金属材料力学性能.
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
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洛氏硬度计
返回
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维氏硬度计
返回
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布洛维氏硬度计
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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
金属材料力学性能
金属材料力学性能金属材料是工程领域中最常用的材料之一，其力学性能对于材料的应用具有至关重要的作用。
力学性能包括材料的强度、韧性、硬度、塑性等指标，这些指标直接影响着材料在工程中的使用效果。
本文将重点介绍金属材料的力学性能及其影响因素。
首先，我们来谈谈金属材料的强度。
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。
金属材料的强度受到晶格结构、晶粒大小、合金元素等因素的影响。
晶格结构的完整性和晶粒尺寸的大小都会影响金属材料的强度，而添加合金元素则可以改善金属材料的强度和硬度。
其次，韧性是金属材料力学性能中的另一个重要指标。
韧性是材料抵抗断裂的能力，也是材料在受到外力作用时能够发生塑性变形的能力。
金属材料的韧性受到晶粒大小、晶格结构、冷加工程度等因素的影响。
通常情况下，晶粒细小的金属材料具有较好的韧性，而经过适当的热处理和冷加工的材料也可以提高其韧性。
此外，硬度是金属材料力学性能中的另一个重要指标。
硬度是材料抵抗划伤和穿刺的能力，通常用洛氏硬度、巴氏硬度等指标来表示。
金属材料的硬度受到晶粒大小、晶格结构、合金元素等因素的影响。
晶粒细小的金属材料通常具有较高的硬度，而添加合金元素也可以提高金属材料的硬度。
最后，塑性是金属材料力学性能中的重要指标之一。
塑性是材料在受到外力作用时能够发生可逆形变的能力，通常用延伸率、收缩率等指标来表示。
金属材料的塑性受到晶格结构、晶粒大小、合金元素等因素的影响。
晶格结构完整、晶粒细小的金属材料通常具有较好的塑性，而添加合金元素也可以提高金属材料的塑性。
综上所述，金属材料的力学性能受到多种因素的影响，包括晶格结构、晶粒大小、合金元素等。
了解这些影响因素对于合理选择和应用金属材料具有重要意义，也有助于优化材料的力学性能。
希望本文的介绍能够对读者有所帮助，谢谢阅读！。
金属材料力学性能
低合金钢 奥氏体不锈钢
2.0~2.1 1.9~2.0
几为材料的屈服强度和抗拉强度的比值，即σs/σb。 比值σs/σb对材料成型加工极为重要， 较小的σs/σb值几乎 对所有冲压成型都是有利的，也可以说屈强比小的材料塑性较 高，屈强比高表示材料的抗变形能力较强，不易发生塑性变形。 当然对于可靠性而言, 钢材的屈服强度就应该以接近钢材的拉 伸强度为佳,也就是说 屈强比大的钢材用来做结构零件可靠性 高。
二、金属在冲击载荷下的力学性能
机件在冲击载荷下的失效类型和静 载荷一样，也表现为过量弹性变形、 过量塑性变形和断裂。 在静载荷下，塑性变形比较均匀地 分布在各个晶粒中，而在冲击载荷 下，塑性变形则比较集中在某些局 部区域，这反映了塑性变形是极不 均匀的(图3-1)。
冲击韧性
冲击韧性是指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力， 用冲击吸收功Ak表示。反应材料的韧性。
（5）弹性模量E
工程上为材料的刚度，表征金属材料对弹性变形的抗力，其值愈大，则在相同 应力下产生的弹性变形就愈小。当应变为一个单位时，弹性模量即等于弹性 应力，即弹性模量是产生100％弹性变形所需的应力。
金属材料 铁 铜 铝
铁及低碳钢
E/105MPa 2.17 1.25 0.72 2.0
铸铁
1.7~1.9
1.碳素结构钢：用于制造各种工程构件和机械构件； 2.碳素工具钢：用于各种工具。 牌号则是体现其力学性能，Q+数字表示，其中“Q”为屈服点“屈”字的 汉语拼音字首，数字表示屈服点数值，例如Q275表示屈服点为275MPa。若牌号后 面标注字母A、B、C、D，则表示钢材质量等级不同，含S、P的量依次降低，钢材 质量依次提高。若在牌号后面标注字母“F”则为沸腾钢，标注“b”为半镇静钢， 不标注“F，’或“b”者为镇静钢。例如Q235-A·F表示屈服点为235MPa的A级沸 腾钢，Q235-C表示屈服点为235MPa的C级镇静钢。 Q195、Q215、Q235钢碳的质量分数低，焊接性能好，塑性、韧性好，有 一定强度，常轧制成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等结构和制造普通 铆钉、螺钉、螺母等零件。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能使用性能⎪⎩⎪⎨⎧性）高温。
氧化性（热稳定化学性能：耐蚀性、抗密度、熔点等性、导热性、热膨胀、物理性能：电学性、磁、塑性、韧性、钢度等力学性能：强度、硬度工艺性能⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧切削加工焊接性压力加工（冲压性）铸造性可锻性金属材料的力学性能：金属材料在一定的温度条件和受外力作用下，抵抗变形、断裂的能力称材料的力学性能又称为机械性能。
主要有四大指标：1、 强度指标：抗拉强度b σ 屈服强度s σ：（疲劳强度、屈强比）2、塑性指标⎩⎨⎧断面收缩率伸长率（延伸率）δ 3、硬度指标⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧D HL HV HRC HB ）里氏硬度（）维氏硬度（）洛氏硬度（）布氏强度（ 4、韧性指标⎩⎨⎧IC k k K A a 断裂韧度冲击韧性1、强度指标将规定尺寸的试棒在拉伸实验机上进行静拉伸实验，以测定该试件对外力载荷的抗力，可求强度指标和塑性指标。
（1）拉伸曲线图（2）应力应变图应力0A 外力=σ （单位面积所受力） 应变0L L ∆=ε （单位长度的变形量）对原材料、焊接工艺及焊接试板均有严格的标准进行规定。
对圆形拉伸试样分标准试样和比例试样，每种又分为长试样和短试样⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧==⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===（短）（长）任意选用比例试样：短试样）长试样）标距标准试样：直径006000000065.53.11(5(1020A L A L d d L d L L d （3）拉伸试验分为四个阶段中碳钢 低碳钢（拉伸图） 变形量ΔL （应变ε）σ标距L 0①弹性变形阶段：变形量L ∆与外力（或应变和应力）成正比（即虎克定律）。
该阶段最高值：e '：P σ：称比例极限（即保持直线关系的最大负荷）。
e σ：弹性极限：我们把材料产生最大弹性变形时的应力称由于检测精度，国标规定以残余变形量为0.01%时的应力为弹性极限。
A F e e =σ 应力：单位面积上材料抵抗变形的力称为应力。
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。
金属材料的力学性能
第1章工程材料1.1 金属材料的力学性能金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。
使用性能是指金属材料在使用过程中应具备的性能，它包括力学性能（强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等）、物理性能（密度、熔点、导热性、导电性等）和化学性能（耐蚀性、抗氧化性等）。
工艺性能是金属材料从冶炼到成品的生产过程中，适应各种加工工艺（如：铸造、冷热压力加工、焊接、切削加工、热处理等）应具备的性能。
金属材料的力学性能是指金属材料在载荷作用时所表现的性能。
1.1.1 强度金属材料的强度、塑性一般可以通过金属拉伸试验来测定。
１．拉伸试样图1.1.1拉伸试样与拉伸曲线２．拉伸曲线拉伸曲线反映了材料在拉伸过程中的弹性变形、塑性变形和直到拉断时的力F时，拉伸曲线Ｏｐ为一直线，即试样的伸长量与载荷学特性。
当载荷不超过p成正比地增加，如果卸除载荷，试样立即恢复到原来的尺寸，即试样处于弹性变形阶段。
载荷在Ｆｐ－Ｆｅ间，试样的伸长量与载荷已不再成正比关系，但若卸除载荷，试样仍然恢复到原来的尺寸，故仍处于弹性变形阶段。
当载荷超过Ｆｅ后，试样将进一步伸长，但此时若卸除载荷，弹性变形消失，而有一部分变形当载荷增加到Ｆｓ时，试样开始明显的塑性变形，在拉伸曲线上出现了水平的或锯齿形的线段，这种现象称为屈服。
当载荷继续增加到某一最大值Ｆｂ时，试样的局部截面缩小，产生了颈缩现象。
由于试样局部截面的逐渐减少，故载荷也逐渐降低，试样就被拉断。
３．强度强度是指金属材料在载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。
（１） 弹性极限金属材料在载荷作用下产生弹性变形时所能承受的最大应力称为弹性极限，用符号σｅ 表示：（２） 屈服强度金属材料开始明显塑性变形时的最低应力称为屈服强度在拉伸试验中不出现明显的屈服现象，无法确定其屈服点。
所以国标中规定，以试样塑性变形量为试样标距长度的０．２％时，材料承受的应力称为“条件屈服强度”，并以符号σ０．２ 表示。
１.1.2 塑性金属材料在载荷作用下，产生塑性变形而不破坏的能力称为塑性。
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是指材料在受到力的作用下的行为和性能。
常见的金属材料（如钢、铝、铜等）具有较高的强度和刚性，具有良好的塑性和延展性。
其主要的力学性能包括以下几个方面：
1. 强度：金属材料的强度是指材料在受到外力作用下抵抗变形和破坏的能力。
常见的强度指标有屈服强度、抗拉强度、抗压强度等。
2. 延展性：金属材料具有较好的延展性，即在受到外力作用下能够发生塑性变形。
延展性可以通过材料的延伸率、断面收缩率等指标来描述。
3. 韧性：金属材料的韧性是指材料能够在承受外力作用下吸收较大的能量而不发生断裂或破坏的能力。
韧性也可以通过断裂韧性、冲击韧性等指标来描述。
4. 硬度：金属材料的硬度是指材料抵抗局部变形和外界划
痕的能力。
硬度可以通过洛氏硬度、布氏硬度等进行测量。
5. 弹性模量：金属材料的弹性模量是指材料在受到外力后，能够恢复到原来形状的能力。
弹性模量可以描述材料的刚
度和变形的程度。
6. 疲劳性能：金属材料的疲劳性能是指材料在受到交替或
重复载荷下的疲劳寿命和抗疲劳性能。
疲劳性能可以通过
疲劳寿命、疲劳极限等指标来描述。
以上是金属材料的一些常见力学性能参数，不同的金属材
料在这些性能方面有所差异。
这些性能参数的好坏直接决
定了金属材料在工程实践中的应用范围和性能优势。
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颈缩阶段
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3. 拉伸曲线：弹性变形
• 原子间的距离发生伸长和 缩短，但原子间的结合键 并没有发生破坏
加载
• 卸载后变形迅速恢复
卸载
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3. 拉伸曲线：塑性变形
• 相邻原子改变，改变后又 会迅速产生新的平衡
加载
• 卸载后产生不可恢复的永 久变形
卸载Biblioteka 19塑性变形一定导致断裂吗？
• 一些材料可以承受一定的塑性变形而不破坏
• 冲击强度 • 缺口敏感性
•磨损阻力 •疲劳强度
金属的服役性能与力学性能相关
拉伸测试 冲击试验 硬度试验
3
1.
金属力学性能基本概念：应力及应力类型
• 工程构件可能受到的应力类型有：拉伸、压缩、剪切、扭转、弯曲 等
力
单向应力
变形方式
伸长 压缩
应力类型
拉伸 压缩
剪切
剪切应力 扭转力矩 弯曲力矩
剪切
扭转 弯曲
σp50
• tgθ’＝1.5tgθ 偏离50％ 此时，σp50 如果偏离25％或10％， 记做 σp25,,σp10 • • 也可以：P/A0 意义：强调正比例 关系，是弹性零件 必须满足的性能指 标。如弹簧秤
θ’
θ
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（3）弹性极限
• 定义：发生弹性变形， 而不发生塑性变形的最 大应力。
规定一个小的塑性变形 量对应的应力值作为弹 性极限，如0.005%, 0.01%, 0.05%. 此时弹性 极限分别记做： 0.005,
a.在工程应用中，拉伸性能是结构静强度设计的主要依据之一。 b.提供预测材料的其它力学性能的参量，如抗疲劳、断裂性能。 c.研究新材料，或合理使用现有材料和改善其力学性能时，都要测定材料的拉伸 性能。 注意：拉伸试验的应力状态、加载速率、温度、试样等都有严格规定（方法： GB/T228-2002；试样：GB/T6397-1986）。
wire
• 一些材料承受一定塑性变形就会发生破坏，如桥梁混凝土，陶瓷，等
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基本设计准则
施加的应力必须小于材料的强度
– 强度就是材料变形和断裂的临界应力
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4. 拉伸力学性能指标（1）弹性模量E
• 大多数的工程材料都可以看作弹性体，因 此弹性模量具有普遍性 • 弹性系数和弹性模量的区别
F= kx
• 对于拉伸曲线上没有 屈服平台的材料，塑 性变形硬化过程是连 续的，此时将屈服强 度定义为产生0.2% 残 余伸长时的应力，记 为σ0.2 ss = σ0.2 = P0.2 / A0
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30
31
• 小塑性变 形抗力指 标
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（5）抗拉强度
抗拉强度sb：
• 定义为试件断裂 前所能承受的最 大工程应力，以 前称为强度极限。 取拉伸图上的最 大载荷，即对应 于b点的载荷除以 试件的原始截面 积，即得抗拉强 度之值，记为σb
•
σ0.01, σ0.05
• • • 也可以：P/A0
σ
意义：强调不发生塑性 变形；（比例极限强调 符合正比例关系）。 一般的弹性件，如紧固 螺栓
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（4）屈服强度
• 对于拉伸曲线上有明 显的屈服平台的材料， 塑性变形硬化不连续， 屈服平台所对应的应 力即为屈服强度，记 为ss
ss = Ps / A0
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弹性模量E: 单纯弹性变形过 程中应力与应变 的比值。
E se
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stress
应 力
A
A= 刚度大 B=刚度小
B
strain 应变
刚度与弹性模量的区别
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材料的弹性模 量具有组织不 敏感性！
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悬臂梁挠度与弹性模量
钢 铝 聚苯乙烯
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（2）比例极限
• 定义：满足线性关 系的所能达到的最 大应力。
金属材料力学性能
1
本章内容
1. 2. 3. 4. 5.
金属力学性能基本概念 单向拉伸试验特点 拉伸曲线 拉伸力学性能指标 几个基本概念
2
1. 金属力学性能基本概念
力学性能
强度 成形性 刚度 韧性 耐久性
•拉伸 •屈服 •压缩 •弯曲 •剪切 •蠕变
• 延伸率 • 断面收缩率 • 弯曲曲率
• 模量 • 弯曲模量
扭转
弯曲
4
2. 单向拉伸试验特点
• 应力状态：单向拉应力，应力状态简单，最常用的力学性能试验方法
• • 拉伸试验反映的信息：弹性变形、塑性变形和断裂（三种基本力学行为）， 能综合评定力学性能。 通过拉伸试验可测材料的弹性、强度、延伸率、加工硬化和韧性等重要的力 学性能指标，它是材料的基本力学性能。
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• 大塑性变形 抗拉指标
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（7）条件断面收缩率
条件断面收缩率ψ： 断面收缩率ψ是评定材料塑性的主要指标。
A0 AK 100% A0
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（8）条件延伸率
条件延伸率：
材料的塑性常用延伸率表示。测定方法如下：拉伸试 验前测定试件的标距L0，拉伸断裂后测得标距为Lk，然 而按下式算出延伸率
5
2. 单向拉伸试验特点
可移动横梁
试样
载荷与 位移读 数 载荷和运 动控制
• 试验条件和 样品要符合 标准 • 工程应力： σengstress = P/A0
A0 原始截面积
• 真应力： σtruestress = P/A
A = 实时截面积
6
2. 单向拉伸试验特点：应力
F A s = F/A
(单位: N/m2 or Pascal (Pa))
A
B
7
2. 单向拉伸试验特点：应变
• 应变用来描述塑性变形和弹性变形程度
单位长度上的变化量： e = D L / L0
无单位 (m/m, mm/mm)
8
2.
单向拉伸试验特点：应力与应变举例
• 图中丝的截面积为1 mm2, 长度为 100 mm . • 在丝的下方悬挂10 Kg物体，丝的长度变成 了 100.5 mm. • 计算：丝中的应力；丝的应变量
σb = Pmax／A0
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（6）真实断裂强度
拉伸断裂时的真应 力称为真实断裂强 度，记为σf 。试验 时测出断裂点的截 荷Pf，试件的最小 截面积Af，则断裂 时的平均真应力， 即平均断裂强度值， σf表示如下 σf = Pf / Af
通常在拉伸试验中， 不测定断裂强度。 在这种情况下，可 以根据下列经验公 式估算断裂强度 σf =σb（1+Ψk）
10Kg
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• 应力：9.8×10/1 （N/ mm2)＝98×106 Pa ＝98MPa • 应变：(100.5-100)/100=0.005＝0.5%
10
3. 拉伸曲线
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典型的拉伸曲线
s ss= s0.2
ss
e s s
e
e
sb
e
e
e
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弹性变形阶段
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屈服点
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屈服发生后的卸载
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均匀塑性变形阶段