金属材料力学性能指标

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.△K th：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。

22.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。

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。

金属材料的使用性能1. 密度(比重):材料单位体积所具有的质量，即密度＝质量/体积，单位为g/cm3。

2. 力学性能: 金属材料在外力作用下表现出来的各种特性，如弹性、塑性、韧性、强度、硬度等。

3. 强度: 金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。

屈服点、抗拉强度是极为重要的强度指标，是金属材料选用的重要依据。

强度的大小用应力来表示，即用单位面积所能承受的载荷(外力)来表示。

4. 屈服点: 金属在拉力试验过程中，载荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象，称为“屈服”。

产生屈服现象时的应力，即开始产生塑性变形时的应力，称为屈服点，用符号σs表示，单位为MPa。

5. 抗拉强度: 金属在拉力试验时，拉断前所能承受的最大应力，用符号σb表示，单位为MPa。

6. 塑性: 金属材料在外力作用下产生永久变形(去掉外力后不能恢复原状的变形)，但不会被破坏的能力。

7. 伸长率: 金属在拉力试验时，试样拉断后，其标距部分所增加的长度与原始标距长度的百分比，称为伸长率。

用符号δ，%表示。

伸长率反映了材料塑性的大小，伸长率越大，材料的塑性越大。

8. 韧性: 金属材料抵抗冲击载荷的能力，称为韧性，通常用冲击吸收功或冲击韧性值来度量。

9. 冲击吸收功: 试样在冲击载荷作用下，折断时所吸收的功。

用符号A?k表示，单位为J 。

10. 硬度: 金属材料的硬度，一般是指材料表面局部区域抵抗变形或破裂的能力。

根据试验方法和适用范围的不同，可分为布氏硬度和洛氏硬度等多种。

布氏硬度用符号HB表示：洛氏硬度用符号HRA、HRB或HRC表示。

部分常用钢的用途(一)各牌号碳素结构钢的主要用途:1.牌号Q195，含碳量低，强度不高，塑性、韧性、加工性能和焊接性能好。

用于轧制薄板和盘条。

冷、热轧薄钢板及以其为原板制成的镀锌、镀锡及塑料复合薄钢板大量用用屋面板、装饰板、通用除尘管道、包装容器、铁桶、仪表壳、开关箱、防护罩、火车车厢等。

盘条则多冷拔成低碳钢丝或经镀锌制成镀锌低碳钢丝，用于捆绑、张拉固定或用作钢丝网、铆钉等。

金属材料的力学性能指标金属材料是工程中常用的材料之一，其力学性能指标对于材料的选择和设计具有重要意义。

力学性能指标是评价金属材料力学性能的重要依据，主要包括强度、韧性、塑性、硬度等指标。

下面将对金属材料的力学性能指标进行详细介绍。

首先，强度是评价金属材料抵抗外部力量破坏能力的指标。

强度可以分为屈服强度、抗拉强度、抗压强度等。

其中，屈服强度是材料在受到外部力作用下开始产生塑性变形的应力值，抗拉强度是材料在拉伸状态下抵抗破坏的能力，抗压强度是材料在受到压缩力作用下抵抗破坏的能力。

强度指标直接影响着材料的承载能力和使用寿命。

其次，韧性是材料抵抗断裂的能力。

韧性指标包括冲击韧性、断裂韧性等。

冲击韧性是材料在受到冲击载荷作用下抵抗破坏的能力，断裂韧性是材料在受到静态载荷作用下抵抗破坏的能力。

韧性指标反映了材料在受到外部冲击或载荷作用下的抗破坏能力，对于金属材料的使用安全性具有重要意义。

再次，塑性是材料在受力作用下产生塑性变形的能力。

塑性指标包括伸长率、收缩率等。

伸长率是材料在拉伸破坏前的延展性能指标，收缩率是材料在受力破坏后的收缩性能指标。

塑性指标直接影响着金属材料的加工性能和成形性能，对于金属材料的加工工艺和成形工艺具有重要影响。

最后，硬度是材料抵抗划伤、压痕等表面破坏的能力。

硬度指标包括洛氏硬度、巴氏硬度等。

硬度指标反映了材料表面的硬度和耐磨性能，对于金属材料的耐磨性和使用寿命具有重要意义。

综上所述，金属材料的力学性能指标是评价材料性能的重要依据，强度、韧性、塑性、硬度等指标直接影响着材料的使用性能和工程应用。

在工程设计和材料选择中，需要根据具体的工程要求和使用环境，综合考虑各项力学性能指标，选择合适的金属材料，以确保工程的安全可靠性和经济性。

金属材料力学性能指标金属材料是工程领域中常见的材料之一，其力学性能指标对于材料的选择和设计具有重要意义。

力学性能指标是评价金属材料力学性能优劣的重要标准，包括强度、塑性、韧性、硬度等指标。

下面将分别对这些指标进行详细介绍。

首先是强度指标，强度是材料抵抗外力破坏的能力，通常包括屈服强度、抗拉强度、抗压强度等。

屈服强度是材料在受力过程中开始产生塑性变形的临界点，是材料的抗拉性能指标，通常用σs表示。

抗拉强度是材料抵抗拉伸破坏的能力，是材料的最大抗拉应力，通常用σb表示。

抗压强度是材料抵抗压缩破坏的能力，是材料的最大抗压应力，通常用σc表示。

强度指标直接反映了金属材料的抗破坏能力，对于材料的选用和设计具有重要意义。

其次是塑性指标，塑性是材料在受力作用下产生塑性变形的能力，通常包括延伸率和断面收缩率两个指标。

延伸率是材料在拉伸破坏时的变形能力，是材料的延展性指标，通常用δ表示。

断面收缩率是材料在拉伸破坏时的收缩能力，是材料的收缩性指标，通常用ψ表示。

塑性指标反映了金属材料在受力作用下的变形能力，对于材料的成形加工和使用性能具有重要意义。

第三是韧性指标，韧性是材料在受力作用下抵抗断裂的能力，通常包括冲击韧性和断裂韧性两个指标。

冲击韧性是材料在受冲击载荷作用下抵抗破坏的能力，是材料的抗冲击性能指标，通常用AK表示。

断裂韧性是材料在受静载荷作用下抵抗断裂的能力，是材料的抗断裂性能指标，通常用KIC表示。

韧性指标反映了金属材料在受力作用下的抗断裂能力，对于材料的安全可靠性具有重要意义。

最后是硬度指标，硬度是材料抵抗划痕、压痕和穿透的能力，通常包括洛氏硬度、巴氏硬度和维氏硬度等指标。

洛氏硬度是材料抵抗划痕的能力，是材料的硬度指标，通常用HRC表示。

巴氏硬度是材料抵抗压痕的能力，是材料的硬度指标，通常用HBS表示。

维氏硬度是材料抵抗穿透的能力，是材料的硬度指标，通常用HV表示。

硬度指标反映了金属材料的硬度和耐磨性能，对于材料的耐磨加工和使用寿命具有重要意义。

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指标分类：机械工程材料的常用性能：使用性能（力学、物理、化学）和工艺性能（加工、铸造、焊接）一、材料变形的过程三个阶段：弹性变形、弹塑性变形、断裂。

二、刚度定义：工程上，指构件或零件在受力时抵抗弹性变形的能力。

计算：等于材料弹性模量E与零构件截面积A的乘积。

弹性模量E：材料在弹性变形范围内，应力与应变成正比，其比值为弹性模量E=σ/ε（MPa）。

它表示的是材料抵抗弹性变形的能力，反映了材料发生弹性变形的难易程度。

二、强度、塑性、硬度——材料在静载荷下的性能指标1．强度定义：在外力作用下，材料抵抗变形或断裂的能力。

物理意义：材料在每个变形阶段的应力极限值。

（1）弹性极限σe材料在外力作用下发生纯弹性变形的最大应力值为弹性极限σe，即A点对应的应力值，表征材料发生微量塑性变形的抗力。

（2）屈服强度σs试样发生屈服现象时的应力值，屈服点S的应力值称为屈服强度σS，表征材料开始发生明显的塑性变形。

没有明显的屈服现象发生的材料，用试样标距长度产生0.2%塑性变形时的应力值作为该材料的屈服强度，用σ0.2表示，称为条件屈服强度。

意义同σS。

（3）抗拉强度σb材料在拉伸载荷作用下所能承受的最大应力值σb称为抗拉强度或强度极限，表征材料的断裂抗力。

强度是零件设计和选材的主要依据。

2．塑性定义：材料在外力作用下，产生塑性变形而不破断的能力称为塑性。

指标：工程上常用延伸率δ和断面收缩率ψ作为材料的塑性指标。

材料的δ和ψ值越大，塑性越好。

3．硬度定义：指材料表面抵抗局部塑性变形的能力，是表征材料软硬程度的一种性能。

通常材料的强度越高，硬度也越高，耐磨性也越好。

硬度指标：与试验方法有关。

生产上，常用静载压入法，常用方法有：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。

布氏硬度HBS：淬火钢球压头，压痕大，不能测太硬度的材料，适用于测量退火和正火钢、铸铁、有色金属等材料的硬度。

洛氏硬度HRC：锥角为120°的金刚石圆锥体压头，适用于调质钢、淬火钢、渗碳钢等硬度的测量。

阐述金属材料的力学性能及其指标在机械加工领域，常研究的金属材料的力学性能主要包括以下几个方面：材料强度与塑性、材料硬度、冲击韧性与疲劳强度。

通过对金属材料力学性能的研究，在满足零部件加工性能的同时，更好更合理的选材。

一、强度与强度指标金属材料在机械加工时，承受静载荷的作用，其抵抗塑性变形或断裂的能力称之为强度。

载荷就是金属材料在使用及加工过程中所承受的各种外力，其中载荷分为静载荷、冲击载荷、交变载荷。

顾名思义静载荷就是力的大小和方向均不发生变化的载荷，而冲击载荷就是冲击力比较大，作用在工件上的时间比较短、速度比较快，交变载荷与静载荷相反，力的大小和方向随时间发生周期性的变化。

我们所研究的强度指标就是在静载荷作用下研究的。

屈服强度是用来表示金属材料强度指标最有效的形式。

当金属材料受力达到一定程度出现屈服现象时，发生塑性变形并且变形能力不随力增加而改变，此时所对应的应力称之为屈服强度。

在机械加工领域，常用到的材料一般不允许存在塑性变形，这就决定了屈服强度是我们设计零部件和选材的最主要依据。

二、塑性与塑性指标金属材料在机械加工时承受载荷作用时发生变形，当载荷增加一定程度时发生断裂，在断裂前所承受的最大塑性变形的能力我们称之为材料塑性。

拉伸试验是我们获得金属材料的强度和塑性指标最有效的试验。

首先把被测材料加工成标准试样，将试样安装在拉伸试验机上通过缓慢施加拉伸载荷，获得拉伸载荷与式样伸长量的关系，即拉伸曲线。

三、硬度和硬度试验金属材料的硬度就是指金属材料抵抗局部塑性变形和破坏的能力。

金属材料的力学性能中最重要的指标之一就是硬度。

与拉伸试验相比，硬度试验相对操作比较简单，可以直接在零部件表面进行试验，比较直观，应用比较广泛。

硬度试验方法种类比较多，最常用的有以下三种试验方法。

1、布氏硬度试验法（1）布氏硬度试验原理布氏试验就是先使用硬质合金球做压头压入金属表面，在施加一定的压力，在规定时间后消除试验力，最后测量压痕表面直径，根据试验压力，作用时间，压痕直径，带入公式，通过计算公式得出其硬度值。

指标项目 单位 意义说明比例极限σpMPa金属材料应力与应变成正比例关系的最大应力，即拉伸图上开始偏离直线时的应力称为比例极限σp ，σp =P p /A 0，式中P p 为比例极限负荷（N ），A 0为试样原始截面积（mm 2）。

比例极限精确测定困难，标准规定以拉伸曲线的切线与负荷轴间夹角的正切值较弹性直线部分之值增加50%作为偏离值，其应力称为规定比例极限，也可将偏离值为25%或10%分别以σp25或σp10表示。

比例极限σeMPa金属在弹性变形范围内，试样不产生塑性变形时所能承受的最大应力称为弹性极限σe ，σe =P e /A 0，式中P e 为弹性极限负荷（N ），A 0为试样原始截面积（mm 2）。

弹性极限精确测定困难，标准规定以残余伸长为0.01%的应力作为规定弹性极限，弹性极限和比例极限数值很相近，常以规定的σp 值代替σe 。

弹性模量MPa金属在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量。

拉伸时：）（l A Pl E ∆==00εσ，式中σ为正应力（MPa ），ε为应变，用百分数表示，P 为垂直力（N ），A 0为试样原始截面积（mm 2），l 0为试样原长（mm ），∆l 为绝对伸长（mm ），E 称为正弹性模量。

剪切时：p bI ML G ）（210ϕϕγτ-==，式中τb 为切应力（MPa ），γ为切应变，即相对扭转滑移，M 为扭转力矩，L 0为试样计算长度，φ1和φ2为计算长度两端的扭转角度，I p 为扭转时试样截面相对于轴线的截面二次极矩，G 为切变模量。

弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。

续表屈服点 MPa 在拉伸过程中，负荷不增加，试样还继续发生变形的最小应力称为屈服点σs ，σs =p s /A 0，式中，Ps 为屈服负荷（N ），A 0为试样原始截面积（mm 2）。

金属材料力学性能最常用的几项指标硬度是评定金属材料力学性能最常用的指标之一。

对于金属材料的硬度，至今在国内外还没有一个包括所有试验方法的统一而明确的定义。

就已经标准化的、被国内外普通采用的金属硬度试验方法而言，金属材料硬度的定义是:材料抵抗另一较硬材料压入的能力。

硬度检测是评价金属力学性能最迅速、最经济、最简单的一种试验方法。

硬度检测的主要目的就是测定材料的适用性，或材料为使用目的所进行的特殊硬化或软化处理的效果。

对于被检测材料而言，硬度是代表着在一定压头和试验力作用下所反映出的弹性、塑性、强度、韧性及磨损抗力等多种物理量的综合性能。

由于通过硬度试验可以反映金属材料在不同的化学成分、组织结构和热处理工艺条件下性能的差异，因此硬度试验广泛应用于金属性能的检验、监督热处理工艺质量和新材料的研制。

金属硬度检测主要有两类试验方法。

一类是静态试验方法，这类方法试验力的施加是缓慢而无冲击的。

硬度的测定主要决定于压痕的深度、压痕投影面积或压痕凹印面积的大小。

静态试验方法包括布氏、洛氏、维氏、努氏、韦氏、巴氏等。

其中布、洛、维三种测试方法是最长用的，它们是金属硬度检测的主要测试方法。

而洛氏硬度试验又是应用最多的，它被广泛用于产品的检测，据统计，目前应用中的硬度计70%是洛氏硬度计。

另一类试验方法是动态试验法，这类方法试验力的施加是动态的和冲击性的。

这里包括肖氏和里氏硬度试验法。

动态试验法主要用于大型的及不可移动工件的硬度检测。

1.布氏硬度计原理对直径为D的硬质合金压头施加规定的试验力，使压头压入试样表面，经规定的保持时间后，除去试验力，测量试样表面的压痕直径d，布氏硬度用试验力除以压痕表面积的商来计算。

图1布氏硬度试验原理HB =F / S ……………… (1-1)=F / πDh ……………… (1-2)=……………… (1-3)式中：F ——试验力，N；S ——压痕表面积，mm；D ——球压头直径，mm；h ——压痕深度， mm；d ——压痕直径，mm布氏硬度计的特点：布氏硬度检测的优点是其硬度代表性好，由于通常采用的是10 mm直径球压头，3000kg试验力，其压痕面积较大，能反映较大范围内金属各组成相综合影响的平均值，而不受个别组成相及微小不均匀度的影响，因此特别适用于测定灰铸铁、轴承合金和具有粗大晶粒的金属材料。