第一章 材料的拉伸性能
材料的性能第一章材料的性能
同的标准。称为标尺A、标尺B、标尺C。洛氏硬度实验是现
今所有使用的几种普通压痕硬度实验的一种。三种标尺的初
始压力均为98.07N（10Kgf)，最后根据压痕深度计算硬度值。
标尺A使用的是球锥菱形压头，然后加压至588.4N（60Kgf）；
标尺B使用的是直径为1.588mm（1/16英寸）的钢球作为压头，
（３）布氏硬度适合于测试成品材料的硬度，维氏硬度可测试整体材料的硬 度；
（４）塑性材料零件可用屈服强度作为设计指标，脆性材料应用抗拉强度作 为设计指标。
第一章 材料的性能
使用性能：材料在使用过程
中所表现的性能。包括力学
神 舟
性能、物理性能和化学性能。
一 号
工艺性能：材料在加工过程
飞 船
中所表现的性能。包括铸造、
锻压、焊接、热处理和切削
性能等。
材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称 为变形。
外力去除后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去除后不能恢复的变形称为塑性变形。
钢球压头与 金刚石压头
HRB用于测量低硬度材料, 如 有色金属和退火、正火钢等。
HRC用于测量中等硬度材料， 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。
缺点：测量结果分散度大。
洛氏硬度压痕
洛氏硬度（HR）测试当被测样品过小或者布氏硬度（HB） 大于450时，就改用洛氏硬度计量。试验方法是用一个顶角 为120度的金刚石圆锥体或直径为1.59mm/3.18mm的钢球， 在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕深度求出材料的硬 度。根据实验材料硬度的不同，可分为三种不同标度来表示：
A<Z 时，有颈缩，为塑性材料表征
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，
材料的力学性能 概念 总结
第四章 切口试件在静载和冲击载荷作用下的力学性能（六）
切口强度：用带切口的拉伸试件测定其断裂时的名义应力(净断面平均应力)。bn =
切口敏感度（NSR）
：切口强度对抗拉强度的比值。 NSR =
bn
bn
若 NSR≥1.0，表示材料对切口不敏感；
若 NSR＜1.0，则材料对切口敏感。
微孔聚集断裂：通过微孔形核长大聚合而导致的断裂。常用金属材料一般均产生这类性质的断裂。
正断：断裂面垂直于外加应力。
切断：断裂面平行于外加应力。
断口：材料或构件受力断裂后的自然表面。
宏观断口：用肉眼或 20 倍以下的放大镜观察的断口，它反映了断口的全貌。
微观断口：用光学显微镜或扫描电镜观察的断口。
晶体的理论断裂强度（σm）：将晶体原子分离开所需的最大应力。σ = √
得的布氏硬度值为 150
2、洛氏硬度（HR）
o
HRA(120 金钢石圆锥压头、60kgf 负荷)，应用范围：70~85；
HRB(直径 1.588mm 钢球压头、100kgf 负荷)，应用范围：25~100；
o
HRC(120 金钢石圆锥压头、150kgf 负荷)，应用范围：20~67；
标注方法：HRC28
第三章
材料的硬度（四）
金属的硬度：金属在表面上的不大体积内抵抗变形或者破裂的能力。
1、布氏硬度（HB） 一般在 HB450 以上就不能使用了
标注方法：硬度值 HBW(或 HBS)球的直径/载荷大小/保压时间（注：淬硬钢球（HBS)，硬质合金球（HBW），保压时间 10~15s 不用记）
150HBW10/1000/30 表示压头直径为 10mm 的硬质合金球，在 1000kgf 试验力的作用下，保持 30s 时测
力学性能指标
第三部分（第十二至第十四章）包括，论述高分子材料、 陶瓷材料和复合材料的力学性能。
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四、课程的任务与要求
希望同学们通过课堂教学、复习、阅读 参考文献、答疑、实验和做练习等6个教学环 节，将本课程学得更好。
29
材料拉伸性能指标
30
材料拉伸性能指标
一、应力－应变曲线
31
材料拉伸性能指标
弹性变形 不均匀屈服塑性变形 均匀塑性变形 不均匀集中塑性变形
断裂
32
材料拉伸性能指标
33
材料拉伸性能指标
二、拉伸性能指标
1、屈服强度指标 2、抗拉强度指标 3、延伸率 4、断面收缩率
34
脆性材料的拉伸性能
二、拉伸性能指标
耐磨性，是指材料抵抗磨损的能力，如线(质量、体积)磨损量、相对耐 磨性等。
缺口敏感性，是指材料对缺口(截面变化)的力学响应，如应力集中系数 Kt、静拉伸缺口敏感性NSR、疲劳缺口系数Kf、疲劳缺口敏感系数qf等。
裂纹扩展速率，是表征裂纹试样在外力和环境作用下演化行为的参量 ，如应力腐蚀裂纹扩展速率da／dt、疲劳裂纹扩展速率da／dN等。
课程任务
掌握评价金属材料力学性能的有关基本知识、基 本理论和基本技能。
能评价、选择金属材料；根据需要能提出检测项 目；
会按要求操作检测设备，完成检测任务。 培养在产品质量检测工作中，分析、解决问题的
实际能力。
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四、课程的任务与要求
教材内容
第一部分（第一至第七章），主要论述用于评价构件安全 、有效地服役所需要的力学性能指标和相关的理论知识， 以及测定原理和方法；
材料力学性能01-04
1.弹性模量：E 2.强度：p、e、s、b 3.塑性:k、k
塑性材料在拉伸时的力学性能： 对于没有明显屈 服阶段的塑性材料， 用名义屈服极限Rp0.2来 表示。
R p 0.2
o
0.2%
0
两个塑性指标: l1 l0 A 100% 断面收缩率: Z A0 A1 100% 伸长率: l0 A0
5.压缩性能试验
(MPa)
400
低碳钢压缩应 力应变曲线
E(b)
C(s上) (e) B 200 D(s下) A(p)
f1(f)
低碳钢拉伸应 力应变曲线
g
E=tg O O1 O2 0.1 0.2
b
灰铸铁的 压缩曲线
b
= 45o
剪应力引起 断裂
灰铸铁的 拉伸曲线O引起破坏的有关因素： 1) 塑性材料拉伸: 沿45°滑移线、屈服,
塑性材料和脆性材料力学性能比较:
塑性材料
延伸率
脆性材料
延伸率
δ > 5%
δ < 5%
断裂前有很大塑性变形 抗压能力与抗拉能力相近 可承受冲击载荷，适合于 锻压和冷加工
断裂前变形很小 抗压能力远大于抗拉能力 适合于做基础构件或外壳
材料力学性能
哈尔滨工业大学材料学院 朱景川
第一章 材料静载力学性能试验
表示一定应力状态下材料发生塑性变形的难易程度
3.扭转性能试验 (1)扭转试验方法：GB/T 10128-1988
试样：圆柱或圆管
扭转曲线
(2)扭转应力状态
扭转应力状态特点：
(3)扭转性能指标 T 切 力 应 ： W
切 变 应 ：
材料力学性能
材料⼒学性能第⼀章⼀.静载拉伸实验拉伸试样⼀般为光滑圆柱试样或板状试样。
若采⽤光滑圆柱试样，试样⼯作长度（标长）l0 =5d0 或l0 =10d0，d0 为原始直径。
⼆.⼯程应⼒：载荷除以试件的原始截⾯积。
σ=F/A0⼯程应变：伸长量除以原始标距长度。
ε=ΔL/L0低碳钢的变形过程：弹性变形、不均匀屈服塑性变形(屈服)、均匀塑性变形(明显塑性变形)、不均匀集中塑性变形、断裂。
三.低碳钢拉伸⼒学性能1．弹性阶段（Ob）（1）直线段（Oa）：线弹性阶段，E=σ/ε（弹性模量，⽐例常数）σp—⽐例极限（2）⾮直线段（ab）：⾮线弹性阶段σe—弹性极限2. 屈服阶段（bc）屈服现象：当应⼒超过b点后，应⼒不再增加，但应变继续增加，此现象称为屈服。
σs—屈服强度（下屈服点），屈服强度为重要的强度指标。
3.强化阶段（ce）材料抵抗变形的能⼒⼜继续增加，即随试件继续变形，外⼒也必须增⼤，此现象称为材料强化。
σb—抗拉强度，材料断裂前能承受的最⼤应⼒4．局部变形阶段（颈缩）（ef）试件局部范围横向尺⼨急剧缩⼩，称为颈缩。
四.主要⼒学性能指标弹性极限（σe）：弹性极限即指⾦属材料抵抗这⼀限度的外⼒的能⼒屈服强度（σs）：抵抗微量塑性变形的应⼒五.铸铁拉伸⼒学性能特点：（1）较低应⼒下被拉断（2）⽆屈服，⽆颈缩（3）延伸率低（4）σb—强度极限（5）抗压不抗拉讨论1：σs 、σr0.2、σb都是机械设计和选材的重要论据。
实际使⽤时怎么办？塑性材料：σs 、σr0.2脆性材料：σb屈强⽐：σs /σb讨论2：屈强⽐σs /σb有何意义？屈强⽐s / b值越⼤，材料强度的有效利⽤率越⾼，但零件的安全可靠性降低。
六.弹性变形及其实质定义：当外⼒去除后，能恢复到原来形状和尺⼨的变形。
特点：单调、可逆、变形量很⼩(<0.5~1.0%)2E 21a 2e e e e σεσ==七.弹性模量1、物理意义：材料对弹性变形的抗⼒。
材料的力学性能
材料的力学性能（西北工业大学出版社出版的图书）：《材料的力学性能》是西北工业大学出版社2001年8月1日出版的图书。
本书从工程应用的角度，介绍材料力学性能的基本理论，评价材料的各种力学性能指标、测定原理与方法，失效机理与失效准则及其工程实用意义。
书中尽可能反映国内，尤其是西北工业大学在这一领域内的科研成果。
内容简介：全书共十四章，可分为三大部分。
第一部分包括第一章至第七章，主要介绍与评价金属结构件安全性相关的力学性。
第二部分包括第八章至第十一章，介绍与评价金属结构件使用寿命相关的力学性能。
考虑到复合材料、高分子材料与陶瓷材料将作为结构材料在工程中应用，故第三部分介绍这些材料的力学性能。
《材料的力学性能》可作为高等院校材料科学与工程各专业的教材，也可作为从事金属与非金属制作加工、机械与结构设计等领域内工作的工程技术人员的参考书。
目录：绪论第一章材料的拉伸性能1.1 引言1.2 拉伸试验1.3 脆性材料的拉伸性能1.4 高塑性材料的拉伸性能（Ⅰ）——连续塑性变形强化1.5 高塑性材料的拉伸性能（Ⅱ）——不连续塑性变形强化第二章弹性变形与塑性变形2.1 引言2.2 弹性变形2.3 弹性极限与弹性比功2.4 弹性不完善性2.5 塑性变形U2.6 屈服强度2.7 形变强化第三章其它静加载下的力学性能3.1 引言3.2 扭转试验3.3 弯曲试验3.4 压缩试验3.5 剪切试验第四章材料的硬度4.1 引言4.2 布氏硬度4.3 洛氏硬度4.4 维氏硬度4.5 显微硬度4.6 肖氏硬度第五章断裂5.1 引言5.2 脆性断裂5.3 理论断裂强度和脆断强度理论5.4 延性断裂5.5 脆性一韧性转变第六章切口强度与切口冲击韧性6.1 引言6.2 局部应力与局部应变6.3 切口强度的实验测定6.4 切口强度的估算6.5 切口敏感度评估6.6 切口冲击韧性6.7 低温脆性第七章断裂韧性7.1 引言7.2 裂纹的应力分析7.3 裂纹扩展力或裂纹扩展的能量释放率7.4 平面应变断裂韧性7.5 裂纹尖端塑性区U*7.6 平面应变断裂韧性§K§-IC的测定7.7 金属的韧化U*7.8 估算§K§-IC的模型和经验关系式U*7.9 裂纹尖端张开位移U*7.10 §J§积分U*第八章金属的疲劳8.1 引言8.2 金属在对称循环应力下的疲劳8.3 非对称循环应力下的疲劳8.4 疲劳切口敏感度8.5 累积疲劳损伤8.6 疲劳失效过程和机制8.7 应变疲劳8.8 疲劳裂纹形成寿命的估算U*8.9 疲劳裂纹扩展速率及门槛值……第九章材料在高温下的力学性能第十章环境介质作用下金属的力学性能第十一章金属的磨损与接触疲劳第十二章复合材料的力学性能第十三章高分子材料的力学性能第十四章陶瓷材料的力学性能思考题与习题参考文献。
工程材料力学性能习题答案
《工程材料力学性能》课后答案机械工业出版社 2008第2版第一章 单向静拉伸力学性能1、 解释下列名词。
1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。
2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。
3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。
4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。
6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。
韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b 的台阶。
8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。
是解理台阶的一种标志。
9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。
10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。
沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。
11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变12.弹性不完整性：理想的弹性体是不存在的，多数工程材料弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象,称之为弹性不完整性。
弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等2、 说明下列力学性能指标的意义。
答：E 弹性模量 G 切变模量 r σ规定残余伸长应力 2.0σ屈服强度 gt δ金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率 n 应变硬化指数 【P15】3、 金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标？答：主要决定于原子本性和晶格类型。