第一章 力学性能

1、金属材料的力学性能 金属加工金属加工 01 金属材料性能概述 02 力学性能指标 Contents 内容大纲内容大纲 第 节 金属材料性能概述金属材料性能概述 1 1 1.1.金属材料的性能金属材料的性能 1.金属材料的性能：使用性能、工艺性能。 （1）使用性能：金属材料为保证机械零件或 工具正常工作应具备的性能。使用过程中 表现出来的特性。 包括：力学性能、物理性能、化学性能。 （2）工艺性能：金属材料在制造机械零件或 工具的过程中，适应各种冷、热加工的性 能。材料制成成品的难易程度。 2.2.金属材料的力学性能金属材料的力学性能 （1）定义：金属在外力（载荷）作用下表现出来的性 能。 （2

2、）评价指标：强度、塑形、硬度、韧性、疲劳强度、 刚性。 （3）作用：评价金属材料质量的主要依据，金属构件 设计时，选材和进行强度计算的主要依据。 （4）内力：物体受外力作用后导致物体内部之间产生 的相互作用的力。 （5）应力：单位面积上的内力（N/mm2或Mpa). （6）应变：外力所引起的物体原始尺寸或形状的相对 变化。 3.3.拉伸试验拉伸试验 （1）定义：用静（缓慢）拉伸力对试样进行轴向拉伸， 通过测量拉伸力和伸长量来测定试样强度、塑形等力 学性能的试验。 （2）试验方法：使用短圆柱形比例拉伸试样，得到 力伸长曲线。 （3）低碳钢力伸长曲线： oe：弹性变形阶段 op：弹性变形 pe：塑

3、性变形 es：屈服阶段 屈服现象 sb：变形强化阶段 冷变形强化 bk：颈缩与断裂阶段 颈缩现象 极限拉伸力 第 节 力学性能指标力学性能指标 2 2 强度强度 1.定义：金属材料抵抗永久变形和断裂的能力。 2.测定方法：拉伸试验 3.意义：大多数机械零件选材和设计的依据 4.强度指标 （1）屈服强度：在拉伸试验过程中拉力不断增加的 情况下，拉伸试样仍然能继续伸长时的应力，ReH、 ReL。 （2）抗拉强度：拉伸试验拉断前所承受的最大标称 拉应力，Rm。 塑性塑性 1.定义：金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的 能力。 2.测定方法：拉伸试验 3.意义：塑性大的材料，容易进行锻压、轧制。 4.

4、塑性指标 （1）断后伸长率：拉伸试样拉断后的标距伸长与原 始标距的百分比，A/A11.3。 （2）断面收缩率：拉伸试样拉断后颈缩处横截面积 的最大缩减量与原始横截面积的百分比，Z。 硬度硬度 1.定义：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。 2.测定方法：压入法、划痕法、回弹高 度法。 3.意义：硬度越大，耐磨性越大。 4.分类 （1）布氏硬度（HBW） A.原理：硬质合金球 B.标注方法：硬度值+HBW+压头直径、试验力大小、试验力保持时间，例： 150HBW10/1000/30 C.特点：测量值较准确，数据稳定，压痕较大，不宜测量太小或太薄的试样， 主要测原材料的硬度，

5、如铸铁、非铁金属、半成品。 （2）洛氏硬度（HR） A.原理：锥角为120的金刚石圆锥体或直径为1.5875的球 B.标注方法：硬度值+HR+标尺 C.特点：准确性较差，压痕小，常用来直接检验成品或半成品。 （3）维氏硬度（HV） A.原理：相对面夹角为136的正四棱锥体金刚石 B.标注方法：硬度值+HV+试验力大小、试验力保持时间 C.特点：适用于零件表面层硬度的测试，结果准确可靠，对试样表面质量要求 高，效率低。 韧性韧性 1.定义：金属材料在断裂前吸收变形能量的能力。 2.测定方法：夏比摆锤冲击试验 3.意义：测量零件抵抗冲击载荷的能力。 4.温度对韧性的影响 （1）一般情况下，金属材料

6、的韧性随着温度的降低而降低。 （2）冷脆转变：当温度降至某一数值时，金属材料由韧性断 裂变为脆性断裂。 疲劳强度疲劳强度 1.疲劳现象 （1）载荷形式 静载荷 冲击载荷 交变载荷（循环载荷） （2）金属材料的疲劳：零件在低于零件材料屈服强度或规定延伸强度循环应 力作用下，经过一定工作时间后突然断裂的现象。 （3）疲劳断裂特点：不产生明显的塑性变形，断裂突然发生，有很大危险性。 2.疲劳强度 （1）定义：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。 （2）影响条件：金属材料的疲劳强度随着抗拉强度的提高而提高。 （3）-N曲线（：循环应力，N：循环次数） 意义：反映金属材料的实

7、际服役过程。 钢铁材料的循环基数N=107，对非铁金属循环基数N=108。 刚性刚性 1.定义：金属材料或结构在受力时抵抗弹性变形的 能力。 2.意义：材料或结构弹性变形难易程度。 3.复习概念 弹性变形：外力消失后，物体形状随之复原。 塑性变形：外力消失后，物体形状不能复原。 总结总结 强度 塑性硬度 韧性 刚度 疲劳 强度 定 义 测定 方法 意 义 指 标 抵抗永久 变形和断 裂 断裂前， 不可逆永 久变形 抵抗局部 变形（压 痕、划痕、 塑性变形） 断裂前吸 收变形能 量的能力 抵抗弹性 变形的能 力 在循环应 力作用下， 不断裂的 最大应力 拉伸试验 机械零件选 材和设计的 依据（屈服 强度） 塑性越大， 越容易进 行锻压、 轧制 硬度越大， 耐磨性越 好 韧性越大， 抵抗冲