常用金属材料的主要性能指标及涵义
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。
金属材料的主要性能
① HRA 硬、薄试件，如硬质合金、表面淬火层和渗碳层。 ② HRB 轻金属，未淬火钢，如有色金属和退火、正火钢等 ③ HRC 较硬，淬硬钢制品；如调质钢、淬火钢等。 洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。
②弹性：材料不产生塑性变形的情况下，所能承受的最 大应力。
弹性极限：σe=Fe/So 不产永久变形的最大抗力。
2）屈服强度s：材料发生微量塑性变形时的应力值。即 在拉伸试验过程中，载荷不增加，
试样仍能继续伸长时的应力。
s = Fs/So
s
条件屈服强度0.2：高碳钢等无屈服点， 国家标准规定以残余变形量为0.2%时的 应力值作为它的条件屈服强度，以0.2 来表示。
影响因素：循环应力特征、温度、材料成分和组织、夹 杂物、表面状态、残余应力等。
二、塑性 金属材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。
1.延伸率
延伸率与试样尺寸有关：δ5、δ10 (L0=5d,10d)
2.断面收缩率 ψ=△S/So=(So-Sk)/So x 100%
> 时，无颈缩，为脆性材料表征； < 时，有颈缩，为塑性材料表征。
0.2
3)抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大 应力值。（材料抵抗外力而不致断裂的极 限应力值）。
b = Fb/So
（5）灰铸铁拉伸时的力学性能 灰口铸铁是典型的脆性材料,其σ-曲线是一段微弯曲 线,如图a)所示,没有明显的直线部分,没有屈服和颈 缩现象,拉断前的应变很小,延伸率也很小。强度极限 σb是其唯一的强度指标。 铸铁等脆性材料的抗拉强度 很低,所以不宜作为受拉零 件的材料。
无论是塑性材料还是脆性材料,断裂时都不产生明显的 塑性变形,而是突然发生,具有很大的危险性,有相当多 零件的破坏属于疲劳破坏,对此必须引起足够的重视。
金属材料的主要性能(金工第一章)
HRB用于测量低硬度材料, 如 有色金属和退火、正火钢等。
*HRC用于测量中等硬度材料， 如调质钢、淬火钢等。
洛氏硬度的优点：操作简便， 压痕小，适用范围广。
缺点：测量结果分散度大。
洛氏硬度压痕
维氏硬度
维氏硬度试验原理 维氏硬度压痕
维氏硬度计
维氏硬度用符号HV表示，符号前的数字为硬度值，后 面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。
洛氏硬度
合金：以一种金属为基础，加入其它金属或非金
对于高碳钢： b(MPa)
洛氏硬度用符号HR表示，HR=k-(h -h 外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。
包括铸造、锻压、焊接、热处理和切削性能等。
10
弹性：指标为弹性极限 e，即材料承受最大弹性变形时的应力。
根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺， 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。
机用械制 -1表造示业，主钢要铁使的用σ的-1金只属有材σb洛料的是一氏合半金硬左。右度。 测试示意图
HRB用于测量低硬度材料, 如有色金属和退火、正火钢等。 材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。
洛
使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。
氏
③ > 时，无颈缩，为脆性材料表征
硬 疲劳：材料在低于 s的重复交变应力作用下发生断裂的现象。 度 弹性模量是材料比较稳定的性能，其大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热
2021/9/14
4
§1-1 金属材料的力学性能 基本概念：
拉伸试验
应力：单位截面上所受的力（应力 = P/F0） 应变：单位长度所产生的变形量（应变 = (l-l0)/l0）
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能金属材料是工程领域中常用的材料之一，其力学性能对于材料的使用和应用起着至关重要的作用。
力学性能是指材料在受力作用下所表现出的力学特性，包括强度、韧性、硬度、塑性等方面。
本文将对金属材料的力学性能进行详细介绍，以便读者对金属材料有更深入的了解。
首先，我们来谈谈金属材料的强度。
金属材料的强度是指其抵抗外部力量破坏的能力，通常用抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等指标来表示。
金属材料的强度与其内部晶体结构、晶界、位错等因素密切相关，不同的金属材料具有不同的强度特点。
其次，韧性是金属材料的另一个重要力学性能。
韧性是指材料在受到外部冲击或载荷作用下能够抵抗破坏的能力。
金属材料的韧性与其内部晶粒大小、晶界结构、断裂韧性等因素有关。
一般来说，细小的晶粒和均匀的晶界结构有利于提高金属材料的韧性。
此外，硬度也是金属材料的重要力学性能之一。
硬度是指材料抵抗局部变形和划伤的能力，通常用洛氏硬度、巴氏硬度等指标来表示。
金属材料的硬度与其晶粒大小、晶界结构、合金元素含量等因素密切相关，不同的金属材料具有不同的硬度特点。
最后，塑性是金属材料的另一个重要力学性能。
塑性是指材料在受力作用下发生变形的能力，通常用屈服强度、延伸率、收缩率等指标来表示。
金属材料的塑性与其晶粒大小、晶界结构、位错密度等因素有关，一般来说，细小的晶粒和均匀的晶界结构有利于提高金属材料的塑性。
综上所述，金属材料的力学性能包括强度、韧性、硬度、塑性等方面，这些力学性能对于金属材料的使用和应用具有重要的意义。
通过对金属材料力学性能的深入了解，可以更好地选择合适的金属材料，并对其进行合理的应用和设计，从而发挥其最大的效益。
希望本文对读者有所帮助，谢谢阅读！。
24种常用金属材料的性能和用途
24种常用金属材料的性能和用途1、45——优质碳素结构钢，是最常用中碳调质钢主要特征: 最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。
小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。
应用举例: 主要用于制造强度高的运动件，如透平机叶轮、压缩机活塞。
轴、齿轮、齿条、蜗杆等。
焊接件注意焊前预热，焊后消除应力退火。
2、Q235A（A3钢）——最常用的碳素结构钢主要特征: 具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能，以及一定的强度、好的冷弯性能。
应用举例: 广泛用于一般要求的零件和焊接结构。
如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构、桥梁等。
3、40Cr——使用最广泛的钢种之一，属合金结构钢主要特征: 经调质处理后，具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性，淬透性良好，油冷时可得到较高的疲劳强度，水冷时复杂形状的零件易产生裂纹，冷弯塑性中等，回火或调质后切削加工性好，但焊接性不好，易产生裂纹，焊前应预热到100～150℃，一般在调质状态下使用，还可以进行碳氮共渗和高频表面淬火处理。
应用举例:调质处理后用于制造中速、中载的零件，如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶针套等，调质并高频表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件，如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、销子、连杆、螺钉螺母、进气阀等，经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件，如油泵转子、滑块、齿轮、主轴、套环等，经淬火及低温回火后用于制造重载、低冲击、耐磨的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等，碳氮共渗处即后制造尺寸较大、低温冲击韧度较高的传动零件，如轴、齿轮等。
4、HT150——灰铸铁应用举例:齿轮箱体，机床床身，箱体，液压缸，泵体，阀体，飞轮，气缸盖，带轮，轴承盖等。
5、35——各种标准件、紧固件的常用材料主要特征: 强度适当，塑性较好，冷塑性高，焊接性尚可。
冷态下可局部镦粗和拉丝。
淬透性低，正火或调质后使用应用举例: 适于制造小截面零件，可承受较大载荷的零件：如曲轴、杠杆、连杆、钩环等，各种标准件、紧固件。
常用金属材料及其性能
常用金属材料及其性能1. 引言金属材料是工程和制造行业中最为常用的材料之一。
它们具有优良的导电性、导热性、机械性能和耐腐蚀性能，被广泛应用于建筑、航空航天、汽车、电子等领域。
本文将介绍一些常用的金属材料及其主要性能。
2. 铁及其合金铁是地球上最常见的金属之一，其合金可以增加强度和耐腐蚀性能。
以下是一些常见的铁及其合金：2.1 纯铁纯铁具有良好的延展性和可塑性，通常用于制造铁器。
然而，纯铁的机械强度较低，容易生锈。
2.2 碳钢碳钢是一种含有较高碳含量的铁合金。
它具有优异的强度和硬度，常用于制造工具和机械零件。
2.3 不锈钢不锈钢是含有铬元素的铁合金，具有良好的耐腐蚀性能。
不锈钢分为多种类型，如奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢等，应用广泛于食品加工、医疗器械等领域。
3. 铝及其合金铝是一种轻便耐用的金属，具有良好的导热性和导电性，以下是一些常见的铝及其合金：3.1 纯铝纯铝具有良好的可塑性和耐腐蚀性。
它常用于制造铝箔、飞机部件和汽车零件。
3.2 铝合金铝合金通过添加其他元素来提高强度和硬度。
常见的铝合金包括铝铜合金、铝锌合金等。
铝合金具有轻便、抗腐蚀和良好的导热性，被广泛应用于航空航天、建筑和汽车制造等领域。
4. 铜及其合金铜具有优良的导电性和导热性，以下是一些常见的铜及其合金：4.1 纯铜纯铜具有良好的导电性和可塑性，常用于制造电线、电缆和导体。
4.2 黄铜黄铜是铜和锌的合金，具有良好的可铸性和耐腐蚀性，被广泛应用于制造电器、管道和五金制品。
4.3 青铜青铜是铜和锡的合金，具有优异的耐磨性和抗腐蚀性。
青铜广泛应用于制造雕塑、钟表和器乐。
5. 钛及其合金钛是一种轻质而强度高的金属，具有良好的耐腐蚀性，以下是一些常见的钛及其合金：5.1 纯钛纯钛具有轻质和高强度的特点，常用于航空航天、医疗器械和化工等领域。
5.2 钛合金钛合金通过添加其他元素来改善强度和耐腐蚀性能。
常见的钛合金包括钛铝合金、钛镍合金等。
钛合金具有轻质、高强度和抗腐蚀的特点，被广泛应用于航空航天、汽车和医疗器械等领域。
金属材料力学性能
常见的金属材料力学性能一. 金属材料相关概念任何机械零件或工具,在使用过程中,往往要受到各种形式的外力作用;这就要求金属材料必须具有一种承受机械载荷而不超过许可变形或不被破坏的能力；这种能力就是金属材料的力学性能;诸如金属,1.2 刚度刚度是指金属材料在外力载荷作用下抵抗弹性变形的能力;对于机械零件要求较高的尺寸稳定性时,需要考虑刚度指标;1.3 硬度硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力;几种常用金属材料力学性能一览表材料牌号屈服强度σs/MPa 抗拉强度σb/MPa45 350-550 550-700SKD61 490-685 685-985Cr12MoV 450-650 650-970P20350-550 550-860 S45C/S50C 350-560 560-750Unimax 350-580 580-885SKH51 485-680 680-960注：1.上表中材料的强度数值仅供参考,在不同的热处理工艺及环境下其对应的强度值不同;二.材料的失效与许用应力通常将材料的强度极限与屈服极限统称为材料的极限应力,用σu 表示;对于脆性材料强度极限为其唯一强度指标；对于塑性材料,其屈服应力小于强度极限,通常以屈服应力作为极限应力;为了机械零件使用的安全性,对于机械构件要有足够的强度储备;因此,实际是使用的最大应力值必须小于材料的极限应力;最大使用应力称为许用应力,用σ表示;许用应力与极限应力的关系如下：σ=, σu式中,n为大于1的因数,称为安全因数;对于塑性材料n为1.5-2.5,σu=σs；对于脆性材料n为3.0-7.0,σu=σb;2.1 强度条件σmax=max≤σ式中,F,机械零件所承受的最大载荷作用力,单位N；A,承受载荷作用的面积,单位mm²；σ,材料的许用应力,单位MPa；。
《机械常识》课件-第一章 常用金属材料
常用铸铁的类别、牌号、主要性能和用途
类别
牌号
主要性能
用途
灰铸铁
HT100 HT150
低负荷和不重要的零件，如盖、外罩、
有良好的铸造性
手轮、支架、重锤等
能和切削性能， 承受中等负荷的零件，如气轮机泵体、
较高的耐磨性和 轴承座、齿轮箱、工作台、底座、刀架
减振性，抗压强
等
HT200HT25 0
度和硬度较高， 抗拉强度较低， 塑性和韧性差
压力加 工特殊
黄铜
HSn90-1 HMn58-2 HPb59-1
与同等含铜量的普通黄铜相比，具有 更高的强度和硬度，并具有一些特殊
性能，如耐蚀性和耐磨性等
适用于制作船舶上的零件、汽车和拖拉 机上的弹性套管等
适用于制作弱电电路中的零件和在腐蚀 条件下工作的重要零件
适用于制作热冲压及切削加工零件，如 销钉、螺钉、螺母、轴瓦等
综合力学性能
适用于制作较高强度的运动零件，如活塞、叶轮轴、连 杆、蜗杆、齿条、齿轮、连接销等
具有相当高的强度、硬度及弹性，切削加 工性不高，冷变形塑性低，淬透性低
适用于制作受力较大、在摩擦条件下工作，要求具有较 高强度、耐磨性和一定弹性的零件，如直轴、曲轴、轧 辊、离合器、钢丝绳、弹簧垫圈、弹簧圈、减振弹簧、
3．铸造碳钢
铸造碳钢（简称铸钢）的碳质量分数一般为 0.20%～ 0.60%，具有较高的强度、塑性和韧性，生产成本较低。
铸造碳钢主要用来制造形状复杂、力学性能要求较高 的零件。
常用铸造碳钢的牌号、主要特性和用途
牌号
主要特性
用途
具有较好的塑性、韧性，焊接性 适用于制作受力不大、要求具
ZG230-450 良好，切削性能尚可，但强度和 有一定韧性的零件，如砧座、
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料的布氏硬度数值。使用钢球测定硬度小于等于
450HBS使用硬质合金球测定硬度小于等于650HBW
当试验力单位为N时，布氏硬度值为:
2F
HB 0.102,
D(DJD2d2)
压头类型
金刚石圆锥
1.5875mn
金刚石圆锥
金刚石圆锥
3.175mm
1.5875mn
钢球
表示；55是试样标距长度为其直径5倍时的伸长率，
510是试样标距长度为其直径1O咅时的伸长率
金属材料受外力作用被拉断以后，其横截面的
缩小量与原来横截面积相比的百分数，称为断面收
缩率
5、2的数值愈高，表明这种材料的塑性愈好,
易于进行压力加工
冲击韧度是评定金属材料于动载荷下承受冲
击抗力的力学性能指标，通常都是以大能量的一次
很薄（〜0.5mm）的金属材料，或厚度为〜0.05mm
的零件表面硬化层（如镀铬、渗碳、氮化、碳氮共
渗层等）的硬度
a KU
或aKV
Aku
维氏硬度机测得的压痕，轮廓清晰，数值比较
利用一定质量（
定的高度（一般为
球又回跳到某一高度,
J/cm
2.5g）的钢球或金刚石球，自
254mm落下，撞击金属后,
此高度为肖氏硬度值，其优
极限或称极限疲劳强度
d-1——表示光滑试样的对称弯曲疲劳极限
(7-1 n
表示缺口试样的对称弯曲疲劳极限
按我国国家现行标准，一般金属材料采用
循环次数而不断裂的最大应力来确定其疲劳极限
断裂韧度是衡量金属材料在裂纹存在情况下
抵抗脆性开裂能力的指标，它是现代断裂力学在分
析高强度材料使用过程中，发生一系列技术事故的
切变模量
衡量材料刚度的指标， 弹性模量愈大，刚度也愈大, 亦即在一定应力作用下，发生的弹性变形愈小。任 何机器零件，在使用过程中，大都处于弹性状态, 对于要求弹性变形较小的零件，必须选用弹性模量 大的材料
(7P
指伸长与负荷成正比地增加，保持直线关系,
(Rp
当开始偏离直线时的应力称比例极限，但此位置很
个数值，通常也是用外推的方法取得的
金属材料在高温环境下，即使所受应力小于屈
服点，也会随着时间的增长而缓慢地产生永久变
形，这种现象叫做蠕变，在一定的温度下，经一定
时间，金属材料的蠕变速度仍不超过规定的数值，
此时所能承受的最大应力，称为蠕变极限
用淬硬小钢球或硬质合金球压入金属材料表
面，以其压痕面积除加在钢球上的载荷，所得之商,
3.175mn
3.175mn
总试验力F
洛氏硬度范围
20
20
20
40
70
60
30
80
40
用〜以内的载荷，将顶角为1360的金刚石四方
角锥体压头压入金属材料的表面，以其压痕面积除
1999
肖氏硬度
(—ຫໍສະໝຸດ 伸长率11断面收缩率
冲击韧度
冲击吸收功
HSC
HSD
5(A)
510()
准确
载荷所得之商，即为维氏硬度值，HV只适用于测定
弹性极限
强度极限
抗拉强度
抗弯强度
抗压强度
抗剪强度
抗扭强度
屈服点
屈服强度
持久强度
(7e
(7
(Jb
(Rm
CT bb
CT w
(7be
0- y
(7s
极限
MPa
MPa
MPa
MPa
MPa
MPa
MPa
MPa
难精确测定，通常把能引起材料试样产生残余变形
量为试样原长的%或% % %寸的应力，规定为比例
这是表示金属材料最大弹性的指标，即在弹性
金属材料的主要性能指标包括物理性能指标、材料力学性能指标、热力学
性能指标和电性能指标。如表所示。
性能
增长，即应力与应变成正比例关系时（符合虎克定 律），这个比例系数就称为弹性模量。根据应力,
应变的性质通常又分为：弹性模量（E）和切变模
量（G）,弹性模量的大小，相当于引起物体单位
变形时所需应力之大小，所以，它在工程技术上是
用于低塑性材料，如铸铁等
指外力是剪切力时的强度极限
指外力是扭转力时的强度极限
金属材料受载荷时，当载荷不再增加，但金属
材料本身的变形，却继续增加，这种现象叫做屈服,
产生屈服现象时的应力，叫屈服点
MPa
金属材料发生屈服现象时，为便于测量，通常
按其产生永久残余变形量等于试样原长呱寸的应力
作为“屈服强度”，或称“条件屈服极限”
冲击值（akU或aKv）作为标准的。它是米用一定尺
寸和形状的标准试样，在摆锤式一次冲击试验机上
疲劳极限
（或称疲劳
度）
平面应变
断裂韧度
条件断裂
韧度
Av
(7-1n
Kc
Ko
MPa
N/
3/2
mm
N/
3/2
mm
来进行试验，试验结果，以冲断试样上所消耗的功
（Ak或Av）与断口处横截面积（F之比值大小来
衡量。
冲击试样的基本类型有：梅氏、夏氏、艾氏、
变形阶段，试样不产生塑性变形时所能承受的最大
应力，它和dP一样也很难精确测定， 一般多不进行
测定，而以规定的d P数值代替之
指金属材料受外力作用，在断裂前，单位面积
上所能承受的最大载荷
指外力是拉力时的强度极限，它是衡量金属材
料强度的主要性能指标
指外力是弯曲力时的强度极限
指外力是压力时的强度极限，压缩试验主要适
点是在金属表面上不留下伤痕，故适用于测定表面
光滑的一些精密量具或精密零件，也常用来测定大
型零件。缺点是测定数值不够准确，现在很少使用
XXHSC（目测型），xx HSD（指示型）表示法
金属材料受外力作用被拉断以后，在标距内总
伸长长度同原来标距长度相比的百分数，称为伸长
率。根据试样长度的不同，通常用符号55或510来
DVM
《夏比缺口冲击试样》为标准试样，其形状、尺寸
和试验方法参见标准中的规定。由于aK值的大小,
不仅取决于材料本身，同时还随试样尺寸、形状的
改变及试验温度的不同而变化，因而aK值只是一个
相对指标。目前国际上许多国家直接采用冲击功
作为冲击韧度的指标
金属材料在交变负荷的作用下，经过无限次应
力循环而不致引起断裂的最大循环应力，称为疲劳
基础上而提出的一个新的重要的力学性能指标。根
据材料的断裂韧度和用无损探伤方法确定的内部
缺陷存在的情况，可以预知零件在工作过程中有无
脆性断裂的危险，从而采取合金化与热处理等措
施，以满足使用性能的要求断裂韧度是强度和塑性
的综合指标，它是在裂纹试样上测得的；而传统的
工作温度 时间h
指金属材料在一定的高温条件下，经过规定时
间发生断裂时的应力，一般所指的持久强度，是指
蠕变极限
布氏硬度
(
—
硬度
标尺
洛氏
硬度
(GB/T
230
1991
维氏硬度
(
工作温度
变量量（％）
HBS
HBW
硬度符号
HRA
HRB
HRC
HRD
HRE
HRF
HRG
HRH
HRK
MPa
kgf/
mrm
在一定温度下，试样经十万小时后的破断强度，这