金属材料力学性能

金属材料的力学性能

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。

钢材力学性能是保证钢材最终使用性能（机械性能）的重要指标，它取决于钢的化学成分和热处理制度。在钢管标准中，根据不同的使用要求，规定了拉伸性能（抗拉强度、屈服强度或屈服点、伸长率）以及硬度、韧性指标，还有用户要求的高、低温性能等。

金属材料的机械性能

1、弹性和塑性：

弹性：金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能恢复其原来形状的性能。力和变形同时存在、同时消失。

如弹簧：弹簧靠弹性工作。

塑性：金属材料受外力作用时产生永久变形而不至于引起破坏的性能。（金属之间的连续性没破坏）塑性大小以断裂后的塑性变形大小来表示。

塑性变形：在外力消失后留下的这部分不可恢复的变形。

2、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，单位为MPa。

工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。

拉伸图：金属材料在拉伸过程中弹性变形、塑性变形直到断裂的全部力学性能可用拉伸图形象地表示出来。

材料在常温、静载作用下的宏观力学性能。是确定各种工程设计参数的主要依据。这些力学性能均需用标准试样在材料试验机上按照规定的试验方法和程序测定，并可同时测定材料的应力-应变曲线。 对于韧性材料，有弹性和塑性两个阶段。弹性阶段的力学性能有：

比例极限：应力与应变保持成正比关系的应力最高限。当应力小于或等于比例极限时，应力与应变满足胡克定律，即应力与应变成正比。

一．名词解释

1，E,弹性模量，表征材料对弹性变形的抗力，

2，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。

3，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）

4δ：延伸率，反应材料均匀变形的能力。

5，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）

6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

7 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

8 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

9σ-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

10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）

11Ψ：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，

12Ak：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

13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。

14σt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。

15：氢致延滞断裂：由于氢的作用而产生的延滞断裂现象。

17.δ0.2：屈服强度

18.△Kth：疲劳裂纹扩展门槛值，表征阻止裂纹开始扩展的能力

19δbc：抗拉强度，式样压至破坏过程中的最大应力。

20.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。

21．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。

1.什么是金属材料的力学性能？它包括哪些项目？

金属的力学性能是指在力的作用下，材料所表现出来的一系列力学性能指标，反映了金属

材料在各种形式外力作用下抵抗变形或破坏的某些能力。

金属材料的力学性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳等项目。

2.什么是强度？金属材料的强度指标有哪些?

材料在外力作用下，抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。

金属材料的强度指标有抗拉强度和屈服点两大项。

3.什么是抗拉强度？什么是屈服点？

金属材料在拉断前所能随的最大标称拉应力，称为抗拉强度，以b表示，计算公式如下

0SFbb，b为抗拉强度（MPa）;bF为拉断前试样所承受的最大载荷；

0S为试样的原始横截面积2)(mm。

由于不少金属材料在作拉伸试验过程中没有明显的塑性变形，通常以变形量达到试样标距

部分残余伸长率0.2%时的应力，定义为该钢材的屈服强度，心2.0表示。

4.什么是塑性？金属材料的塑性指标有哪些？

材料断裂前，发生不可逆永久变形的能力称为塑性。

金属材料的塑性指标有伸长率、断面收缩率和弯曲角。焊接接头的塑性指标常用弯曲角表

示。

金属材料基础知识，金属材料的力学性能

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。

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，这就要求金属材料必须具有一种承受机械载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。

一、力学性能--强度

强度——金属在静载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。

1．拉伸测试

拉伸试验是指在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法。利用拉伸试验得到的数据可以确定材料的弹性极限、伸长率、弹性模量、比例极限、面积缩减量、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其它拉伸性能指标。

2．力－伸长曲线

弹性变形阶段--屈服阶段--强化阶段--缩颈阶段

3．强度指标

（1）屈服强度：当金属材料出现屈服现象时，在实验期间发生塑性变形而力不增加的应力点。

（2）抗拉强度Rm ：材料在断裂前所能承受的最大的应力。

二、力学性能--塑性

塑性——材料受力后在断裂前产生塑性变形的能力。

1．断后伸长率A ：试样拉断后，标距的伸长量与原始标距之比的百分率。

2．断面收缩率Z ：试样拉断后，缩颈处面积变化量与原始横截面面积比值的百分率

三、力学性能--硬度

硬度——材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。硬度是通过在专用的硬度试验机上实验测得的。

1．布氏硬度：用球面压痕单位面积上所承受的平均压力来表示，单位为Pa，但一般均不标出：

表示方法：布氏硬度用硬度值、硬度符号、压头直径、实验力及实验力保持时间表示。当保持时间为10～15s时可不标。 应用范围：主要用于测定铸铁、有色金属及退火、正火、调质处理后的各种软钢等硬度较低的材料。