金属力学性能
金属材料的力学性能
（1）测量值较精确，反复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）（2） 可测旳硬度值不高（3）不测试成品与薄件（4）测量费时，效率低
4、测量范围
用于测量调质钢、铸铁、非金属材料及有色金属材料等.
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第一章 金属旳力学性能
引言：
第二节 硬度
1、定义：指材料局部体积内抵抗弹性、塑性变形、压 痕和划痕旳能力。它是衡量材料软硬程度旳指标，其物 理含义与试验措施有关。
2、硬度旳测试措施 （1）布氏硬度 （2）洛氏硬度 （3）维氏硬度
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§1-2 硬度
一、布氏硬度
1、布氏硬度试验（布氏硬度计）
原理:用一定直径旳球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应旳试验力 压入待测材料表面，保持要求时间并到达稳定状态后卸除试验力，测量 材料表面压痕直径，以计算硬度旳一种压痕硬度试验措施。
布氏硬度计
返回
16
洛氏硬度计
返回
17
维氏硬度计
返回
18
布洛维氏硬度计
19
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§1-2 硬度
二、洛氏硬度
1、洛氏硬度试验（洛氏硬度计）
原理: 用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力旳作用下压入试样表面， 经要求时间后卸除试验力，用测量旳残余压痕深度增量来计算硬度旳一
种压痕硬度试验。
2、洛氏硬度值 出。如：50HRC 3、优缺陷
用测量旳残余压痕深度表达。可从表盘上直接读
（1）试验简朴、以便、迅速（2）压痕小，可测成品、薄件（3）数据 不够精确，应测三点取平均值（4）不能测组织不均匀材料，如铸铁。
4、测量范围
金属材料的力学性能
(一)、布氏硬度
1、布氏硬度试验（布氏硬度计）
原理:用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入待测 材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面压痕直径， 以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。
2、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。 如： 120HBS 500HBW 600HBS1/30/20
它是设计和选材的主要依据之一，是工程技术上的主要强度。
二、刚度和弹性 由图1-2可测出材料的弹性模量，即可确定该材料的刚度和弹性。弹性模量
是指金属材料在弹性状态下的应力与应变的比值，即
在应力-应变曲线上，弹性模量就是试样在弹性变形阶段线段的斜率。它表 示了金属材料抵抗弹性变形的能力，工程上将材料抵抗弹性变形的能力称为刚 度。
金属材料的力学性能
材料的力学性能，是指材料在外力(载荷)作用下所表现出来的性能，或称机 械性能，包括强度、刚性、弹性、塑性、硬度及疲劳强度。
一、强度 金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。抵抗外力的能力越大，则强
度越强。 依据载荷的不同，可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度以及抗
扭强度等几种。
1、拉伸试样
Hale Waihona Puke 2、材料的拉伸曲线oe——弹性变形阶段：变形量与外加载荷成正比，当载荷去掉后试样变形 完全恢复。
es——屈服阶段：此阶段伴随着弹性变形，还发生了塑性变形，当去除载 荷后，试样部分形变恢复，还有一部分形变不能恢复，将这部分不能恢复的形 变称为塑性变形。s为屈服点。
sd——明显塑性变形阶段：该阶段中载荷不再增加或是微量增加，试样却 继续变形。
2、洛氏硬度值 用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。如： 50HRC
金属材料的力学性能与测试方法
金属材料的力学性能与测试方法导语：金属材料作为一种重要的结构材料，其力学性能对于工程设计和材料选择具有重要的影响。
本文将介绍金属材料的力学性能参数及其测试方法，以及测试过程中需要注意的问题。
一、金属材料的力学性能参数金属材料的力学性能参数主要包括强度、延展性、硬度、韧性、疲劳性和冷加工性等。
1. 强度强度是金属材料的抗拉、抗压、抗弯或剪切等力学性能的表征。
常见的强度参数有屈服强度、抗拉强度、抗压强度和抗弯强度等。
屈服强度指的是金属材料开始产生塑性变形时所经受的最大应力；抗拉强度指的是金属材料在拉伸断裂之前能承受的最大应力。
2. 延展性延展性是材料在拉伸过程中的塑性变形能力。
常见的延展性参数有延伸率和断面收缩率等。
延伸率是指金属样品在拉伸过程中断裂前的伸长程度；断面收缩率是指拉伸断裂后试样的横截面积缩小的比例。
3. 硬度硬度是金属材料抵抗表面压痕或穿刺的能力。
常见的硬度测试方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。
4. 韧性韧性是金属材料在受到冲击或扭曲力作用下的能量吸收能力。
常见的韧性测试方法包括冲击试验和扭转试验。
5. 疲劳性疲劳性是金属材料在交变应力作用下的抗疲劳性能。
常见的疲劳测试方法有拉伸疲劳试验和弯曲疲劳试验等。
6. 冷加工性冷加工性是指金属材料在冷变形（如冷轧、冷拔等）过程中的变形能力。
冷加工性好的金属材料可以在变形过程中获得较高的强度和硬度。
二、金属材料的力学性能测试方法1. 拉伸试验拉伸试验是测量金属材料强度和延展性的常用方法。
该试验通过施加拉应力使金属样品产生塑性变形，测量应力和应变相关的参数以评估材料的机械性能。
2. 压缩试验压缩试验是测量金属材料抗压强度和压缩性能的方法。
该试验通过施加压应力使金属样本发生塑性变形，测量相应的应力和应变以评估材料的机械性能。
3. 弯曲试验弯曲试验是测量金属材料抗弯强度和韧性的常用方法。
该试验通过在金属样品上施加弯曲力，通过测量不同位置上的应变和应力来评估材料的机械性能。
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。
金属力学性能及其他性能
02
金属的其他性能
金属的物理性能
密度
金属的密度是指单位体积的质量，密度越大，金 属的质量越重。
电导率
金属在单位时间内通过单位截面的电量称为电导 率，是衡量金属导电性能的重要参数。
ABCD
热膨胀性
金属受热时，其长度、宽度和厚度会相应增加， 这种性质称为热膨胀性。
热导率
金属的热导率是指热量在金属中传递的速度，是 衡量金属导热性能的重要参数。
要点二
精密零件加工
金属材料在机械加工中用于制造各种精密零件和工具，如 切削刀具、量具和夹具等，其力学性能能够满足高精度和 高效率的加工要求。
在航空航天领域的应用
飞机结构材料
金属材料在航空航天领域中广泛应用于制造飞机结构， 如铝合金、钛合金和镍合金等，其优良的力学性能能够 承受高速飞行和复杂环境条件下的应力要求。
应力对力学性能的影响
金属在承受外力时，其内部会产生应力。 在一定范围内，随着应力的增加，金属的 强度和硬度会提高，但当应力超过某一极 限值时，金属会发生断裂。因此，应合理 选择金属的应力范围，以确保其安全使用 。
04
金属力学性能的应用
在建筑行业的应用
建筑结构稳定性
建筑构件连接
金属材料如钢铁、铝等具有优良的力学性能， 如强度、刚度和延展性，广泛应用于建筑结 构中，如桥梁、高层建筑和大型工业厂房等， 以提高结构的稳定性和安全性。
航天器材料
金属材料在航天器中用于制造各种部件，如火箭发动机 、卫星天线和航天器框架等，其力学性能能够满足高强 度、轻质和耐腐蚀的要求。
05
金属其他性能的应用
在电子行业的应用
电磁性能
金属在电磁场中表现出导电、导 磁等性能，广泛应用于电子元件 、集成电路和电子设备中。
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。
金属材料的力学性能-课件
强度与塑性
❖ 强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性 变形和断裂旳能力。
❖ 塑性是指金属材料在静载荷作用下产生塑性变 形而不致引起破坏旳能力。
❖ 金属材料旳强度和塑性旳判据可经过拉伸试验 测定。
断后伸长率（ δ ）
l1-l0
δ=
×100%
l0
l1——试样拉断后旳标距,mm; l0——试样旳原始标距,mm。
断面收缩率（ψ）
ψ= S0-S1 ×100% S0
S0——试样原始横截面积,mm2； S1——颈缩处旳横截面积,mm2 。
屈服现象
❖ 在金属拉伸试验过程中， 当应力超出弹性极限后， 变形增长较快，此时除 了弹性变形外，还产生 部分塑性变形。当外力 增长到一定数值时忽然 下降，随即，在外力不 增长或上下波动情况下， 试样继续伸长变形，在 力－伸长曲线出现一种 波动旳小平台，这便是 屈服现象。
强度
屈服点
在伸长过程中力不增长（保持恒定），试样仍能继续
伸长时旳应力，单位为MPa，即：
S
FS Ao
式中：Fs——材料屈服时旳拉伸力，（ N ）； Ao——试样原始截面积，（ mm2 ）。
要求残余延伸强度
❖ 对于高碳淬火钢、铸铁等材料，在拉伸试验 中没有明显旳屈服现象，无法拟定其屈服强 度。
❖ 国标GB228-2023要求，一般要求以试样到 达一定残余伸长率相应旳应力作为材料旳屈 服强度，称为要求残余延伸强度，一般记作 Rr。例如Rr0.2表达残余伸长率为0.2%时旳 应力。
要求残余延伸应力
F0.2 A0
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。
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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
钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系: σ-1 = (0.45～0.55)σ b
1943年美国T-2油轮发生断裂
1.2 金属的工艺性能
• 金属工艺性能是指金属材料在加工过程中是否易于加 工成形的能力。
1、铸造性能：金属及合金在铸造工艺中获得优良铸件 的能力称为铸造性能。主要指标有流动性、收缩性和 偏析倾向等。
塑性指标不直接用于计算，但任何零件都需要一定
塑性。防止过载断裂；塑性变形可以缓解应力集中、 削减应力峰值。
硬度
硬度 是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力
布氏硬度HB • 常用测量硬度的方法 洛氏硬度HR
维氏硬度HV
(1)布氏硬度 HB
布氏硬度计
(1)布氏硬度 HB
适用范围: ❖ ＜450HBS; ❖ ＜650HBW;
应 力
• 定义 : 单位面积上的内力。 • 金属受拉伸载荷或压缩载荷作用时，其横截面
积上的应力按下式计算：
式中 σ——应σ力= F（/SMP a） ；FS
F——外力（N）；
S ——横截面积（mm2）。
拉伸图
• 拉伸试样
按照国家标准（GB/T 228－2002）常用的拉 伸试样图：
这一 晚，有 约。 从茶 山行开 始，她 隐约觉 得，他 选择这 一组， 是因为 她。 而 晚 上 他 约 的人， 是她？ 她有一 个瞬间 ，闪过 不去的 念头， 实在是 很累很 累了。 不 去 ， 就 不 会再遇 ，缘分 也就生 出间隙 ，擦肩 而过。 但是， 她也很 想知道 ，那是 不 是完完 全全的 一种错 觉。 事实 上，当 然是去 了。 她才 下车就 吐了一 地， 她 都 还 坚 持 。她有 什么理 由拒绝 。大家 对他的 印象， 自然都 极好。 他 绅 士 的 为 她们打 开车门 ，发动 车子对 她们说 ，开始 想带她 们喝茶 ，后来 因为还 有朋友 约， 所 以 ， 带 他 们到了 歌厅， 都好， 是她们 都喜欢 的。 她 不 能 喝酒 ，还是 喝了很 多 ， 热 热 闹 闹的性 格，总 是担心 冷场， 有时候 ，有事 没事的 热闹。 还好， 他一直 坐 在 她 身 边 ，对她 的关心 ，一点 没有掩 饰。 那 一 刻 ，总 觉得， 在他的 眼里， 只 有 她 ， 这 难道真 的是， 一种错 觉。 他 给 她 倒了 牛奶， 她第一 时间递 给了同 伴 ， 爱 的 传 递不过 如此， 你关心 我，我 关心着 身边的 伙伴， 因为关 心，像 了半个 主 人。 呵护 ，因为 懂得。 总 之，感 觉不同 。不然 ，早走 的人， 应该是 她， 很 累 很 累 。 事 实 上 ， 玩高兴 了。 当 那 个 女子 ，唱《 相见恨 晚》， 她就觉 得 ， 她 们 会 喜欢同 样的歌 ，约那 个女子 同唱一 曲，那 个女子 说，唱 《趁早 》吧，
10HRC≈HBS
洛氏硬度测试示意图
洛氏硬度计
h1-h0
(3)维氏硬度 HV
适用范围: ➢ 测量薄板类 ; ➢ HV≈HBS ;
冲击韧性
材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能 力。
冲击韧性值αK就是试样缺口处单位截面积 上所消耗的冲击功。
冲击试验机
冲击试样和冲击试验示意图
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。
金属材料的性能
金属材料的性能包含使用性能和工艺性能。 使用性能是金属材料在使用条件下所表现出来
的性能。 使用性能包括物理性能、化学性能 、力学性能。 工艺性能是金属在制造加工过程中反映出来的
各种性能。
1.1 金属的力学性能
定义 :
所谓力学性能是指金属在力或能的 作用下，材料所表现出来的性能。
指标 :
不同材料的拉伸曲线
退火低碳钢
中碳调质钢
淬火钢及铸铁 低、中回火钢
强度
定义： 金属材料在静载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能
力。 强度指标 1、屈材服料强的度屈服强度或规R定eH残 余FSe伸0H 长强度是机械零件设 计的主要依据，也是评定金属材料性能的重要指标。
பைடு நூலகம்2、 抗拉强度
试样在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度， 抗拉强度是机械零件设计和选材的重要依据。
(1)布氏硬度 HB
表示方法：符号HBS或HBW之前的数 字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分 别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。 如:120HBS10/1000/30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120。
(2)洛氏硬度 HR
塑性
指材料断裂前发生永久变形的能力。
（1）断后伸长率
试样拉断后，标距的伸长 与原始标距的百分比。
（2）断面收缩率
A11.1 < 2 ~ 5% 属脆性材科
A11.1 ≈ 5 ~ 10% 属韧性材料
试样拉断后，缩A颈处Lu横截Lo 100%A11.1 > 10%
面积的缩减量与原始横截Lo面
属塑性材料
积的百分比。
她就有些惊
长试样：L0=10d0、短试样：L0=5d0
力－伸长曲线
• 拉伸过程
拉力
应变
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
拉伸试验机
力－伸长曲线
初始瞬时效应
变形阶段
• ⑴ op ——弹性变形阶段 • ⑵ p点后的水平或锯齿状线段——屈服阶段 • (3) 屈服后至m点——强化阶段 • (4) mk——缩颈阶段（局部塑性变形阶段)
2、锻造性能：用锻压成形方法获得优良锻件的难易程 度称为锻造性能。
3、 焊接性能：焊接性能是指金属材料对焊接加工的适 应性。
4、切削加工性能：金属材料的切削加工性能是指金属 材料在切削加工时的难易程度。
应用举例
• 图示为连杆螺栓，在工作时需保证有足够 的力学性能（如：不产生过量的塑性变形 或断裂）和使用寿命。那么如何判断该零 件是否达到技术要求呢？
弹性 、刚度、强度、塑性 、 硬度、 冲击韧性 、断裂韧度和疲劳强度等。
载荷
• 定义 载荷是指金属材料在加工及使用过程中所受 的外力。
• 种类 1、静 载 荷：大小不变或变化过程缓慢的载荷。 2、冲击载荷：在短时间内以较高速度作用于 零件上的载荷。 3、交变载荷：指大小、方向或大小和方向随 时间作周期性变化的载荷。
解决方案
• 为保证连杆螺栓具有足够的使用性能，采用合金 钢材料，其力学性能需达到下列技术要求：
• 抗拉强度Rm≥931MPa，屈服强度ReL≥784 MPa， 伸长率A≥12%，断面收缩率Z≥50%，冲击韧性αK ≥78.4J/cm2，硬度300-350HBW，才能满足使用 性能。
• 通过测算该零件试样的强度、塑性、硬度、冲击 韧度等力学性能指标值，与上述技术要求进行比 较，从而判断零件是否满足使用性能。