金属材料力学性能指标
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
金属材料及其性能
3、合金钢
为提高钢的性能，冶炼时在碳钢中有目的地加 入一种或几种合金元素所形成的钢。 合金钢按合金元素的质量分数可分为低合金钢、 合金钢； 按用途又可分为合金结构钢、合金工具钢和特 殊性能钢。
（1）合金结构钢
牌号：两位数字+合金元素+数字
前面的两位数字表示钢中碳平均含量的万分数， 后面的数字表示该元素平均含量的百分数，当平均 含量低于1.5%时，只标元素符号，而不标其含量。 如：20Cr、60Si2Mn
150HBS表示用淬火钢球为压头时测得布氏硬度值为150；
200HBW表示用硬质合金球为压头时测得布氏硬度值为200；
100HRC表示用120度金刚石圆锥为压头时测得的洛氏硬度值 为100。
复习提问
1、金属的力学性能包括哪些指标？
2、材料的δ和ψ的值越大，说明材料的 ak值越大，说明材料的 性越好。
不对。因为有的材料在静载荷下能充分变形，但在冲击 载荷下不能迅速地进行塑性变形。
1.5 金属材料及其性能
工程材料包括金属材料和非金属材料。金 属材料有良好的力学性能、物理性能、化学性 能和工艺性能，所以是机器最常用的材料。 金属材料又分为黑色金属（铁基）和有色 金属（非铁基）两大类。 黑色金属是以铁为基本元素的合金，如钢、 铸铁及其合金，它们在工业中得到极其广泛的 应用； 有色金属指除钢铁等材料以外的其他所有 金属材料，如铝、铜、镁及其合金。
耐热钢 在高温下具有抗氧化性和高温强度的特殊钢。
钢中常含有较多的铬和硅，以保证有高的抗氧化性和高温 下的力学性能。适用于制造在高温下工作的零件。
航空发动机 汽轮机叶片
发动机叶片 汽车阀门
一、黑色金属
以铁为基本元素的合金，如钢、铸铁及其合金。 含碳量低于2.11%的铁碳合金称为碳素钢，简称 碳钢； 含碳量大于2.11%的铁碳合金称为铸造生铁，简 称铸铁。
金属材料力学性能
一．名词解释1，E,弹性模量，表征材料对弹性变形的抗力，2，δs：呈现屈服现象的金属拉伸时，试样在外力不增加仍能继续伸长的应力，表征材料对微量塑性变形的抗力。
3，σbb：是灰铸铁的重要力学性能指标，是灰铸铁试样弯曲至断裂前达到的最大弯曲里（按弹性弯曲应力公式计算的最大弯曲应力）4δ：延伸率，反应材料均匀变形的能力。
5，韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力（或指材料抵抗裂纹扩展能力）6低温脆性:某些金属及中低强度钢，在实验的温度低于某一温度Tk时，会由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔集聚型变为穿晶解理型，断口特征由纤维状态变为结晶状，这就是低温脆性7 Kic：断裂韧度，为平面应变的断裂韧度，表示在平面应变条件下材料抵抗裂变失稳扩展的能力8 弹性比功（弹性比能）：表示单位体积金属材料吸收变形功的能力9σ-1：疲劳极限，表明试样经无限次应力循环也不发生疲劳断裂所对应的能力10循环韧性(消振性)：表示材料吸收不可逆变形功的能力（塑性加载）11Ψ：断面收缩率，缩经处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，12Ak：冲击功、，冲击试样消耗的总能量或试样断裂过程中吸收的总能量13蠕变：材料在长时间的恒温应力作用下，（即使应力低于屈服强度）也会缓慢地产生塑性变形的现象。
14σtて：在规定温度（t）下，达到规定的持续时间（て）而不发生断裂的最大应力。
15：氢致延滞断裂：由于氢的作用而产生的延滞断裂现象。
17.δ0.2：屈服强度18.△K th：疲劳裂纹扩展门槛值，表征阻止裂纹开始扩展的能力19δbc：抗拉强度，式样压至破坏过程中的最大应力。
20.包申效应：金属材料经过预加载产生少量塑变，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加，反向加载，规定残余应力减低的现象，称为包申效应。
21．NSR：缺口敏感度，缺口试样的抗拉强度δbn与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度δb之比。
22.力学行为：材料在外加载荷，环境条件及综合作用下所表现出的行为特征。
金属材料的力学性能指标项目
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。
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。
金属材料的使用性能
金属材料的使用性能1. 密度(比重):材料单位体积所具有的质量，即密度＝质量/体积，单位为g/cm3。
2. 力学性能: 金属材料在外力作用下表现出来的各种特性，如弹性、塑性、韧性、强度、硬度等。
3. 强度: 金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。
屈服点、抗拉强度是极为重要的强度指标，是金属材料选用的重要依据。
强度的大小用应力来表示，即用单位面积所能承受的载荷(外力)来表示。
4. 屈服点: 金属在拉力试验过程中，载荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象，称为“屈服”。
产生屈服现象时的应力，即开始产生塑性变形时的应力，称为屈服点，用符号σs表示，单位为MPa。
5. 抗拉强度: 金属在拉力试验时，拉断前所能承受的最大应力，用符号σb表示，单位为MPa。
6. 塑性: 金属材料在外力作用下产生永久变形(去掉外力后不能恢复原状的变形)，但不会被破坏的能力。
7. 伸长率: 金属在拉力试验时，试样拉断后，其标距部分所增加的长度与原始标距长度的百分比，称为伸长率。
用符号δ，%表示。
伸长率反映了材料塑性的大小，伸长率越大，材料的塑性越大。
8. 韧性: 金属材料抵抗冲击载荷的能力，称为韧性，通常用冲击吸收功或冲击韧性值来度量。
9. 冲击吸收功: 试样在冲击载荷作用下，折断时所吸收的功。
用符号A?k表示，单位为J 。
10. 硬度: 金属材料的硬度，一般是指材料表面局部区域抵抗变形或破裂的能力。
根据试验方法和适用范围的不同，可分为布氏硬度和洛氏硬度等多种。
布氏硬度用符号HB表示：洛氏硬度用符号HRA、HRB或HRC表示。
部分常用钢的用途(一)各牌号碳素结构钢的主要用途:1.牌号Q195，含碳量低，强度不高，塑性、韧性、加工性能和焊接性能好。
用于轧制薄板和盘条。
冷、热轧薄钢板及以其为原板制成的镀锌、镀锡及塑料复合薄钢板大量用用屋面板、装饰板、通用除尘管道、包装容器、铁桶、仪表壳、开关箱、防护罩、火车车厢等。
盘条则多冷拔成低碳钢丝或经镀锌制成镀锌低碳钢丝，用于捆绑、张拉固定或用作钢丝网、铆钉等。
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。
金属材料力学性能指标
金属材料力学性能指标金属材料是工程领域中常见的材料之一，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优劣的重要标准，包括强度、塑性、韧性、硬度等指标。
下面将分别对这些指标进行详细介绍。
首先是强度指标，强度是材料抵抗外力破坏的能力，通常包括屈服强度、抗拉强度、抗压强度等。
屈服强度是材料在受力过程中开始产生塑性变形的临界点，是材料的抗拉性能指标，通常用σs表示。
抗拉强度是材料抵抗拉伸破坏的能力，是材料的最大抗拉应力，通常用σb表示。
抗压强度是材料抵抗压缩破坏的能力，是材料的最大抗压应力，通常用σc表示。
强度指标直接反映了金属材料的抗破坏能力，对于材料的选用和设计具有重要意义。
其次是塑性指标，塑性是材料在受力作用下产生塑性变形的能力，通常包括延伸率和断面收缩率两个指标。
延伸率是材料在拉伸破坏时的变形能力，是材料的延展性指标，通常用δ表示。
断面收缩率是材料在拉伸破坏时的收缩能力，是材料的收缩性指标，通常用ψ表示。
塑性指标反映了金属材料在受力作用下的变形能力，对于材料的成形加工和使用性能具有重要意义。
第三是韧性指标，韧性是材料在受力作用下抵抗断裂的能力，通常包括冲击韧性和断裂韧性两个指标。
冲击韧性是材料在受冲击载荷作用下抵抗破坏的能力，是材料的抗冲击性能指标，通常用AK表示。
断裂韧性是材料在受静载荷作用下抵抗断裂的能力，是材料的抗断裂性能指标，通常用KIC表示。
韧性指标反映了金属材料在受力作用下的抗断裂能力，对于材料的安全可靠性具有重要意义。
最后是硬度指标，硬度是材料抵抗划痕、压痕和穿透的能力，通常包括洛氏硬度、巴氏硬度和维氏硬度等指标。
洛氏硬度是材料抵抗划痕的能力，是材料的硬度指标，通常用HRC表示。
巴氏硬度是材料抵抗压痕的能力，是材料的硬度指标，通常用HBS表示。
维氏硬度是材料抵抗穿透的能力，是材料的硬度指标，通常用HV表示。
硬度指标反映了金属材料的硬度和耐磨性能，对于材料的耐磨加工和使用寿命具有重要意义。
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主要包括以下几个方面：
1. 强度：金属材料的强度是指它抵抗外力的能力。
通常用屈服强度、抗拉强度或抗压强度来表示材料的强度。
2. 延展性：金属材料的延展性是指其在受力下能够发生塑性变形的
能力。
常用的评价指标有伸长率、断面收缩率和断裂延伸率。
3. 硬度：金属材料的硬度是指其抵抗局部划痕或压痕的能力。
常用
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：金属材料的韧性是指其抵抗断裂的能力。
韧性与强度和延
展性密切相关，一般用冲击韧性和断裂韧性来评价材料的韧性。
5. 塑性：金属材料的塑性是指其在受力作用下发生可逆形变的能力。
塑性是金属材料特有的力学性能，它使得金属材料可以制成各种形状。
6. 疲劳性能：金属材料的疲劳性能是指其在交变或周期性载荷下抵抗疲劳损伤的能力。
疲劳性能的评价指标包括疲劳寿命和疲劳极限等。
不同的金属材料具有不同的力学性能，这些性能会受到材料的化学成分、晶体结构、热处理和加工工艺等因素的影响。
因此，在选择和使用金属材料时，需要根据具体的工程要求和环境条件来考虑其力学性能。
ANSYS中金属材料的力学性能指标
金属材料的力学性能指标分类：机械工程材料的常用性能：使用性能（力学、物理、化学）和工艺性能（加工、铸造、焊接）一、材料变形的过程三个阶段：弹性变形、弹塑性变形、断裂。
二、刚度定义：工程上，指构件或零件在受力时抵抗弹性变形的能力。
计算：等于材料弹性模量E与零构件截面积A的乘积。
弹性模量E：材料在弹性变形范围内，应力与应变成正比，其比值为弹性模量E=σ/ε（MPa）。
它表示的是材料抵抗弹性变形的能力，反映了材料发生弹性变形的难易程度。
二、强度、塑性、硬度——材料在静载荷下的性能指标1．强度定义：在外力作用下，材料抵抗变形或断裂的能力。
物理意义：材料在每个变形阶段的应力极限值。
（1）弹性极限σe材料在外力作用下发生纯弹性变形的最大应力值为弹性极限σe，即A点对应的应力值，表征材料发生微量塑性变形的抗力。
（2）屈服强度σs试样发生屈服现象时的应力值，屈服点S的应力值称为屈服强度σS，表征材料开始发生明显的塑性变形。
没有明显的屈服现象发生的材料，用试样标距长度产生0.2%塑性变形时的应力值作为该材料的屈服强度，用σ0.2表示，称为条件屈服强度。
意义同σS。
（3）抗拉强度σb材料在拉伸载荷作用下所能承受的最大应力值σb称为抗拉强度或强度极限，表征材料的断裂抗力。
强度是零件设计和选材的主要依据。
2．塑性定义：材料在外力作用下，产生塑性变形而不破断的能力称为塑性。
指标：工程上常用延伸率δ和断面收缩率ψ作为材料的塑性指标。
材料的δ和ψ值越大，塑性越好。
3．硬度定义：指材料表面抵抗局部塑性变形的能力，是表征材料软硬程度的一种性能。
通常材料的强度越高，硬度也越高，耐磨性也越好。
硬度指标：与试验方法有关。
生产上，常用静载压入法，常用方法有：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
布氏硬度HBS：淬火钢球压头，压痕大，不能测太硬度的材料，适用于测量退火和正火钢、铸铁、有色金属等材料的硬度。
洛氏硬度HRC：锥角为120°的金刚石圆锥体压头，适用于调质钢、淬火钢、渗碳钢等硬度的测量。
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金属材料的力学性能指标
一:弹性指标
1.正弹性模量
2.切变弹性模量
3.比例极限
4.弹性极限
二:强度性能指标
1.强度极限
2.抗拉强度
3.抗弯强度
4.抗压强度
5.抗剪强度
6.抗扭强度
7.屈服极限（或者称屈服点）
8.屈服强度
9.持久强度
10.蠕变强度
三:硬度性能指标
1.洛氏硬度
2.维氏硬度
3.肖氏硬度
四:塑性指标
1:伸长率（延伸率）
2:断面收缩率
五:韧性指标
1.冲击韧性
2.冲击吸收功
3.小能量多次冲击力
六:疲劳性能指标
1.疲劳极限（或者称疲劳强度）七:断裂韧度性能指标
1.平面应变断裂韧度
2.条件断裂韧度。