机械材料的力学性能(正式版)

机械主要性能：硬度、强度、刚度、塑性、弹性、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性等。

1、硬度：金属材料抵抗更硬的物体压入其内的能力.硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要的性能指标，它既可理解为是材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力，也可表述为材料抵抗残余变形和反破坏的能力。

硬度不是一个简单的物理概念，而是材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标。

硬度试验根据其测试方法的不同可分为静压法（如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等）、划痕法（如莫氏硬度）、回跳法(如肖氏硬度）及显微硬度、高温硬度等多种方法。

2、刚度：金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力。

刚度是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。

零件的刚度（或称刚性)常用单位变形所需的了或力矩来表示，刚度的大小取决于零件的几何形状和材料种类（即材料的弹性模量）.刚度要求对于某些弹性变形量超过一定数值后，会影响机器工作质量的零件尤为重要，如机床的主轴、导轨、丝杠等。

3、强度：金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。

强度是指零件承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力。

也就是说，强度是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标.强度是机械零部件首先应满足的基本要求.机械零件的强度一般可以分为静强度、疲劳强度（弯曲疲劳和接触疲劳等）、断裂强度、冲击强度、高温和低温强度、在腐蚀条件下的强度和蠕变、胶合强度等项目。

强度的试验研究是综合性的研究,主要是通过其应力状态来研究零部件的受力状况以及预测破坏失效的条件和时机。

4、塑性：金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致引起破华的能力。

5、弹性：弹性是指物体在外力作用下发生形变，当外力撤消后能恢复原来大小和形状的性质。

在固体力学中弹性是指：当应力被移除后，材料恢复到变形前的状态。

线性弹性材料的形变与外加的载荷成正比,此关系可以用线性弹性方程,例如胡克定律，表示出来。

物体所受的外力在一定的限度以内，外力撤消后物体能够恢复原来的大小和形状；在限度以外,外力撤销后不能恢复原状，这个限度叫弹性限度（见弹性体的拉伸压缩形变）。

机械材料力学
机械材料力学是研究材料在外力作用下的变形和破坏规律的学科。

在工程实践中，我们经常需要对材料的力学性能进行分析和评估，以确保设计的可靠性和安全性。

本文将从材料的应力、应变、弹性模量、屈服强度和断裂韧性等方面对机械材料力学进行探讨。

首先，我们来谈谈材料的应力和应变。

应力是指单位面积上的内力，而应变则
是材料单位长度上的变形量。

在材料受力的过程中，会产生各种不同方向的应力和应变，我们需要通过力学分析来确定材料的受力状态，以便进行合理的设计和选材。

其次，弹性模量是衡量材料抵抗变形能力的重要参数。

它反映了材料在受力后
的恢复能力，是材料的重要力学性能指标。

弹性模量越大，材料的刚度越大，变形能力越小，反之则变形能力越大。

屈服强度是材料在受力过程中发生塑性变形的临界点。

当材料受到的应力超过
了屈服强度时，材料就会开始产生塑性变形，这对于工程设计来说是非常重要的，因为我们需要确保材料在设计工作条件下不会发生塑性变形，从而保证设备和结构的安全可靠性。

最后，我们来谈谈断裂韧性。

断裂韧性是材料抵抗破坏的能力，它反映了材料
在受到外力作用下的抗破坏能力。

在工程实践中，我们需要根据材料的断裂韧性来选择合适的材料，以确保设备和结构在受到外力作用时不会发生过早的破坏。

综上所述，机械材料力学是工程领域中非常重要的一个学科，它关乎着工程设
计和材料选用的安全性和可靠性。

通过对材料的应力、应变、弹性模量、屈服强度和断裂韧性等力学性能的分析，我们可以更好地理解材料的行为规律，为工程实践提供科学依据。

希望本文对大家对机械材料力学有所帮助。

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。

第三章常用金属材料及热处理第一节材料的力学性能一、力学性能的概念：力学性能是指金属在外力作用下所表现出来的性能。

力学性能包括：强度、硬度、塑性、硬度、冲击韧性。

二、载荷的概念及分类：1.金属材料在加工及使用过程中所受的外力称为载荷。

2.按载荷作用性质分：①静载荷：是指大小不变或变化过程缓慢的载荷。

②冲击载荷：在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。

③交变载荷：是指大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化析载荷。

三、变形的概念及分类1.概念：金属材料受到载荷作用而产生的几何形式和尺寸的变化称为变形。

2.分类：弹性变形和塑性变形两种四、强度：1.概念：金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。

强度的大小用应力来表示。

2.根据载荷作用方式不同，强度可分为：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等。

一般情况下多以抗拉强度作为判别金属强度高低的指标。

①拉伸试样：拉伸试样的形状一般有圆形和矩形。

d0：直径 L0：标距长度长试样：L0=10d0短试样：L0=5d03.强度指标：①屈服点：在拉伸试验过程中，载荷不增加（保持恒定），试样仍能继续伸长时的应力称为屈服点。

用符号σs表示，计算公式：σs=Fs/S0对于无明显屈服现象的金属材料可用规定残余伸长应力表示，计算公式：σ0.2=F0.2/So屈服点σs和规定残余伸长应力σ0.2都是衡量金属材料塑性变形抗力的指标。

②抗拉强度:材料在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用符号σb表示。

计算公式为：σb=F b/S0 零件在工作中所承受的应力，不于允许超过抗拉强度，否则会产生断裂。

五、塑性：1.概念：断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性。

塑性由拉伸试验测得的。

常用伸长率和断面收率表示。

①伸长率：试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率。

用δ表示，计算公式：δ=(l1-l0)/l0×100%②断面收缩率：试样拉断后，缩颈处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率。

机械材料的力学性能机械材料是一种用于制造物理结构和机械装置的材料，它们的力学性能是制造过程中需要考虑的重要因素。

机械材料主要包括金属、陶瓷、玻璃、聚合物等不同种类的材料，这些材料有不同的物理性质和力学性能，对应的使用场合也有所不同。

强度强度是材料的抵御外力作用的能力，经常被用来描述机械材料的性能。

抗拉强度、抗压强度、剪切强度等都是材料强度的常见指标。

材料的强度与其微观结构有关，对小应力范围内的变形具有很好的韧性，能够抵抗大应力下的破坏。

因此，选择合适的机械材料，特别是对于需要承受大应力的重要部件，强度是非常重要的一个指标。

可塑性可塑性指材料的变形能力，也称为延展性。

通常，材料的可塑性与其结晶度、晶界状态、晶粒尺寸、晶体取向等因素有关。

材料的可塑性越大，其在受力过程中的应变量就越大。

工程中经常用材料的延伸率（或伸长率）和冷弯性等指标来描述可塑性。

韧性韧性是机械材料抵抗脆断损伤的能力。

强度和硬度是一个理想材料应该具有的性能，但是在使用过程中材料会受到各种类型的损伤，这些损伤会影响其强度和硬度。

所以，韧性越高的材料，就越有可能在遭受损伤后仍能够持续发挥其性能。

材料的韧性通常用断面收缩率或断面降伏裂纹面积等指标来描述。

压缩性压缩性是机械材料在受到垂直方向的应力作用下的承载能力。

与可塑性、韧性和强度等性能不同，材料的压缩性通常用压缩模量或压缩强度来进行指标描述。

材料的压缩性往往与其密度有关，密度越大的材料通常具有更高的压缩性。

硬度硬度是机械材料耐受表面压力的能力，也是衡量材料抗磨性的重要指标。

硬度的测量是通过加压将一块已知形状、已知大小的金属样品与可硬化某些标准金属（如钨钢、钢珠）接触在一起，查看来压痕迹。

硬度测试是机械材料性质检测的重要方法，常用于金属材料的选择和质量控制。

总结机械材料的力学性能是控制其使用的关键因素，当选择材料用于特定应用时，需要综合考虑其在特定条件下的强度、可塑性、韧性、压缩性和硬度等指标，制定相应的加工方案，保障生产安全和生产效率的提高。