金属材料的力学性能 (1)

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。

第一章金属材料的力学性能机械制造中使用的材料品种很多，为了正确使用材料，并把它加工成合格的工件，必须掌握材料的使用性能和工艺性能。

使用性能，是指为保证工件正常工作材料应具备的性能，包括力学性能、物理和化学性能等。

工艺性能，是指材料在加工过程中所表现出来的性能，包括铸造性能、锻压性能、焊接性能和切削加工性等。

所谓力学性能，是指材料在外力作用下所表现出来的性能，主要有强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等，是设计机械零件时选材的重要依据。

这些性能指标是通过试验测定的。

第一节刚度、强度、塑性刚度、强度和塑性是根据试验测定出来的。

将材料制成标准试样(图1-1a)，然后把试样装在试验机上施加静拉力，随着拉力的增加试样逐渐变形，直到拉断为止(图1-1b)。

将试样从开始到拉断所受的力F 及所对应的伸长量ΔL绘制在F—ΔL坐标上，得出力一伸长曲线。

低碳钢的力一伸长曲线如图1—2所示。

从图1—2可知，在OE 阶段，试样的伸长量随拉力成比例增加，若去除拉力后试样恢复原状，这种变形称为弹性变形。

超过E 点后，若去除拉力试样不能完全恢复原状，尚有一部分伸长量保留下来，这部分保留下来的变形称为塑性变形。

当拉力增加到F s 时，力一伸长曲线在S 点呈现水平台阶，即表示外力不再增加而试样继续伸长，这种现象称为屈服，该水平台阶称为屈服台阶。

屈服以后，试样又随拉力增加而逐渐均匀伸长。

达到B 点，试样的某一局部开始变细，出现缩颈现象。

由于在缩颈部分试样横截面积迅速减小，因此使试样继续伸长所需的拉力也就相应减小。

当达到K 点时，试样在缩颈处断裂。

低碳钢在拉伸过程中经历了弹性变形、弹一塑性变形和断裂三个阶段。

F —ΔL 曲线与试样尺寸有关。

为了消除试样尺寸的影响，把拉力F 除以试样原始横截面积A0，得出试样横截面积上的应力，同时把伸长量ΔL 除以试样原始标距L 0，得到试样的应变LL ε∆=0F A σ=σ—ε曲线与F —ΔL 曲线形状一样，只是坐标不同。

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姓名：一、填空题(共10小题，每小题3分，共30分)l.是指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，常用的硬度实验法有硬度实验法、硬度实验法和硬度实验法。

2.金属材料在作用下，抵抗和的能力称为强度。

3.金属材料的性能分为和。

4.塑性指标是和，其值越大表示材料的塑性越。

5.变形一般可分为和两种，不能随载荷的去除而消失的变形称为6.200HBS表示硬度,硬度值是，压头是。

7.测定原材料常用试验,测定淬火钢常用试验。

8.金属材料抵抗载荷作用而的能力，称为冲击载荷。

9.布氏硬度值测量压痕，洛氏硬度值测量压痕，维氏硬度值测量压痕。

10.金属材料在循环应力作用下能经受无限多次循环而不断裂的最大应力称为金属材料的。

二、判断题(共10小题，每小题2分，共20分)1.洛氏硬度值无单位。

（）2.做布氏硬度测试时，当试验条件相同时,其压痕直径越小，材料的硬度越低。

（）3.在实际应用中,维氏硬度值是测定压痕对角线长度的算术平方值后再查表得到的。

（）4.各种不同的标尺的洛氏硬度值可进行直接比较,因此应用方便。

（）5.维氏硬度值具有连续性,故可测定很软到很硬的各种金属材料的硬度,其准确性高。

（）6.金属的塑性越好，变压抗力越小，金属的锻造性能越好。

（）7.金属材料的力学性能差异是由其内部组织所决定的。

（）8.金属在强大的冲击作用下，会产生疲劳现象。

（）9.拉伸试验可以测定金属材料的强度、塑性等多项指标。

（）10.布氏硬度测量法宜用于测量成品及较薄零件。

（）三、单项选择题（共10小题，每题2分，共20分）1.金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为（）。

A.塑性B.硬度C.强度D.韧性2.做疲劳试验时.试样承受的载荷为（）。

A.静载荷B.冲击载荷C.循环载荷D.过载荷3.下列属于力学性能指标的是（）。

A.热膨胀性B.化学稳定性C.疲劳强度D.可锻性4.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（）。

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。

金属工艺学•什么叫金属工艺学？金属工艺学是一门研究有关制造金属机件的工艺方法的综合性技术学科。

它主要研究：各种工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相互联系；金属机件的加工工艺过程和结构工艺性；常用金属材料性能对加工工艺的影响；工艺方法的综合比较等。

•机械制造的基本工程1、产品设计总体设计零部件设计决定功能选用材料决定尺寸及结构细节定出技术要求绘出图纸2、工艺准备决定生产方案制定工艺规程与工艺卡设计并制造工艺装备3、毛坯生产铸件、锻件、冲压件、焊接件、棒料、非金属材料、毛坯等。

4、切削加工粗加工、半精加工、精加工、外构件、外协件5、装配与调试组件装配、部件装配、总装、调试6、装箱出厂•机械制造的经济性原则材料成本、工时成本直接成本、间接成本生产成本、利润、税金•现代先进加工工艺1、采用物化知识的职能来代替人，使人从直接参加生产劳动变为主要负责控制生产。

2、采用先进工艺和高效专用设备，使工艺专业化。

3、机械加工技术柔性化，大量采用信息技术和计算机技术。

•材料是可以直接制成成品的东西,如木料、石料、金属材料等。

•工业生产中所使用的材料属于工程材料，主要包括金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料四大类。

•金属材料是现代制造机械的最主要材料。

•金属材料以合金为主，很少使用纯金属。

合金是以一种金属为基础，加入其它金属或非金属，经过熔炼、烧结或其它方法制成的具有金属特性的材料。

最常用的合金，有以铁为基础的铁碳合金；有以铜或铝为基础的铜合金和铝合金。

•用来制造机器零件的金属或合金应具有如下性能：1、优良的工艺性能，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能、机加工性能等。

2、较好的使用性能，包括物理性能、化学性能、力学性能等。

§1-1 材料的性能材料的性能以金属材料为例包括力学性能、物理性能、化学性能和工艺性能等。

一、金属材料的力学性能力学性能是指金属材料在受外力作用时所反映出来的性能。

金属材料的力学性能与应用金属材料是工业生产和生活中广泛使用的一类材料。

它们具有许多优良的物理、化学和力学特性，如高强度、韧性、导电性和导热性等，因此受到了广泛的关注和应用。

而金属材料的力学性能也是其应用的重要方面之一。

在本文中，将介绍金属材料的力学性能与应用方面的内容。

一、金属材料的力学性能1. 弹性模量弹性模量是衡量材料抵抗形变的能力的物理量。

对于金属材料来说，弹性模量可以反映其刚度和弹性力量。

与其他材料相比，金属材料通常具有较高的弹性模量，这也是它们具有极高的强度和刚度的原因之一。

2. 屈服强度屈服强度是指材料在受力时出现塑性变形的临界点，即开始改变形状的应力值。

对于金属材料来说，屈服强度是其材料强度的重要指标之一。

一般来说，同一种金属材料的屈服强度会因为制备和温度等因素而有所差异。

3. 延展性和脆性金属材料的延展性和脆性也是其力学性能的重要指标。

延展性是指材料在受力时能够发生塑性变形之前所允许的最大形变量。

而脆性则是指金属材料受到应力时的断裂倾向。

在实际应用中，延展性高、脆性低的金属材料常常被用于材料弯曲和拉伸等需要高度变形的应用中。

4. 硬度硬度是反映金属材料在表面受损之前所能抵抗划痕、压痕和穿刺的程度。

对于需要承受较高应力的金属材料来说，硬度往往是其要求之一。

硬度值可以通过多种方式来确定，如钻头试验、Vickers硬度测试等。

二、金属材料的应用1. 制造业在制造业中，金属材料的应用非常广泛。

例如，汽车制造领域的车体和发动机部件常常采用高强度、高硬度的铝合金和钢材等金属材料。

电子设备的机器外壳、接口和散热器等也需要采用金属材料。

此外，飞机、船舶、火车等交通运输领域中，许多结构件也用金属材料制成。

2. 倍增和火器在军事领域，金属材料的应用也非常广泛。

例如，汽车补给车和坦克等军事车辆，大多数结构件都是金属材料制成的。

同样，步枪、手枪、火箭筒等武器的弹片材料也是金属材料。

3. 城市建设在城市建设中，金属材料也有着重要的应用。

金属材料的力学性能(总6页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除复习旧课1、材料的发展历史2、工程材料的分类讲授新课第一章金属材料的力学性能材料的性能有使用性能和工艺性能两类使用性能是保证工件的正常工作应具备的性能，主要包括力学性能、物理性能、化学性能等。

工艺性能是材料在被加工过程中适应各种冷热加工的性能，包括铸造性能、锻压性能、焊接性能、热处理性能、切削加工性能等。

力学性能是指金属在外力作用下所显示的性能能。

金属力学性能指标有：强度、刚度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。

第一节刚度、强度与塑性一、拉伸试验及力—伸长曲线L 0——原始标距长度；L1——拉断后试样标距长度d 0——原始直径。

d1——拉断后试样断口直径国际上常用的是L0=5 d0（短试样），L0=10 d0（长试样）[拉伸曲线]：拉伸试验中记录的拉伸力F与伸长量ΔL（某一拉伸力时试样的长度与原始长度的差ΔL=Lu-L0）的F—ΔL曲线称为拉伸曲线图。

Oe段：为纯弹性变形阶段，卸去载荷时，试样能恢复原状Es段：屈服阶段Sb段：强化阶段，试样产生均匀的塑性变形，并出现了强化Bk段：局部塑性变形阶段二、刚度刚度:金属材料抵抗弹变的能力指标：弹性模量 E E= σ / ε (Gpa )弹性范围内. 应力与应变的比值（或线形关系，正比）E↑刚度↑一定应力作用下弹性变形↓三、强度指标σ= F/S o强度：强度是指材料抵抗塑性变形和断裂的能力。

强度表示：强度一般用拉伸曲线上所对应某点的应力来表示。

单位采用N/mm2(或MPa 兆帕）σ= F/Aoσ——应力（MPa）；F——拉力（N）；S o——截面积（mm2）。

常用的强度判据主要有屈服点、条件屈服强度（也称为规定残余伸长应力）和抗拉强度等。

1、屈服点与条件屈服强度[屈服强度]σs 产生屈服时的应力（屈服点），亦表示材料发生明显塑性变形时的最低应力值。

金属材料的力学性能金属材料在外力或能的作用下，所表现出来的一系列力学特性，如强度、刚度、塑性、韧性、弹性、硬度等，也包括在高低温、腐蚀、表面介质吸附、冲刷、磨损、空蚀（氧蚀）、粒子照射等力或机械能不同程度结合作用下的性能。

力学性能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，是选用金属材料的重要依据。

充分了解、掌握金属材料的力学性能，对于合理地选择、使用材料，充分发挥材料的作用，制定合理的加工工艺，保证产品质量有着极其重要的意义。

一、强度强度是材料受外力而不被破坏或不改变本身形状的能力。

(一)屈服点金属试样在拉伸试验过程中，载荷不再增加而试样仍继续发生塑性变形而伸长，这一现象叫做“屈服”。

材料开始发生屈服时所对应的应力，称为“屈服点”，以σs表示。

有些材料没有明显的屈服点，这往往采用σ0.2作为屈服阶段的特征值，称为屈服强度。

（二）抗拉强度拉伸试验时，材料在拉断前所承受的最大标称应力，即拉伸过程中最大力所对应的应力，称为抗拉强度，以σb表示。

二、塑性塑性是金属材料在外力作用下（断裂前）发生永久变形的能力，常以金属断裂时的最大相对塑性变形来表示，如拉伸时的断后伸长率和断面收缩率。

（一）伸长率金属材料在拉伸试验时试样拉断后其标距部分所伸长的长度与原始标距长度的百分比，称为断后伸长率，也叫伸长率，用δ表示。

（二）断面收缩率金属试样在拉断后，其缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，称为断面收缩率，以符号ψ表示。

三、硬度硬度是金属材料表面抵抗弹性变形、塑性变形或抵抗破裂的一种抗力，是衡量材料软硬的性能指标。

硬度不是一个单纯的、确定的物理量，而是一个由材料弹性、塑性、韧性等一系列不同性能组成的综合性能指标。

所以硬度不仅取决于材料本身，还取决于试验方法和条件。

（一）布氏硬度（二）洛氏硬度（三）维氏硬度四、韧性金属在断裂前吸收变形能量的能力，称为韧性。

衡量材料韧性的指标分为冲击韧性和断裂韧性。

金属材料的力学性能一、概述1、金属材料所受的载荷主要有：静载荷、冲击载荷、交变载荷2、金属材料的变形主要有：弹性变形（可恢复）、塑性变形（永久变形）3、弹性金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能回复其原来形状的性能，叫做弹性。

4、弹性变形随着外力消失而消失的变形，叫做弹性变形。

5、塑性金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致引起破坏的性能叫做塑性。

6、塑性变形在外力消失后留下来的这部分不可恢复的变形，叫做塑性变形。

7、刚性:金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力。

二、力学性能1、强度定义：材料在外力（载荷）作用下抵抗变形和断裂的能力。

材料单位面积所受的载荷成为应力。

屈服强度R el：在拉伸过程中，材料所受应力达到某一临界值时，载荷不在增加而变形却继续增加或产生大应力值。

单位N/mm²（条件屈服强度σ0.2）有些材料在拉伸图中没有明显的水平阶段。

为了衡量这些材料的屈服特性,规定产生永久残余变形等于一定值(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抗拉强度R m：材料在拉断前承受大最大应力值。

2、塑性定义：材料断裂前产生永久变形的能力断后伸长率A断面收缩率Z3、硬度定义：材料抵抗其他硬物压入的能力。

硬度测试方法：A、布式硬度测定法（HBW）HBS——压头为钢球，用于测量<450HBS HBW——压头为硬质合金,用于测量>450HBW（<650HBW）特点：布氏硬度因压痕面积较大，HB值的代表性较全面，而且实验数据的重复性也好。

由于淬火钢球本身的变形问题，不能试验太硬的材料，一般测HB450以下的材料；硬质合金可测HB450以上的材料。

由于压痕较大，不能进行成品检验。

通常用于测定铸铁、有色金属、低合金结构钢等材料的硬度。

B、洛氏硬度测定法(HRA、HRB HRC)特点：洛氏硬度HR可以用于硬度很高的材料，而且压痕很小，几乎不损伤工件表面，故在钢件热处理质量检查中应用最多。