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金属的力学性能有哪些金属材料的力学性能包括强度、屈服点、抗拉强度、延伸率、断面收缩率、硬度、冲击韧性等。
金属材料力学性能包括其中包括：弹性和刚度、强度、塑性、硬度、冲击韧度、断裂韧度及疲劳强度等，它们是衡量材料性能极其重要的指标。
1、强度：材料在外力（载荷）作用下，抵抗变形和断裂的能力。
材料单位面积受载荷称应力。
2、屈服点（6s）：称屈服强度，指材料在拉抻过程中，材料所受应力达到某一临界值时，载荷不再增加变形却继续增加或产生0.2%L。
时应力值，单位用牛顿/毫米2(N/mm2）表示。
3、抗拉强度（6b）也叫强度极限指材料在拉断前承受最大应力值。
单位用牛顿/毫米2(N/mm2）表示。
如铝锂合金抗拉强度可达689.5MPa 4、延伸率（δ）：材料在拉伸断裂后，总伸长与原始标距长度的百分比。
工程上常将δ≥5%的材料称为塑性材料，如常温静载的低碳钢、铝、铜等；而把δ≤5%的材料称为脆性材料，如常温静载下的铸铁、玻璃、陶瓷等。
5、断面收缩率（Ψ）材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积百分比。
6、硬度：指材料抵抗其它更硬物压力其表面的能力，常用硬度按其范围测定分布氏硬度(HBS、HBW）和洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）。
7、冲击韧性（Ak）：材料抵抗冲击载荷的能力，单位为焦耳/厘米2(J/cm2）。
什么是金属材料金属材料是指具有光泽、延展性、容易导电、传热等性质的材料。
一般分为黑色金属和有色金属两种。
黑色金属包括铁、铬、锰等。
其中钢铁是基本的结构材料，称为“工业的骨骼”。
由于科学技术的进步，各种新型化学材料和新型非金属材料的广泛应用，使钢铁的代用品不断增多，对钢铁的需求量相对下降。
但迄今为止，钢铁在工业原材料构成中的主导地位还是难以取代的。
1、名词解释（1）比例极限：比例极限σp是应力与应变成正比关系的最大应力，即在应力-应变曲线上开始偏离直线时的应力；σp =Pp/Fo（MPa）Pp----比例极限的载荷，N；Fo ----试样的原截面积，m²或mm²（2）变动载荷：指载荷的大小、方向、波形、频率和应力幅，随时间发生周期性变化的一类载荷；（3）平面应力状态：如果在某种情况下，三个主应力中的一个为零。
例如σ3=0那么这一点的应力状态，我们就称为平面应力状态。
（4）应力腐蚀断裂：由拉伸应力和腐蚀介质外加敏感的材料组织联合作用而引起的慢长而滞后的低应力脆性断裂称为应力腐蚀断裂（SCC）。
（5）弹性比功：又称弹性比能，应变比能，表示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。
（6）冷脆：刚在低温冲击时其冲击功极低：这种现象称为钢的冷脆。
（7）循环硬化：指金属材料在应变保持一定的情况下，形变抗力在循环过程中不断增高的现象。
（8）循环软化：金属材料的应变保持在一定的情况下，材料的形变抗力在循环过程中下降，即产生该应变所需的应力逐渐减小，该现象称为“循环软化”。
（9）刚度：在弹性范围内，构件抵抗变形的能力：Q=P/ε=бA/ε=EA（10）固溶强化：把异类元素原子溶入基体金属得到固溶合金，可以有效地提高屈服强度，这样的强化方法称为固溶强化。
需掌握的知识要点：冲击韧性：指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力，冲击吸收功用符号Ak表示，单位为J。
2、洛氏硬度有几种，其各自的符号及适用范围。
P25布氏硬度：表示符号HB，适用范围：不适宜零件表面测量，薄壁件或表面硬化层洛氏硬度：表示符号HR, 适用范围：适用于各种不同硬度材料的检验，不适用于具有粗大组成相火不均匀组织材料的硬度测定维氏硬度：表示符号HN, 适用范围：常使用于测定表面硬化层仪表零件的硬度显微硬度：表示符号HK, 适用范围：适用于细，线材料的加工硬化程度。
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。
金属力学性能总结引言金属是一类常见的材料，具备优异的力学性能，包括强度、韧性、塑性等。
本文将从这些方面对金属的力学性能进行总结和分析。
强度抗拉强度抗拉强度是衡量金属材料抵抗拉力的能力。
常见的金属材料如钢、铝等都具有较高的抗拉强度，这使得它们能够承受外部拉力而不或较少发生破坏。
通过拉伸试验可以获得金属材料的抗拉强度，该试验会在材料上施加一个逐渐增大的拉力，直到发生断裂。
抗压强度抗压强度是衡量金属材料抵抗压缩力的能力。
金属材料在某些应用中需要能够承受压缩力，例如桥梁的支撑柱等。
抗压强度一般低于抗拉强度，但仍然是关键的力学性能指标之一。
屈服强度屈服强度是指金属材料在受到一定应力作用后开始发生可观察到的形变所需要的应力值。
常见的金属材料会在屈服点处开始变形，接着进入塑性变形阶段。
屈服强度可以用来衡量材料的可塑性，即其允许的形变程度。
韧性韧性是指金属材料抵抗断裂的能力。
在金属力学中，韧性是一个重要的参数，特别是在应对冲击载荷时。
韧性取决于金属材料的断裂韧性和延展性。
断裂韧性是指材料在发生断裂前能够吸收的冲击能量的能力。
而延展性则是指材料的塑性变形能力。
塑性塑性是金属材料特有的力学性能，指的是材料在受到外力作用时能够发生可逆性变形的能力。
金属材料在塑性变形时会以晶粒滑移和晶格变形为主要方式，这使得金属能够在应力下承受较大的形变而不断裂。
塑性是金属工程中的重要性能参数，能够导致材料的加工性能和使用寿命的改变。
总结金属材料具备较高的强度、韧性和塑性。
强度方面，金属能够承受拉力和压力的能力很强，具备较高的抗拉强度和抗压强度。
韧性方面，金属能够抵抗断裂，具备较高的断裂韧性和延展性。
塑性方面，金属能够发生可逆性变形，具备较高的塑性能力。
这些力学性能使得金属在工程应用中得以广泛应用，如建筑、机械制造、航空航天等。
以上是对金属力学性能的简要总结，希望能够对读者对金属材料有较为全面的了解。
参考文献：1.Callister, William D., and David G. Rethwisch. MaterialsScience and Engineering: An Introduction. Wiley, 2014.2.Meyers, Marc A., Krishan K. Chawla, and Manoj K. Chawla.Mechanical Metallurgy: Principles and Applications. CambridgeUniversity Press, 2012.。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能主要包括以下几个方面：
1. 强度：金属材料的强度是指它抵抗外力的能力。
通常用屈服强度、抗拉强度或抗压强度来表示材料的强度。
2. 延展性：金属材料的延展性是指其在受力下能够发生塑性变形的
能力。
常用的评价指标有伸长率、断面收缩率和断裂延伸率。
3. 硬度：金属材料的硬度是指其抵抗局部划痕或压痕的能力。
常用
的硬度测试方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。
4. 韧性：金属材料的韧性是指其抵抗断裂的能力。
韧性与强度和延
展性密切相关，一般用冲击韧性和断裂韧性来评价材料的韧性。
5. 塑性：金属材料的塑性是指其在受力作用下发生可逆形变的能力。
塑性是金属材料特有的力学性能，它使得金属材料可以制成各种形状。
6. 疲劳性能：金属材料的疲劳性能是指其在交变或周期性载荷下抵抗疲劳损伤的能力。
疲劳性能的评价指标包括疲劳寿命和疲劳极限等。
不同的金属材料具有不同的力学性能，这些性能会受到材料的化学成分、晶体结构、热处理和加工工艺等因素的影响。
因此，在选择和使用金属材料时，需要根据具体的工程要求和环境条件来考虑其力学性能。
金属材料的力学性能力学性能是指金属材料在受力作用下所表现出的力学行为和性质。
主要包括强度、塑性、韧性、硬度和抗疲劳性等。
以下将对金属材料的这些力学性能进行简要介绍。
首先，强度是指金属材料抵抗外力破坏的能力。
常见的强度指标有屈服强度、抗拉强度和抗压强度等。
屈服强度是材料在受力过程中开始发生塑性变形时的应力值，抗拉强度是金属材料在拉伸试验中抵抗断裂的能力，抗压强度则是抗压试验中材料承受外压力的能力。
这些强度指标决定了金属材料的受力承载能力。
其次，塑性是指金属材料在受力过程中能够产生可逆的永久变形的能力。
塑性是金属材料重要的力学性能，它体现了材料的延展性和可塑性。
常见的塑性指标有延伸率和冷弯性能等。
延伸率是材料在拉伸过程中产生的伸长量与原长度的比值，冷弯性能则是金属材料在室温下能够承受的塑性变形能力。
韧性是指金属材料在受力过程中能够吸收较大的能量而不断进行塑性变形的能力。
韧性是强度和塑性的综合体现，越高的韧性意味着金属材料在遭受外力时能更好地抵抗断裂。
常见的韧性指标有断裂韧性和冲击韧性等。
硬度是指金属材料抵抗外界划伤或压痕的能力，也是反映材料抗外界形变的能力。
硬度是金属材料与其他物质接触时发生形变的抵抗力，常见的硬度测试方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。
抗疲劳性是指金属材料在重复应力加载下抵抗疲劳损伤的能力。
金属材料在长期受到交变载荷时会发生疲劳破坏，抗疲劳性能反映了材料的疲劳寿命和稳定性。
常见的抗疲劳性指标有疲劳极限和疲劳寿命等。
综上所述，金属材料的力学性能包括强度、塑性、韧性、硬度和抗疲劳性等方面。
不同的金属材料在这些方面有着不同的特点和应用范围，因此在实际应用中需要根据具体情况选择合适的金属材料。
E,弹性模量，表征材料对弹性变形的抗力，δs：呈现屈服现象的金属拉伸时，试样在外力不增加仍能继续伸长的应力，表征材料对微量塑性变形的抗力。
σbb：是灰铸铁的重要力学性能指标，是灰铸铁试样弯曲至断裂前达到的最大弯曲里（按弹性弯曲应力公式计算的最大弯曲应力）δ：延伸率，反应材料均匀变形的能力。
韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力（或指材料抵抗裂纹扩展能力）低温脆性:某些金属及中低强度钢，在实验的温度低于某一温度Tk时，会由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔集聚型变为穿晶解理型，断口特征由纤维状态变为结晶状，这就是低温脆性Kic：断裂韧度，为平面应变的断裂韧度，表示在平面应变条件下材料抵抗裂变失稳扩展的能力弹性比功（弹性比能）：表示单位体积金属材料吸收变形功的能力σ-1：疲劳极限，表明试样经无限次应力循环也不发生疲劳断裂所对应的能力循环韧性(消振性)：表示材料吸收不可逆变形功的能力（塑性加载）Ψ：断面收缩率，缩经处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，Ak：冲击功、，冲击试样消耗的总能量或试样断裂过程中吸收的总能量σtて：在规定温度（t）下，达到规定的持续时间（て）而不发生断裂的最大应力。
氢致延滞断裂：由于氢的作用而产生的延滞断裂现象。
δ0.2：屈服强度△K th：疲劳裂纹扩展门槛值，表征阻止裂纹开始扩展的能力δbc：抗拉强度，式样压至破坏过程中的最大应力。
包申效应：金属材料经过预加载产生少量塑变，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加，反向加载，规定残余应力减低的现象，称为包申效应。
蠕变：材料在长时间的恒温应力作用下，（即使应力低于屈服强度）也会缓慢地产生塑性变形的现象。
NSR：缺口敏感度，缺口试样的抗拉强度δbn与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度δb之比。
力学行为：材料在外加载荷，环境条件及综合作用下所表现出的行为特征。
强度:变形和断裂的抗力应力腐蚀：金属在拉应力和特定化学介质共同作用下，进过一段时间后所产生的应力脆断现象。
滞弹性（弹性后效）：在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长而产生附加弹性应变的现象。
1.断裂可以分为（裂纹形成）与（扩展）两个阶段。
静拉伸断裂宏观断口分为（纤维区）、（放射区）、（剪切唇）三个区域。
该断口微观特征：（纤维状）对于脆性穿晶断裂断口主要特征：（放射状）和（结晶状）2.典型疲劳断裂的宏观断口分为三个区（疲劳源）（疲劳区）（瞬间区）疲劳断口宏观特征（贝纹线、海滩花样）、微观特征（疲劳条带）3.应力腐蚀微观断口可以看到呈（枯树枝状）的微观裂纹，呈（泥状花样）的腐蚀产物和（腐蚀抗）4.微孔聚集型断裂的微观特征（韧窝），解理断裂的微观特征主要有（解理台阶）和（河流花样），沿晶断裂的微观特征(冰糖状) 断口和(晶粒状)断口。
5.应力状态系数值越大，表示应力状态越（软），材料越容易产生（塑性）变形和（韧性）断裂。
为测量脆性材料的塑性，常选用应力状态系数值（较大）的试验方法。
6.在扭转实验中，塑性材料的断裂面与式样轴线（垂直），脆性材料的断裂面与式样轴线（成45°角）。
7.接触疲劳和应力水平，疲劳可分为（高周疲劳）和（低周疲劳），疲劳断裂的典型宏观特征是（贝纹线），微观特征是（疲劳条带）。
8.在缺口式样冲击试验中，缺口式样的厚度越大式样的冲击韧性越（小）韧脆转变温度越（高）。
三问答题1.温度对塑形、强度的影响（趁热打铁的科学道理）：1）当温度升高，没有相变发生时，材料结构不发生改变，因此派纳力不会变化，一方面温度升高，原子运动能力增加，热运动加剧，另一方面若温度高于再结晶温度，会发生软化，显示不出加工硬化。
因此，材料的塑形就会升高，强度降低。
2）当温度升高，有相变发生时，材料结构发生了改变，派纳力改变，与此同时，α+Fe3C→δ，使间隔半径增大，原子间作用力减弱，且第二相强化消失，使材料强度降低，塑形升高。
2.低碳钢强化机理：1)低碳钢适温下相组成物为α+Fe3C，淬火后变为M，而M为过饱和固溶体，C原子溶入M间隙中心，会产生畸变偶极应力场，与位错产生交互作用，从而产生固溶强化效应。
2)低碳M 压结构为位错，因此会产生位错塞积现象，从而产生强化效应，低碳M又叫板条M，板条之间晶界相互作用，也会产生强化作用。
3)由于M S点在260℃左右，会发生自回火现象，提高钢的强度和塑形，保持优良的综合力学性能。
4 有一弹簧产生塑性变形导致其不能正常工作，试分析是什么力学性能不足导致及改变措施？产生塑性变形，表面弹簧对塑性变形的抗力不足，即弹性极限过低所致。
措施：（1）采用含碳量较高的弹簧钢，并加入Si Mn Cr V 等元素以强化铁素体机体和提高钢的淬透性；（2）采用淬火加中温回火获得回火托氏体。
（3）采用冷变形强化加工硬化。
5 何谓低温脆性？产生低温脆性的原因是什么？材料冲击韧度值随温度的降低而减小，当温度降到某一温度范围时，冲击韧度急剧下降，材料由韧性状态转为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型变为穿晶解理型，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。
产生原因是;低温脆性是材料屈服强度随温度下降急剧增加的结果，对于体心立方金属是派纳力起主要作用。
屈服点的变化随温度下降而升高，但材料的解理断裂强度却随温度变化很小。
体心立方金属低温脆性还与形变方式，屈服现象有关。
6 板材宏观断口的主要特征是什么？如何根据断口特征寻找断裂源？脆性断裂断裂面与正应力垂直，断口平齐而光亮，呈放射状或结晶状。
判断方法：断口为人字花样人字花样的放射方向与裂纹扩展方向平行，但其尖端指向裂纹源。
7 粘着磨损产生的条件是什么？如何预防粘着磨损的产生？答：条件：滑动摩擦，相对滑动速度较小；缺乏润滑油，表面没有氧化膜；单位法向载荷很大，接触应力超过实际接触点处的屈服强度而产生的一种磨损。
措施：（1）合理选择摩擦副材料，尽量选择互溶性少，粘着倾向少的材料配对。
改善表面润滑条件等。
（2）可采用表面渗碳、渗磷、渗氮等表面处理工艺。
（3）控制摩擦滑动速度和接触压应力，可使粘着磨损大为减轻。
（4）改善表面润滑条件等。
8 疲劳裂纹通常发生在那些位置？分别说明其原因？为什么发动机曲轴轴劲通过表面淬火可以提高其疲劳强度？（1）表面滑移带开裂，式样薄弱地区产生驻留滑移带，随着加载循环次数的增加，循环滑移带不断加宽，至一定程度时，由于位错的塞积和交割作用，便在驻留滑移带处形成微裂纹。
（2）第二相夹杂物或其界面开裂。
微孔通过第二相质点成核长大，导致位错所受排斥力大大下降，迅速推向微孔为错缘激活不断推出新位错，最后微孔连接形成微裂纹。
（3）晶界或亚晶界开裂；多晶体材料由于晶界有在和相邻晶粒不同的取向性，位错在某一晶粒内运动时受晶界阻碍，在晶界处发生位错塞积和应力集中。
应力不断循环下，应力峰越来越高，超过晶界强度时就在晶界处产生裂纹。
表面淬火处了能使机件获得表硬心韧的综合力学性能，还可以利用表面组织相变及组织应力、热应力变化，使机件表面获得高强度和残余应力，更有效的提高疲劳强度和疲劳寿命。
9 细化晶粒可以提高材料屈服强度，而且塑性也提高，其原因？（1）晶粒尺寸减小，使晶界增多，而且晶界是位错运动的阻碍，因此，将导致位错塞积，屈服强度提高；（2）晶界面积增多，分布于晶界附近的杂质浓度降低，晶界强度提高，晶界不易开裂。
（3）一定体积金属内部晶粒数目越多，晶粒之间位相差减小，塑性变形可以被更多的晶粒分担，所以塑性也会提高。
10.与拉伸试验相比弯曲试验有何特点？①弯曲试验试样变形简单，操作方便，同时，弯曲试样不存在拉伸试验时的试样偏斜对试验结果的影响，并可用试样弯曲的挠度显示材料的塑性。
②弯曲试样表面应力最大，可较灵敏地反映材料表面缺陷。
③对于脆性难加工材料，可用弯曲代替拉伸。
11.与拉伸实验相比，扭转实验有何特点？①扭转的应力状态软性系数α=0.8，比拉伸时α大，易于显示金属塑性行为。
②扭转时，塑性均匀，无缩颈现象，能实现大塑性变形量下的试验。
③能敏感反映金属缺陷及表面硬化层性能。
④扭转试验中最大正应力与最大切应力大体相同。
是测定材料强度最可靠的方法，还可区分金属断裂是正断还是切断。
12.同一种材料拉伸与扭转试验哪种试验测得的韧脆转变T较高？拉伸；①扭转的应力状态系数比拉伸大，可测脆性或低塑性材料强度、塑性、扭转。
②扭转的最大正应力与最大切应力在数值上大体相同。
（参考12题）13.试样表面存在缺口对其强度和塑性有何影响？原因？①对于脆性材料，强度和塑性均降低，缺口引起应力集中，使缺口处应力由单向应力状态改变为两向或三向应力状态，使应力状态软性系数α<0.5，金属难以产生塑性变形；缺口试样拉伸时，往往直接由弹性过度到断裂，因此，抗拉强度必然比光滑试验低。
②对于塑性材料，强度增高，塑性降低，缺口处有在三向应力状态，并产生应力集中，屈服应力比单向拉伸高，产生“缺口强化”；缺口约束塑变，因此塑性降低，增加变脆倾向。
14.为什么焊接船只比铆接船易发生脆性破坏？（1）焊接热影响区晶粒粗大；（2）存在成分偏析；（3）在晶界有夹杂物和第二相析出，导致其塑性和韧性降低。
而铆接金属不存在组织和性能明显变化。
15.为了保证布氏硬度测量的有效性，在试验参数选择上应注意什么？①在选配压头球直径D及试验力F时，应使压痕压入角Ψ保持不变，保证得到几何相似的压痕，应使F1/D1²=F2/D2²=……=F²/D²=常数②压痕直径d应控制在（0.24~0.6）D之间③压痕深度h小于试验厚度1/8④试验力保持时间10~15s，允许误差±2s。
16.说明过载对在交变载荷作用下的零件的使用寿命及疲劳极限都有哪些影响？为什么？①过载进入过载损伤区内，将使材料受到损伤，并降低疲劳寿命或疲劳极限，根据“非扩展裂纹”理论，当过载运转到一定循环周次后，并降低疲劳寿命或疲劳极限。
没尺寸超过疲劳极限下“非扩展裂纹”，则裂纹在以后的疲劳极限下运转将继续扩展，因此造成损伤。
②过载适当，会延长疲劳寿命。
适当过载会使裂纹扩展减慢或停滞一段时间，发生裂纹扩展过载停滞现象，从而延长疲劳寿命。
17.同一种材料在凝固过程中增加其冷却速度，会导致强度、塑性增加，解释之：冷却速度增加，使过冷度增大，晶粒变细，细晶强化导致塑性，强度增加。
机理同918.解释淬火后随回火温度增加，材料的硬度一般会随之下降的原因：1）当粒子体积分数f一定时，随着温度升高，粒子尺寸变大，晶粒数减少，原子间距变大，位错运动障碍减少，位错强化机制减弱。
2）晶界表面第二相粒子减少，弥散强化机制减弱。
3）网状分布时，位错堆积，应力不可以松弛，脆性增加。
4）片状>球状。
19.何为过载损伤，原因是：金属在高于疲劳极限的应力水平下运转一定周次后，其疲劳极限或疲劳寿命减小，这就造成了过载损伤。
