金属材料的力学性能指标项目
金属材料主要力学性能指标项目的说明
A
B
C
D
E
F
G
H
K
硬度符号
HRA
HRB
HRC
HRD
HRE
HRF
HRG
HRH
HRK
压头类型
金刚石圆锥
1.5875
MM钢球
金刚石圆锥
金刚石圆锥
3.175
MM钢球
1.5875
MM钢球
1.5875
MM钢球
3.175
MM钢球
3.175
MM钢球
总实验力
588.4N
980.7N
1.471 KN
980.7 N
断面收缩率ψ
％
金属受外力被拉断后，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，即ψ＝Ａ０－Ａ１／Ａ０Ｘ１００％，式中Ａ０为试样原横截面积，Ａ１为试样断裂处的横截面积。
伸长率δ
％
金属受外力作用拉断后，在标距内总伸长量同原标距长度之比的百分数称为伸长率（延伸率）。标距长度为其试样直径５倍时，用δ５表示，标距长度为直径１０倍时，用δ１０表示。
疲劳极限δ-1,δ-1n
Mpa
金属材料在交变负荷作用下，经无限次应力循环而10的7次方次，对于有色金属材料采用10的8次方或更多的周次。δ-1表示光滑试样的对称弯曲疲劳极限；δ-1n表示缺口试样的对称弯曲疲劳极限。
摩擦因数μ
布氏硬度
Mpa
将一定直径的压头，在一定的载荷下垂直压入试样表面，保持规定的时间后卸载，压痕表面所承受的平均应力值称为布氏硬度值，以HB表示。2F
HB=0.102X
πD（D-2次根号下D的平方-d的平方）
式中F为压头上负荷（N），D为压头直径（MM），d为压痕直径（MM）压头为钢球时，用HBS，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HBW，适用于硬度值在650以下的材料
金属材料的力学性能及其测试方法
金属材料的力学性能及其测试方法金属材料是广泛应用于各种机械、电子、汽车等领域中的材料。
其作为一种材料，具有许多优点，如高强度、高可塑性、热稳定性和化学稳定性等。
在应用中，金属材料的力学性能是十分重要的参数。
因此，本文主要介绍金属材料的力学性能及其测试方法，以期对相关领域的工作者有所帮助。
第一节：金属材料的力学性能金属材料的力学性能通常包括弹性模量、屈服强度、延伸率、断裂韧性和硬度等。
这里从简单到复杂介绍这些性能参数。
1. 弹性模量弹性模量是金属材料在弹性变形范围内受到应力作用时所表现的一种机械性质。
它的表达式为：E = σ / ε其中E为杨氏模量，单位为MPa；σ为所受应力，单位为MPa；ε为所受弹性应变，无量纲。
弹性模量是金属材料的一个重要指标，它可以衡量金属材料抵抗形变能力的大小。
对于不同的金属材料而言，其弹性模量不同。
2. 屈服强度屈服强度是金属材料在单向轴向拉伸状态下特定应变量时所表现出来的应力大小。
它是指材料能承受的最大应力，以使材料不发生塑性变形。
对于各种金属材料而言，其屈服强度不同。
3. 延伸率延伸率是一个指标，它可以衡量金属材料在受到拉伸应力时，其在一定程度内能够进行延伸的能力。
延伸率的计算公式如下：％EL = (L2 - L1) / L1 × 100%其中％EL表示材料的延伸率，L1和L2分别表示金属材料在断裂前和断裂后的长度，单位为毫米。
4. 断裂韧性断裂韧性是指金属材料在受到极限应力作用下未能抗下，而在断裂破裂时所表现出来的承受能力。
这个承受能力在物质的许多特性中是最为重要的指标之一。
金属材料的断裂韧性通常使用KIC值（裂纹扩展韧性指数）来表达。
5. 硬度硬度是材料抵抗硬物的能力。
一般来说，硬度越高的材料，则可以抵御更大的压力，并且更耐磨。
对于金属材料而言，其硬度主要有三种测试方法，分别是洛氏硬度试验、布氏硬度试验和维氏硬度试验。
第二节：金属材料的测试方法要测试金属材料的一些力学性能参数，需要运用不同的测试方法。
金属的力学性能有哪些
金属的力学性能有哪些金属材料的力学性能包括强度、屈服点、抗拉强度、延伸率、断面收缩率、硬度、冲击韧性等。
金属材料力学性能包括其中包括：弹性和刚度、强度、塑性、硬度、冲击韧度、断裂韧度及疲劳强度等，它们是衡量材料性能极其重要的指标。
1、强度：材料在外力（载荷）作用下，抵抗变形和断裂的能力。
材料单位面积受载荷称应力。
2、屈服点（6s）：称屈服强度，指材料在拉抻过程中，材料所受应力达到某一临界值时，载荷不再增加变形却继续增加或产生0.2%L。
时应力值，单位用牛顿/毫米2(N/mm2）表示。
3、抗拉强度（6b）也叫强度极限指材料在拉断前承受最大应力值。
单位用牛顿/毫米2(N/mm2）表示。
如铝锂合金抗拉强度可达689.5MPa 4、延伸率（δ）：材料在拉伸断裂后，总伸长与原始标距长度的百分比。
工程上常将δ≥5%的材料称为塑性材料，如常温静载的低碳钢、铝、铜等；而把δ≤5%的材料称为脆性材料，如常温静载下的铸铁、玻璃、陶瓷等。
5、断面收缩率（Ψ）材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积百分比。
6、硬度：指材料抵抗其它更硬物压力其表面的能力，常用硬度按其范围测定分布氏硬度(HBS、HBW）和洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）。
7、冲击韧性（Ak）：材料抵抗冲击载荷的能力，单位为焦耳/厘米2(J/cm2）。
什么是金属材料金属材料是指具有光泽、延展性、容易导电、传热等性质的材料。
一般分为黑色金属和有色金属两种。
黑色金属包括铁、铬、锰等。
其中钢铁是基本的结构材料，称为“工业的骨骼”。
由于科学技术的进步，各种新型化学材料和新型非金属材料的广泛应用，使钢铁的代用品不断增多，对钢铁的需求量相对下降。
但迄今为止，钢铁在工业原材料构成中的主导地位还是难以取代的。
金属材料力学性能测试规范
金属材料力学性能测试规范一、金属材料力学性能测试的重要性金属材料的力学性能是指材料在受到外力作用时所表现出的特性，包括强度、硬度、韧性、塑性等。
这些性能直接影响着材料在实际应用中的可靠性和安全性。
例如，在建筑领域，钢材的强度决定了建筑物的承载能力；在机械制造中，零部件的硬度和韧性关系到其使用寿命和运行稳定性。
因此，通过科学、规范的测试方法获取准确的力学性能数据，对于材料的选择、设计和质量控制具有重要意义。
二、常见的金属材料力学性能测试项目1、拉伸试验拉伸试验是评估金属材料强度和塑性的最基本方法。
通过对标准试样施加逐渐增加的轴向拉力，测量试样在拉伸过程中的变形和断裂特性。
主要测试指标包括屈服强度、抗拉强度、延伸率和断面收缩率等。
2、硬度试验硬度是衡量金属材料抵抗局部变形能力的指标。
常见的硬度测试方法有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。
硬度测试可以快速、简便地评估材料的硬度分布和加工硬化程度。
3、冲击试验冲击试验用于测定金属材料在冲击载荷下的韧性。
通过使标准试样承受一定能量的冲击，观察试样断裂的情况，计算冲击吸收功，以评估材料的抗冲击性能。
4、疲劳试验疲劳试验模拟材料在交变载荷作用下的失效行为。
通过对试样进行多次循环加载，记录试样发生疲劳破坏的循环次数，从而评估材料的疲劳强度和寿命。
三、测试设备和仪器1、万能材料试验机万能材料试验机是进行拉伸、压缩、弯曲等力学性能测试的主要设备。
它能够精确控制加载速率和测量试样的变形。
2、硬度计根据不同的硬度测试方法，选择相应的硬度计，如布氏硬度计、洛氏硬度计、维氏硬度计等。
3、冲击试验机冲击试验机用于进行冲击试验，常见的有摆锤式冲击试验机和落锤式冲击试验机。
4、疲劳试验机疲劳试验机专门用于进行疲劳性能测试，包括旋转弯曲疲劳试验机、轴向疲劳试验机等。
四、试样制备试样的制备是保证测试结果准确性的关键环节。
试样的尺寸、形状和加工精度应符合相关标准的要求。
1、拉伸试样通常采用圆形或矩形截面的试样，其标距长度、直径或宽度等尺寸应根据材料的种类和测试标准进行确定。
金属材料的力学性能
第1章 金属材料的力学性能
二、洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness ) 1、测量原理
10HRC≈HBS
洛氏硬度测试示意图
第1章 金属材料的力学性能
三、维氏硬度 HV
1、测量原理:
第1章 金属材料的力学性能
2、表示方法： 符号HV。标注时，硬度值写在符号之前，如666HV
3、特点： 维氏硬度试验的测试精度较高，测试的硬度范围大，被测试样的厚度 或表面深度几乎不受限制(如能测很薄的工件、渗氮层、金属镀层等)。 但是, 维氏硬度试验操作不够简便，试样表面质量要求较高，故在生 产现场很少使用。
抗拉强度为设计机械零件和选材的主要依据。
σe σs σb
第1章 金属材料的力学性能
(二)疲劳强度
工程上规定，材料经无数次重复循环（交变）载荷作用而不发生 断裂的最大应力称为疲劳强度。表示材料经无数次交变载荷作用而 不致引起断裂的最大应力值。
钢材的循环次数一般取 N = 107 有色金属的循环次数一般取 N = 108
主要指标: 强度、塑性、冲击韧性和硬度。
第1章 金属材料的力学性能
1.1 强度
按照载荷的性质，金属材料的强度有静强度、疲劳强度和 冲击强度。一般意义上的强度是指静强度。
(一)强度 一、拉伸试验
1.拉伸试样 标准试样(按GB/T6397-1986规定) 常用圆截面拉伸试样 : 长试样：L0=10d0 短试样：L0=5d0
钢铁材料的疲劳曲线
第1章 金属材料的力学性能
疲劳的危害:
金属的力学性能
(2)抗拉强度：试样在断裂前所能承受的最大应力。 抗拉强度：试样在断裂前所能承受的最大应力。 抗拉强度
1）、它表示材料抵抗断裂的能力。 ）、它表示材料抵抗断裂的能力。 ）、它表示材料抵抗断裂的能力 2）、是零件设计的重要依据；也是评定 ）、是零件设计的重要依据； ）、是零件设计的重要依据 金属强度的重要指标之一。 金属强度的重要指标之一。
拉伸试样
第一节 强度和塑性
• 2.拉伸过程 拉伸过程
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
拉伸试验机
3.拉伸曲线 拉伸曲线
F
e p s b k
拉伸的四个阶段
1、oe段: 弹性变形阶段。(op段：比 例 弹性变形阶段；pe段：非比例弹性变 形阶段；) 2、es段：屈服阶段。平台或锯齿。 3、sb段：强化阶段。均匀塑性变形阶段。 *b点：形成了“缩颈”。 ∆l
σe σs σb
F σb = A
b
试样断裂前的最大载荷(N) 试样断裂前的最大载荷 ( M Pa )
0
试样原始横截面积( 试样原始横截面积 mm2)
三、塑性: 塑性
是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。 是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。 1、断面收缩率: 是指试样拉断处横截面积的收 、断面收缩率 与原始横截面积A 缩量∆ A与原始横截面积 0之比。 与原始横截面积 之比。 A0 - A 1 ψ = ——-—× 100% × A0 2、伸长率 是指试样拉断后的标距伸长量∆ L 、伸长率: 与原始标距L 之比。 与原始标距 0之比。 l 1 - l0 δ = ——-—× 100% × l0
e
σe 3.弹性极限 弹性极限: 弹性极限 Fe σe = A0 弹性极限载荷( 弹性极限载荷 N ) ( M pa ) 试样原始横截面积( 试样原始横截面积 mm2)
金属材料的力学性能指标项目.
弹性模量的大小主要取决于材料的本性，随温度升高而 逐渐降低。
目 录
4、硬
度
定义：材料抵抗表面局部弹塑性变形的能力。 1)布氏硬度 HB
HB 0.102 2F
D( D D 2 d 2 )
HB230 材料的b与HB之间的经验关系：
对于低碳钢: b(MPa)≈3.6HB 对于高碳钢： b(MPa)≈3.4HB 对于 铸铁： b(MPa)≈1HB或 b(MPa)≈ 0.6(HB-40)
N0— 循环基数
1
劳强度的因素:内部缺陷、表面划痕、残留应力等
目 录
伸长率：
F
d0
F
l0
L
dk
良好的塑性是金属材料进行 塑性加工的必要条件。
lk
目 录
3、刚
度
材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力称为刚度。
在弹性阶段： F l
所以：
E
E
比例系数E 称为弹性模量，它反映材料对弹性变形 的抗力，代表材料的“刚度” 。
E
— 材料抵抗弹性变形的能力越大。
2) 洛氏硬度 HR
洛氏硬度用符号HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002
根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为A、B、C。
HRC60：表示材料的硬度
3) 维氏硬度 HV
目 录
5、冲击韧度（冲击韧性）
材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力。
AKU =mg（H1 – H2）（J）
a K = AKU/S
屈服强度与抗拉强度的比值σS / σb称为屈强比。 屈强比小，工程构件的可靠性高，说明即使外载荷或某些 意外因素使金属变形，也不至于立即断裂。但若屈强比过 小，则材料强度的有效利用率太低。
金属材料主要力学性能指标项目的说明
摩擦力与施加在摩擦部位上垂直载荷的比值称为摩擦因数
磨耗量
g或cm3
试样在规定试验条件下经过一按时间或一定距离摩擦之后，以试样被磨去的质量〔g〕或体积〔cm3〕之量称为磨耗量〔或磨损量〕。以磨去质量表示者称为质量磨耗W，用磨去体积表示者称为体积磨耗V
相对耐磨系数ε
无量钢
在模拟耐磨试验机上，采纳65Mn〔52~53HRC〕作为标准试样，在相同条件下，标准试样的绝对磨耗量与被测定材料的绝对磨损值之比称为被测材料的相对耐磨系数
蠕变强度
σ
MPa
金属材料在高于一定温度下受到应力作用，即使应力小于屈服强度，试件也会随着时间的增长而缓慢地产生塑性变形，此种现象称为蠕变。经给定温度下和规定的使用时间内，使试样产生一定蠕变变形量的应力称为蠕变强度，例如σ =100 MPa，表示材料在500℃温度下，105h后应变量为1%的蠕变强度为100 MPa。蠕变强度是材料在高温长期负荷下对塑性变形抗力的性能指标
续表
冲击韧度ak
J/cm2
在摆锤式一次试验机上，将一定尺寸和形状的标准试样冲断所消耗的功Ak与断口模截面积之比值称为冲击韧度ak。按国标规定，aku为夏比U形缺口试样冲击韧度值，Aku为夏比U形缺口试样冲击时所消耗的冲击汲取功〔J〕；akv为夏比V形缺口试样冲断时所消耗的冲击韧度值，Akv为夏比V形缺口试样冲断时所消耗的冲击汲取功〔J〕
冲击汲取功
Ak
J
疲惫极限
σ-1，σ-1n
MPa
金属材料在交变负荷作用下，经无限次应力循环而不产生断裂的最大循环应力称为疲惫极限。国标规定，关于钢铁材料，应力循环次数采纳107次，关于有色金属材料采纳108或更多的周次。σ-1表示平滑试样的对称弯曲疲惫极限；σ-1n表示缺口试样的对称弯曲疲惫极限
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2) 洛氏硬度 HR
洛氏硬度用符号HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002
根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为A、B、C。
HRC60：表示材料的硬度
3) 维氏硬度 HV
目 录
5、冲击韧度（冲击韧性）
材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力。
AKU =mg（H1 – H2）（J）
a K = AKU/S
N0— 循环基数
1
N0 N
钢： 有色金属：
影响疲劳强度的因素:内部缺陷、表面划痕、残留应力等
目 录
伸长率：
F
d0
F
l0
LБайду номын сангаас
dk
良好的塑性是金属材料进行 塑性加工的必要条件。
lk
目 录
3、刚
度
材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力称为刚度。
在弹性阶段： F l
所以：
E
E
比例系数E 称为弹性模量，它反映材料对弹性变形 的抗力，代表材料的“刚度” 。
E
— 材料抵抗弹性变形的能力越大。
弹性模量的大小主要取决于材料的本性，随温度升高而 逐渐降低。
目 录
4、硬
度
定义：材料抵抗表面局部弹塑性变形的能力。 1)布氏硬度 HB
HB 0.102 2F
D( D D 2 d 2 )
HB230 材料的b与HB之间的经验关系：
对于低碳钢: b(MPa)≈3.6HB 对于高碳钢： b(MPa)≈3.4HB 对于 铸铁： b(MPa)≈1HB或 b(MPa)≈ 0.6(HB-40)
指材料在外力作用下，产生屈服现象时的最小应力。
σS =Fs/S0 （MPa） 它表征了材料抵抗微量塑性变形的能力。 屈服强度 — 是塑性材料选材和评定的依据。
（3）抗拉强度（σb ）
抗拉强度是材料在拉断前承受最大载荷时的应力。 σb =Fb/S0 （MPa） 它表征了材料在拉伸条件下所能承受的最大应力。 物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力 抗拉强度 — 是脆性材料选材的依据。
金属材料的力学性能指标项目
1、强 度 2、塑 性 3、刚 度 4、硬 度 5、冲击韧度（冲击韧性） 6、疲劳强度
1、强
度
材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。
（1） 弹性极限（σe）
指金属材料能保持弹性变形的最大应力。
σe =Fe/S0 （MPa） 它表征了材料抵抗弹性变形的能力。
（2） 屈服强度（σS）
（J/cm2）
H1
H2
目 录
6．疲劳强度
工程上一些机件工作时受交变应力或循环应力作用，即使工作 应力低于材料的s ，但经过一定循环周次后仍会发生断裂，这 样的断裂现象称之为疲劳。 据统计，约80%的机件失效为疲劳破坏。 当零件所受的应力低于某一值时，即使循环周次无穷多也不发 生断裂，称此应力值为疲劳强度或疲劳极限。
屈服强度与抗拉强度的比值σS / σb称为屈强比。 屈强比小，工程构件的可靠性高，说明即使外载荷或某些 意外因素使金属变形，也不至于立即断裂。但若屈强比过 小，则材料强度的有效利用率太低。
目 录
2、塑
性
材料在外力作用下，产生永久变形而不引起破坏的能力。
常用 δ 和 ψ 作为衡量塑性的指标。
lk l0 100% l0 s0 sk 断面收缩率: 100% s0