金属材料的强度与塑性
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！。
金属材料的性能
金属材料的性能一、金属材料的力学性能任何机械零件工作时都会受到外力的作用，如行车吊运重物，钢丝绳会受到重物拉力的作用；柴油机连杆会受到拉力、压力、甚至交变外力和冲击力的作用等。
在这些外力作用下，材料所表现出来的一系列特性和抵抗的能力称力学性能。
按作用形式不同，外力常分为静载荷、冲击载荷和交变载荷等。
材料的力学性能也分为强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。
1．强度和塑性强度是指材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。
强度用应力表示，其符号为σ，单位为MPa，1MPa=1N/mm2。
常用来衡量金属材料强度的指标有屈服点（σs）和抗拉强度（σb）等。
金属材料的屈服点和抗拉强度是通过把材料做成标准试样，在材料试验机上进行拉伸试验测得的。
常用的拉伸试样如图4-1所示。
图中l0为试样的标距长度，d0为试样截面的直径。
按国家标准规第四章金属材料与热处理定，试样可以分为长试样和短试样两种，长试样l0=10 d0，而短试样l0=5 d0。
试验时，随着拉力的缓慢增加，试样的长度也逐渐增长，即产生变形。
在整个试验中，把拉力与试样的相应变形，画在以伸长量∆l为横坐标、拉力F为纵坐标的图上，所连成的曲线即为力—变形曲线，如图4-2所示。
图4-l 拉仲试样图4-2 低碳钢力—变形曲线图a）拉伸前b）拉伸后由图4-2可知，在开始的Oe阶段，试样在拉力作用下均匀伸长，伸长量与拉力保持正比关系。
这时若去掉拉力，试样将恢复原状，此时材料处于弹性变形阶段，弹性变形在e 点处达到最大极限。
因此，在e点处试样所承受的拉力与试样横截面积之比称为弹性极限，用σe表示。
当超过e点后，材料除弹性变形外，开始产生塑性变形，拉力与伸长量之间的正比关系不再保持。
当拉力增大到F s时，即使拉力不再增加，材料仍会继续伸长一定距离，这种现象称为“屈服”。
在s点处，试样承受的拉力与试样原始横截面积之比称为屈服点，用σs表示σs=F s/A0式中F s r——试样屈服时的拉力（N）；A0——试样原始截面积（mm2）。
金属材料的强度和塑性研究
金属材料的强度和塑性研究随着工业的快速发展和科学技术的不断进步，金属材料已经成为了现代社会中不可或缺的一部分。
在各种领域中，金属材料被广泛应用于生产、建设、科研等方面。
而人们对于金属材料的强度和塑性越来越重视，这也成为了研究的热点之一。
金属材料的强度和塑性是两个非常重要的物理指标，在金属材料的生产和应用过程中，这两个指标经常被用来衡量材料的质量和性能。
首先，强度是金属材料的另一种重要性能。
它通常是指金属材料能够承受外部力量而不发生破坏的能力。
因此，强度越高的金属材料，它的承受力就会更强，而不易发生破坏和变形。
不同的金属材料具有不同的强度，这取决于材料的成分、微观结构和热处理工艺等因素。
一般来说，强度越高的金属材料，它的成本也相对较高。
因此，在实际生产和应用中，需要根据具体的需求来选择适当的材料。
其次，塑性是金属材料的另一个重要性能。
它通常指金属材料在受到外部压力或外力作用后会发生变形的能力。
不同的金属材料具有不同的塑性，这取决于材料的结构、成分和热处理工艺等因素。
与强度相比，塑性是一种更为复杂的性能。
在一些需要进行弯曲、拉伸、挤压等形变加工的应用中，塑性是至关重要的。
同时，在金属材料的生产和应用中，还需要根据具体情况来选择适当的材料。
当然，金属材料的强度和塑性不是简单的两个方面，它们之间还存在着密切的关系。
为了更好地理解这种关系，我们需要深入研究金属材料的结构和性能。
在研究金属材料的强度和塑性时，需要考虑到多种因素。
例如，材料的晶粒尺寸、数量和分布等因素，这些因素会对金属材料的强度和塑性产生影响。
此外，材料的形貌和测试方法等也会影响对其强度和塑性的测量结果。
因此，在研究金属材料的强度和塑性时，需要采用多种方法和手段。
例如，可以利用电子显微镜和X射线衍射等手段对金属材料中的晶粒结构进行分析和研究。
此外，为了更好地衡量金属材料的强度和塑性，也可以采用拉伸试验、压缩试验和扭曲试验等不同的测试方法。
总的来说，金属材料的强度和塑性是不可分割的两个方面。
金属材料高温强度与塑性现象研究
金属材料高温强度与塑性现象研究金属材料是人类社会中使用最广泛的材料之一。
其中，高温下的金属材料的强度与塑性是研究的重点之一。
在高温环境下，金属材料的强度与塑性发生了明显的变化。
了解这些变化对于设计和制造高温应用材料具有重要的意义。
高温下金属材料的强度与塑性是相互关联的。
在高温下，金属材料的强度会受到温度的影响。
温度的升高会导致金属原子的振动加剧，从而增加了金属中的缺陷，例如晶界滑移、孔洞和位错。
这些缺陷会影响金属材料的应力分布和位移，在一定温度区间内，材料的强度随着温度的升高而降低。
同时，高温下的金属材料的塑性也会发生变化。
在一定温度区间内，材料的热膨胀系数增大，导致材料的尺寸发生变化。
此外，高温下的金属材料的塑性也会因为缺陷的变化而发生变化。
材料的位错密度会增大，因此材料的可塑性会得到提高。
在高温下，材料的塑性增加，但是材料也更容易发生流变和热疲劳。
高温下金属材料的强度与塑性研究已经成为材料科学一个热门的研究领域。
科学家们通过多种实验方法以及计算和模拟方法，研究材料在高温下的微观结构和变化过程。
这些研究为设计和制造高温应用材料提供了有力的支持。
一个例子是航空发动机的叶片设计。
航空发动机必须在非常高的温度下运行，需要具有很高的强度和塑性。
科学家们研究了不同材料在高温下的力学性能和塑性，通过实验和计算，找到了最优材料和最优设计方案。
这些研究不仅为航空发动机的设计提供了重要的数据和建议，也为其他高温应用材料的设计提供了借鉴和参考。
除了材料的强度与塑性，高温下的材料还会发生其他的物理和化学变化，例如氧化、晶界滑移和相变等。
这些变化也对材料的性能和寿命产生了影响。
因此，科学家们也在研究这些变化，以了解材料在高温环境下的完整的物理和化学行为。
总之，高温下金属材料的强度与塑性是一个复杂且关键的研究领域。
对于高温应用材料的设计和制造来说，了解这些变化尤为重要。
通过科学家们的不断探索，我们相信，在未来，我们会有更好的高温应用材料。
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。
金属材料的塑性指标
金属材料的塑性指标
金属材料的塑性指标是指金属在受力作用下发生塑性变形的能力。
塑性指标是
评价金属材料加工性能的重要指标之一，对于金属材料的选择和加工具有重要的指导作用。
常见的金属材料的塑性指标包括屈服强度、延伸率、冷加工硬化指数等。
首先，屈服强度是金属材料在拉伸试验中开始发生塑性变形时的应力值。
屈服
强度越大，表示金属材料的抗拉性能越好，具有更高的塑性。
屈服强度是评价金属材料抗拉性能的重要参数，对于金属材料在工程结构中的应用具有重要的指导意义。
其次，延伸率是金属材料在拉伸试验中断裂前的变形量与原始标距的比值。
延
伸率越大，表示金属材料的塑性越好，具有更好的加工性能。
延伸率是评价金属材料加工性能的重要指标之一，对于金属材料的选择和加工具有重要的指导作用。
另外，冷加工硬化指数是金属材料在冷加工过程中硬化速率的指标。
冷加工硬
化指数越小，表示金属材料的塑性越好，具有更好的冷加工性能。
冷加工硬化指数是评价金属材料冷加工性能的重要参数，对于金属材料的冷加工工艺设计具有重要的指导意义。
总之，金属材料的塑性指标是评价金属材料加工性能的重要指标，对于金属材
料的选择和加工具有重要的指导作用。
通过对金属材料的屈服强度、延伸率、冷加工硬化指数等塑性指标的评价，可以有效地指导金属材料的应用和加工工艺的设计，提高金属材料的加工质量和效率，促进金属材料在工程结构中的应用。
因此，加强对金属材料塑性指标的研究和应用具有重要的意义，有助于推动金属材料领域的发展和进步。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
根据载荷的作用方式不同，强度可分为抗拉强度、抗压强度、 抗剪强度、抗扭强度和抗弯强度。通常以抗拉强度代表材料
的强度指标。
材料强度的大小通常用单位面积上所承受的力来表示， 其单位为N/m2(Pa)，但Pa这个单位太小，所以实际工程 中常用MPa（MPa=106Pa）作为强度的单位。
三、塑性
1、 定义 金属材料断裂前发生永久变形的能力。 2、衡量指标 ①断后伸长率： 试样拉断后，标距的伸长量与原始标距的百分比。
②断面收缩率：
试样拉断后，颈缩处的横截面积的缩减量与 原始横截面积的百分比。
断后伸长率（ A ）
l1-l0 A= l0
×100%
l1——试样拉断后的标距（mm） l0——试样的原始标距（mm）
同一材料的试样长短不同，测得的断后伸长率略有不同。 由于大多数韧性金属材料的集中塑性变形量大于均匀塑性变
形量，因此，比例试样的尺寸越短，其断后伸长率越大，用
短试样（L0＝5d0）测得的断后伸长率A略大于用长试样（L0 ＝10d0）测得的断后伸长率A11.3。
国标GB228-2002规定，对没有明显屈服现象的材料，一
般规定以试样达到0.2%残余伸长率对应的应力作为材料的
屈服强度，称为条件（名义）屈服强度，通常记作Rp0.2 。
例如Rp0.2 表示规定残余延伸率为0.2％时的应力。 其计算公式为： Rp0.2 ＝F0.2 / S0 （N/ mm2）
式中：F0.2－残余延伸率达0.2％时的载荷（N）； S0－试样原始横截面积（mm2）。
2、屈服强度
（1） 屈服现象
在金属拉伸试验过程中，当应 力超过弹性极限后，变形增加 较快，此时除了弹性变形外， 还产生部分塑性变形。当外力 增加到一定数值时突然下降， 随后，在外力不增加或上下波 动情况下，试样继续伸长变形， 在力－伸长曲线出现一个波动
的小平台，这便是屈服现象。
（2）屈服强度
在拉伸曲线上，与上、下屈服点相对应的应力称为上、下屈
服强度，分别用ReH和ReL表示。在金属材料中，一般用下屈
服强度ReL代表其屈服强度。
ReH和ReL的计算公式如下：
ReH R eL
FeH S0 FeL S0
（3） 条件（名义）屈服强度
对于高碳淬火钢、铸铁等材料，在拉伸试验中没有明显的 屈服现象，无法确定其屈服强度。
F
F0.2 Rp0.2 =
Байду номын сангаас
F0.2 S0
0 0.2%L0 ΔL
工程上各种构件或机器零件工作时均不允许发生过量塑性变 形，因此屈服强度ReL和条件屈服强度Rp0.2是工程技术上重
要的力学性能指标之一，也是大多数机械零件选材和设计的
依据。
传统的强度设计方法，对韧性材料，以屈服强度为标准，
规定许用应力[σ ]= ReL /n，安全系数n一般取2或更大。
导读
金属材料在现代工业中的广泛应用主要是由于其能 满足各种工程构件或机械零件所需的力学性能和工
艺性能要求，所以掌握各种金属材料的力学性能及
其变化规律，根据工作条件及力学性能选择材料，
充分发挥其性能潜力，是保证构件或零件质量的基
础。
材料在力的作用下，诸如不同载荷所造成的弹性变形、塑性
变形、断裂（脆性断裂、韧性断裂、疲劳断裂等）以及金属
3. 脆性材料的拉伸曲线（与低碳钢试样相对比）
F
0
ΔL
脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。
在实际工程应用中，在最大许用应力条件下是 否产生或产生多大微量塑性变形是重要的，具有实 际意义。
二、强度
强度是指金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力，是工程技术 上重要的力学性能指标。
按照载荷的性质，材料强度有静强度、疲劳强度等；按照环
抵抗变形和断裂能力的衡量指标。
金属材料的力学性能是指在承受各种外加载荷（拉伸、压缩、 弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时，对变形与断裂的抵抗 能力及发生变形的能力。
常用的力学性能有：强度、塑性、硬度、冲击韧性及疲劳极
限等。
材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。
外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。
一般钢材的屈服强度在200～2000MPa 之间，如建造
2008年北京奥运会主体育场“鸟巢”外部钢结构的 Q460E钢，其屈服强度为460MPa。
1、弹性极限Re
弹性极限是指在产生完全弹性变形时材料所能承受 的最大应力，即：
Fe Re So
式中Fe——试样完全弹性变形时所能承受的最大载荷(N ) So——试样原始截面积(mm2)
长试样：L0=10d0 短试样：L0=5d0
万能材料试验机 a) WE系列液压式 b) WDW系列电子式
2. 力－伸长曲线 拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲线。
颈缩阶段 强化阶段 屈服阶段
弹性变形阶段
如图：低碳钢的力—伸长曲线
(a)试样 (b)伸长 (c)产生缩颈 (d)断裂
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形和 断裂的能力。
塑性是指金属材料在静载荷作用下产生塑性变形而不
致引起破坏的能力。
金属材料的强度和塑性的指标可通过拉伸试验测定。
一、拉伸实验
（GB/T228-2002）
1. 拉伸试样 2. 力—伸长曲线（以低碳钢试样为例）
3. 脆性材料的拉伸曲线
1. 拉伸试样 有圆形、矩形、六方等形状。
4、强度的意义
强度是指金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力，一般钢材的
屈服强度在200～1000MPa 之间。
强度越高，表明材料在工作时越可以承受较高的载荷。当载
荷一定时，选用高强度的材料，可以减小构件或零件的尺寸，
从而减小其自重。
因此，提高材料的强度是材料科学中的重要课题，称之为材 料的强化。
ReL 和Rp0.2常作为零件选材和设计的依据。
3、抗拉强度 材料在断裂前所能承受的最大应力，用符号Rm表 示。 计算公式
Fm Rm= S0
抗拉强度Rm的物理意义是塑性材料抵抗大量均匀塑 性变形的能力。
铸铁等脆性材料拉伸过程中一般不出现缩颈现象， 抗拉强度就是材料的断裂强度。
断裂是零件最严重的失效形式，所以，抗拉强度也 是机械工程设计和选材的主要指标，特别是对脆性 材料来讲。