第一章--金属的力学性能
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金属材料的力学性能
2、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力 表达。 如：120HBS 500HBW 600HBS1/30/20 3、优缺陷
（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
（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
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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
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，
金属材料的主要性能
定义： HR=k-(h1-h0)/0.002 常用标尺有：B、C、A三种
① HRA 硬、薄试件，如硬质合金、表面淬火层和渗碳层。 ② HRB 轻金属，未淬火钢，如有色金属和退火、正火钢等 ③ HRC 较硬，淬硬钢制品；如调质钢、淬火钢等。 洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。
②弹性：材料不产生塑性变形的情况下，所能承受的最 大应力。
弹性极限：σe=Fe/So 不产永久变形的最大抗力。
2）屈服强度s：材料发生微量塑性变形时的应力值。即 在拉伸试验过程中，载荷不增加，
试样仍能继续伸长时的应力。
s = Fs/So
s
条件屈服强度0.2：高碳钢等无屈服点， 国家标准规定以残余变形量为0.2%时的 应力值作为它的条件屈服强度，以0.2 来表示。
影响因素：循环应力特征、温度、材料成分和组织、夹 杂物、表面状态、残余应力等。
二、塑性 金属材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。
1.延伸率
延伸率与试样尺寸有关：δ5、δ10 (L0=5d,10d)
2.断面收缩率 ψ=△S/So=(So-Sk)/So x 100%
> 时，无颈缩，为脆性材料表征； < 时，有颈缩，为塑性材料表征。
0.2
3)抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大 应力值。（材料抵抗外力而不致断裂的极 限应力值）。
b = Fb/So
（5）灰铸铁拉伸时的力学性能 灰口铸铁是典型的脆性材料,其σ-曲线是一段微弯曲 线,如图a)所示,没有明显的直线部分,没有屈服和颈 缩现象,拉断前的应变很小,延伸率也很小。强度极限 σb是其唯一的强度指标。 铸铁等脆性材料的抗拉强度 很低,所以不宜作为受拉零 件的材料。
无论是塑性材料还是脆性材料,断裂时都不产生明显的 塑性变形,而是突然发生,具有很大的危险性,有相当多 零件的破坏属于疲劳破坏,对此必须引起足够的重视。
① HRA 硬、薄试件，如硬质合金、表面淬火层和渗碳层。 ② HRB 轻金属，未淬火钢，如有色金属和退火、正火钢等 ③ HRC 较硬，淬硬钢制品；如调质钢、淬火钢等。 洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。
②弹性：材料不产生塑性变形的情况下，所能承受的最 大应力。
弹性极限：σe=Fe/So 不产永久变形的最大抗力。
2）屈服强度s：材料发生微量塑性变形时的应力值。即 在拉伸试验过程中，载荷不增加，
试样仍能继续伸长时的应力。
s = Fs/So
s
条件屈服强度0.2：高碳钢等无屈服点， 国家标准规定以残余变形量为0.2%时的 应力值作为它的条件屈服强度，以0.2 来表示。
影响因素：循环应力特征、温度、材料成分和组织、夹 杂物、表面状态、残余应力等。
二、塑性 金属材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。
1.延伸率
延伸率与试样尺寸有关：δ5、δ10 (L0=5d,10d)
2.断面收缩率 ψ=△S/So=(So-Sk)/So x 100%
> 时，无颈缩，为脆性材料表征； < 时，有颈缩，为塑性材料表征。
0.2
3)抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大 应力值。（材料抵抗外力而不致断裂的极 限应力值）。
b = Fb/So
（5）灰铸铁拉伸时的力学性能 灰口铸铁是典型的脆性材料,其σ-曲线是一段微弯曲 线,如图a)所示,没有明显的直线部分,没有屈服和颈 缩现象,拉断前的应变很小,延伸率也很小。强度极限 σb是其唯一的强度指标。 铸铁等脆性材料的抗拉强度 很低,所以不宜作为受拉零 件的材料。
无论是塑性材料还是脆性材料,断裂时都不产生明显的 塑性变形,而是突然发生,具有很大的危险性,有相当多 零件的破坏属于疲劳破坏,对此必须引起足够的重视。
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。
第一章金属力学性能与工艺性能
σ
s
：屈服强度
b：最大应力点 “缩颈” σb ：抗拉强度
3.断裂点（k）
强度指标：
1.弹性极限ζe ：是指材料由弹性过 渡到弹-塑性变形的最大应力。 2.屈服强度ζs ：是指材料产生明显 塑性变形时的应力。 需要注意的是，对于高碳钢等一 些相对脆性的金属材料往往没有 明显的屈服平台，规定产生0.2% 残余应变时所对应的应力值作为 其屈服极限，称为条件屈服强度， 记作ζ0.2。 3.抗拉强度ζb ：是指材料拉伸时所 能承受的最大应力。
σ-应力；F-轴向拉力； S-试样原始横截面积
ε =ΔL/L0=(L1-L0)/L0
ε-应变； L0-试样标距； L1-试样拉伸 后长度
应力-应变关系曲线特点（σ-ε曲线）
1.弹性变形阶段（oe） 2.塑性变形阶段（eb） 3.断裂点（k）
应力-应变关系曲线特点（σ-ε曲线）
1.弹性变形阶段（oe）
塑性指标：一般用伸长率(δ)或断面收缩率(Ψ)来反
映材料塑性的好坏。
1.伸长率： δ =(L1-L0)/L0
2.断面收缩率： Ψ=(S0-S1)/S0
三、硬度：
定义：硬度反映了材料表面抵抗其他硬物 压入的能力。 意义：硬度能较敏感地反映材料的成分与 组织结构的变化，与强度、耐磨性以及工艺 性能往往存在一定对应关系，故可用来检验 原材料和控制冷热加工质量。
测量方法：静载压入法
根据压头和载荷的不同，主要有布氏硬度(HB)、 洛氏硬度(HR)和维氏硬度 (HV) 等。
布氏硬度：1900年瑞典工程师布利涅尔
（Brinell）提出
将一定直径的淬火钢球或硬质合金球，在规定载荷下压入被 测金属的表面，并保持一定时间，然后卸除载荷，以金属表面球 形压痕单位面积上所承受载荷的大小来表示被测金属材料的硬度。
金属的力学性能
(2)抗拉强度：试样在断裂前所能承受的最大应力。 抗拉强度：试样在断裂前所能承受的最大应力。 抗拉强度
1）、它表示材料抵抗断裂的能力。 ）、它表示材料抵抗断裂的能力。 ）、它表示材料抵抗断裂的能力 2）、是零件设计的重要依据；也是评定 ）、是零件设计的重要依据； ）、是零件设计的重要依据 金属强度的重要指标之一。 金属强度的重要指标之一。
拉伸试样
第一节 强度和塑性
• 2.拉伸过程 拉伸过程
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
拉伸试验机
3.拉伸曲线 拉伸曲线
F
e p s b k
拉伸的四个阶段
1、oe段: 弹性变形阶段。(op段：比 例 弹性变形阶段；pe段：非比例弹性变 形阶段；) 2、es段：屈服阶段。平台或锯齿。 3、sb段：强化阶段。均匀塑性变形阶段。 *b点：形成了“缩颈”。 ∆l
σe σs σb
F σb = A
b
试样断裂前的最大载荷(N) 试样断裂前的最大载荷 ( M Pa )
0
试样原始横截面积( 试样原始横截面积 mm2)
三、塑性: 塑性
是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。 是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。 1、断面收缩率: 是指试样拉断处横截面积的收 、断面收缩率 与原始横截面积A 缩量∆ A与原始横截面积 0之比。 与原始横截面积 之比。 A0 - A 1 ψ = ——-—× 100% × A0 2、伸长率 是指试样拉断后的标距伸长量∆ L 、伸长率: 与原始标距L 之比。 与原始标距 0之比。 l 1 - l0 δ = ——-—× 100% × l0
e
σe 3.弹性极限 弹性极限: 弹性极限 Fe σe = A0 弹性极限载荷( 弹性极限载荷 N ) ( M pa ) 试样原始横截面积( 试样原始横截面积 mm2)
第一章 金属材料的力学性能
Fb σb= S0
四、塑性的衡量（塑性指标）：伸长率 δ和断面收缩率 Ψ 塑性的衡量（塑性指标）：伸长率 和断面收缩率 ）：
1）伸长率（ δ ） ）伸长率（ 伸长率是指试样拉断 后标距增长量与原始 标距的百分比，即： 标距的百分比，
lk-l0 δ=
×100%
l0
lk——试样拉断后的标距 试样拉断后的标距,mm; 试样拉断后的标距 l0——试样的原始标距 。 试样的原始标距,mm。 试样的原始标距
第一章 金属材料及热处理基础知识
应用于各种工程领域中的材料，如在机械工业中，建筑及桥 应用于各种工程领域中的材料，如在机械工业中，建筑及桥 于各种工程领域中的材料 等等， 统称为工程材料。 梁中，等等，——统称为工程材料。 统称为工程材料 其中用来制造各种机电产品的材料 用来制造各种机电产品的材料， 称为机械工程材料 其中用来制造各种机电产品的材料，——称为机械工程材料 称为机械工程材料. 主要包括： 主要包括： 1）金属材料：钢，铸铁，铜及铜合金，等等。 铸铁，铜及铜合金，等等。 ）金属材料： 2）非金属材料：塑料，橡胶，工业陶瓷，等等。 ）非金属材料：塑料，橡胶，工业陶瓷，等等。 3）复合材料：由两种或两种以上性质不同的材料复合而成的 ）复合材料： 多相材料。 多相材料。 金属材料是制造机器的最主要材料。 金属材料是制造机器的最主要材料。 是制造机器的最主要材料 1、金属材料按含金属元素数量的多少分为： 、金属材料按含金属元素数量的多少分为： 1）纯金属 一种金属 一种金属). ）纯金属(一种金属 2）合金（以一种金属为基 其他金属或非金属） 其他金属或非金属） ）合金（以一种金属为基+其他金属或非金属
刚度、强度、 第一节 刚度、强度、塑性
刚度、强度、弹性和塑性是根据拉伸试验测定出 塑性是根据拉伸试验 刚度、强度、弹性和塑性是根据拉伸试验测定出 来的。 来的。 一、拉伸试验与拉伸曲线 1、拉伸试样 试验前在试棒上打出标距 试验前在试棒上打出标距 按国标规定标准拉伸试样可分为： 按国标规定标准拉伸试样可分为： 板形试样： １) 板形试样：原材料为板材或带材 圆形试样：长试样L 短试样L ２) 圆形试样：长试样L0＝10d0，短试样L0=5d0 其中： 为试样标距， 其中：L0为试样标距，d0为试样直径
金属材料的韧性.正式版PPT文档
一、韧性 1．摆锤式一次冲击试验
40Cr钢冲击吸收功测定试验
4
第一章 金属的力学性能
第三节 韧性与疲劳强度
一、韧性 1．摆锤式一次冲击试验
冲击吸收功 Ak 与温度有 关。由左图可知，Ak 随温度降
低而减少，在某一温度区域，
Ak急剧变化，此温度区域称为
韧脆转变温度。脆转变温度越 低，材料的低温冲击性能越好。
6
第一章 金属的力学性能
第三节 韧性与疲劳强度
二、疲劳强度 循环应力：应力的大小和方向随时间作周期性的变化。
零件在循环应力作用下，常在远小于该材料的σb，甚 至小于σS强度的情况下发生断裂的现象称为金属的疲劳，
金属疲劳的判据是疲劳强度。
7
第三节 韧性与疲劳强度
一、韧性
第三节 韧性与疲劳强度
多冲抗力可用一1定．冲击摆能量锤下冲式断周一次N次表示冲。 击试验
韧性是指金属在断裂前吸收变形能量的能力,可用来衡量金属材料抵抗冲击载荷能力。
Ak=mgh-mgh1冲击吸收功:试样在冲击试验力一次作用下折断时所吸收
的功(A )。 冲击吸收功 Ak 与温度有关。
5
第一章 金属的力学性能
第三节 韧性与疲劳强度
韧性是指金属在断裂前吸收变形能量的能力,可用来衡量金属材料抵抗冲击载荷能力。
一、韧性 冲击吸收功 Ak 与温度有关。
第三节 韧性与疲劳强度
A2．k=小m能gh量-m多gh次1冲2击．试验小简介能量多次冲击试验简介 金属材料抵抗小能量多次冲击的能力叫做多冲抗力。 由左图可知，Ak 随温度降低而减少，在某一温度区域，Ak急剧变化，此温度区域称为韧脆转变温度。
韧第性三的 节判据韧通性过与冲疲击劳k试强验度来测定。
40Cr钢冲击吸收功测定试验
4
第一章 金属的力学性能
第三节 韧性与疲劳强度
一、韧性 1．摆锤式一次冲击试验
冲击吸收功 Ak 与温度有 关。由左图可知，Ak 随温度降
低而减少，在某一温度区域，
Ak急剧变化，此温度区域称为
韧脆转变温度。脆转变温度越 低，材料的低温冲击性能越好。
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第一章 金属的力学性能
第三节 韧性与疲劳强度
二、疲劳强度 循环应力：应力的大小和方向随时间作周期性的变化。
零件在循环应力作用下，常在远小于该材料的σb，甚 至小于σS强度的情况下发生断裂的现象称为金属的疲劳，
金属疲劳的判据是疲劳强度。
7
第三节 韧性与疲劳强度
一、韧性
第三节 韧性与疲劳强度
多冲抗力可用一1定．冲击摆能量锤下冲式断周一次N次表示冲。 击试验
韧性是指金属在断裂前吸收变形能量的能力,可用来衡量金属材料抵抗冲击载荷能力。
Ak=mgh-mgh1冲击吸收功:试样在冲击试验力一次作用下折断时所吸收
的功(A )。 冲击吸收功 Ak 与温度有关。
5
第一章 金属的力学性能
第三节 韧性与疲劳强度
韧性是指金属在断裂前吸收变形能量的能力,可用来衡量金属材料抵抗冲击载荷能力。
一、韧性 冲击吸收功 Ak 与温度有关。
第三节 韧性与疲劳强度
A2．k=小m能gh量-m多gh次1冲2击．试验小简介能量多次冲击试验简介 金属材料抵抗小能量多次冲击的能力叫做多冲抗力。 由左图可知，Ak 随温度降低而减少，在某一温度区域，Ak急剧变化，此温度区域称为韧脆转变温度。
韧第性三的 节判据韧通性过与冲疲击劳k试强验度来测定。
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– 能够灵敏地显示材料的宏观缺陷和组织微小变化，因 此在生产中可用来检验材料的冶金质量,热加工质量
2.冲击韧度随温度下降越 来越低→冷脆现象
– 在韧脆转变温度以下，材料由 韧性状态转变为脆性状态。材 料的韧脆转变温度越低，说明 低温冲击性能越好
2021/2/7
19
第四节 疲劳强度
材料的疲劳：材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处产 生局部永久性累计损伤，经一定循环次数后产生 裂纹或突然发生完全断裂的过程。
•因2此021/σ2/7s和σb是机械零件设计计算的主要依据。
11
四、塑性 ——在外力作用下金属材料在断裂前产生不
可逆永久变形的能力
•常用的塑性判据： 拉伸时的断后伸长率和断面收缩率
2021/2/7
12
1、断后伸长率
L1 Lo 100%
L0
L 1 试样拉断后的标距（mm）
L o 试样原始标距（mm）
2021/2/7
0 .2
屈服强度
10
•抗拉强度(σb) :材料在拉伸条件下所能承受最
大拉力的应力值
b
Fb S0
拉伸过程中最大的拉力（N）
很重要，表示零 件破坏前能抗的
最大应力值
•若零件在使用时不允许产生过量塑性变形，应以材料的σs或
σr0.2进行设计计算。 •若零件在使用时只要求不发生破坏，则以材料的σb来设计计 算。
局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力）
小。
•一般认为ψ＞5％的材料为塑性材料，如低碳钢；ψ＜5％的为
脆性20材21/2料/7 ，如灰铸铁 .
14
塑性对材料的意义: 1.是金属材料进行压力加工的必要条件; 2.提高安全性:因为零件在工作时万一超 载，也会由于塑性变形使材料强化而避
免突然断裂
2021/2/7
15
第二节 冲击韧性
在设计和制造受冲击载荷的零件和工具（如锻锤、冲床、铆 钉枪等）时，必须考虑所用材料的冲击吸收功或冲击韧度。
是强化阶段。
• B点：形成了“缩颈”。 • BK段：非均匀变形阶段，承
载下降，到K点断裂。
弹性变形——去除外力后试样恢复原状的变形
塑性变形——在外力消失后留下来的这部分不可恢复的变形
2021/2/7
5
2、应力与应变曲线
应力σ ：单位面积上试样承受的
载荷。这里用试样承受的载荷
除以试样的原始横截面积S 示:
在多次交变应力作用，金属会在远小于抗拉强度σb，甚至小 于屈服点σs的应力下失效（出现裂纹或完全断裂）
疲劳破坏的原因： 应力集中——微裂纹——扩展——断裂破坏。
疲劳强度（σ-1） ：金属材料经无穷多次（钢材107）应力循环 而不发生疲劳破坏的最大应力值。
2021/2/7
20
第四节 硬 度
硬度：它(表是示材金料属性材能料的在一一个个综小合的的体物积理范量围。内金属材料抵抗
由于同一材料用不同长度的试样测得的断后伸长率δ数值不 同，因此应注明试样尺寸比例。如: δ10——试样 L0=10d0 δ5 ——试样 L0=5d0
2、断面收缩率
S 1 试样断裂后缩颈处的最小横截面积（mm2）
So
试样原始截面积（mm2 ）
•δ和ψ是用来判断材料在断裂前所能产生的最大塑性变形量大
2021/2/7
9
•屈服点（ σs ）:指材料产生屈服时的应力
对有明显屈服现 象的材料
很重要，大多数 零件不允许有塑
性变形
F 屈服点
s
（屈服极限） s
S0
•规定残余伸长应力:
材料屈服时的拉力（N）
对无明显屈服现 象的材料
: 规定残余伸长率为0.2%时的应力 r 0 .2
原标准（GB228-76）：
晶格类型、晶格常数等）。一般机械零件大都在弹性状 态下工作，对刚度有一定要求，如机床主轴、起重机臂 等，在使用时不允许产生过量的弹性变形。
2021/2/7
8
三、强度 ——金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和
破坏的能力
工程上常用的金属材料的强度 指标：
•屈服点（ σs ）或规定残余 伸长应力（ σr） •抗拉强度(σb)
研究力学性能意义：是 选择和使用金属材料的 重要依据
2021/2/7
思考 •如果把铁丝和钢 丝折弯有何区别?
2
第一节 刚度、强度、塑性
一、拉伸试验及拉伸曲线
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1 、变形过程
• OE段：弹性变形 阶段； • 平台或锯齿（ES段）：屈服
阶段；
• SB段：均匀塑性变形阶段，
一、摆锤式一次冲击试验
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把试样放在试验机的支承面上，试样的缺口背向摆锤冲击方向。将质量为
m的摆锤安放到规定的高度H，然后下落，将试样打断，并摆过支点升到
某一高度h，试样在冲击试验力一次作用下，折断时所吸收的功为冲击吸
收功2为021A/2/k7 。
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二、冲击吸收功和冲击韧度
1、试样冲断时所消耗的冲击功A k为:
材料的性能
使用性能
(指金属材料在 使用过程中表现 出的性能)
工艺性能
(指金属材料在 加工过程中表现 出的性能)
物理性能 化学性能 力学性能
热处理性能 铸造性能 焊接性能 锻造性能 切削加工性能
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金属材料的力学性能
-----------是指金属材料在受外力作用时所 反映出来的性能。
常用的力学性能主要有：强度、硬度、塑性、冲 击韧度和疲劳强度等。
A k = m g H – m g h (J)
冲表击面吸粗收糙功度、Ak内作部为组材织料和韧缺性陷判有据关，。与温度、试样形状、尺寸、
2、冲击韧度a k 就是试样缺口处单位截面积上 所消耗的冲击功。
AK
a k=
(J/cm²)
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Sk
Hale Waihona Puke 18冲击韧度对材料的 意义:
1.冲击韧度对材料内部缺陷反映很敏感
– 例:弹簧秤
• 弹性极限（ σe）
– 如:弹簧
• 屈服极限（ σs ）
• 抗拉极限(σb)
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二、刚度 ——是表征金属材料抵抗弹性变形的能力
σ＝E ε • 式中的E为与材料有关的常数，称为弹性模量，工程上
常用E作为衡量材料刚度的指标。 • 弹性模量主要取决于金属材料的种类，即金属的本性（
0表
F
σ= —— ( M pa )
S0
应变ε：单位长度的伸长量。这里
用试样的伸长量除以试样的原 始标距表示:
Δl
ε = ——
l0
应力－应变曲线（ σ- ε曲线）
形状和拉伸曲线基本相同，单位 不同
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思考 怎样比较不同材料抵 抗外力能力的大小？
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2、应力与应变曲线
• 比例极限（ σp ）
2.冲击韧度随温度下降越 来越低→冷脆现象
– 在韧脆转变温度以下，材料由 韧性状态转变为脆性状态。材 料的韧脆转变温度越低，说明 低温冲击性能越好
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第四节 疲劳强度
材料的疲劳：材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处产 生局部永久性累计损伤，经一定循环次数后产生 裂纹或突然发生完全断裂的过程。
•因2此021/σ2/7s和σb是机械零件设计计算的主要依据。
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四、塑性 ——在外力作用下金属材料在断裂前产生不
可逆永久变形的能力
•常用的塑性判据： 拉伸时的断后伸长率和断面收缩率
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1、断后伸长率
L1 Lo 100%
L0
L 1 试样拉断后的标距（mm）
L o 试样原始标距（mm）
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0 .2
屈服强度
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•抗拉强度(σb) :材料在拉伸条件下所能承受最
大拉力的应力值
b
Fb S0
拉伸过程中最大的拉力（N）
很重要，表示零 件破坏前能抗的
最大应力值
•若零件在使用时不允许产生过量塑性变形，应以材料的σs或
σr0.2进行设计计算。 •若零件在使用时只要求不发生破坏，则以材料的σb来设计计 算。
局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力）
小。
•一般认为ψ＞5％的材料为塑性材料，如低碳钢；ψ＜5％的为
脆性20材21/2料/7 ，如灰铸铁 .
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塑性对材料的意义: 1.是金属材料进行压力加工的必要条件; 2.提高安全性:因为零件在工作时万一超 载，也会由于塑性变形使材料强化而避
免突然断裂
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第二节 冲击韧性
在设计和制造受冲击载荷的零件和工具（如锻锤、冲床、铆 钉枪等）时，必须考虑所用材料的冲击吸收功或冲击韧度。
是强化阶段。
• B点：形成了“缩颈”。 • BK段：非均匀变形阶段，承
载下降，到K点断裂。
弹性变形——去除外力后试样恢复原状的变形
塑性变形——在外力消失后留下来的这部分不可恢复的变形
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2、应力与应变曲线
应力σ ：单位面积上试样承受的
载荷。这里用试样承受的载荷
除以试样的原始横截面积S 示:
在多次交变应力作用，金属会在远小于抗拉强度σb，甚至小 于屈服点σs的应力下失效（出现裂纹或完全断裂）
疲劳破坏的原因： 应力集中——微裂纹——扩展——断裂破坏。
疲劳强度（σ-1） ：金属材料经无穷多次（钢材107）应力循环 而不发生疲劳破坏的最大应力值。
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第四节 硬 度
硬度：它(表是示材金料属性材能料的在一一个个综小合的的体物积理范量围。内金属材料抵抗
由于同一材料用不同长度的试样测得的断后伸长率δ数值不 同，因此应注明试样尺寸比例。如: δ10——试样 L0=10d0 δ5 ——试样 L0=5d0
2、断面收缩率
S 1 试样断裂后缩颈处的最小横截面积（mm2）
So
试样原始截面积（mm2 ）
•δ和ψ是用来判断材料在断裂前所能产生的最大塑性变形量大
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•屈服点（ σs ）:指材料产生屈服时的应力
对有明显屈服现 象的材料
很重要，大多数 零件不允许有塑
性变形
F 屈服点
s
（屈服极限） s
S0
•规定残余伸长应力:
材料屈服时的拉力（N）
对无明显屈服现 象的材料
: 规定残余伸长率为0.2%时的应力 r 0 .2
原标准（GB228-76）：
晶格类型、晶格常数等）。一般机械零件大都在弹性状 态下工作，对刚度有一定要求，如机床主轴、起重机臂 等，在使用时不允许产生过量的弹性变形。
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三、强度 ——金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和
破坏的能力
工程上常用的金属材料的强度 指标：
•屈服点（ σs ）或规定残余 伸长应力（ σr） •抗拉强度(σb)
研究力学性能意义：是 选择和使用金属材料的 重要依据
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思考 •如果把铁丝和钢 丝折弯有何区别?
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第一节 刚度、强度、塑性
一、拉伸试验及拉伸曲线
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1 、变形过程
• OE段：弹性变形 阶段； • 平台或锯齿（ES段）：屈服
阶段；
• SB段：均匀塑性变形阶段，
一、摆锤式一次冲击试验
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把试样放在试验机的支承面上，试样的缺口背向摆锤冲击方向。将质量为
m的摆锤安放到规定的高度H，然后下落，将试样打断，并摆过支点升到
某一高度h，试样在冲击试验力一次作用下，折断时所吸收的功为冲击吸
收功2为021A/2/k7 。
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二、冲击吸收功和冲击韧度
1、试样冲断时所消耗的冲击功A k为:
材料的性能
使用性能
(指金属材料在 使用过程中表现 出的性能)
工艺性能
(指金属材料在 加工过程中表现 出的性能)
物理性能 化学性能 力学性能
热处理性能 铸造性能 焊接性能 锻造性能 切削加工性能
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金属材料的力学性能
-----------是指金属材料在受外力作用时所 反映出来的性能。
常用的力学性能主要有：强度、硬度、塑性、冲 击韧度和疲劳强度等。
A k = m g H – m g h (J)
冲表击面吸粗收糙功度、Ak内作部为组材织料和韧缺性陷判有据关，。与温度、试样形状、尺寸、
2、冲击韧度a k 就是试样缺口处单位截面积上 所消耗的冲击功。
AK
a k=
(J/cm²)
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Hale Waihona Puke 18冲击韧度对材料的 意义:
1.冲击韧度对材料内部缺陷反映很敏感
– 例:弹簧秤
• 弹性极限（ σe）
– 如:弹簧
• 屈服极限（ σs ）
• 抗拉极限(σb)
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二、刚度 ——是表征金属材料抵抗弹性变形的能力
σ＝E ε • 式中的E为与材料有关的常数，称为弹性模量，工程上
常用E作为衡量材料刚度的指标。 • 弹性模量主要取决于金属材料的种类，即金属的本性（
0表
F
σ= —— ( M pa )
S0
应变ε：单位长度的伸长量。这里
用试样的伸长量除以试样的原 始标距表示:
Δl
ε = ——
l0
应力－应变曲线（ σ- ε曲线）
形状和拉伸曲线基本相同，单位 不同
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思考 怎样比较不同材料抵 抗外力能力的大小？
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2、应力与应变曲线
• 比例极限（ σp ）