工程材料-材料的性能-R
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金属材料的性能
什么是材料的性能？
材料的性能
使用性能
工艺性能
力学 物理 性能 性能
化学 性能
铸造
锻造
焊接
热处 理
切削 加工
使用性能：材料制成零件和构件后在保证正常工作及一定使 用寿命应具备的能力。包括力学性能、物理性能和化学性能。
工艺性能：材料在加工成零件或构件过程中材料适应加工的 能力。包括铸造、锻压、焊接、热处理和切削性能等。
➢ 布氏硬度的优点：被测面积大，测量
布 氏
误差小，数据稳定。不适于太薄、太 硬
硬物体。与强度存在一定的经验关系。
度 压
➢ 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成 痕
品件；不能测高硬度材料。
适测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。
一、材料的力学性能（机械性能） ➢ 洛氏硬度用符号HR表示。根据压头类型和主载荷不同，
aKU 或aKV。
2)小能量多次冲击实验
落锤试验
• 带有双冲点的锤头以一定的频率冲 击式样，直至冲断。
• 指标：某种冲击吸收功作用下开始 出现裂纹和最后断裂的冲击次数。
一、材料的力学性能（机械性能）
冲击韧性
• 冲击功对于检查金属材料在不 同温度下的脆性转化最为敏感。 实际服役条件下的灾难性破断 事故，往往与材料的冲击功及 服役温度有关。
一、材料的力学性能（机械性能）
疲劳试验
轴 向 拉 压 疲 劳 试 验 机 旋转弯曲疲劳试验
一、材料的力学性能（机械性能）
4、疲劳强度
(1)疲劳曲线和疲劳强度
材料在规定次数应力循环后仍不发生断 裂时的最大应 力称为疲劳强度。用-1 表示。
钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为108。
(2) 提高零件抗疲劳的方法
Titanic
近代船用钢板
一、材料的力学性能（机械性能）
（2）断裂韧性——低应力脆断
北 极
星
油轮断裂和北极星导弹发
导
弹
动机壳体爆炸与材料中存
在缺陷有关
1943年美国T-2油轮发生断裂
裂纹扩展的基本形式
一、材料的力学性能（机械性能）
应力强度因子：描述裂纹尖端附近应力场强度的指标。
K Y a I
Y– 裂纹形状系数, a– 裂纹半长
布氏硬度记法：200HBS10/1000/30:表示直径为10mm的钢球在1000kgf （9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为200。
一、材料的力学性能（机械性能）
一、材料的力学性能（机械性能）
压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬 度值在450以下的材料。
压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度 在650以下的材料。
韧性: 耗散能
韧性大的物体在失效前可以吸收大量的能量 脆性物体失效前只能吸收很少的能量
一、材料的力学性能（机械性能）
5、硬度 ——材料对局部塑性变形、压痕或划痕的抗力。 或：抵抗硬物体压入其表面的能力、抵抗局部 变形的能力
布氏硬度试验原理图
HB－3000布氏硬度计
布氏硬度值——试验力/压痕球冠表面积。
s
Fs S0
——屈服极限（屈服强度、屈服应力）
材料抵抗外力作用开始产生 明显塑性变形的最低应力
➢条件屈服强度0.2：残余变形量为0.2%时的
0.2
应力值。 s 0.2
➢抗拉强度
b
Fb S0
——强度极限、抗拉强度
材料抵抗外力作用不致断裂的最大应力
➢断裂点
材料的力学性能
弹性和刚度
弹性：指标为弹性极限，即材 料承受最大弹性变形时的应力。 刚度：材料受力时抵抗弹性变 形的能力。指标为弹性模量E。
外力卸载后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力卸载后不能恢复的变形称为塑性变形。
一 、材料的力学性能（机械性能）
应力 = P/S0 应变 = (l1-l0)/l0
拉 伸 试 验 机
低碳钢的应力-应变曲线
拉伸试样
一、材料的力学性能（机械性能）
1、强度 ——材料在载荷作用下抵抗变形或断裂的能力
➢ 屈服强度
断裂韧性：材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。
K Y a IC
C
C K1c– 抵抗裂纹失稳扩展能力的指标。
C为断裂应力，aC为临界裂纹半长，
单位为
MPa m1/ 2 , MN / m3/ 2
一、材料的力学性能 5、疲劳强度
➢疲劳 ——材料在交变载荷作用下，经过较
长时间工作而发生断裂的现象 ➢疲劳寿命
一、材料的力学性能（机械性能） 3、韧性 ——材料抵抗冲击载荷的作用而不破坏的能力
（1）冲击韧性
1)摆锤式一次冲击实验。
H
冲击功：Ak M (H h)g
摆锤试验机
冲击韧性：ak
AK S
（单位面积冲击功）
一、材料的力学性能（机械性能） 冲击韧性
1)摆锤式一次冲击实验
使用不同类型的试样(U形缺口或 V形缺口)，其冲击吸收功分别为 AKU或AKV，冲击韧度则分别为
性能是材料与工程联系的纽带
§1 材料的使用性能
一、材料的力学性能（机械性能）
定义：指材料在外载作用下所表现出的性能，也叫机械性能。
材料的脆性——韧性
B
材料的软硬程度 ——硬度
A
力学性能
C
变形能力 ——弹来自百度文库、塑性
材料抗断裂能力
——断裂强度
E
D 材料抵抗外力的
能力——强度
材料的力学性能－变形
材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称 为变形。
——材料发生疲劳破坏时的应力循环次 数，或从开始受载到发生断裂所经 过的时间称为该材料的疲劳寿命。
（80%的断裂由疲劳造成）
一、材料的力学性能（机械性能）
疲劳破坏特征
➢ 突然性，破坏前没有明显的宏观塑性变形，属于脆
性断裂
➢ 断口与一般脆性断口不同，可分为三个区域：裂纹
源、裂纹扩展区和断裂区
➢ 对缺陷（包括缺口、裂纹及组织缺陷等）十分敏感
•可通过合理的选材，细化晶粒、减少材料和零件的缺陷； •改善零件的结构设计，避免应力集中，减少零件的表面粗糙度； •对零件表面进行强化处理。
材料的力学性能
三个关键的材料力学性能变量
弹性与刚度: 抗变形能力
刚性大的物体在大载荷下变形小 柔性大的物体在小载荷下变形大
强度与塑性: 抗失效的能力
强度大的物体能承受巨大的载荷不失效 强度小的物体在很小的载荷下会失效
E tg （MPa）
一、材料的力学性能（机械性能） 2、塑性 ——材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力
延伸率
l1 l0 100 % l0
断面收缩率
S0 S1 100 %
S0
＜5%—脆性材料 ≥5%—塑性材料
一、材料的力学性能（机械性能）
材料的断口类型
韧性
脆性
一、材料的力学性能（机械性能）
什么是材料的性能？
材料的性能
使用性能
工艺性能
力学 物理 性能 性能
化学 性能
铸造
锻造
焊接
热处 理
切削 加工
使用性能：材料制成零件和构件后在保证正常工作及一定使 用寿命应具备的能力。包括力学性能、物理性能和化学性能。
工艺性能：材料在加工成零件或构件过程中材料适应加工的 能力。包括铸造、锻压、焊接、热处理和切削性能等。
➢ 布氏硬度的优点：被测面积大，测量
布 氏
误差小，数据稳定。不适于太薄、太 硬
硬物体。与强度存在一定的经验关系。
度 压
➢ 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成 痕
品件；不能测高硬度材料。
适测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。
一、材料的力学性能（机械性能） ➢ 洛氏硬度用符号HR表示。根据压头类型和主载荷不同，
aKU 或aKV。
2)小能量多次冲击实验
落锤试验
• 带有双冲点的锤头以一定的频率冲 击式样，直至冲断。
• 指标：某种冲击吸收功作用下开始 出现裂纹和最后断裂的冲击次数。
一、材料的力学性能（机械性能）
冲击韧性
• 冲击功对于检查金属材料在不 同温度下的脆性转化最为敏感。 实际服役条件下的灾难性破断 事故，往往与材料的冲击功及 服役温度有关。
一、材料的力学性能（机械性能）
疲劳试验
轴 向 拉 压 疲 劳 试 验 机 旋转弯曲疲劳试验
一、材料的力学性能（机械性能）
4、疲劳强度
(1)疲劳曲线和疲劳强度
材料在规定次数应力循环后仍不发生断 裂时的最大应 力称为疲劳强度。用-1 表示。
钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为108。
(2) 提高零件抗疲劳的方法
Titanic
近代船用钢板
一、材料的力学性能（机械性能）
（2）断裂韧性——低应力脆断
北 极
星
油轮断裂和北极星导弹发
导
弹
动机壳体爆炸与材料中存
在缺陷有关
1943年美国T-2油轮发生断裂
裂纹扩展的基本形式
一、材料的力学性能（机械性能）
应力强度因子：描述裂纹尖端附近应力场强度的指标。
K Y a I
Y– 裂纹形状系数, a– 裂纹半长
布氏硬度记法：200HBS10/1000/30:表示直径为10mm的钢球在1000kgf （9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为200。
一、材料的力学性能（机械性能）
一、材料的力学性能（机械性能）
压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬 度值在450以下的材料。
压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度 在650以下的材料。
韧性: 耗散能
韧性大的物体在失效前可以吸收大量的能量 脆性物体失效前只能吸收很少的能量
一、材料的力学性能（机械性能）
5、硬度 ——材料对局部塑性变形、压痕或划痕的抗力。 或：抵抗硬物体压入其表面的能力、抵抗局部 变形的能力
布氏硬度试验原理图
HB－3000布氏硬度计
布氏硬度值——试验力/压痕球冠表面积。
s
Fs S0
——屈服极限（屈服强度、屈服应力）
材料抵抗外力作用开始产生 明显塑性变形的最低应力
➢条件屈服强度0.2：残余变形量为0.2%时的
0.2
应力值。 s 0.2
➢抗拉强度
b
Fb S0
——强度极限、抗拉强度
材料抵抗外力作用不致断裂的最大应力
➢断裂点
材料的力学性能
弹性和刚度
弹性：指标为弹性极限，即材 料承受最大弹性变形时的应力。 刚度：材料受力时抵抗弹性变 形的能力。指标为弹性模量E。
外力卸载后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力卸载后不能恢复的变形称为塑性变形。
一 、材料的力学性能（机械性能）
应力 = P/S0 应变 = (l1-l0)/l0
拉 伸 试 验 机
低碳钢的应力-应变曲线
拉伸试样
一、材料的力学性能（机械性能）
1、强度 ——材料在载荷作用下抵抗变形或断裂的能力
➢ 屈服强度
断裂韧性：材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。
K Y a IC
C
C K1c– 抵抗裂纹失稳扩展能力的指标。
C为断裂应力，aC为临界裂纹半长，
单位为
MPa m1/ 2 , MN / m3/ 2
一、材料的力学性能 5、疲劳强度
➢疲劳 ——材料在交变载荷作用下，经过较
长时间工作而发生断裂的现象 ➢疲劳寿命
一、材料的力学性能（机械性能） 3、韧性 ——材料抵抗冲击载荷的作用而不破坏的能力
（1）冲击韧性
1)摆锤式一次冲击实验。
H
冲击功：Ak M (H h)g
摆锤试验机
冲击韧性：ak
AK S
（单位面积冲击功）
一、材料的力学性能（机械性能） 冲击韧性
1)摆锤式一次冲击实验
使用不同类型的试样(U形缺口或 V形缺口)，其冲击吸收功分别为 AKU或AKV，冲击韧度则分别为
性能是材料与工程联系的纽带
§1 材料的使用性能
一、材料的力学性能（机械性能）
定义：指材料在外载作用下所表现出的性能，也叫机械性能。
材料的脆性——韧性
B
材料的软硬程度 ——硬度
A
力学性能
C
变形能力 ——弹来自百度文库、塑性
材料抗断裂能力
——断裂强度
E
D 材料抵抗外力的
能力——强度
材料的力学性能－变形
材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称 为变形。
——材料发生疲劳破坏时的应力循环次 数，或从开始受载到发生断裂所经 过的时间称为该材料的疲劳寿命。
（80%的断裂由疲劳造成）
一、材料的力学性能（机械性能）
疲劳破坏特征
➢ 突然性，破坏前没有明显的宏观塑性变形，属于脆
性断裂
➢ 断口与一般脆性断口不同，可分为三个区域：裂纹
源、裂纹扩展区和断裂区
➢ 对缺陷（包括缺口、裂纹及组织缺陷等）十分敏感
•可通过合理的选材，细化晶粒、减少材料和零件的缺陷； •改善零件的结构设计，避免应力集中，减少零件的表面粗糙度； •对零件表面进行强化处理。
材料的力学性能
三个关键的材料力学性能变量
弹性与刚度: 抗变形能力
刚性大的物体在大载荷下变形小 柔性大的物体在小载荷下变形大
强度与塑性: 抗失效的能力
强度大的物体能承受巨大的载荷不失效 强度小的物体在很小的载荷下会失效
E tg （MPa）
一、材料的力学性能（机械性能） 2、塑性 ——材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力
延伸率
l1 l0 100 % l0
断面收缩率
S0 S1 100 %
S0
＜5%—脆性材料 ≥5%—塑性材料
一、材料的力学性能（机械性能）
材料的断口类型
韧性
脆性
一、材料的力学性能（机械性能）