金属材料的强度与塑性课件
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金属的力学性能ppt课件
采用顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为 1.588mm的淬火钢球作为压头,直接测量压痕深度 来表示材料的硬度值。
试验时先施加初载荷，使压头与试样表面接 触良好，保证测量准确，再施加主载荷，保持到 规定的时间后再卸除主载荷，依据压痕的深度来 确定材料的硬度值。
15
2.洛氏硬度（HR）——生产上应用较广泛
8
二、塑性
定义： 材料受力后在断裂之前产生塑性变形的能力。
(1)断后伸长率
公式：A = （Lu- L0）/L0 ×100% 式中： L0—试样原标距的长度（mm）
Lu—试样拉断后的标距长度（mm）
(2)断面收缩率
公式： Z = （S0 - Su）/S0 ×100% 式中： S0—试样原始横截面面积（mm2）
2
一、强度
1）定义 金属在静载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能
力。 2）分类
根据载荷作用方式不同： a）抗拉强度——主要的常用强度指标； b）抗压强度； c）抗剪强度； d）抗扭强度； e）抗弯强度。
3
1.拉伸试样
形状：根据国家标准（GB/T228——2002） 有：圆形、矩形、六方形。
强度指标一般可以通过金属拉伸试验来测定。 把标准试样装夹在试验机上，然后对试样缓慢施 加拉力，使之不断变形直到拉断为止。
压痕直径（d）越小，数值越大，表示硬度 越高。
8
11
2)布氏硬度的符号及表示方法 布氏硬度的符号用 HBS或HBW表示。
① HBS表示压头为淬火 钢球，用于测定布氏 硬度值在450N/mm2（MPa）以下的金属材料，如 软钢、灰铸铁和有色金属等。对于较硬的钢或较薄 的板材不适用。
在钢管标准中，布氏硬度用途最广，往往以压 痕直径d来表示该材料的硬度，既直观，又方便。
试验时先施加初载荷，使压头与试样表面接 触良好，保证测量准确，再施加主载荷，保持到 规定的时间后再卸除主载荷，依据压痕的深度来 确定材料的硬度值。
15
2.洛氏硬度（HR）——生产上应用较广泛
8
二、塑性
定义： 材料受力后在断裂之前产生塑性变形的能力。
(1)断后伸长率
公式：A = （Lu- L0）/L0 ×100% 式中： L0—试样原标距的长度（mm）
Lu—试样拉断后的标距长度（mm）
(2)断面收缩率
公式： Z = （S0 - Su）/S0 ×100% 式中： S0—试样原始横截面面积（mm2）
2
一、强度
1）定义 金属在静载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能
力。 2）分类
根据载荷作用方式不同： a）抗拉强度——主要的常用强度指标； b）抗压强度； c）抗剪强度； d）抗扭强度； e）抗弯强度。
3
1.拉伸试样
形状：根据国家标准（GB/T228——2002） 有：圆形、矩形、六方形。
强度指标一般可以通过金属拉伸试验来测定。 把标准试样装夹在试验机上，然后对试样缓慢施 加拉力，使之不断变形直到拉断为止。
压痕直径（d）越小，数值越大，表示硬度 越高。
8
11
2)布氏硬度的符号及表示方法 布氏硬度的符号用 HBS或HBW表示。
① HBS表示压头为淬火 钢球，用于测定布氏 硬度值在450N/mm2（MPa）以下的金属材料，如 软钢、灰铸铁和有色金属等。对于较硬的钢或较薄 的板材不适用。
在钢管标准中，布氏硬度用途最广，往往以压 痕直径d来表示该材料的硬度，既直观，又方便。
金属材料的力学性能课件
南山学院
第一章 金属的力学性能
第一节 强度与塑性
一、材料的拉伸曲线
1、oe段：直线、弹性变性 oe段 直线、 2、es段：曲线、弹性变形+塑性变形 es段 曲线、弹性变形+ 3、s s 段：水平线（略有波动）明显 s’段 水平线（略有波动） 的塑性变形屈服现象， 的塑性变形屈服现象，作用的力基本不 试样连续伸长。 变，试样连续伸长。 4、s’b曲线：弹性变形+均匀塑性变形 b曲线：弹性变形+ 5、b点：出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低， 出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低， 拉伸力达到最大值，试样即将断裂。 拉伸力达到最大值，试样即将断裂。
南山学院
§1-1 强度与塑性
一、强度的指标
强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力 。 1、屈服点
σs = Fs/S0 符号： 符号： σs 材料产生屈服现象时的最小应力
Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（N） S0 ：试样原始横截面积（mm） 试样屈服时所承受的拉伸力（ ） 试样原始横截面积（ ）
2、抗拉强度
4、测量范围
用于测量灰铸铁 结构钢、非铁金属及非金属材料等. 灰铸铁、 用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等.
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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） 洛氏硬度试验
原理: 用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面， 原理: 用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面， 经规定时间后卸除试验力， 经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一 种压痕硬度试验。 种压痕硬度试验。
南山学院
§1-2 硬度
一、布氏硬度
金属材料的力学性能ppt课件.ppt
为塑性变形。
F F F
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
拉伸试验
d0
F
F
l0
L 拉伸前
dk
lk
拉伸后
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
标准冲击试样有两种，一种是Ｕ形缺口试样，另一种是Ｖ
形缺口试样。它们的冲击韧度值分别以a KU和a KV。
材料的a K值愈大，韧性就愈好；材料的a K值愈小，材料
的脆性愈大
通常把a K值小的材料称为脆性材料 研究表明，材料的a K值随试验温度的降低而降低。
加载速度越快，温度越低，表面及冶金质量越差， a K在值
Fe
e
k
4、s’b曲线：弹性变形+均匀塑性变
形
5、b点出现缩颈现象，即试样局部
o
截面明显缩小试样承载能力降低，
拉伸力达到最大值，而后降低，但
变形量增大，K点时试样发生断裂。
F S0 拉伸曲线
l l0
应力—应变曲线
l
e — 弹性极限点 S — 屈服点 b — 极限载荷点
K — 断裂点
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
3) 维氏硬度
维氏硬度试验原理
维氏硬度压痕
维氏硬度计
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
F F F
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拉伸试验
d0
F
F
l0
L 拉伸前
dk
lk
拉伸后
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
标准冲击试样有两种，一种是Ｕ形缺口试样，另一种是Ｖ
形缺口试样。它们的冲击韧度值分别以a KU和a KV。
材料的a K值愈大，韧性就愈好；材料的a K值愈小，材料
的脆性愈大
通常把a K值小的材料称为脆性材料 研究表明，材料的a K值随试验温度的降低而降低。
加载速度越快，温度越低，表面及冶金质量越差， a K在值
Fe
e
k
4、s’b曲线：弹性变形+均匀塑性变
形
5、b点出现缩颈现象，即试样局部
o
截面明显缩小试样承载能力降低，
拉伸力达到最大值，而后降低，但
变形量增大，K点时试样发生断裂。
F S0 拉伸曲线
l l0
应力—应变曲线
l
e — 弹性极限点 S — 屈服点 b — 极限载荷点
K — 断裂点
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
3) 维氏硬度
维氏硬度试验原理
维氏硬度压痕
维氏硬度计
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
金属材料的力学性能-课件
❖ 金属材料旳力学性能是指在承受多种外加载荷（拉 伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时， 对变形与断裂旳抵抗能力及发生变形旳能力。
强度与塑性
❖ 强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性 变形和断裂旳能力。
❖ 塑性是指金属材料在静载荷作用下产生塑性变 形而不致引起破坏旳能力。
❖ 金属材料旳强度和塑性旳判据可经过拉伸试验 测定。
断后伸长率（ δ ）
l1-l0
δ=
×100%
l0
l1——试样拉断后旳标距,mm; l0——试样旳原始标距,mm。
断面收缩率（ψ）
ψ= S0-S1 ×100% S0
S0——试样原始横截面积,mm2； S1——颈缩处旳横截面积,mm2 。
屈服现象
❖ 在金属拉伸试验过程中， 当应力超出弹性极限后， 变形增长较快，此时除 了弹性变形外，还产生 部分塑性变形。当外力 增长到一定数值时忽然 下降，随即，在外力不 增长或上下波动情况下， 试样继续伸长变形，在 力－伸长曲线出现一种 波动旳小平台，这便是 屈服现象。
强度
屈服点
在伸长过程中力不增长（保持恒定），试样仍能继续
伸长时旳应力，单位为MPa，即：
S
FS Ao
式中：Fs——材料屈服时旳拉伸力，（ N ）； Ao——试样原始截面积，（ mm2 ）。
要求残余延伸强度
❖ 对于高碳淬火钢、铸铁等材料，在拉伸试验 中没有明显旳屈服现象，无法拟定其屈服强 度。
❖ 国标GB228-2023要求，一般要求以试样到 达一定残余伸长率相应旳应力作为材料旳屈 服强度，称为要求残余延伸强度，一般记作 Rr。例如Rr0.2表达残余伸长率为0.2%时旳 应力。
要求残余延伸应力
F0.2 A0
强度与塑性
❖ 强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性 变形和断裂旳能力。
❖ 塑性是指金属材料在静载荷作用下产生塑性变 形而不致引起破坏旳能力。
❖ 金属材料旳强度和塑性旳判据可经过拉伸试验 测定。
断后伸长率（ δ ）
l1-l0
δ=
×100%
l0
l1——试样拉断后旳标距,mm; l0——试样旳原始标距,mm。
断面收缩率（ψ）
ψ= S0-S1 ×100% S0
S0——试样原始横截面积,mm2； S1——颈缩处旳横截面积,mm2 。
屈服现象
❖ 在金属拉伸试验过程中， 当应力超出弹性极限后， 变形增长较快，此时除 了弹性变形外，还产生 部分塑性变形。当外力 增长到一定数值时忽然 下降，随即，在外力不 增长或上下波动情况下， 试样继续伸长变形，在 力－伸长曲线出现一种 波动旳小平台，这便是 屈服现象。
强度
屈服点
在伸长过程中力不增长（保持恒定），试样仍能继续
伸长时旳应力，单位为MPa，即：
S
FS Ao
式中：Fs——材料屈服时旳拉伸力，（ N ）； Ao——试样原始截面积，（ mm2 ）。
要求残余延伸强度
❖ 对于高碳淬火钢、铸铁等材料，在拉伸试验 中没有明显旳屈服现象，无法拟定其屈服强 度。
❖ 国标GB228-2023要求，一般要求以试样到 达一定残余伸长率相应旳应力作为材料旳屈 服强度，称为要求残余延伸强度，一般记作 Rr。例如Rr0.2表达残余伸长率为0.2%时旳 应力。
要求残余延伸应力
F0.2 A0
金属的塑性课件
塑性图是选择合理的金属塑性加工方法和制订冷加工 和热加工工艺规程的重要依据，是生产中不可缺少的基本 资料之一。
试验温度／℃
图为W18Cr4V高速钢的塑性图。该钢种在800～1200℃的温度范围内具 有很好的塑性。塑性加工(如轧制)前钢锭加热时的最高温度为1230℃， 超过此温度，钢可能产生裂纹或轴向断裂；变形终了温度不应低于900℃
晶界的作用：
✓ 1. 阻碍作用 拉伸试样变形后在晶界处呈竹节状，每个晶粒中的滑移带均终止于晶界
附近，晶界附近位错塞积。位错塞积，材料强度提高。 ✓ 2. 协调作用
晶界正是起着相邻晶粒的变形的作用。由于协调变形的要求，在晶界 处变形必须连续，也就是说两个相邻晶粒在晶界处的变形必须相同。
✓ 3．促进作用 在高温在变形时，由于晶界比晶粒弱，故除了晶粒内滑移，相邻两个晶粒 还会沿着晶界发生相对滑移，此称为晶界滑动。晶界滑动了也造成晶体 宏观塑性变形，但变形量远远小于滑移和孪生引起的塑性变形。
讨论：
(1) 若硬脆相呈连续分布在塑性相(基体)晶界上，则经少量变 形后会发生沿晶脆断。脆性相越多，网状越连续，塑性越 差。如过共析钢中二次Fe3C呈网状分布于铁素体晶界上。
(2) 若硬脆相呈层片状分布在基体相中，由于变形主要集中在 基体相中，且位错移动被限制在很短距离内，增加了继续 变形的阻力，使其强度提高。如钢中的片状P由片状α和片 状Fe3C相间组成。
✓ 4．起裂作用 一方面，由于晶界阻碍滑移，此处由于位错塞积而引起应力集中，
另一方面，材料中的杂质和第二相往往优先分布于晶界，使晶界变脆。 这样一来，在变形过程中裂纹往往起源于晶界。此外，由于晶界处缺陷 多，原子处于能量较高的不稳定状态，在腐蚀介质作用下，晶界往往优 先被腐蚀形成微裂纹。
试验温度／℃
图为W18Cr4V高速钢的塑性图。该钢种在800～1200℃的温度范围内具 有很好的塑性。塑性加工(如轧制)前钢锭加热时的最高温度为1230℃， 超过此温度，钢可能产生裂纹或轴向断裂；变形终了温度不应低于900℃
晶界的作用：
✓ 1. 阻碍作用 拉伸试样变形后在晶界处呈竹节状，每个晶粒中的滑移带均终止于晶界
附近，晶界附近位错塞积。位错塞积，材料强度提高。 ✓ 2. 协调作用
晶界正是起着相邻晶粒的变形的作用。由于协调变形的要求，在晶界 处变形必须连续，也就是说两个相邻晶粒在晶界处的变形必须相同。
✓ 3．促进作用 在高温在变形时，由于晶界比晶粒弱，故除了晶粒内滑移，相邻两个晶粒 还会沿着晶界发生相对滑移，此称为晶界滑动。晶界滑动了也造成晶体 宏观塑性变形，但变形量远远小于滑移和孪生引起的塑性变形。
讨论：
(1) 若硬脆相呈连续分布在塑性相(基体)晶界上，则经少量变 形后会发生沿晶脆断。脆性相越多，网状越连续，塑性越 差。如过共析钢中二次Fe3C呈网状分布于铁素体晶界上。
(2) 若硬脆相呈层片状分布在基体相中，由于变形主要集中在 基体相中，且位错移动被限制在很短距离内，增加了继续 变形的阻力，使其强度提高。如钢中的片状P由片状α和片 状Fe3C相间组成。
✓ 4．起裂作用 一方面，由于晶界阻碍滑移，此处由于位错塞积而引起应力集中，
另一方面，材料中的杂质和第二相往往优先分布于晶界，使晶界变脆。 这样一来，在变形过程中裂纹往往起源于晶界。此外，由于晶界处缺陷 多，原子处于能量较高的不稳定状态，在腐蚀介质作用下，晶界往往优 先被腐蚀形成微裂纹。
金属的超塑性变形PPT课件
金属的超塑性变形PPT 课件
目 录
• 引言 • 金属的超塑性变形概述 • 金属的超塑性变形机理 • 超塑性变形工艺 • 超塑性变形的影响因素 • 超塑性变形的应用实例 • 未来展望与研究方向
引言
01
主题简介
金属的超塑性变形是一种特殊的 材料行为，指金属在特定条件下
展现出极高的塑性变形能力。
这种能力使得金属在变形过程中 不会引发断裂或过多的能量耗散。
超塑性变形在金属加工、制造和 材料科学等领域具有广泛的应用
前景。
目的和意义
了解超塑性变形的原理和机制，有助于更好地应用这种材料行为，优化金属制品的 性能。
研究超塑性变形有助于推动材料科学的发展，为新材料的研发和应用提供理论支持。
通过深入探讨超塑性变形的机理，可以揭示金属材料的内在特性，为金属加工和制 造提供新的思路和方法。
织结构和性能。
应用
广泛应用于钛合金、铝合金、镁 合金等轻质合金的加工和性能优
化。
超塑性变形的影响因
05
素
材料成分与组织
材料成分
超塑性变形的性能与金属材料的成分密切相关。例如，某些合金元素可以提高超 塑性变形的稳定性和延伸率。
组织结构
材料的微观组织结构对超塑性变形行为具有显著影响。细晶、孪晶、相变等结构 特征可以增强超塑性变形能力。
应力状态的影响
超塑性变形通常在较低的应力状态下进行，这有助于材料在变形过程中保持较 好的延展性。
温度的影响
超塑性变形的温度范围通常较高，这有助于原子扩散和晶界滑移等过程，从而 促进材料的塑性变形。
超塑性变形工艺
04
热超塑性变形
定义
热超塑性变形是一种在高温下进行的塑性变形过程，金属 在特定的温度范围内表现出良好的延展性和低流变应力， 从而能够实现大塑性变形而不破裂。
目 录
• 引言 • 金属的超塑性变形概述 • 金属的超塑性变形机理 • 超塑性变形工艺 • 超塑性变形的影响因素 • 超塑性变形的应用实例 • 未来展望与研究方向
引言
01
主题简介
金属的超塑性变形是一种特殊的 材料行为，指金属在特定条件下
展现出极高的塑性变形能力。
这种能力使得金属在变形过程中 不会引发断裂或过多的能量耗散。
超塑性变形在金属加工、制造和 材料科学等领域具有广泛的应用
前景。
目的和意义
了解超塑性变形的原理和机制，有助于更好地应用这种材料行为，优化金属制品的 性能。
研究超塑性变形有助于推动材料科学的发展，为新材料的研发和应用提供理论支持。
通过深入探讨超塑性变形的机理，可以揭示金属材料的内在特性，为金属加工和制 造提供新的思路和方法。
织结构和性能。
应用
广泛应用于钛合金、铝合金、镁 合金等轻质合金的加工和性能优
化。
超塑性变形的影响因
05
素
材料成分与组织
材料成分
超塑性变形的性能与金属材料的成分密切相关。例如，某些合金元素可以提高超 塑性变形的稳定性和延伸率。
组织结构
材料的微观组织结构对超塑性变形行为具有显著影响。细晶、孪晶、相变等结构 特征可以增强超塑性变形能力。
应力状态的影响
超塑性变形通常在较低的应力状态下进行，这有助于材料在变形过程中保持较 好的延展性。
温度的影响
超塑性变形的温度范围通常较高，这有助于原子扩散和晶界滑移等过程，从而 促进材料的塑性变形。
超塑性变形工艺
04
热超塑性变形
定义
热超塑性变形是一种在高温下进行的塑性变形过程，金属 在特定的温度范围内表现出良好的延展性和低流变应力， 从而能够实现大塑性变形而不破裂。
金属材料的强度与塑性
变形、断裂（脆性断裂、韧性断裂、疲劳断裂等）以及金属
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。
×100%
S0——试样原始横截面积（mm2） S1——颈缩处的横截面积（mm2 ）
3、塑性的意义
任何零件都要求材料具有一定的塑性。很显然，断后伸长率
A和断面收缩率Z越大，说明材料在断裂前发生的塑性变形量
越大，也就是材料的塑性越好。
意义： a）安全，防止产生突然破坏； b）缓和应力集中； c）轧制、挤压等冷热加工易变形。
F
F0.2 Rp0.2 =
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。
2、什么是强度？强度有哪些衡量指标？这些指标用什么符号 表示？
3、什么是塑性？塑性有哪些衡量指标？各用什么符号表示？
4、强度和塑性在生产设计中有什么指导意义？
谢 谢
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。
金属材料的力学性能PPT课件
材料的ak值愈大，韧性就愈好； 材料的ak值愈小，材料的脆性愈大。 通常把ak值小的材料称为脆性材料 研究表明，材料的ak值随试验温度的降低而降低。
43
2. 断裂韧性
低应力脆断 工程零（构）件有时在应力低于许用应力的情况
下也会发生突然断裂，称为低应力脆断。
低应力脆断的原因 由于实际应用的材料中常常存在一些裂纹和本身
缺陷，如夹杂物、气孔等或加工和使用过程中产生 的缺陷，裂纹在应力的作用下失稳而扩展，最终导 致零（构）件断裂。
44
1.1.5 疲劳强度
① 疲劳破坏
零件、工具等即使在低于材料屈服强度的交变载荷作用下， 经过一定的循环次数后也会发生突然断裂，这种现象称为疲劳 断裂。 表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值。
（4）应用：广泛用于科研单位和高校，以及薄件表面硬度 检验。不适于大批生产和测量组织不均匀材料。
39
1.1.4 冲击韧性
1. 冲击韧性
是指金属材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。
冲击韧性的测定方法
摆锤式一次冲击试验 小能量多次冲击试验
40
摆锤式一次冲击试验 摆锤式冲击实验机
41
试验原理
14
拉伸试验（应力—应变）曲线
e — 弹性极限点 S — 屈服点 b — 极限载荷点
（缩颈点） K — 断裂点
15
拉伸过程变化的三个阶段
（1） 弹性变形阶段 （2） 屈服变形阶段 （3） 强化阶段 （4） 缩颈阶段
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
16
弹性与塑性
弹性: 金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能回复 其原来形状的性能，叫做弹性。 弹性变形: 随着外力消失而消失的变形，叫做弹性变形。 塑性变形: 在外力消失后留下来的这部分不可恢复的变形，叫 做塑性变形。
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F
F0.2 Rp0.2 =
F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）。
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。
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）
• 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)
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
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。
规定许用应力[σ ]= ReL /n，安全系数n一般取2或更大。 • 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。
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。 • 国标GB228-2002规定，对没有明显屈服现象的材料，一般
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
1. 拉伸试样 有圆形、矩形、六方等形状。
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
• 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
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。
• 按照载荷的性质，材料强度有静强度、疲劳强度等；按照环
境条件，材料强度有常温强度、高温强度等，高温强度又包 括蠕变极限和持久强度。 • 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。
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
• 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。