机械制造基础第1章金属材料的力学性能
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，
第一章 金属材料的力学性能 机械制造基础课件
南山学院
§1-1 强度与塑性
二、塑性指标
塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是 断后伸长率和断面收缩率。
1、断后伸长率 指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。
δ=(L1-L)/L x 100%
L:标距（本实验L=100） L1:拉断后的试件标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。 2、断面收缩率 指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。
常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。
南山学院
原理:用夹角为136°的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F （49.03-980.07N）压入试样表面，测出压痕对角线长度d。
2、维氏硬度值 用压痕对角线长度表示。如：640HV。
3、优缺点
（1）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）（2）可测成 品与薄件（3）试样表面要求高，费工。
4、测量范围
（1）测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁）（2） 可测的硬度值不高（3）不测试成品与薄件（4）测量费时，效率低
4、测量范围
用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等.
南山学院
§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，在试验力的作用下压入试样表面， 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。
Ψ=(A0-A1)/A0 x 100%
A0:试件原横截面积。 A1:断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。
南山学院
第一章 金属的力学性能
引言：第二节 硬度来自1、定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。 它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法 有关。
第一章金属材料的力学性能 机械制造基础P123
第1章工程材料各类机电产品，大多是由种类繁多、性能各异的工程材料通过加工制成的零件构成的。
工程材料分金属材料和非金属材料，其中金属材料是工程中应用最广泛的。
本章主要介绍金属材料的力学性能、组织、热处理工艺等基本知识，以及常用金属材料和非金属材料的应用知识。
1．1金属材料的力学性能金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。
使用性能是指金属材料在使用过程中应具备的性能，它包括力学性能（强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等）、物理性能（密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性等）和化学性能（耐蚀性、抗氧化性等）。
工艺性能是金属材料从冶炼到成品的生产过程中，适应各种加工工艺（如：冶炼、铸造、冷热压力加工、焊接、切削加工、热处理等）应具备的性能。
金属材料的力学性能是指金属材料在载荷作用时所表现的性能。
这些性能是机械设计、材料选择、工艺评定及材料检验的主要依据。
1．1．1 强度金属材料的强度、塑性一般可以通过金属拉伸试验来测定。
1．拉伸试样拉伸试样的形状通常有圆柱形和板状两类。
图1.1.1（a）所示为圆柱形拉伸试样。
在圆柱形拉伸试样中d0为试样直径，ℓ0为试样的标距长度，根据标距长度和直径之间的关系，试样可分为长试样（ℓ0=10d0）和短试样（ℓ0=5d0）。
2．拉伸曲线试验时,将试样两端夹装在试验机的上下夹头上,随后缓慢地增加载荷,随着载荷的增加,试样逐步变形而伸长,直到被拉断为止。
在试验过程中，试验机自动记录了每一瞬间负荷F和变形量Δℓ，并给出了它们之间的关系曲线，故称为拉伸曲线（或拉伸图）。
拉伸曲线反映了材料在拉伸过程中的弹性变形、塑性变形和直到拉断时的力学特性。
图1.1.1(b)为低碳钢的拉伸曲线。
由图可见，低碳钢试样在拉伸过程中，可分为弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。
图1.1.1拉伸试样与拉伸曲线a)拉伸试样 b) 拉伸曲线当载荷不超过F p时，拉伸曲线OP为一直线，即试样的伸长量与载荷成正比地增加，如果卸除载荷，试样立即恢复到原来的尺寸，即试样处于弹性变形阶段。
机械制造基础课件第一章
(金属材料中：银、铜、金、铝、铍、镁、 钼、钴、锌、镍、镉、铁、锡导电性依次减 弱)。 2.设计散热器、热交换器时考虑其材料的散热 性； 3.设计化工、医疗器械时考虑材料的耐蚀性； 4.设计机械零件时考虑材料的受力情况， 因此，选择材料时要考虑材料的力学性能。
根据载荷的作用 于零件上（子弹、火箭、大炮的发射， 性质载荷分为：汽车、飞机的碰撞）
C.交变载荷：大小和方向至少有一个随时间 周期性的变化。 （匀速运转的轴承、齿轮的啮合）
第一章 金属材料的性能及热处理
第一章 金属材料的性能及热处理
鸟巢设计者:the designer “鸟巢”是国内在建筑结构上首次使用
机械制造基础
甘肃省水利水电学校
教学重难点 2.了解常用的硬 度指标
教学目的 3.了解常用的硬 度指标
1.了解金属材 料的力学性能 及工艺性能的 概念
2.理解力-伸长曲 线示意图
1.了解常用的硬度 指标
授课方法： 讲授法 授课时数： 2课时 教学内容及 过程：
第一章 金属材料的性能及热处理
第一章 金属材料的性能及热处理
A:断后伸长率（%） L0：试样的原始标距（mm） LU:试样拉断后的标距（mm） 断后伸长量的示意图：
第一章 金属材料的性能及热处理
2.断面收缩率（Z）: 指试样拉断处横截面积的收缩量与原始横截面积 的百分比，用符号Z表示，其计算公式为：
Z S 0 SU X100%
Z:断面收缩率（S%0） S0：试样的原始横截面积（mm2） SU:试样拉断后的断口处的最小横截面积（mm） 注意：断面收缩率不受试样尺寸的影响，能比较 确切地反应金属材料的塑形。A、Z值越大，表示 金属材料的塑性越好。塑性好的金属易通过塑性 变形加工成形状复杂的零件。
学习指导书(1)
5、塑性是指材料在外力作用下能够产生永久变形而不破坏的能力。常用的塑性指标有断后伸长率和断面收缩率。
（1）断后伸长率A（旧国家标准用δ表示）
辅
导
内
容
断后伸长率是指断后试样标距与原始标距之比的百分率
（2）断面收缩率Z（旧国家标准用ψ表示）
（2）洛氏硬度
（3）维氏硬度和显微硬度
7、冲击韧度
8、疲劳强度交变应力作用下工作的零件它们断裂时的应力远远低于该材料的屈服强度，这种现象叫疲劳断裂。
1.2铁碳合金
晶体的基本概念、晶体结构、缺陷、结晶、相、相图分析
1.3钢的热处理
钢的退火、钢的正火、淬火、回火
作
业
P861、3、4、6、11、14、15、16
拉伸试样的形状通常有圆柱形和板状两类。试样可分为长试样（L。＝10d")和短试样(Lo＝5 do）
2.拉伸曲线了解曲线的意义
3.弹性和刚性刚性—材料的重要力学性能指标之一，它表征材料对弹性变形的抗力。其值愈大，材料产生一定量的弹性变形所需要的应力愈大，表明材料不容易产生弹性变形，即材料的刚度大。
4.强度强度是指材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。常用的材料强度指标有屈服强度和抗拉强度等。（1）屈服强度
断面收缩率是指断后试样横截面积的最大缩减量与原始横截面积之比的百分率
6、硬度试验方法很多，一般可分三类：压人法（如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度）、划痕法（如莫氏硬度）和回跳法（如肖氏硬度等）。目前机械制造生产上应用最广泛的硬度是布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
（1）布氏硬度布氏硬度值的表示方法为：硬度值十HBW +球直径＋试验力＋与规定时间。
第1章-金属材料的力学性能
零件抵抗变形和断裂能力的大小，是用零件所用材料的力学性 能指标来反映的。显然，掌握材料的力学性能不仅是设计零件、 选用材料时的重要依据，而且也是按验收技术标准来鉴定材料的 依据，以及对产品的工艺进行质量控制的重要参数。
常用的力学性能有：强度、塑性、刚度、弹性、硬度、冲击韧 度、断裂韧度和疲劳等。
第一章 金属材料的力学性能
金属材料的力学性能：是指金属在不同环境因素(温度、介质)下， 承受外加载荷作用时所表现的行为。这种行为通常表现为金属的 变形和断裂。因此，金属材料的力学性能可以理解为金属抵抗外 加载荷引起的变形和断裂的能力。
在机械制造业中，大多数机械零件或构件在不同的载荷与环境 下工作。如果金属材料不具备足够的抵抗变形和断裂的能力就会 使机件失去预定的效能而损坏，即产生“失效现象”。
2)有色金属N0 取108 、不锈钢及腐蚀介质作用下N0为 106 而不断裂的最大应力，为该材料的疲劳极限。
二、疲劳曲线与疲劳极限
疲劳曲线：交变应力与疲劳寿命（循环周次N）的关系曲 线称为疲劳曲线。
1－一般钢铁材料 2－有色金属、高强度钢等
疲劳极限：材料在无限多次交变载荷作用下，而不发生疲 劳断裂的最大应力。
实际测定时，材料不可能作无数次交变载荷试验，试验时 规定：
1)钢铁材料（曲线1）取循环周次N0为107时能承受的最 大循环应力为疲劳极限。
第一节 强度、刚度、弹性及塑性
一、力．伸长曲线与应力．应变曲线 （一）力－伸长曲线
曲线分三个阶段：1.弹性变形阶段：op、pe段 2.塑性变形阶段：es、sb段 3.断裂阶段：bk段
（二）应力－应变曲线
二、刚度和弹性
（一）弹性模量 弹性模量E是指金属材料在弹性状态下的应力
机械制造基础复习题
机械制造基础复习题机械制造基础复习主要内容第⼀篇⾦属材料知识第⼀章⾦属材料的主要性能1.⼒学性能、强度、塑性、硬度的概念? 表⽰⽅法？⼒学性能（F）——材料在外⼒作⽤下所表现出的特性。
强度（σ）------材料在外⼒作⽤下，抵抗塑性变形和断裂的能⼒。
塑形------材料在外⼒作⽤下，产⽣永久变形⽽不引起破坏的能⼒硬度（布⽒硬度HB&洛⽒硬度H R）------是材料抵抗更硬的物体压⼊其内的能⼒。
2.布⽒和洛⽒硬度法各有什么优缺点？下列情况应采⽤哪种硬度法来检查其硬度？布⽒硬度(H R)优点：测试值稳定,准确度⾼。
缺点：测量费时，压痕⼤，不适合成品检验。
洛⽒硬度（HRC）优点：测试简单、迅速，压痕⼩、不损伤零件，可⽤于成品检验。
缺点：测得的硬度值重复性较差，需在不同部位测量数次。
库存钢材---布⽒硬度硬质合⾦⼑头----洛⽒硬度锻件---布⽒硬度台虎钳钳⼝---洛⽒硬度3.下列符号所表⽰的⼒学性能指标的名称和含义是什么？σb：抗拉强度：抗拉强度是材料在拉断前承受最⼤载荷时的应⼒。
σs：屈服点：屈服点是拉伸试样产⽣屈服时的应⼒。
δ：伸长率：试样拉断后，其标距的伸长与原始标距的百分⽐称为伸长率。
HRC ：140kgf主载荷120°的⾦刚⽯圆锥体的压头测得的硬度。
HBS ：硬度的⼀种指标。
第⼆章铁碳合⾦1.⾦属的结晶过程，⾦属的晶粒粗细对其⼒学性能有什么影响？如何细化铸态晶粒？形核，长⼤。
⾦属是由许多⼤⼩、形状、晶格排列⽅向均不相同的晶粒所组成的多晶体。
⼀般⾦属的晶粒越细⼩，其⼒学性能越好。
细化的⽅法：变质处理；增⼤过冷度；机械的振动和搅拌；热处理；压⼒加⼯再结晶。
2.什么是同素异晶转变？室温和1100℃时的纯铁晶格有什么不同？在固态下，随着温度的变化，⾦属的晶体结构从⼀种晶格类型转变为另⼀种晶格类型的过程。
室温体⼼⽴⽅晶格；1100℃是⾯⼼⽴⽅晶格。
3.⾦属的晶体结构类型? 铁碳合⾦的基本组织A、F、M、P体⼼⽴⽅和⾯⼼⽴⽅。
机械制造基础复习题
机械制造基础复习第一篇 金属材料的基本知识第一章 金属材料的主要性能1. 力学性能、强度、塑性、硬度的概念? 表示方法？力学性能: 材料在受到外力作用下所表现出来的性能。
如：强度、 塑性、 硬度 等。
（1）强度：材料在力的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。
○1屈服点σs (或屈服强度) : 试样产生屈服时的应力，单位MPa ；屈服点计算公式 0A F ss =σF s ——试样屈服时所承受的最大载荷，单位N ；A 0——试样原始截面积，单位mm 2。
○2抗拉强度σb ：试样在拉断前所能承受的最大应力。
抗拉强度计算公式0A F bb =σF b ——试样拉断前所承受的最大载荷(N)A 0——试样原始截面积( mm 2)（2）塑性：材料在力的作用下，产生不可逆永久变形的能力。
○1伸长率δ : 试样拉断后标距的伸长量ΔL 与原始标距L 0的百分比。
%10001⨯-=L L L δL 0——试样原始标距长度，mm ；L 1——试样拉断后的标距长度，mm 。
○2断面收缩率ψ : 试样拉断后，缩颈处截面积的最大缩减量与原始横截面积A 0的百分比。
%100010⨯-=A A A ψA 0——试样的原始横截面积，mm 2；A 1——试样拉断后，断口处横截面积，mm 2。
说明：δ、ψ值愈大，表明材料的塑性愈好。
（3）硬度：材料表面抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕、划痕的能力。
HBS 布氏硬度HB HBW常用测量硬度的方法 HRA洛氏硬度HR HRBHRC符号HBS 表示钢球压头测出的硬度值，如:120HBS 。
HBW 表示硬质合金球压头测出的硬度值。
HBS(W)＝压入载荷F （Ｎ）／压痕表面积（mm 2）布氏硬度的特点及应用：硬度压痕面积较大，硬度值比较稳定。
压痕较大，不适于成品检验。
通常用于测定灰铸铁、非铁合金及较软的钢材。
洛氏硬度的特点及应用：测试简便、且压痕小，几乎不损伤工件表面，用于成品检验。
所测硬度值的重复性差。
- 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)。
（中文）“机械制造基础”
机械零件常规制造工艺流程：
机械工程材料基础 热加工工艺基础 机械加工工艺基础
第一章 金属材料的 力学性能
2012年1月
第一章 金属材料的力学性能
材料是人类文明、社会进步的物质基础。
第一章 金属材料的力学性能
金属材料 非金属材料
例如：弹性、塑性、强度、硬度和韧性等。
第一章 金属材料的力学性能
通常把这种外力叫做载荷。
第一章 金属材料的力学性能
载荷（外力）形式： 拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转等
五种基本形式。
第一章 金属材料的力学性能
载荷作用的情形有： 静载荷、冲击载荷、交变载荷等。
Tensile test
拉伸试验
Figure 2-12 Typical universal testing machine
而不致断裂的极限应力值。
b
Fb AO
（MPa）
金属材料的力学性能 -- 强度、塑性
抗拉强度σb
脆性材料：σb=σs 灰口铸铁
force-deflection curve（拉伸力-伸长量曲线）
纵坐标：tensile load, Ft (拉伸载荷)
横坐标： extension，δ
（伸长量）
Elestical range （弹性变形范围）
Plastical range: （塑性变形范围）
Engineering stress-strain curve
（工程）应力-应变 曲线
横坐标：
Tensile strain: （拉伸）应变
εt =δ/Lo
纵坐标: Tensile stress: (拉伸应力)бt
бt=F/Ao
Engineering stress-strain curve
(十字滑块拉住试样向上垂直移动 );
extension gage (伸长量测量计)； Force transducer (力传感器)
金属材料的力学性能 -- 强度、塑性
强度指金属材料在外力作用下抵抗变形或破坏的能力。
抗拉强度σb、抗压σbc、抗弯σbb、抗剪τb、抗扭τt。
标准拉伸试样:L0=5d0或L0=10d0
第一章 金属材料的力学性能
金属与合金统称金属材料。
第一章 金属材料的力学性能
金属材料的性能包含 使用性能和工艺性能。
第一章 金属材料的力学性能
在设计机械零件时， 首先熟悉材料的使用性能和工艺性能 是十分必要的。
第一章 金属材料的力学性能
使用性能：是指金属材料在使用条件下所表现 出来的性能。
或者说，使用性能是指机械零件在正常 工作情况下，材料应具备的性能。
无机非金属材料 高分子材料（聚合物）
第一章 金属材料的力学性能
金属元素：铁、铝、铜、镍、铬、钨等。 已发现的大多数元素是金属元素。
第一章 金属材料的力学性能
合金： 由两种或两种以上的金属元素，或者金属元素与非金
属元素所组成的具有金属性质的物质。
例如
钢：
是由铁和碳组成的合金。
普通黄铜：是由铜和锌组成的合金。
Load / KN
2.0
Fb
1.5
Fe Fs
Fp
1.0
0.5
0.0
0.0
0.5
1.0
1.5
退火低碳钢拉伸曲线 Distance/ mm
弹性变形 屈服阶段 缩颈阶段 试样断裂
2.0
金属材料的力学性能 -- 强度、塑性
单位: MPa
令: F （单位 Mpa）
AO
L
LO
静载单向静拉伸应力――应变曲线
如：力学(机械)性能、物理性能、化学性能。
第一章 金属材料的力学性能
工艺性能：是指制造过程中材料适应加工的性能。 或者说，机械零件在冷、热加工制造过程中，材料应 具备的性能。
如：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削性能、热处理工艺性。
第一章 金属材料的力学性能
机械性能（力学性能）—
是指金属材料在外力作用时表现出来的性能。
工业上使用的某些金属材料，如 高碳钢、铸铁等，在拉伸试验中不出 现明显的屈服现象。国标规定以试样 塑性变形量为试样标距长度的0.2%时, 材料承受的应力称为：
“条件屈服强度”,并以符号σ0.2表示。
金属材料的力学性能 -- 强度、塑性
抗拉强度σb （强度极限）
金属材料在断裂前所能承度、塑性
根据拉伸实验确定的强度指标 :
弹性极限σe
材料在载荷作用下产生弹性变形时所
能承受的最大应力（两段）。
载荷不超过Fp时：材料拉伸时应力―应变保持线性关系
符合虎克定理： E
E称为弹性模量 ,是衡量材料产生弹性变形难易程度的指标,通常又 称为刚度，单位 MPa 。
机械制造基础
上海第二工业大学 机电工程学院
2012年2月
阅读到51页。
复习资料、PPT课件等
网上可以下载 用户名：engineering010203@ 密码： materials010203
练习本务必填写： 学号。 与人方便，自己方便。 拜托啦！
推荐：
工具书：“英汉科学技术词典”， 清华大学编写，国防工业出版社。
金属材料的力学性能 -- 强度、塑性
屈服强度σs
金属材料开始产生屈服现象时的最低应力， 即金属材料开始发生明显塑性变形的抗力。
S
FS AO
（MPa）
金属材料的力学性能 -- 强度、塑性
屈服强度σs
金属材料开始产生屈服现象时的最低应力， 即金属材料开始发生明显塑性变形的抗力。
S
FS AO
（MPa）
图2-12 典型的万能拉伸机
Tensile sample (拉伸试样)
Cylingdrical rod ,or flat plate
(圆柱形试样，或 板状试样)；
Tow fiducial marks (gage marks) (两点标记)
tensile tester
拉伸试验机
cross-head moves vertically pulling the test specimen
比例极限
p
Fp Ao
金属材料的力学性能 -- 强度、塑性
根据拉伸实验确定的强度指标 :
弹性极限σe
材料在载荷作用下产生弹性变形时所
能承受的最大应力（两段）。
载荷在Fp-Fe间：伸长量与载荷已不再成正比关系，但若 卸除载荷，试样仍然恢复到原来的尺寸，故仍处于弹性 变形阶段。
弹性极限
e
Fe Ao
图2-11 弹性变形条件下，弹性模量的作用。 所有构件具有相等的长度和横截面积。