金属材料的力学性能(表)
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.
6
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
7
§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
8
§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
金属材料性能指标对照表
0.35~0.65
0.035
SP620(SP129) SP620(SP221)
>4
NES M 2020 NES M 2021
0.05~0.12 0.17~0.37 0.35~0.65 0.035
材料牌号性能对照表
≤0.025
分%
材料力学性能主要指标
B510L汽车大梁热连轧钢板，力学性能：抗拉强度σ b=510~610；伸长率：δ 10≥24%。 20冷轧优碳钢板，力学性能：S和P级抗拉强度σ b=355～500MPa；Z级抗拉强度σ b=355～500MPa；S级拉 延级别伸长率δ 10≥25%，P级拉延级别伸长率δ 10≥ 24%，Z级拉延级别伸长率δ 10≥26%。 SP129汽车内部零件用冷轧钢板，性能：抗拉强度σ b≥ 270MPa，屈服强度σ s=130～245MPa，伸长率δ =40～ 49%，厚度公差±0.09mm SP221汽车普通零件用热轧钢板，性能：抗拉强度σ b≥ 270MPa，屈服强度σ s=205～325MPa，伸长率δ =35～ 49%，厚度公差±0.15mm
金属材料牌号性能对照
序号 材料牌号
B510L
厚度(mm)
<8.00
材料标准
BZJ311-92
C
≤0.16
主要化学成分% Si Mn P
≤0.50 ≤1.60 ≤0.030
20
＜3
GB13237-91
0.17~0.23
0.17~0.37
0.35~0.65
0.035
＜4
0.05~0.12
0.17~0.37
等效材料标准
等效国家GB711-89部分牌号45
备注
企业标准
金属材料力学性能实验报告
金属材料力学性能实验报告姓名：班级：学号：成绩：实验名称实验一金属材料静拉伸试验实验设备1）电子拉伸材料试验机一台，型号HY-100802）位移传感器一个；3）刻线机一台；4）游标卡尺一把；5）铝合金和20#钢。
试样示意图图1 圆柱形拉伸标准试样示意图试样宏观断口示意图图2 铝合金试样常温拉伸断裂图和断口图（和试样中轴线大约成45°角的纤维状断口，几乎没有颈缩，可以知道为切应力达到极限，发生韧性断裂）图3 正火态20#钢常温拉伸断裂图和断口图（可以明显看出，试样在拉断之后在断口附近产生颈缩。
断口处可以看出有三个区域：1.试样中心的纤维区，表面有较大的起伏，有较大的塑性变形；2.放射区，表面较光亮平坦，有较细的放射状条纹；3.剪切唇，轴线成45°角左右的倾斜断口） 原始数据记录表1 正火态20#钢试样的初始直径测量数据（单位：mm ） 左 中 右 平均值 9.90 10.00 10.009.97 9.92 10.00 10.00 10.00 10.00 9.92左 中 右 平均值 8.70 8.72 8.68 8.69 8.68 8.70 8.70 8.64 8.72 8.70 表2 时效铝合金试样的初始直径测量数据（单位：mm ）两试样的初始标距为050 L mm 。
表3 铝合金拉断后标距测量数据记录（单位：mm ）AB BC AB+2BC 平均 12.32 23.16 58.64 58.7924.0217.4658.94测量20#钢拉断后的平均标距为u L =69.53 mm ，断口的直径平均值为u d =6.00 mm 。
测量得到铝合金拉断后的断面直径平均值为7.96mm 。
数据处理：1.20#钢正火材料（具有明显物理屈服平台的材料）20#钢正火材料试样的载荷-位移曲线试验结果见图4。
（1）由图可得各特征力值及对应的位移值分别为： 比例伸长力20.6 kN p F =；下屈服力24.5 kN el F =；最大力37.2 kN m F =； 断裂载荷27.1 kN F F =； 断裂后塑性伸长21.4 mm F L ∆=； 断裂后弹性伸长 2.4 mm e L ∆=。
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。
第一章 金属材料的力学性能
度
A、C标尺为100
B标尺为130
机 械 制
造
基
础
§1.2 硬度
第一章 金属材料的力学性能
二、洛氏硬度
标注——用符号HR表示， A标尺HRA B标尺HRB C标尺HRC
如： 42 HRA
机
械
硬度值 A标尺
制
造
基
础
§1.2 硬度
第一章 金属材料的力学性能
三、维氏硬度 测定原理——基本上和布氏硬度相同，只是所用 压头为金刚石正四棱锥体
冲击韧度高
机
•冲击能量高时， --材料的冲击韧度主要取决于材料的塑性，塑性高则
韧度高
械 制
造
基
础
第一章 金属材料的力学性能
第一章 金属材料的力学性能
§1.1 强度和塑性
§1.2 硬度
§1.3 冲击韧度
§1.4 疲劳强度
本章小结
机
械
制
造
基
础
§1.4 疲劳强度
第一章 金属材料的力学性能
疲劳强度
Sl110000%%Sl10lS0 110100%0%
Sl 二者的值越大塑性越好 00
lS0 0
机 械 制
原始原横始截标面距积
试样拉试断样后断的裂标处距截面积
造 基
础
第一章 金属材料的力学性能
第一章 金属材料的力学性能
§1.1 强度和塑性
§1.2 硬度
§1.3 冲击韧度
§1.4 疲劳强度
本章小结
第一章 金属材料的力学性能
由主金要属内材容料：制成的零、部件，在工作过
程中金都属要材承料受的外力力学性(或能称指载标荷和) 测作试用方而法产，
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。
金属材料的力学性能
第一章金属材料的力学性能机械制造中使用的材料品种很多，为了正确使用材料，并把它加工成合格的工件，必须掌握材料的使用性能和工艺性能。
使用性能，是指为保证工件正常工作材料应具备的性能，包括力学性能、物理和化学性能等。
工艺性能，是指材料在加工过程中所表现出来的性能，包括铸造性能、锻压性能、焊接性能和切削加工性等。
所谓力学性能，是指材料在外力作用下所表现出来的性能，主要有强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等，是设计机械零件时选材的重要依据。
这些性能指标是通过试验测定的。
第一节刚度、强度、塑性刚度、强度和塑性是根据试验测定出来的。
将材料制成标准试样(图1-1a)，然后把试样装在试验机上施加静拉力，随着拉力的增加试样逐渐变形，直到拉断为止(图1-1b)。
将试样从开始到拉断所受的力F 及所对应的伸长量ΔL绘制在F—ΔL坐标上，得出力一伸长曲线。
低碳钢的力一伸长曲线如图1—2所示。
从图1—2可知，在OE 阶段，试样的伸长量随拉力成比例增加，若去除拉力后试样恢复原状，这种变形称为弹性变形。
超过E 点后，若去除拉力试样不能完全恢复原状，尚有一部分伸长量保留下来，这部分保留下来的变形称为塑性变形。
当拉力增加到F s 时，力一伸长曲线在S 点呈现水平台阶，即表示外力不再增加而试样继续伸长，这种现象称为屈服，该水平台阶称为屈服台阶。
屈服以后，试样又随拉力增加而逐渐均匀伸长。
达到B 点，试样的某一局部开始变细，出现缩颈现象。
由于在缩颈部分试样横截面积迅速减小，因此使试样继续伸长所需的拉力也就相应减小。
当达到K 点时，试样在缩颈处断裂。
低碳钢在拉伸过程中经历了弹性变形、弹一塑性变形和断裂三个阶段。
F —ΔL 曲线与试样尺寸有关。
为了消除试样尺寸的影响，把拉力F 除以试样原始横截面积A0，得出试样横截面积上的应力，同时把伸长量ΔL 除以试样原始标距L 0，得到试样的应变LL ε∆=0F A σ=σ—ε曲线与F —ΔL 曲线形状一样，只是坐标不同。
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力学
性能
性能指标
含义
符号
名称
旧标符号
单位
强度
Rm
抗拉强度
σb
MPa
试样拉断前所能承受的最大应力
Rel
下屈服强度σs发源自塑性变形而力不增加时的应力点Rp0.2
规定非比例延伸强度
σ0.2
规定非比例延伸率为0.2％时的应力
塑性
A（A11.3）
断后伸长率
δs(δ)
——
断后标距的伸长量与原始标距之比的百分率
Z
断面收缩率
ψ
断后试样的最大收缩量与原始横截面积之比的百分率
硬度
HBW
布氏硬度
HBW、HBS
MPa
球形压痕单位面积上所受的平均压力
HR
（A、B、C）
洛氏硬度
（A、B、C标尺）
HR
（A、B、C）
——
用洛氏硬度相应标尺刻度满程与压痕深度之差计算的硬度值
HV
维氏硬度
HV
MPa
正四棱锥压痕单位面积上所受的平均压力
冲击吸收能量
K
冲击韧度
ak
J
试验时冲击试样所吸收的能量
疲劳
强度
R-1
疲劳极限
σ-1
MPa
试样承受无数次（或给定次数）对称循环应力仍不断裂的最大应力