1-2.2 金属材料的力学性能和工艺性能

屈服强度
强度
抗拉强度
测试指标
断后伸长率：A＝（Lu-L0）/L0×100%
塑性
断面收缩率：Z＝(S0－Su)/S0×100%
3，硬度
金属材料抵抗局部变形，特别是塑性
变形、压痕或划痕的能力
硬度是衡量金属材料软硬的指标
压入法
硬度测试方法
划痕法
回弹高度法
最 常 用 的 硬 度
布氏硬度（HB） 洛氏硬度（HRC、HRB、HRA） 维氏硬度（HV）
一，力学性能
定义
是指金属材料在外力的作用下所表现出来
的性能（抵抗能力）。
强度 力 学 性 能 塑性 硬度 韧性 疲劳强度
载荷（负荷）
机械零件在使用和制造过程中受到 的力的作用
载 荷 分 类
静载荷 变载荷
交变载荷 冲击载荷
变 形
弹性变形
塑性变形
应力
单位截面上的内力 σ＝N/A
单位
Pa
MPa 1MPa=106N/mm2 静应力 变应力
疲 劳 强 度 的 测 试
疲劳断口形成的过程
金属材料在无限次交变载荷作
用下而不破坏的最大应力
试样承受交变载荷 钢的循环次数107 有色金属的循环次数108
形成断裂源 裂纹扩展 最后断裂
疲劳断裂的特点
突然性
危险性大
提 高 疲 劳 极 限 的 途 径
改善零件的结构形状
降低表面粗糙度值
高频淬火 采取表面强化
（× ）13，金属材料吸收的能量对温度不敏感
14，拉伸试验时，试样拉断前能承受的最大标称应力称为材料的（ B ） A，屈服强度 B，抗拉强度 C，弹性极限 15，有一金属紧固螺钉有使用过程中发现有较大的塑性变形，这是因为紧固螺钉制作 材料的力学性能指标（ A ）值较小
A，屈服强度
B，韧性
C，塑性
16，如图所示，进行金属夏比冲击试验时，冲击试样安装正确的是图（ A ）
拉伸试验
试验装置
万能材料试验机 a) WE系列液压式 b) WDW系列电子式
圆柱形 拉伸试样 矩形 六方
长圆柱形比例试样：L0=10d0 短圆柱形比例试样：L0=5d0
拉伸曲线
脆性材料在断裂前没有明显的屈服现象。 颈缩与断裂阶段
变形强化阶段
F
屈服阶段
弹性变形阶段 0 ΔL
低碳钢的力—伸长曲线
源自文库
脆性材料的力—伸长曲线
1Pa=1N/m2 应 力 分 类
1，强度
单位
金属材料在静载荷作用下抵抗变形和 破坏的能力
Pa、Mpa
1Mpa=106 Pa
单位换算
分
类
抗拉强度
抗压强度
抗弯强度
抗剪强度
抗扭强度
2，塑性
金属材料在静载荷作用下产生永久变形 而不破坏的能力
塑 性 指 标
伸长率δ 断面收缩率Ψ
注意
δ 、Ψ 值越大，表示材料的塑性越好
1-2.2 金属材料的力学性能和工艺性能





教学目标： 1，知识目标：（1），使学生理解金属材料的力 学性能 （2），使学生了解金属材料的工艺性能 2，能力目标：理解金属材料的力学性能对金属材 料选择的影响和工艺性能对金属材料加工、使用 的影响 3，情感目标：通过学习了解各种材料的性能是千 差万别的 教学重点：强度、塑性，硬度 教学难点：材料的性能对材料使用的影响


三，小结 1，力学性能 强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度 2，工艺性能 铸造性、锻压性、焊接性、可加工性 四，布置作业
依据残余压痕深度增加量
A 洛氏硬度按选用的总试验力及 压头类型不同，常用的标尺 优点 缺点 表面损伤小 B C
特点 应用范围
测试数据准确性不高，选三点测，求平均值
成品、半成品、淬火零件，零件表面硬度
维氏硬度
试 验 原 理
压头：136°金刚石正四棱锥
依据压痕对角线长度
维氏硬度标注方法
640HV30/20
布氏硬度
试验原理 压头：硬质合金球（W） 依据压痕直径计算硬度值 150HBW10/1000/30
硬度值 压头直径 压头材质 试验力 保持时间
布氏硬度标注方法
特点 应用范围
缺点 优点
表面损伤大 测试数据准确，稳定
铸铁、有色金属、经退火或正火的金属材料及半成品
洛氏硬度
试 验 原 理
压头：120°金刚石圆锥，淬火钢球或硬质合金球
硬度值 试验力 保持时间
特点
优点 缺点
适用范围宽 对试样表面的质量要求高，测量效率低
4,韧性
金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力
常用指标：
冲击韧性（α k)
单位J/cm2
α k=Ak/A
α k值越大，冲击韧度越高
夏比摆锤冲击试验
试验目的
测试冲击吸收功
V形缺口试样 试样类型 U形缺口试样
5，疲劳强度
焊接质 量评价
金属材料在一定的焊条件下，是否易于 获得优良焊接接头的能力 焊缝裂纹 焊缝气孔 较好：低碳钢 较差：中高碳钢
常用钢铁材 料的焊性
差：铸铁
4，可加工性
可加工性 评价依据
金属材料切削加工的难易程度
刀具磨损
加工表面质量
影响可加工 性的因素
硬度（过高、过低都不好）
切屑（是否易折断）

表面形状强化（喷丸、滚压） 化学热处理（渗碳、渗氮）
课堂练习
1，圆柱形比例拉伸试样分为 短 圆柱形比例试样和 长 圆柱形比例试样两 2，洛氏硬度按选用的总试验力及压头类型的不同，常用的标尺有 A 、 B 和 C 。 3，硬度测定方法有 压入 法、 划痕 法和 回弹高度 法等，其中 压入 法应用最普通 4，夏比摆锤冲击试样有 V 形缺口试样和 U 形缺口试样两种。 （ × ）5、所有金属材料在拉伸试验时都会出现显著的屈服现象 （× ）6，做布氏硬度试验时，在试验条件相同的情况下，压痕直径越小，则材料的硬 度越低。 （√ ）7，洛氏硬度值是根据压头压入被测金属材料的残余压痕深度增量来确定的。 （ √ ）8，由于大部分机械零件的损坏是由疲劳造成的，消除或减少疲劳失效，对于提
高零件使用寿命有着重要意义
（ × ）9，拉伸试验时，拉伸试样的伸长量与拉伸力始终成正比关系 （ √ ）10，屈服强度是指试样在拉伸试验过程中力（或载荷）不增加（或保持恒定）
仍然能继续伸长（变形）时的应力。
（√ ）11，金属材料的硬度越高，其抵抗局部塑性变形的能力越强。
（√ ）12，疲劳断裂时不产生明显的塑性变形，断裂是突然发生的，具有很大的危 险性
二，金属材料的工艺性能
1，铸造性
金属材料能否用铸造方法制成优良
铸件的性能。
影响铸造性能的因素 流 动 性 冷 却 时 的 收 缩 率
2，锻压性
金属材料能否用锻压的方法制成锻压 件的性能
影响锻压
塑性 塑性变形抗力
性的因素
常用钢铁材 料的锻压性
低碳钢的锻压性最好 中碳钢次之 高碳钢则较次
3，焊接性