钢材的力学性能

序号
名称
一 强度
1 抗拉强度
2 抗弯强度
3 抗压强度
量的符号ຫໍສະໝຸດ Baiduσb σbb σbc
钢铁材料的力学性能
单位符号
含义
强度指金属在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能 力。
金属试样拉伸时，在拉断前所承受的最大负荷与试样 原横截面面积之比称为抗拉强度：
Pb
MPa
σb＝——
Fo
式中 Pb——试样拉断前的最大负荷（N）
由于 αK 值的大小，不仅取决于材料本身，同时 还随试样尺寸、形状的改变及试验温度的不同而变 化，因而 αK 值只是一个相对指标。目前国际上许多 国家直接采用冲击吸收功 AK 作为冲击韧度的指标。
AKU
五 疲劳
1 疲劳极限
σ-1
2 疲劳强度
σN
六 硬度
1 布氏硬度
HBS
αKU = ——； F AKU
为屈服强度或条件屈服极限：
P0.2
σ0.2/时间 8 持久强度
(h)
温度
蠕变强度 σ —— 9
应变量/时
间
二 弹性
1 弹性模量
E
2 切变模量
G
3 弹性极限
σe
4 比例极限
σp
σ0.2=—— Fo
式中 P0.2——试样产生永久变形为 0.2%时的载荷（N）
Fo——试样原横截面积（mm²）
金属材料在高温条件下，经过规定时间发生断裂
450HBW
HRA
HRB
HRC
HRD
2 洛氏硬度
HRE
HRF
HRG
HRH
HRK
3 维氏硬度
HV
HSC 4 肖氏硬度
HSD
七 减摩、耐磨性
1 摩擦因数
μ
W
2
磨耗量
V
相对耐磨系
3
ε
数
用金刚石圆锥或钢球压头以初始试验力和总试 验力作用下，压入试样表面，经规定的保持时间后， 卸除主试验力，测残余压痕深度增量计算的硬度值。 洛氏硬度试验分 A、B、C、D、E、F、G、H、K 标尺。 /
金属度样在拉伸过程中，负荷不再增加，而试样仍继 续发生变形的现象称为“屈服”。发生屈服现象时的 应力，称为屈服点或屈服极限：
Ps MPa
σs=—— Fo
式中 Ps——屈服载荷（N）
Fo——试样原横截面积（mm²）
对某些屈服现象不明显的金属材料，测定屈服点比较
困难，常把产生 0.2%永久变形的应力定为屈服点，称 MPa
比的最大应力，称为比例极限： MPa
Pp
σ0.2=——
三 塑性
1
伸长率
δ
2 断面收缩率
ψ
3
泊松比
μ
四 韧性 1 冲击韧度 αKU 或 αKV
2 冲击吸收功 AKU 或 AKV
Fo 式中 Pp——规定比例极限负荷(N)
Fo——试样原横截面积（mm²）
% % /
J/cm2 J
所谓塑性是指金属材料在外力作用下，产生永久 变形而不致破裂的能力。
MPa
时的应力称为持久强度。通常所指的持久强度，是在
一定的温度条件下，试样经 105h 后的断裂强度。
金属材料在高于一定温度下受到应力作用，即使
应力小于屈服强度，试件也会随着时间的增长而缓慢
地产生塑性变形，此种现象称为蠕变。在给定温度下
和规定的时间内，使试样生产一定蠕变变形量的应力
称为蠕变强度，例如：
F μ=—
N 式中：F——摩擦力（N）
N—施加在摩擦部件上的垂直载荷（N)
试样在规定试验条件下经过一定时间或一定距 离摩擦之后，以试样被磨去的重量（g）或体积（cm 3） 之量，称为磨耗量（或磨损量），以磨去体积表示者 称为体积磨耗 V。
在模拟耐磨试验机上，采用 65Mn（52-53HRC）作 为标准试样，在相同条件下，标准试样磨耗量与被测 定材料的绝对磨耗量之比，称为被测材料的相对耐磨
Fo——试样原横截面积（mm²）
试样在位于两支承中间的集中负荷作用下，使其折断
时，折断截面所承受的最大正压力
8PL
对圆试样：σbb＝——
πd3
8PL
MPa
对矩形试样：σbb＝——
2bh2
式中 P——试样所承受最大集中载荷（N）
L——两支承点间的跨距(mm)
d——圆试样截面之外径(mm)
b——矩形截面试样之宽度(mm)
系数。
MPa
500
σ—— = 100MPa，
1/100000
表示材料在 500℃温度下，105h 后应变量为 1%的蠕变
强度为 100MPa。蠕变强度是材料在高温下长期负荷下
对塑性变形抗力的性能指标。
弹性是指金属在外力作用下产生变形，当外力取消后 又恢复到原来的形状和大小的一种特性。
在弹性范围内，金属拉伸试验时，外力和变形成比例
E μ=— - 1
2G 式中 E——弹性模量（GPa）
G——切变模量（GPa）
所谓韧性是指金属材料在冲击力（动力载荷）的 作用下而不破坏的能力。
冲击韧度是评定金属材料于动载荷下受冲击抗 力的力学性能指标，通常都是以大能量的一次冲击值 （αKU 或 αKV）作为标准的，它是采用一定尺寸和 形状的标准试样，在摆锤式一次冲击试验机上来进行 试验。试验结果，以冲断试样上所消耗的功（AKU 或 AKV）与断面处横截面积（F）之比值大小来衡量。
P 双剪:σr＝—— ；
2Fo MPa
P 单剪:σr＝—— ；
Fo 式中 P——剪切时的最大负荷（N）
Fo——受剪部位的横截面积（mm²）
指外力是扭转力的强度极限 3Mb
τb≈—— （适用于钢材） 4Wp
MPa
Mb
τb≈—— （适用于铸铁）
Wp
式中 Mb——扭转力矩（N·mm）
Wp——扭转时试样截面的极断面系数（mm²）
硬度就是指金属抵抗更硬物体压入其表面的能 力。硬度不是一个单纯的物理量，而是反映弹性、强 度、塑性等的一个综合性能指标。
用一定直径的球体（钢球或硬质合金球以相应的
试验力压入试样表面，经规定的保持时间后，卸除试
/
验力，测表面压痕直径计算的硬度值。使用钢球测定
硬度小于等于 450HBS；使用硬质合金球测定硬度大于
αKV= ——； F
式中 αKU ——夏比 U 形缺口试样冲击值（J/cm2） αKV ——夏比 V 形缺口试样冲击值（J/cm2） AKU ——夏比 U 形缺口试样冲断时所消耗的功
（J） AKV ——夏比 V 形缺口试样冲断时所消耗的功
（J）
F——试样缺口处的横截面积（cm²）
金属材料在极限强度以下，长期承受交变负荷 （即大小、方向反复变化的载荷）的作用，在不发生 显著塑性变形的情况下而突然断裂的现象，称为疲 劳。
h——矩形截面试样之宽度(mm)
材料在压力作用下不发生碎、裂所能承受的最大正压
力，称为抗压强度
Pbc
MPa
σbc＝——
Fo
式中 Pbc——试样所受最大集中载荷（N）
Fo——试样原横截面积（mm²）
4 抗剪强度
r、σr
5 抗扭强度
τb
6
屈服点
σs
7 屈服强度
σ0.2
试样剪断前，所承受的最大负荷下的受剪截面具有的 平均应力：（ 钢材网 www.gangcai.com ）
金属材料在拉伸时，试样拉断后，其标距分部所 增加的长度与原标距长度的百分比。δs 是标距为 5 倍直径时的伸长率，δ10 是标距为 10 倍直径时的伸 长率。
金属试样拉断后，其缩颈处横截面积的最大缩减 量与原横截面积的百分比。
对于各向同性的材料，泊松比表示：试样在单相 拉伸时，横向相对收缩量与轴向相对伸长量之比：
GPa
增长，即应力与应变成正比关系时，这个比例系数就
称为弹性模量，也叫正弹性模数。
金属在弹性范围内，当进行扭转试验时，外力和变形
GPa
成比例地增长，即应力与应变成正比关系时，这个比
例系数就称为弹性模量，也叫正弹性模量。
MPa
金属能保持弹性变形的最大应力，称为弹性极限。
在弹性变形阶段，金属材料所承受的和应变能保持正
金属材料在重复或交变应力作用下，经过周次（N）
MPa
的应力循环仍不发生断裂时所能承受的最大应力称
为疲劳极限。
金属材料在重复或交变应力作用下，经过周次
（N）后断裂时所能承受的最大应力，叫作疲劳强度。
MPa
此时，N 称为材料的疲劳寿命。某些金属材料在重复
或交变应力作用下，没有明显的疲劳极限，常用疲劳
强度表示。
用金刚石正四棱体压头以 49.03-980.7N 的试验
/
力压力试样表面，经规定的保持时间后，卸除试验力，
测压痕对角线长度的计算的硬度值。
用金刚石或钢球冲头一定高度落到试样表面，测
/
冲头回跳高度计算硬度值。用目测型硬度计的硬度符
号为 HSC，指示型硬度计的硬度符号为 HSD。
/
g cm 3
/
相互接触的物体，当作相对移动时就会引起摩 擦，引起摩擦的阻力称为摩擦力。根据摩擦定律，通 常把摩擦力（F）与施加在摩擦部位的垂直载荷（N） 的比值，称为摩擦因数。