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第一章 金属的性能一、填空（将正确答案填在横线上。
下同）1、金属材料的性能一般分为两类。
一类是使用性能，它包括物理性能、化学性能和力学性能等。
另一类是工艺性能，它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能等。
2、大小不变或变化很慢的载荷称为静载荷，在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷称为冲击载荷，大小和方向随时间发生周期变化的载荷称为交变载荷。
3、变形一般分为弹性变形和塑性变形两种。
不能随载荷的去除而消失的变形称为塑性变形。
4、强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。
5、强度的常用衡量指标有抗拉强度和屈服强度，分别用符号σb 和σs 表示。
6、如果零件工作时所受的应力低于材料的σb 或σ0.2，则不会产生过量的塑性变形。
7、有一钢试样其截面积为100mm 2，已知钢试样的M P a S 314=σM P ab 530=σ 。
拉伸试验时，当受到拉力为—————— 试样出现屈服现象，当受到拉力为—————— 时，试样出现缩颈。
8、断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性。
金属材料的延伸率和断面收缩率的数值越大，表示材料的塑性越好。
9、一拉伸试样的原标距长度为50mm,直径为10mm 拉断后试样的标距长度为79mm ，缩颈处的最小直径为4.9 mm ，此材料的伸长率为—————，断面收缩率为——————。
10．金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏能力。
称为冲击韧性。
11．填出下列力学性能指标的符号：屈服点σs ，抗拉强度σb ，洛氏硬度C 标尺HRC ，伸长率δ，断面收缩率ψ，冲击韧度αk ，疲劳极限σ-1。
二、判断（正确打√，错误打×。
下同）1、弹性变形能随载荷的去除而消失。
（√ ）2、所有金属材料在拉伸试验时都会出现显著的屈服现象。
（× ）3、材料的屈服点越低，则允许的工作应力越高。
（× ）4、洛氏硬度值无单位。
（√ ）5、做布氏硬度试验时，当试验条件相同时，其压痕直径越小，材料的硬度越低。
四、问答题1、什么是金属的力学性能金属的力学性能主要包括哪些方面？材料在一定温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能。
材料的常规力学性能指标主要包括强度、硬度、塑性和韧性等。
2、什么是钢的热处理常用热处理方法有哪几种？通过对钢件作一定条件的加热、保温和冷却，从而改变整体或表层的组织，获得所需的性能。
常用热处理方法有：退火、正火、淬火和回火。
3、钢按化学成分可分为哪几类？钢按化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。
其中，碳素钢按含碳量的多少分低碳钢、中碳钢、高碳钢；合金钢按合金元素种类分锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢，按合金元素含量的多少分低合金钢、中合金钢、高合金钢。
4、灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁在组织上的根本区别是什么？四种材料的在组织上的根本区别是铸铁中的石墨的形态不同（形状、大小、数量、分布等），灰铸铁的石墨是片状，球墨铸铁的石墨是球状，可锻铸铁的石墨是团状，蠕墨铸铁的石墨是虫状。
5、硬质合金的主要组成是什么常用硬质合金分哪几类各有何主要应用？硬质合金的主要组成是难熔金属碳化物和粘结金属。
常用硬质合金分为钨钴类硬质合金(代号YG)和钨钴钛类硬质合金(代号YT) 两种。
YG合金多用于加工产生断续切屑的的脆性材料(如铸铁)，YT合金多用于加工产生连续切屑的韧性材料，特别是高速切削钢件。
分析下列材料强化方法的强化机理1、细晶强化：晶界增加提高强度2、热处理强化改变组织结构提高强度3、固溶强化晶格变形提高强度4、合金强化固溶强化和碳化物强化&5、加工硬化位错增加提高强度1.在铸造生产中，采用哪些措施获得细晶粒组织答：(1) 增加过冷度（2）进行变质处理(3) 附加振动2.说明实际金属晶体缺陷种类及特征。
答：根据晶体缺陷的几何尺寸大小可分为三类：点缺陷，线缺陷，面缺陷。
点缺陷的主要类型有空位和间隙原子。
晶体中的线缺陷就是位错。
面缺陷包括晶界、亚晶界和孪晶界。
》3.简述石墨形态对铸铁的影响答：根据铸铁中石墨形态,铸铁可分为: (1)灰铸铁它是以片状石墨形式存在。
金属材料的力学性能指标金属材料是工程中常用的材料之一，其力学性能指标对于材料的选择和设计具有重要意义。
力学性能指标是评价金属材料力学性能的重要依据，主要包括强度、韧性、塑性、硬度等指标。
下面将对金属材料的力学性能指标进行详细介绍。
首先，强度是评价金属材料抵抗外部力量破坏能力的指标。
强度可以分为屈服强度、抗拉强度、抗压强度等。
其中，屈服强度是材料在受到外部力作用下开始产生塑性变形的应力值，抗拉强度是材料在拉伸状态下抵抗破坏的能力，抗压强度是材料在受到压缩力作用下抵抗破坏的能力。
强度指标直接影响着材料的承载能力和使用寿命。
其次，韧性是材料抵抗断裂的能力。
韧性指标包括冲击韧性、断裂韧性等。
冲击韧性是材料在受到冲击载荷作用下抵抗破坏的能力，断裂韧性是材料在受到静态载荷作用下抵抗破坏的能力。
韧性指标反映了材料在受到外部冲击或载荷作用下的抗破坏能力，对于金属材料的使用安全性具有重要意义。
再次，塑性是材料在受力作用下产生塑性变形的能力。
塑性指标包括伸长率、收缩率等。
伸长率是材料在拉伸破坏前的延展性能指标，收缩率是材料在受力破坏后的收缩性能指标。
塑性指标直接影响着金属材料的加工性能和成形性能，对于金属材料的加工工艺和成形工艺具有重要影响。
最后，硬度是材料抵抗划伤、压痕等表面破坏的能力。
硬度指标包括洛氏硬度、巴氏硬度等。
硬度指标反映了材料表面的硬度和耐磨性能，对于金属材料的耐磨性和使用寿命具有重要意义。
综上所述，金属材料的力学性能指标是评价材料性能的重要依据，强度、韧性、塑性、硬度等指标直接影响着材料的使用性能和工程应用。
在工程设计和材料选择中，需要根据具体的工程要求和使用环境，综合考虑各项力学性能指标，选择合适的金属材料，以确保工程的安全可靠性和经济性。
第一章材料的性能1-1什么是金属材料的力学性能？金属材料的力学性能包含哪些面?所谓力学性能，是指材料抵抗外力作用所显示的性能。
力学性能包括强度刚度硬度塑性韧性和疲劳强度等1-2什么是强度？在拉伸试验中衡量金属强度的主要指标有哪些？他们在工程应用上有什么意义？强度是指材料在外力作用下，抵抗变形或断裂的能力。
在拉伸试验中衡量金属强度的主要指标有屈服强度和抗拉强度。
屈服强度的意义在于：在一般机械零件在发生少量塑性变形后，零件精度降低或其它零件的相对配合受到影响而造成失效，所以屈服强度就成为零件设计时的主要依据之一。
抗拉强度的意义在于：抗拉强度是表示材料抵抗大量均匀塑性变形的能力。
脆性材料在拉伸过程中，一般不产生颈缩现象，因此，抗拉强度就是材料的断裂强度，它表示材料抵抗断裂的能力。
抗拉强度是零件设计时的重要依据之一。
1-3什么是塑性？在拉伸试验中衡量塑性的指标有哪些？塑性是指材料在载荷作用下发生永久变形而又不破坏其完整性的能力。
拉伸试验中衡量塑性的指标有延伸率和断面收缩率。
1-4什么是硬度？指出测定金属硬度的常用法和各自的优缺点。
硬度是指材料局部抵抗硬物压入其表面的能力。
生产中测定硬度最常用的法有是压入法，应用较多的布氏硬度洛氏硬度和维氏硬度等试验法。
布氏硬度试验法的优点：因压痕面积较大，能反映出较大围被测试材料的平均硬度，故实验结果较精确，特别适用于测定灰铸铁轴承合金等具有粗大经理或组成相得金属材料的硬度；压痕较大的另一个优点是试验数据稳定，重复性强。
其缺点是对不同材料需要换不同直径的压头和改变试验力，压痕直径的测量也比较麻烦；因压痕大，不以测试成品和薄片金属的硬度。
洛氏硬度试验法的优点是：操作循序简便，硬度值可直接读出；压痕和较小，可在工件上进行试验；采用不同标尺可测定各种软硬不同的金属厚薄不一的式样的硬度，因而广泛用于热处理质量检验。
其缺点是：因压痕较小，对组织比较粗大且不均匀的材料，测得的结果不够准确；此外，用不同标尺测得的硬度值彼此没有联系，不能直接进行比较。
第1章工程材料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、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：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。
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．拉伸试样图1.1.1拉伸试样与拉伸曲线２．拉伸曲线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F时，拉伸曲线Ｏｐ为一直线，即试样的伸长量与载荷学特性。
当载荷不超过p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。
载荷在Ｆｐ－Ｆｅ间，试样的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。
当载荷超过Ｆｅ后，试样将进一步伸长，但此时若卸除载荷，弹性变形消失，而有一部分变形当载荷增加到Ｆｓ时，试样开始明显的塑性变形，在拉伸曲线上出现了水平的或锯齿形的线段，这种现象称为屈服。
当载荷继续增加到某一最大值Ｆｂ时，试样的局部截面缩小，产生了颈缩现象。
由于试样局部截面的逐渐减少，故载荷也逐渐降低，试样就被拉断。
３．强度强度是指金属材料在载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。
（１） 弹性极限金属材料在载荷作用下产生弹性变形时所能承受的最大应力称为弹性极限，用符号σｅ 表示：（２） 屈服强度金属材料开始明显塑性变形时的最低应力称为屈服强度在拉伸试验中不出现明显的屈服现象，无法确定其屈服点。
所以国标中规定，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。
１.1.2 塑性金属材料在载荷作用下，产生塑性变形而不破坏的能力称为塑性。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能是指材料在受到力的作用下的行为和性能。
常见的金属材料（如钢、铝、铜等）具有较高的强度和刚性，具有良好的塑性和延展性。
其主要的力学性能包括以下几个方面：
1. 强度：金属材料的强度是指材料在受到外力作用下抵抗变形和破坏的能力。
常见的强度指标有屈服强度、抗拉强度、抗压强度等。
2. 延展性：金属材料具有较好的延展性，即在受到外力作用下能够发生塑性变形。
延展性可以通过材料的延伸率、断面收缩率等指标来描述。
3. 韧性：金属材料的韧性是指材料能够在承受外力作用下吸收较大的能量而不发生断裂或破坏的能力。
韧性也可以通过断裂韧性、冲击韧性等指标来描述。
4. 硬度：金属材料的硬度是指材料抵抗局部变形和外界划
痕的能力。
硬度可以通过洛氏硬度、布氏硬度等进行测量。
5. 弹性模量：金属材料的弹性模量是指材料在受到外力后，能够恢复到原来形状的能力。
弹性模量可以描述材料的刚
度和变形的程度。
6. 疲劳性能：金属材料的疲劳性能是指材料在受到交替或
重复载荷下的疲劳寿命和抗疲劳性能。
疲劳性能可以通过
疲劳寿命、疲劳极限等指标来描述。
以上是金属材料的一些常见力学性能参数，不同的金属材
料在这些性能方面有所差异。
这些性能参数的好坏直接决
定了金属材料在工程实践中的应用范围和性能优势。
第一章金属材料的力学性能•工程上将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。
•强度是指金属材料在静力作用下，抵抗永久变形和断裂的性能。
•抗拉强度。
b是材料在破断前所承受的最大应力值。
•塑性是指金属材料在静力作用下，产生塑性变形而不破坏的能力。
•塑性指标：伸长率和断面收缩率。
•硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。
•硬度包括：布氏硬度（HBW）、维氏硬度（HV）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）第二章金属与合金的晶体结构•在晶体中，原子（或分子）按一定的几何规律作周期性地排列。
•这种抽象的、用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架，简称晶格。
•能够完全反应晶格特征的、最小的几何单元称为晶胞。
•原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距地一半。
•配位数：晶格中与任一原子距离最近且相等的原子数目。
•致密度：K二箸（n为原子个数）V照•晶面指数确定方法：（工）设坐标（2）求截距（3）取倒数（4）化整数（5）列括□•晶向指数确定方法：（1）设坐标（2）求坐标值（3）化整数（5）列括号•晶体缺陷包括：点缺陷（空位、间隙、置换）、线缺陷（刃型位错、螺型位错）、面缺陷（晶界、亚晶界）第三章金属与合金的结晶•金属的实际结晶温度Tn低于理论结晶温度T。
的现象，称为过冷现象。
理论结晶温度与实际结晶温度的差4T称为过冷度，过冷度△!'二To・Tn•实践证明，金属总是在一定的过冷度下结晶的，过冷是结晶的必要条件。
同一金属，结晶时冷却速度越大，过冷度越大，金属的实际结晶温度越低。
•纯金属的结晶过程是在冷却曲线上平台所经历的这段时间内发生的。
它是不断形成晶核和晶核不断长大的过程。
•细化晶粒的方法：在增加过冷度②变质处理③附加振动•共晶反应和a+B相互转化（恒温下由一个液相同时结晶出两个成分结构不同的固相）⑦渗碳体+奥氏体一莱氏体•共析反应：、和a+B相互转化（恒温下由一个固相同时析出两个成分结构不同的固相）/铁素体+渗碳体一珠光体•包晶反应：L+a和B相互转化（恒温下由一个液相包着一个固相生成另一个新的固相）•过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？答：过冷度和冷却速度是两个不同的概念。
任何机械零件或者工具，在使用过程中，往往要受到各种形式外力的作用。
如起重机上的钢索，受到悬吊物拉力的作用；柴油机上的连杆，在传递动力时，不仅受到拉力的作用，而且还受到冲击力的作用；轴类零件要受到弯矩、扭力的作用等等。
这就要求金属材料必须具有一种承受机械荷而不超过许可变形或者不破坏的能力。
这种能力就是材料的力学性能。
金属表现来的诸如弹性、强度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料材料在外力作用下表现出力学性能的指标。
1.1.1 强度强度是指金属材料在静载荷作用下反抗变形和断裂的能力。
强度指标普通用单位面积所承受的载荷即力表示，符号为σ，单位为MPa。
工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。
屈服强度是指金属材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力，或者开始浮现塑性变形时的最低应力值，用表示。
抗拉强度是指金属材料在拉力的作用下，被拉断前所能承受的最大应力σs值，表示。
用σb对于大多数机械零件，工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是零件强度设计的依据；对于因断裂而失效的零件，而用抗拉强度作为其强度设计的依据。
1.1.2 塑性塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。
工程中常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率。
伸长率指试样拉断后的伸长量与原来长度之比的百分率，用符号6 表示。
断面收缩率指试样拉断后，断面缩小的面积与原来截面积之比，用表示。
伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好；反之，塑性越差。
良好的塑性是金属材料进行压力加工的必要条件，也是保证机械零件工作安全，不发生蓦地脆断的必要条件。
1.1.3 硬度硬度是指材料表面反抗比它更硬的物体压入的能力。
硬度的测试方法不少，生产中常用的硬度测试方法有布氏硬度测试法和洛氏硬度试验方法两种。
(一)布氏硬度试验法布氏硬度试验法是用向来径为D 的淬火钢球或者硬质合金球作为压头，在载荷P 的作用下压入被测试金属表面，保持一定时间后卸载，测量金属表面形成的压痕直径d，以压痕的单位面积所承受的平均压力作为被测金属的布氏硬度值。
工程材料与机械制造基础知识第一章金属材料的力学性能1、在测定强度上σs与σ0.2有什么不一致？答：σs用于测定有明显屈服现象的材料，σ0.2用于测定无明显屈服现象的材料。
2、什么是应力？什么是应变？它们的符号与单位各是什么？答：试样单位截面上的拉力称之应力，用符号σ表示，单位是MPa。
试样单位长度上的伸长量称之应变，用符号ε表示，应变没有单位。
3、画出低碳钢拉伸曲线图，并指出缩颈现象发生在拉伸图上哪一点？断裂发生在哪一点？若没有出现缩颈现象，是否表示试样没有发生塑性变形？答：若没有出现缩颈现象，试样并不是没有发生塑形性变，而是没有产生明显的塑性变形。
4、将钟表发条拉直是弹性变形还是塑性变形？如何推断它的变形性质？答：将钟表发条拉直是弹性变形，由于当时钟停止时，钟表发条恢复了原状，故属弹性变形。
5、在机械设计时使用哪两种强度指标？为什么？答：（1）屈服强度。
由于大多数机械零件产生塑性变形时即告失效。
（2）抗拉强度。
由于它的数据易准确测定，也容易在手册中查到，用于通常对塑性变形要求不严格的零件。
6、设计刚度好的零件，应根据何种指标选择材料？使用何种材料为宜？材料的E值愈大，其塑性愈差，这种说法是否正确？为什么？答：应根据弹性模量选择材料。
要求刚度好的零件，应选用弹性模量大的金属材料。
金属材料弹性模量的大小，要紧取决于原子间结合力（键力）的强弱，与其内部组织关系不大，而材料的塑性是指其承受永久变形而不被破坏的能力，与其内部组织有密切关系。
两者无直接关系。
故题中说法不对。
7、常用的硬度测定方法有几种？其应用范围如何？这些方法测出的硬度值能否进行比较？答：工业上常用的硬度测定方法有：布氏硬度法、洛氏硬度法、维氏硬度法。
其应用范围：布氏硬度法应用于硬度值HB小于450的毛坯材料。
洛氏硬度法应用于通常淬火件、调质件。
维氏硬度法应用于薄板、淬硬表层。
使用不一致方法测定出的硬度值不能直接比较，但能够通过经验公式换算成同一硬度后，再进行比较。
工程材料第章金属材料力学性能金属材料是工程领域中最常用的材料之一，其力学性能是影响其应用广泛性的主要因素之一。
本文将介绍金属材料的力学性能及其相关测试方法。
弹性弹性是物质受力后还原原状的能力，也可以理解为物质在接受外力作用后发生形变时，恢复到原来形态的能力。
材料的弹性大小是通过杨氏模量来描述的，即杨氏模量越大，材料的弹性越好。
塑性塑性是物质在外力作用下能够发生不可逆变形的性质。
材料的塑性大小是通过屈服强度来描述的，即材料在承受一定力量后，开始发生塑性变形的能力。
韧性韧性是物质在外力作用下发生断裂前能够吸收的能量的大小。
材料的韧性大小是通过抗拉伸强度和断裂韧性来描述的，即材料在受外力作用下能够承受多大的内部应力，以及在断裂前能够吸收多少能量。
硬度硬度是一种衡量材料抗划伤能力（耐磨性）的能力。
材料的硬度大小是通过摩擦因数或洛氏硬度来描述的。
相关测试方法拉伸测试拉伸测试是最常用的测试方法之一，用于测试材料的弹性和塑性。
测试时，将材料置于拉伸试验机中，对其施加外力，力逐渐增加，直到材料发生断裂。
通过拉伸测试得到材料的弹性模量、屈服强度和抗拉伸强度。
冲击测试冲击测试用于测试材料的韧性。
测试时，将样品夹在两个夹具之间，然后在样品中心以冲击枪或重锤进行打击，通过测试分析样品在冲击时发生的形变和断裂情况，得到材料的冲击韧性参数。
硬度测试硬度测试用于测试材料的硬度。
硬度测试可通过仪器测试或直接使用洛氏硬度试验仪。
直接测试需要使用钻石针、碳化硅或者硬质合金作为冲头，用一定力度压在待测试物的表面上，通过测试压头陷入材料的深度来得到硬度值。
金属材料的力学性能分为弹性、塑性和韧性三种。
弹性通过杨氏模量表示，塑性通过屈服强度表示，韧性通过抗拉伸强度和断裂韧性表示。
同时，硬度也是材料的重要力学性能之一。
测试中最常见和重要的方法为拉伸测试、冲击测试和硬度测试。
因此，金属材料的弹性、塑性、韧性和硬度数据，在实际工程材料的选择、设计与制造中具有重要意义。
机械工程材料的常用性能及分类包括两方面材料的使用性能材料的工艺性能力学性能（强度、塑性韧性等）物理性能（光、热、电、磁等）化学性能（氧化、腐蚀等）加工性能（切削、锻造等）铸造性能（适合铸造与否）焊接性能（容易焊接与否）热处理性能（可热处理强化）思考：机械工程材料的性能主要指的是上述哪个性能？•工程材料的机械性能——通常指材料的力学性能，是工程材料抵抗各种外力作用时表现出来的性能，主要取决于材料的成分和热处理工艺。
“失效现象”——机械零件失去预定的效能（功能）称为失效。
常见的失效形式有：断裂、磨损、过量弹性变形等。
从零件的服役条件和失效分析出发，可以得出零件应具备的力学性能指标，是设计零件和验收产品的重要依据。
材料的力学性能主要包括：强度、塑性、韧性、硬度等，收录在《机械手册》或《工程材料手册》中，是进行材料选用、工艺评定、设计计算等的主要参数。
第一节强度、刚度、弹性及塑性•金属材料的强度、刚度、弹性及塑性一般通过金属拉伸试验来测定，即按GB/ T228-2002之规定，将金属试样装夹到试验机上，然后对试样加载，载荷逐渐增大，直至把试样拉断。
•在拉伸过程中，根据试样承受的载荷与变形量之间的关系，可以得出该金属材料的拉伸曲线（即应力—应变曲线），并由此获得该材料的强度、刚度、弹性及塑性指标。
一、拉伸试验1、拉伸试样：长试样：L0 / d0 =10短试样：L0 / d0 = 52、拉伸过程：分为四个阶段。
（1）弹性变形阶段：材料只发生弹性变形，变形与外力成正比。
（2）屈服阶段：外力F变化很小，材料产生明显塑性变形现象。
（3）形变强化阶段：随着塑变增大，强度提高的现象。
（4）断裂阶段。
3、应力—应变曲线（σ ~ ε）：应力——试样单位截面上承受的载荷。
σ = F / A0（Mpa）（名义应力）应变——试样单位长度上的变形量。
ε = ⊿L /L 0（无量纲）（名义应变）塑性材料与脆性材料的σ—ε曲线比较：低碳钢的σ—ε曲线高碳钢的σ—ε曲线二、强度——指材料抵抗永久变形和断裂的能力。
弹性极限：σe= F e / A0（表示材料发生最大弹性变形的能力）屈服强度：σs = F s / A0（表示材料抵抗微量塑性变形的能力）抗拉强度：σb = F b / A0（表示材料断裂前能承受的最大应力）屈强比：σs /σb条件屈服极限：由于脆性材料的σ—ε曲线一般没有明显的屈服阶段，σs难以确定，这类材料的屈服强度常以产生一定微量塑性变形时的应力来表示。
常用的条件屈服极限：σ0.2 ：表示ε塑= 0.2%或σ0.05：表示ε塑= 0.05%三、刚度——指材料抵抗弹性变形的能力。
材料在弹性变形阶段，满足虎克定律：E ——弹性模量（刚度指标）绝大多数机械零件都是在弹性状态下工作，一般不允许有过量的弹性变形，因此对材料的刚度（即弹性模量E ）的大小有一定的要求。
注：E 是一个对组织不敏感的参数，主要取决于材料原子间的结合力（金属键），受热处理、加工变形、合金化等的影响小。
介绍：反复加载/ 卸载时σ~ε曲线的变化情况。
αεσtg E ==/四、塑性——指材料断裂前发生永久变形的能力。
评价材料塑性指标：1、伸长率（延伸率）δ：2、断面收缩率ψ：注：δ与试样的标距长度有关，一般δ5>δ10。
ψ与试样的标距长度无关。
材料的塑性越好，则加工成型能力越强，同时还能缓和应力集中，防止突然脆断，在一定程度上保证了零件的安全性。
因此，虽然塑性指标一般不直接用于工程设计计算，但在选用材料时应考虑具有相应的塑性储备。
%100%100000⨯-=⨯=∆l l l l l k δ%100%100000⨯-=⨯=∆A A A A A k ψ第二节硬度硬度——材料表面抵抗外物压入的性能，它是材料机械性能的综合指标。
（与材料的强度、塑性、韧性，形变强化能力有关）硬度与抗拉强度σb有一定的对应关系，参见附录。
硬度实验方法简便、迅速、设备简单、不需破坏材料，因此在生产中广泛应用。
例如：在机械图纸上对零件的性能要求通常以硬度来表示。
常用的硬度测量方法有：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等试验方法。
一、布氏硬度（HB）使用规定直径的淬火钢球（HBS）或硬质合金钢球（HBW）以规定压力压入金属表面，保持一定时间，卸载后测定材料表面压痕面积A，然后进行如下计算：HB= F/A = F/πDh布氏硬度的标记方法：（参阅教材P7）布氏硬度测量方法的特点：（1）因为压痕面积较大，能反映较大范围内材料的平均硬度，测值比较准确，重复性好。
（2）也因压痕较大，对材料表面损伤较大，不适作成品检验和薄件的测量，不能测定过硬的材料。
布氏硬度测量方法主要用于退火钢、有色金属等的原材料、半成品及性能不均匀的材料（如铸铁等）。
二、洛氏硬度（HR ）用淬火钢球（HRB ）或120º的金刚石圆锥（HRA 、HRC ）压入材料表面，测量压痕深度来表示材料的硬度。
（k —常数、h —压痕深度）洛氏硬度测量方法的特点：（1）压痕小，可在成品表面进行。
（2）测量操作简便，迅速，并且测值范围大。
（3）测值较分散，精确性较差，需要多次测量，取平均值。
002.0h K HR -=三、维氏硬度（HV ）用正四棱锥金刚石压头压入金属表面，然后测量压痕对角线d ，计算压痕面积A ，作如下计算：维氏硬度测量方法的特点：（1）所用试验力小，压痕深度浅，特别适用于测量薄件、工件表面硬化层的硬度（渗C ，渗N 层）的测量。
（2）效率较低，不适于批量产品的测量。
2854.1dF A F HV ==四、肖氏硬度（HS）应用弹性回跳法将撞销从一定高度落到所试材料的表面上而发生回跳，用测得的撞销回跳的高度来表示硬度。
(撞销是具有尖端的小锥，尖端上常镶有金刚钻)。
肖氏硬度测量方法的特点：（1）结构简单，产品一般为手提式仪器，便于现场测试，适用于的大中型工件。
（2）测量结果受环境影响较大，准确度稍差。
第三节冲击韧性冲击载荷作用于工件时，加载速度快，作用时间短，应力的分布与变形不均匀。
因此，对承受冲击载荷的工件，仅具有足够的静载荷强度是不够的，还必须具有足够的抵抗冲击载荷的能力。
冲击韧性——材料冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力。
冲击韧性是材料的本身的属性，可以通过冲击实验获得。
一般将冲击吸收功较高的材料称为韧性材料，反之为脆性材料。
韧性材料在断裂前有明显的塑性变形，断口呈纤维状，无光泽。
（左图）脆性材料在断裂前无明显的塑性变形，断口较平整，呈粗晶状，有金属光泽。
一、冲击试验及试样冲击实验通常在摆锤式冲击试验机上进行。
实验时将试样放在支座上，把摆锤放臵于H 高度，然后释放摆锤，摆锤将试样冲断后，上升到h 高度。
试样被冲击破坏时所消耗的能量，即为冲击吸收功A K 。
A K U ——U 型缺口A KA KV ——V 型缺口（注：不同缺口试样的指标不具可比性）h)mg(H A K -=二、冲击韧性的指标冲击韧性值a k ——试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功。
(A k ——冲击破坏所消耗的功，A 0——标准试样断口截面积) 冲击韧性值a k 的应用：用于评价材料韧性的好坏，与屈服强度结合用于一般零件抗断裂设计。
)(J/cm /A A 20k k a三、温度对冲击韧性的影响在冲击试验中，当环境温度低于某一范围时，有些材料的冲击韧性会急剧下降（韧性→脆性）——韧/脆转变温度。
注：机械设计过程中，在为工件选用材料时，应根据工件的具体使用条件来确定性能参数，不能简单地套用《手册》上的数据。
第四节断裂韧度实际的构件材料在冶炼、制造过程中不可避免地存在微裂纹（包括裂纹、夹渣等缺陷）。
这些裂纹在外力作用下，由于产生尖端应力集中，当裂纹扩展到临界尺寸，零件就在远低于σs的情况下发生脆性断裂（低应力脆断），尤其对高强度材料和大型构件，此类现象更严重。
1943年美国T-2油轮发生断裂在断裂力学基础上建立起来的材料抵抗裂纹扩展的性能，称为断裂韧度。
断裂韧度计算中，不仅考虑了作用工件上的外加应力大小，也考虑了实际材料内部存在的微裂纹情况，因此在安全设计中具有重大意义。
一、裂纹扩展的基本形式根据应力与裂纹扩展面的取向不同，可以将裂纹扩展分为张开型(Ⅰ型)、滑开型(Ⅱ型)和撕滑开型(Ⅲ型)三种基本形式。
其中，以张开型(Ⅰ型)裂纹最为危险，容易引起脆性断裂，因此将其作为主要研究对象。
二、应力场强度因子K Ⅰ当材料中存在裂纹时，在裂纹尖端产生应力集中，从而形成应力场，应力场的大小用应力场强度因子K Ⅰ来描述。
其中：Y —裂纹尖端的形状系数；σ—外加应力；a —裂纹半长度三、临界应力场强度因子K ⅠC临界应力场强度因子K ⅠC ——指裂纹扩展时材料能抵抗的应力场强度。
注：临界应力场强度因子K ⅠC 是材料的本身的力学性能，由材料的成分、内部组织结构等决定。
aY K I σ=断裂韧度的判据：在此条件下，材料内部裂纹不会扩展，工件可以安全工作。
否则材料的裂纹在外力作用下会失稳扩展，导致工件断裂。
该判据在生产中的具体应用：1、可根据材料内部裂纹情况，由K IC 计算构件能承受的最大应力σC 。
2、即使在外力σ较小时，如果裂纹长度a 较大，也可能导致产生断裂，运用断裂韧性判据，可防止此类破坏的发生。
3、如果零件的工作情况满足断裂韧性判据，即使零件内部存在裂纹，也不会产生破坏，则原有零件可继续使用，节省材料。
ICI K a Y K ≤=σ第五节疲劳一、疲劳——构件在交变应力的长期作用下，无明显塑性变形就突然断裂的现象。
在实际生产中，有许多零件（如曲轴、弹簧、轴承等）都是在交变应力作用下工作的，这些零件容易发生疲劳断裂。
疲劳断裂是一种低应力脆断，具有很大的危害性。
二、疲劳的形成过程和断口特征疲劳的形成过程一般分为三个阶段：①在工件表面的缺陷或应力集中部位，会产生微裂纹（疲劳源）；②在交变应力的长期作用下，疲劳裂纹逐渐扩展，而工件的有效截面积不断减小；③裂纹扩展积累到一定程度后，工件将发生突然断裂。
相应地，疲劳断口一般也分为三个区域：①裂纹形成区（疲劳源）；②裂纹扩展区（贝纹线）；③瞬时断裂区。
疲劳裂纹的扩展机理（介绍）：三、疲劳强度及其表示方法：从疲劳曲线图上可以看出，当循环应力低于某一数值时，循环周次N可以达到很大，而试样仍然不会发生断裂，该应力值称为疲劳极限（疲劳强度）。
一般，钢铁材料的循环周次N=107次，而有色金属的循环周次N=108次。
疲劳强度表示为：σγ（循环系数γ =σmin/σmax）对于对称交变应力，一般记作：σ-1四、提高材料疲劳强度的方法：在实际零件的失效形式中，约有80%是由于疲劳断裂所造成的，具有较大的危害性。
为了防止疲劳断裂的产生，必须设法提高零件的疲劳极限。
提高材料疲劳极限，常采用以下方法：①、选用具有优良强韧性的材料，使疲劳裂纹不易产生并扩展。
