第一章 金属材料的力学性能

一、概述

材料----优良使用性能、工艺性能

使用性能-----结构材料的力学性能选择。

力学性能（机械性能）：抵抗外力的能力。

主要表现：静载荷下、动载荷下、特殊状态载荷下的力学性能。

第一章材料的性能1、金属特性：塑性-依据塑变加工成零件2、材料外力下：弹性、塑性、断裂3、试验：静载-拉、压、扭、弯动载-冲击、交变

第一章工程材料的性能

第一节工程材料的力学性能

一、静拉伸试验应力-应变图（σ-ε图）。

１.弹性与刚度

弹性：加载应力不超σe，卸载后可完全恢复原状，不产生永久变形的性能。σp比例极限σe:弹性极限E：1）弹性极限

：E点的应力值，即不产生永久变形的最大应力值。

比例极限

：P点的应力值，即保持应力与应变成正比关系的最大应力值。*与，实用中常取相同值。

刚度：材料的弹性模量E，弹性模量E用以表示刚度，表征材料抵抗产生弹性变形的能力。

表征材料产生变形难易程度的指标。E愈大，使产生变形应力愈大，变形困难。E只由材料选择来决定。随温度T的升高而降低。

２.强度

强度是指材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力，单位为MPa。（１）屈服点σs

表示材料在外力作用下开始产生塑性变形的最低应力值。单位为MPa。铸铁等材料没有明显的屈服现象,则用条件屈服点（σ0.2）来表示，即产生0.2%残余应变时的应力值。σs是零（构）件设计计算时的主要参数，是材料选择的重要指标。2）抗拉强度

：拉断前的最大应力值，同样是零（构）件设计、选材的重要指标。＊----称为屈强比。屈强比愈小，构件可靠性愈高。＊热处理、合金化、冷热加工等对的数值会产生很大的影响。

（三）塑性

塑性：产生塑性变形但不断裂的性能称为塑性。塑性------伸长率，断面收缩率表示：

＊，的值愈大，材料塑性愈好。变形加工、冲击载荷零件---有一定的塑性。2、硬度---静载时材料局部机械性能指标1)硬度：金属表面抵抗其它硬物压入的能力--对局部塑性变形的抗力。常用硬度指标有：2)布氏硬度HB、洛氏硬度HRC、维氏硬度HV、肖氏硬度HS等。

（一）布氏硬度HB原理：以压力P--直径D的淬火钢球--压金属表面--压痕直径d----压痕面积---布氏硬度HB。（实际上HB的表达式，测压痕直径d的数值，求出布氏硬度值）注：太薄、太硬（HB450）的材料不易采用布氏硬度。（二）洛氏硬度洛氏硬度---压头及施加压力--分为HRA、HRB、HRC等三种硬度指标，最常用的为HRC。原理：金刚石锥头（顶角）---压痕深h---值标定----压痕越深，硬度越低。*HRC、HRA用于渗碳层，表面淬火层，硬质合金材料的硬度表示。*HRB适用于铜合金材料的硬度表示。

材料的硬度HB与值之间亦有换算关系，如：低碳钢HB约为高碳钢HB约为调质合金钢HB约为

铝铸件HB约为

退火青铜、黄铜HB约为

热处理后零件实际值的测定---实测零件硬度值的方法来确定零件的实际强度，同时判断零件的热处理质量。（三）HV维氏硬度金刚四棱锥（顶角）--对角线--值标定。压痕正方形、轻廓清晰、对角线测量准确，精度最高的，重复性也很好，比布氏硬度计优越。

测量范围宽广，测量全部金属材料，很软材料（几个维氏硬度）到很硬材料（3000维氏硬度）都可测量。

600HV30/20（四）肖氏硬度试验原理

将规定形状的金刚石冲头或硬质合金冲头从固定的高度h。落在试样表面上，冲头弹起一定高度h，用h与h0的比值计算肖氏硬度值。计算公式如下：

HS=K式中：HS－肖氏硬度；K－肖氏硬度系数。例如45HSC

---轧辊第二节动载时材料的机械性

动载荷：主要有两种形式：

冲击：以较高速度施加到零件上的载荷。

交变载荷：大小与方向周期性变化载荷。一、冲击韧性（）材料抵抗冲击的能力，用的值表示。由其测量方法（见图1－3）确定的计算式为：

冲击韧性（）的大小--材料、温度、试样大小、缺口形状。

1.不参与零（构）件的设计计算过程。2.工作时受冲击的零件，进行强度计算时,按经验选择有一定值的材料。3.实际中，常用冲击试验来检验:①材料的组织均匀性、白点、裂纹等。②用来检验材料的热处理质量如：回火脆性，晶粒大小等。二、疲劳强度

材料在大小和方向重复偱环变化载荷作用下抵抗破坏的能力，用σ-1来表示MPa。

疲劳强度通常远低于材料的σb，甚至低于材料的σs。

一定应力循环次数：(钢,有色金属)。

第三节特殊状态下材料的机械性能

特殊状态：零件的工作环境温度很高，或实际材料内部存在缺陷时。高温：室温下材料的力学性能指标不能表示高温下的性能。

随温度T上升—E、、HB值下降，而、值上升。