对材料缓慢地施加载荷， 使材料的相对变形速度较小时的载荷 （一般是小于0.01mm/s）。
动载荷——（1）是指加载速度比较快， 使材料的塑性变形速度也较快的冲击载 荷。（2）作用力大小与方向作周期性变 化的交变载荷。
第一章金属材料的力学性能
（一）布氏硬度（HB）（P6）
设备：布氏硬度计
方法：用规定直径的淬火刚球或硬质合金球以 一定的试验力压入所测材料的表面，保持规定 时间后，卸除试验力，测量表面压痕直径，然 后根据布氏硬度的定义公式计算出布氏硬度值。
其物理意义是压痕表面上单位面积所承受的压 力。
第一章金属材料的力学性能
第一章金属材料的力学性能
洛氏硬度测量原理（P7）
图1—4第一洛章金氏属硬材度料原的力理学图性能
HR k eh 0.002
h为压痕深度 金刚石压头
k=0.2 刚球压头
k=0.26 P0为初载荷 P1为主载荷 PBaidu Nhomakorabea P0 + P1
三种洛氏硬度试验条件
标值 HRA HRB HRC
压头类型
1200金刚石 圆锥 φ1.588mm 淬火钢球 1200金刚石 圆锥
初载荷 （kg）
10
10
10
总载荷 （kg）
60
100
测试范 围
70~85
25~100
应用举例
硬质合金、表面 淬硬层、渗碳层 有色金属、退火 钢、正火钢
150 20~67 淬火钢、调质钢
☆总载荷=初载荷+主载荷
第一章金属材料的力学性能
（三）维氏硬度（HV）（P7）
1、维氏硬度是一种以正四棱锥 金刚石为压头的硬度测量方 法。
450HBS 硬质合金压头HBW——最大有效测量值为
650HBW
第一章金属材料的力学性能
（二）洛氏硬度（HR）（P7）
洛氏硬度是以压头压入金属材料的压痕深度来 表征材料的硬度。
压头：1）锥角为120°的圆锥金刚石； 2）Ф1.588mm的淬火刚球
压痕的深度直接可用百分表测出来，还需另外 的测量和计算，十分方便，效率高，是实际生 产中使用最普遍的一种硬度测量方法。