第一章 材料的机械性能指标与常用

金属材料的机械性能金属材料是人类使用最早、最广泛的材料之一，它们的强度、硬度、韧性等机械性能是评价其使用价值的重要指标。

机械性能是指材料在受力下表现出的变形和破坏过程。

下面，我们将从强度、硬度、韧性等方面介绍金属材料的机械性能。

一、强度强度是金属材料的最基本的机械性能之一，指的是材料在外力作用下抗拉、抗压、抗剪等方向上的承载能力。

常见的强度指标有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、剪切强度等。

屈服强度是指材料在受拉力作用下，开始发生塑性变形并出现显著的应力松弛时所承受的最大应力值。

抗拉强度是材料在拉伸过程中承受的最大应力值。

抗压强度是指材料在受压力作用下承受的最大压应力值。

剪切强度是指材料受到剪切应力时所承受的最大应力值。

强度的大小与金属材料的组织结构、成分、热处理等因素有关。

一般来说，金属材料的强度与其硬度成正比，而与其韧性成反比。

不同材料的强度有很大的差别，在选择材料时需要根据使用条件和要求进行合理选择。

二、硬度硬度是指材料抵抗表面受压痕的能力，是金属材料的另一个重要机械性能指标。

硬度可用于估计金属材料的抗划伤性、金属材料的耐磨性和其他机械性能。

硬度测试常用的方法有维氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度等。

这些方法的基本原理都是利用不同直径和角度的硬度试验锥体或硬度试验球压入试样表面，测出不同深度下硬度的值。

金属材料的硬度与其晶粒大小、成分、组织结构、热处理等因素密切相关。

一般来说，材料的晶粒越小其硬度越大，成分和组织结构的变化也会影响材料的硬度。

三、韧性韧性是指金属材料在受力后发生变形后仍能够吸收能量的能力，它也是材料性能的重要指标之一。

韧性的大小决定了材料在受到冲击或重载作用下的抗破坏能力。

韧性可用塑性变形能或断裂韧性来表征。

塑性变形能是指材料在发生塑性变形过程中所吸收的能量，断裂韧性则是指材料在断裂点吸收的总能量。

金属材料的韧性可以通过控制材料的组织结构和成分来实现。

例如，通过加工和淬火的处理，可以使材料的晶粒细化和增强位错密度，从而提高材料的韧性。

第一章材料的性能1．1 名词解释δb δb δsδ0.2 δ-1 a k HB HRC1．2 填空题1．材料常用的塑性指标有(延伸率)和(断面收缩率)两种，其中用(延伸率)表示塑性更接近材料的真实变形。

2．检验淬火钢成品件的硬度一般用( 洛氏)硬度，检测退火件、正火件和调质件的硬度常用(布氏)硬度，检验氮化件和渗金属件的硬度采用(维氏)硬度试验。

3．材料的工艺性能是指( 铸造)性能、(锻造)性能、(焊接)性能、(切削加工)性能和(热处理)性能。

4．工程上常用金属材料的物理性能有( 熔点)、(密度)、（导电性）、(磁性)和(热膨胀性)等。

5．表征材料抵抗冲击载荷能力的性能指标是(冲击韧性ak )，其单位是( J/cm2 )。

1．3 简答题2．设计刚性好的零件，应根据何种指标选择材料?采用何种材料为宜?3．常用的硬度方法有哪几种?其应用范围如何?这些方法测出的硬度值能否进行比较?1．4 判断1．金属的熔点及凝固点是同一温度。

( 错)2．导热性差的金属，加热和冷却时会产生内外温度差。

导致内外不同的膨胀或收缩，使金属变形或开裂。

( 对)3．材料的强度高，其硬度就高，所以刚度大。

( 错)4．所有的金属都具有磁性，能被磁铁所吸引。

( 错)5．钢的铸造性比铸铁好，故常用来铸造形状复杂的工件。

( 错)1．5 选择填空1．在有关零件图图纸上，出现了几种硬度技术条件的标注方法，正确的标注是( D )。

(a)HBS650—700 (b)HBS＝250—300Kgf/mm2(c)HRCl5—20 (d) HRC 45—702．在设计拖拉机缸盖螺钉时应选用的强度指标是( a )。

(a) δb (b) δs(c) δ0.2(d) δp3．在作疲劳试验时，试样承受的载荷为( c )。

(a)静载荷(b)冲击载荷(c)交变载荷4．洛氏硬度C标尺使用的压头是( b )。

(a)淬硬钢球(b)金刚石圆锥体(c)硬质合金球5．表示金属密度、导热系数、导磁率的符号依次为( d )、( f )、( c )。

材料的机械性能是什么？主要指标是什么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。

锅炉、压力容器材料的常规力学性能主要包括：强度、硬度、塑性和韧性等。

（1）强度强度是指金属材料在外力作用下抵抗变形或断裂的能力。

强度指标是设计中决定许用应力的重要依据，常用的强度指标有屈服强度σS或σ0.2和抗拉强度σb，高温下工作时，还要考虑蠕变极限σn和持久强度σD。

（2）塑性塑性是指金属材料在断裂前发生塑性变形的能力。

塑性指标包括：伸长率δ，即试样拉断后的相对伸长量；断面收缩率ψ，即试样拉断后，拉断处横截面积的相对缩小量；冷弯（角）α，也就是说，当试样弯曲到拉伸表面上的第一条裂纹时测量的角度。

（3）韧性韧性是指金属材料抵抗冲击载荷的能力。

韧性常用冲击功Ａk和冲击韧性值αk表示。

Αk值或αk值除反映材料的抗冲击性能外，还对材料的一些缺陷很敏感，能灵敏地反映出材料品质、宏观缺陷和显微组织方面的微小变化。

而且Ａk对材料的脆性转化情况十分敏感，低温冲击试验能检验钢的冷脆性。

材料韧性的一个新指标是断裂韧性δ，它是反映材料对裂纹扩展的抵抗能力。

（4）硬度硬度是衡量材料软硬程度的一个性能指标。

硬度试验的方法较多，原理也不相同，测得的硬度值和含义也不完全一样。

最常用的是静负荷压入法硬度试验，即布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）、维氏硬度（HV），其值表示材料表面抵抗硬物体挤压的能力。

而肖氏硬度（HS）则属于回跳法硬度试验，其值代表金属弹性变形功的大小。

因此，硬度不是一个单纯的物理量，而是反映材料的弹性、塑性、强度和韧性等的一种综合性能指标。

任何机械零件或工具，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抵抗变形和断裂的能力。

强度指标一般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，或开始出现塑性变形时的最低应力值，用σs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值，用σb表示。

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δ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y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，不发生突然脆断的必要条件。

1.1.3 硬度硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力。

硬度的测试方法很多，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一直径为D的淬火钢球或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。

第一章材料的性能第一节材料的机械性能一、强度、塑性及其测定1、强度是指在静载荷作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。

材料的强度越大，材料所能承受的外力就越大。

常见的强度指标有屈服强度和抗拉强度，它们是重要的力学性能指标，是设计，选材和评定材料的重要性能指标之一。

2、塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。

塑性指标用伸长率δ和断面收缩率ф表示。

二、硬度及其测定硬度是衡量材料软硬程度的指标。

目前，生产中测量硬度常用的方法是压入法，并根据压入的程度来测定硬度值。

此时硬度可定义为材料抵抗表面局部塑性变形的能力。

因此硬度是一个综合的物理量，它与强度指标和塑性指标均有一定的关系。

硬度试验简单易行，有可直接在零件上试验而不破坏零件。

此外，材料的硬度值又与其他的力学性能及工艺能有密切联系。

三、疲劳机械零件在交变载荷作用下发生的断裂的现象称为疲劳。

疲劳强度是指被测材料抵抗交变载荷的能力。

四、冲击韧性及其测定材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力被称为冲击韧性。

为评定材料的性能，需在规定条件下进行一次冲击试验。

其中应用最普遍的是一次冲击弯曲试验，或称一次摆锤冲击试验。

五、断裂韧性材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力称为断裂韧性。

它是材料本身的特性。

六、磨损由于相对摩擦，摩擦表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使接触表面不断发生尺寸变化与重量损失，称为磨损。

引起磨损的原因既有力学作用，也有物理、化学作用，因此磨损使一个复杂的过程。

按磨损的机理和条件的不同，通常将磨损分为粘着磨损、磨料磨损、接触疲劳磨损和腐蚀磨损四大基本类型。

第二节材料的物理化学性能1、物理性能：材料的物理性能主要是密度、熔点、热膨胀性、导电性和导热性。

不同用途的机械零件对物理性能的要求也各不相同。

2、化学性能：材料的化学性能主要是指它们在室温或高温时抵抗各种介质的化学侵蚀能力。

第三节材料的工艺性能一、铸造性能：铸造性能主要是指液态金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析的倾向。

第一章材料的种类与性能1．强度：强度是指在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。

2．屈服强度：材料在外力作用下开始发生塑性变形的最低应力值。

3．弹性极限：产生的变形是可以恢复的变形的点对应的弹性变形阶段最大应力称为弹性极限。

4．弹性模量：材料在弹性变形范围内的应力与应变的比值称为弹性模量。

5．抗拉强度：抗拉强度是试样拉断前所能承受的最大应力值。

6．塑性：断裂前材料产生的塑性变形的能力称为塑性。

7．硬度：硬度是材料抵抗硬物压入其表面的能力。

8．冲击韧度：冲击韧度是材料抵抗冲击载荷的能力。

9．断裂韧度：断裂韧度是材料抵抗裂纹扩展的能力。

10．疲劳强度：疲劳强度是用来表征材料抵抗疲劳的能力。

11．黏着磨损：黏着磨损又称咬合磨损，其实质是接触面在接触压力作用下局部发生黏着，在相对运动时黏着处又分离，使接触面上有小颗粒被拉拽出来，反复进行造成黏着磨损。

12．磨粒磨损：磨粒磨损是当摩擦副一方的硬度比另一方大的多时，或者在接触面之间存在着硬质粒子是所产生的磨损。

13．腐蚀磨损：腐蚀磨损是由于外界环境引起金属表面的腐蚀物剥落，与金属表面之间的机械磨损相结合而出现的磨损。

14．功能材料：是具有某种特殊的物理性能，化学性能，生物性能以及某些功能之间可以相互转化的材料。

15．使用性能：是指在正常使用条件下能保证安全可靠工作所必备的性能，包括材料的力学性能，物理性能，化学性能等。

16．工艺性能：是指材料的可加工性，包括可锻性，铸造性能，焊接性，热处理性能及切削加工性。

17．交变载荷：大小，方向随时间呈周期性变化的载荷作用。

18．疲劳：是机械零件在循环或交变载荷作用下，经过较长时间的工作而发生断裂的现象。

20．蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。

21．脆断：在拉应力状态下没有出现塑性变形而突然发生脆性断裂的现象。

22．应力松弛：是指承受弹性应变的零件在工作过程中总变形量保持不变，但随时间的延长，工作应力自行逐渐衰减的现象。

材料的机械性能指标
材料的机械性能指标包括以下几个方面：
1. 强度：指材料抵抗外力破坏的能力。

常见的强度指标有抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。

2. 韧性：指材料在受力下发生塑性变形的能力。

韧性高的材料可以承受更大的能量吸收和变形，不容易发生断裂。

3. 脆性：相对于韧性，指材料在受力下发生断裂的能力。

脆性高的材料容易发生断裂，不具有塑性变形的能力，容易产生裂纹。

4. 硬度：指材料的抵抗划痕或压入的能力。

硬度高的材料不容易被刮擦或变形，常用于制作耐磨部件。

5. 弹性模量：也称为杨氏模量，表示材料在受力下的变形程度。

弹性模量越大，材料越难变形。

6. 疲劳寿命：指材料在循环受力下能够承受的循环次数。

疲劳寿命长的材料具有较好的耐久性。

7. 确定性与可靠性：指材料的性能在不同条件下的稳定性和一致性。

材料的性能应保持较高的确定性和较好的可靠性。

金属材料的机械性能标准金属材料作为工程材料的重要组成部分，其机械性能标准对于材料的选择、设计和使用具有重要的指导意义。

机械性能是指材料在外力作用下所表现出的性能，包括强度、硬度、韧性、塑性等指标。

本文将就金属材料的机械性能标准进行详细介绍，以便工程技术人员更好地理解和应用这些标准。

首先，强度是金属材料最基本的机械性能之一。

强度包括屈服强度、抗拉强度、抗压强度等指标。

屈服强度是材料在拉伸过程中开始产生塑性变形的应力值，抗拉强度是材料在拉伸过程中最大的抗拉应力值，抗压强度是材料在受压状态下的最大抗压应力值。

这些强度指标在材料的选用和设计中具有重要的作用，不同的工程应用需要不同强度的金属材料来满足其需求。

其次，硬度是金属材料的另一个重要机械性能指标。

硬度是材料抵抗外界划痕或压痕的能力，通常用来表征材料的耐磨性和耐划性。

常见的硬度测试方法包括洛氏硬度、巴氏硬度、维氏硬度等，它们可以通过不同的硬度试验机进行测试。

硬度测试结果可以直观地反映材料的硬度水平，对于材料的选择和质量控制具有重要的参考价值。

此外，韧性和塑性也是金属材料的重要机械性能指标。

韧性是材料抵抗断裂的能力，通常用冲击试验来表征，而塑性是材料在受力作用下发生塑性变形的能力，通常用延伸率和收缩率来表征。

韧性和塑性是材料在使用过程中承受外力作用时的重要性能，特别是在高强度、高应力的工程应用中更为重要。

最后，金属材料的机械性能标准还包括一些其他指标，如疲劳性能、蠕变性能、冷热变形性能等。

这些指标在特定的工程应用中可能会成为决定性的因素，因此在材料的选用和设计中也需要进行充分的考虑。

总之，金属材料的机械性能标准对于工程技术人员来说具有重要的指导意义。

在实际工程中，我们需要根据具体的工程需求来选择适合的金属材料，并且需要对其机械性能进行全面的评估和测试。

只有这样，才能确保材料在工程应用中具有良好的性能和可靠的安全性。

通过本文的介绍，相信读者对金属材料的机械性能标准有了更深入的了解，希望能够对工程技术人员在实际工程中的材料选择和设计提供一定的帮助。

材料的机械性能材料的机械性能是指材料在外力作用下的表现和响应能力。

它是评价材料在机械应用中的性能的重要指标，影响着材料在各种工程领域的应用。

强度和韧性在材料的机械性能中，强度和韧性是两个重要的指标。

强度指的是材料抵抗外力破坏的能力，常用的强度指标有屈服强度、抗拉强度、抗压强度等。

韧性那么是指材料在外力作用下产生塑性变形的能力。

常用的韧性指标有断裂韧性、冲击韧性等。

屈服强度和抗拉强度屈服强度是指材料在受到拉伸或压缩时，开始发生塑性变形的应力值。

它是材料能够承受的最大应力，并且保持永久性变形的临界点。

而抗拉强度那么是材料在拉伸过程中能够承受的最大应力值。

抗压强度抗压强度是指材料在受到压缩力作用时的承载能力。

它是评价材料在承受压力时的稳定性和强度的重要指标。

断裂韧性断裂韧性是指材料在外力作用下，在断裂之前所能吸收的能量。

这个能量是用来克服材料内部的缺陷和割裂等破坏过程所需的。

韧性高的材料在受到外力时能够更好地抵抗破坏，具有较好的耐用性。

冲击韧性冲击韧性是指材料在受到冲击载荷时抵抗断裂的能力。

冲击韧性是材料承受冲击力后，经过弯曲、撞击等复杂变形后，能够阻止断裂的能力。

对于脆性材料，冲击韧性较低，而对于韧性材料，冲击韧性较高。

材料的硬度是指材料抵抗外部压强和划痕的能力，可以反映材料的抗压性能和耐磨性能。

硬度测试方法有多种，如洛氏硬度、布氏硬度、维氏硬度等。

硬度测试可以有效评估材料的机械性能。

刚度和弹性模量刚度是指材料在外力作用下的变形和形状改变的抵抗能力。

弹性模量那么是指材料在受力时产生的应变和应力之间的比值。

刚度和弹性模量可以反映材料的弹性变形能力和恢复能力。

疲劳性能疲劳性能是指材料在循环载荷下的耐久性能。

材料在长期受到交变应力和应变的作用下，会逐渐发生疲劳破坏。

疲劳性能的好坏影响着材料在长期使用中的可靠性。

材料的机械性能是评估和选择材料的重要指标，关系到材料在各种工程领域的应用。

强度、韧性、硬度、刚度、疲劳性能等是评价材料机械性能的主要指标。

钢铁的机械性能有哪些指标？
本期给大家介绍一下钢材机械性能
钢铁具有良好的物理、机械和工艺性能：六大指标
1、屈服点
钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。

2、屈服强度
有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2。

3、抗拉强度
材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。

它表示钢材抵抗断裂的能力大小。

与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。

4、伸长率
钢材在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。

5、屈强比
钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。

屈强比越大，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为0.65-0.75合金结构钢为0.84-0.86。

6、硬度
硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。

它是金属材料的重要性能指标之一。

一般硬度越高，耐磨性越好。

常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。

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