机械专业基础知识--金属屈服强度、抗拉强度、硬度知识
化工设备机械基础重点知识点
1、强度：固体材料在外力的抵抗产生塑性变形和断裂的特性。
常用的强度指标有屈服点和抗拉强度等。
2、屈服点：金属材料承受载荷作用。
当载荷不再增加或缓慢增加时，金属材料仍继续发生明显的塑性变形。
这种现象称为屈服。
发生屈服现象时的应力，即开始出现塑性变形时的应力，称为屈服点用σ（）表示3、抗拉强度（σ）：金属材料在拉伸条件下，从开始加载到发生断裂所能承受的最大应力值4、工程上所用的金属材料，不仅希望具有高的σ值，而且还希望具有一定的屈强比（σ/σ）.屈强比越小，材料的塑性储备就越大，越不容易发生危险的脆性破坏，但是屈强比太小，材料的强度水平就不能充分发挥，反之，屈强比越大，材料的强度水平就越能得到充分发挥，但塑性储备越小，实际上，一般还是希望屈强比大一些。
5、塑性：金属材料在断裂发生不可逆永久变形的能力。
塑性指标：金属在外力作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。
常用的塑性指标有延伸率（δ）和断面收缩率（ψ）6、硬度：金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。
7、冲击韧性：衡量材料韧性的一个指标，是材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力，常以标准试样的冲击吸收功A表示韧性高的材料，一般都有较高的苏醒指标，但塑性较高的材料，却不一定都有高的韧性。
8、材料的性能包括力学性能、物理性能、化学性能、和加工工艺性能等9、弹性模量（E= ）、泊松比（μ=0.3）10、耐腐蚀性：金属和合金对周围介质，如大气、水汽、各种电解液侵蚀的抵抗能力11、金属和合金的加工工艺性能：在保证加工质量的前提下加工过程的难易程度12、工程上一般将金属材料分为黑色金属和有色金属两大类。
13、铬：是合金钢主加元素之一，他不仅能提高金属耐腐蚀性能，也能提高抗氧化性能。
铬能提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度、耐磨性，但它使钢的塑性和韧性降低。
14、钼：能提高钢的高温强度、硬度、细化晶粒，防止回火脆性，能抗氢腐蚀。
金属机械性能
屈服强度
屈服强度－当金属材料呈现屈服现象时，在 试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应 力点的应力。
受力试样中，应力达到某一特定值后， 开始大规模塑性变形的现象称为屈服。它标 志着材料的力学响应由弹性变形阶段进入塑 性变形阶段。
屈服强度是应用最广的一个性能指标。 因为任何机械零件在工作过程中，都不允许 发生过量的塑性变形，所以，机械设计中， 把屈服强度作为强度设计和选材的依据。
• 常用的方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度 （HRA、HRB、HRC）和维氏硬度（HV） 等方法。
布氏硬度
1.原理
布氏硬度的测定是用一定压力将淬火钢球或 硬质合金球压头压入试样表面，保持规定时间后 卸除试验力，在试样表面留下压痕。单位压痕表 面积上所承受的压力即定义为布氏硬度值，布氏 硬度一般不标单位。 （ 用HB 表示）。
金属的机械性能
内容
• 应力－应变曲线 • 强度 • 朔性 • 硬度 • 冲击韧性 • 疲劳
机械性能概述
机械性能－金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性 能，或称为力学性能。 金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的主要 依据。外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、 冲击、循环载荷等），对金属材料要求的机械性能 也将不同。 常用的机械性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧 性疲劳极限等。下面将分别讨论各种机械性能。
塑性材料应力－应变曲线
• a.工程上很多金属材料，如调质钢和一些轻合金 • b.退火低碳钢和某些有色金属 • c.某些塑性较低的金属如铝青铜就是在未出现颈缩前的均
匀变形过程中断裂的 • d.某些低溶质固溶体铝合金及含杂质的铁合金
低碳钢拉伸图
• op：弹性变形 • pe：滞弹性变形 • es：屈服前微朔性变形 • ss‘：屈服变形 • s’b：均匀朔性变形 • bz：局部朔性变形
什么是屈服强度和抗拉强度(知识参考)
什么是屈服强度和抗拉强度要说这两个概念，先从材料是如何被破坏的说起。
任何材料在受到不断增大或者持续恒定或者持续交变的外力作用下，最终会超过某个极限而被破坏。
对材料造成破坏的外力种类很多，比如拉力、压力、剪切力、扭力等。
屈服强度和抗拉强度这两个强度，仅仅是针对拉力而言。
这两个强度是通过拉伸试验得出的，是通过拉力试验机（一般是万能试验机，可以进行各种拉和压以及弯曲的试验），用规定的恒定的加荷速率(就是单位时间内拉力的增加量)，对材料进行持续拉伸，直到断裂或达到规定的破坏程度（比如有些对接焊缝强度试验可以不拉断），这个造成材料最终破坏的力，就是该材料的抗拉极限载荷。
抗拉极限载荷是一个力的表述，单位为牛顿（N），因为牛顿是一个很小的单位，所以，大部分情况下用千牛（KN）的比较多。
因为各种材料大小不一，所以抗拉极限载荷很难评判材料的强度。
所以，用抗拉极限载荷除以实验材料的截面积，就得到单位面积的抗拉极限载荷。
单位面积上受的力，这是一个强度的表述，单位是帕斯卡（Pa），同样，帕斯卡是一个极小的单位，一般都用兆帕（MPa）来表述。
所以，抗拉极限载荷与实验材料的截面积之比，就是抗拉强度。
抗拉强度是材料单位面积上所能承受外力作用的极限。
超过这个极限，材料将被解离性破坏。
那什么是屈服强度呢？屈服强度仅针对具有弹性材料而言，无弹性的材料没有屈服强度。
比如各类金属材料、塑料、橡胶等等，都有弹性，都有屈服强度。
而玻璃、陶瓷、砖石等等，一般没有弹性，这类材料就算有弹性，也微乎其微，所以，没有屈服强度一说。
弹性材料在受到恒定持续增大的外力作用下，直到断裂。
究竟发生了怎样的变化呢？首先，材料在外力作用下，发生弹性形变，遵循胡克定律。
什么叫弹性形变呢？就是外力消除，材料会恢复原来的尺寸和形状。
当外力继续增大，到一定的数值之后，材料会进入塑性形变期。
材料一旦进入塑性形变，当外力，材料的原尺寸和形状不可恢复！而这个造成两种形变的的临界点的强度，就是材料的屈服强度！对应施加的拉力而言，这个临界点的拉力值，叫屈服点。
金属材料的力学性能指标
金属材料的力学性能指标金属材料是工程中常用的材料之一，其力学性能指标对于材料的选择和设计具有重要意义。
力学性能指标是评价金属材料力学性能的重要依据，主要包括强度、韧性、塑性、硬度等指标。
下面将对金属材料的力学性能指标进行详细介绍。
首先，强度是评价金属材料抵抗外部力量破坏能力的指标。
强度可以分为屈服强度、抗拉强度、抗压强度等。
其中，屈服强度是材料在受到外部力作用下开始产生塑性变形的应力值，抗拉强度是材料在拉伸状态下抵抗破坏的能力，抗压强度是材料在受到压缩力作用下抵抗破坏的能力。
强度指标直接影响着材料的承载能力和使用寿命。
其次，韧性是材料抵抗断裂的能力。
韧性指标包括冲击韧性、断裂韧性等。
冲击韧性是材料在受到冲击载荷作用下抵抗破坏的能力，断裂韧性是材料在受到静态载荷作用下抵抗破坏的能力。
韧性指标反映了材料在受到外部冲击或载荷作用下的抗破坏能力，对于金属材料的使用安全性具有重要意义。
再次，塑性是材料在受力作用下产生塑性变形的能力。
塑性指标包括伸长率、收缩率等。
伸长率是材料在拉伸破坏前的延展性能指标，收缩率是材料在受力破坏后的收缩性能指标。
塑性指标直接影响着金属材料的加工性能和成形性能，对于金属材料的加工工艺和成形工艺具有重要影响。
最后，硬度是材料抵抗划伤、压痕等表面破坏的能力。
硬度指标包括洛氏硬度、巴氏硬度等。
硬度指标反映了材料表面的硬度和耐磨性能，对于金属材料的耐磨性和使用寿命具有重要意义。
综上所述，金属材料的力学性能指标是评价材料性能的重要依据，强度、韧性、塑性、硬度等指标直接影响着材料的使用性能和工程应用。
在工程设计和材料选择中，需要根据具体的工程要求和使用环境，综合考虑各项力学性能指标，选择合适的金属材料，以确保工程的安全可靠性和经济性。
材料知识
常用金属材料的一般知识常用金属材料的力学性能所谓力学性能是指金属在外力作用时表现出来的性能，包括强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。
表示金属材料各项力学性能的具体数据是通过在专门试验机上试验和测定而获得的。
1、强度：是指材料在外力作用下抵抗塑性变形和破裂的能力。
抵抗能力越大，金属材料的强度越高。
强度的大小通常用应力来表示，根据载荷性质的不同，强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度、抗扭强度和抗弯强度。
在机械制造中常用抗拉强度作为金属材料性能的主要指标。
（1）屈服强度钢材在拉伸过程中当载荷不再增加甚至有所下降时，仍继续发生明显的塑性变形现象，称为屈服现象。
材料产生屈服现象时的应力，称为屈服强度。
有些金属材料（如高碳钢、铸钢等）没有明显的屈服现象，测定很困难。
在此情况下，规定以试样长度方向产生0.2%塑性变形时的应力作为材料的“条件屈服强度”，或称屈服极限。
用σ0.2表示。
屈服强度标志着金属材料对微量变形的抗力。
材料的屈服强度越高，表示材料抵抗微量塑性变形的能力越大，允许的工作应力也越高。
（2）抗拉强度钢材在拉伸时，材料在拉断前所承受的最大应力，称为抗拉强度。
用符号σb 表示。
其计算方法如下：σb=F b/S0式中F b——试样破坏前所承受的最大拉力，N；S0——试样原始横截面积，mm²。
抗拉强度是材料在破坏前所能承受的最大应力。
σb的值越大，表示材料抵抗拉断的能力越大。
它也是衡量金属材料强度的重要指标之一。
其实用意义是：金属结构件所承受的工作应力不能超过材料的抗拉强度，否则会产生断裂，甚至造成严重事故。
2、塑性:断裂前金属材料产生永久变形的能力，称塑性。
一般用拉伸试棒的延伸率和断面收缩率来衡量。
(1)延伸率试样拉断后的标距长度伸长量与试样原始标距长度的比值的百分率，称为延伸率，用符号δ来表示。
其计算方法如下：δ=(L1-L0)/ L0×100％式中L1——试样拉断后的标距长度，mm；L0——试样原始标距长度，mm。
机械基础复习资料含习题答案(李世维版)-图文
机械基础复习资料含习题答案（李世维版）-图文第二部分机械基础第四章金属材料和热处理本章重点1．掌握：强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度的含义。
2．了解：工艺性能的含义。
3．了解：热处理的概念及目的。
4．熟悉：退火、正火、淬火、回火，表面热处理的方法。
5．掌握：碳素钢的概念、分类、牌号的表示方法及性能。
6．掌握：合金钢的牌号及表示方法。
7．熟悉：铸铁分类牌号及用途。
本章内容提要一．金属材料的性能1．物理、化学性能物理性能是指金属材料的密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等具有物理特征的一些性能。
化学性能是指金属在化学作用下所表现的性能。
如：耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性。
2．金属材料的机械性能金属材料在外力作用下所表现出来的性能就是力学性能。
主要有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。
（1）强度强度是材料在静载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。
可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度和抗扭强度。
常用的强度是抗拉强度。
工程上常用的强度指标是屈服点和抗拉强度。
（2）塑性塑性是金属材料在静载荷作用下产生永久变形的能力。
常用塑性指标是伸长率和断面收缩率。
LLδ1o100%伸长率：是指试样拉断后的伸长与原始标距的百分比。
Lo式中，L0表示试样原长度（mm），L1表示试样拉断时的长度（mm）。
断面收缩率：是指试样拉断后，缩颈处横截面积（A1）的最大缩减量与原始横截面积（A0）的百分比。
AA1ψ0100%A0（3）硬度硬度是金属材料表面抵抗比它更硬的物体压入时所引起的塑性变形能力；是金属表面局部体积内抵抗塑性变形和破裂的能力。
目前最常用的硬度是布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRC、HRB、HRA）和维氏硬度（HV）。
（4）韧性韧性是脆性的反意，指金属材料抵抗冲击载荷的能力。
工程技术上常用一次冲击弯曲试验来测定金属抵抗冲击载荷的能力。
（5）疲劳强度疲劳强度是指材料在无限多次交变载荷作用下不发生断裂的最大应力。
一般规定，钢铁87材料的应力循环次数取10，有色金属取10。
金属的力学性能
三 金属的力学性能
力学性能又称为机械性能，是指材料在力作用下所显示 的性能，主要有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。 1、强度 强度是指金属抵抗永久变形（塑性变形）和断裂的能力。 常用的强度判据是屈服点（旧称屈服强度、屈服极限）和抗 拉强度。 测定强度判据的方法是拉伸 试验。
Fb σb = MPa Ao 式中 Fb —试样拉断前所能承受的最大拉伸力，单位N。 Ao—试样原始横截面积，单位mm2
屈强比（σs/σb） 工程上用的材料，除要求有较高的抗拉强度，还希望有 一定的屈强比（σs/σb） 。屈强比越小，零件可靠性越高，使 用中超载不会立即断裂。但屈强比太小，则材料强度的有效 利用率降低。
20退火钢的拉伸试验 20退火钢的拉伸试验
三 金属的力学性能
1、强度 拉伸曲线：拉伸力（F）和伸长量（l-lo）的关系曲线。
三 金属的力学性能
1、强度 材料受外力作用后，导致材料内部之间产生的相互作用 力称为内力，其大小和外力相等、方向相反。 单位面积上的内力称为应力，用符号σ表示。 1）弹性极限 试样产生完全弹性变形时所能承受的最大应力。 Fe σe = MPa Ao 式中Fe —试样产生完全弹性变形时所能承受的最大拉伸 力，单位N。 Ao—试样原始横截面积，单位mm2
三 金属的力学性能
2、塑性 指断裂前材料发生不可逆永久变形的能力。塑性判据是 断后伸长率和断面收缩率。 1）断后伸长率 断后伸长率是指试样拉断后的伸长与原始标距的百分比。
金属材料的机械性能标准
金属材料的机械性能标准金属材料作为工程材料的重要组成部分，其机械性能标准对于材料的选择、设计和使用具有重要的指导意义。
机械性能是指材料在外力作用下所表现出的性能，包括强度、硬度、韧性、塑性等指标。
本文将就金属材料的机械性能标准进行详细介绍，以便工程技术人员更好地理解和应用这些标准。
首先，强度是金属材料最基本的机械性能之一。
强度包括屈服强度、抗拉强度、抗压强度等指标。
屈服强度是材料在拉伸过程中开始产生塑性变形的应力值，抗拉强度是材料在拉伸过程中最大的抗拉应力值，抗压强度是材料在受压状态下的最大抗压应力值。
这些强度指标在材料的选用和设计中具有重要的作用，不同的工程应用需要不同强度的金属材料来满足其需求。
其次，硬度是金属材料的另一个重要机械性能指标。
硬度是材料抵抗外界划痕或压痕的能力，通常用来表征材料的耐磨性和耐划性。
常见的硬度测试方法包括洛氏硬度、巴氏硬度、维氏硬度等，它们可以通过不同的硬度试验机进行测试。
硬度测试结果可以直观地反映材料的硬度水平，对于材料的选择和质量控制具有重要的参考价值。
此外，韧性和塑性也是金属材料的重要机械性能指标。
韧性是材料抵抗断裂的能力，通常用冲击试验来表征，而塑性是材料在受力作用下发生塑性变形的能力，通常用延伸率和收缩率来表征。
韧性和塑性是材料在使用过程中承受外力作用时的重要性能，特别是在高强度、高应力的工程应用中更为重要。
最后，金属材料的机械性能标准还包括一些其他指标，如疲劳性能、蠕变性能、冷热变形性能等。
这些指标在特定的工程应用中可能会成为决定性的因素，因此在材料的选用和设计中也需要进行充分的考虑。
总之，金属材料的机械性能标准对于工程技术人员来说具有重要的指导意义。
在实际工程中，我们需要根据具体的工程需求来选择适合的金属材料，并且需要对其机械性能进行全面的评估和测试。
只有这样，才能确保材料在工程应用中具有良好的性能和可靠的安全性。
通过本文的介绍，相信读者对金属材料的机械性能标准有了更深入的了解，希望能够对工程技术人员在实际工程中的材料选择和设计提供一定的帮助。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
机械专业基础知识--金属屈服强度、抗拉强度、硬度知识 [日期：2005-03-28编] 来源：Jackyc 原创文稿作者：陈俊光 [字体：大中小]
钢材机械性能介绍
1.屈服点（σs）
钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。
设Ps为屈服点s处的外力，Fo为试样断面积，则屈服点σs =Ps/Fo(MPa)，MPa称为兆帕等于N（牛顿）/mm2，（MPa=106Pa，Pa：帕斯卡
=N/m2）
2.屈服强度（σ0.2）
有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2 。
3.抗拉强度（σb）
材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。
它表示钢材抵抗断裂的能力大小。
与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。
设Pb为材料被拉断前达到的最大拉力，Fo为试样截面面积，则抗拉强度σb= Pb/Fo （MPa）。
4.伸长率（δs）
材料在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。
5.屈强比（σs/σb）
钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。
屈强比越大，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为0.65-0.75合金结构钢为0.84-0.86。
6.硬度
硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。
它是金属材料的重要性能指标之一。
一般硬度越高，耐磨性越好。
常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
⑴布氏硬度（HB）
以一定的载荷（一般3000kg）把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值（HB），单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。
⑵洛氏硬度（HR）
当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。
它是用一个支持角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢
球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。
根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示：
HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。
HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。
HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。
⑶维氏硬度（HV）
以120kg以内的载荷和支持角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值（HV）。