第一章 工程材料的性能
金属材料在使用条件下所表现出来的性能。
物理性能、化学性能、机械性能
工艺性能：
机械性能： 金属材料在外力作用下表现出的力学行为。
性能
使用性能：
制造工艺过程中材料适应加工的性能。
铸造性、可锻性、焊接性、切削加工
性、热处理工艺性。
最基本的指标是强度，塑性，硬度和冲击韧性。
一、强度
二、塑性
三、硬度
四、冲击韧性
结束
第一章 工程材料的性能
第一节 静载时材料的机械性能
σ= —（MPa)P
S0
ε= ——×100%
L1-L0
L0
一、静拉伸试验
此试验在试验机上进行
∆L=L1－Lo
第一章 工程材料的性能
第一节 静载时材料的机械性能
一、静拉伸试验
静拉伸实验可知：
低碳钢经三个阶段而破坏：
弹性阶段（OPE）
弹—塑性阶段（ESB）
断裂阶段（BK）
静拉伸曲线上：
① OE直线段—弹性变形阶段
撤去外力，完全消失
的变形，弹性变形量
与外力大小成正比。
第一节 静载时材料的机械性能
一、静拉伸试验
弹性变形
静拉伸曲线上：
② ES段（偏离直线）—
微量塑性变形阶段
一、静拉伸试验
塑性变形：
撤去外力，不能消失
而保留下来的变形。
第一节 静载时材料的机械性能
比例极限σp
弹性极限σe
屈服强度σs
抗拉强度σb
强度指标单位：MPa
静拉伸曲线上：
第一章 工程材料的性能
第一节 静载时材料的机械性能
一、静拉伸试验
静拉伸曲线上：
① OE直线段——弹性
变形阶段
弹性极限σe：
只发生弹性变形，不产生
塑性变形的最大应力。工
程上常用σ表示。
△L=%L0
一、静拉伸试验
第一节 静载时材料的机械性能
静拉伸曲线上：
③ SS′水平（或波浪）线段—屈服阶段
屈服极限σs：
材料屈服时的最小应力。表示
材料抵抗微量塑性变形的能力。
σs是零件设计的重要依据之
一。脆性材料不考虑σs
一、静拉伸试验
第一节 静载时材料的机械性能
脆性材料静拉伸曲线
脆性材料（铸铁，高碳钢，经热处
理钢）在破断前没明显的塑性变形，
称为脆性断裂
条件屈服极限σ：
材料产生塑性变形量
△L=%L0时的应力值。
一、静拉伸试验
第一节 静载时材料的机械性能
静拉伸曲线上：
④ESB为弹—塑性变形阶段
一、静拉伸试验
第一节 静载时材料的机械性能
⑤ BK为下降线段——颈缩
断裂阶段
抗拉强度σb：
试样被拉断前所能承
受的最大载荷处的应
力。工程安全的保证。
（一）弹性与刚度
一、静拉伸试验
第一节 静载时材料的机械性能
弹性—材料产生弹性变形而不产
生塑性变形的能力。
刚度—材料抵抗弹性变形的能力。
E=σ/ε △L=
•E和So ↑ ，则△L↓，刚度越好。
（二）强度
特性指标主要是屈服强度（ σs ）和抗拉强度（ σb）
一、静拉伸试验
第一节 静载时材料的机械性能
材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。单位MPa(MN/mm2)
分：抗拉强度σb、抗压σbc、抗弯σbb、抗剪τb、抗扭τt。
1.屈服极限σs（屈服强度或屈服点）
金属材料开始发生明显塑性变形的抗力。
σs=Ps/Fo （MPa）
2. 抗拉强度σb （强度极限）
是试样被拉断前的最大承载能力。
屈强比： σs与σb的比值叫屈强比。屈强比太小，则材料强度
的有效利用率太低。
（二）强度
第一节 静载时材料的机械性能
一、静拉伸试验
(三) 塑性
金属材料在外力作用下，产生塑性变形而
不断裂的能力。
1. 延伸率δ＝ ————×100%
L1－L0
L0
2. 断面收缩率ψ＝————×100%
F0－F1
F0
3. 意义： δ和ψ越大，表示材料的塑性越好。
第一节 静载时材料的机械性能
一、静拉伸试验
二、硬度
金属材料抵抗其他更硬物体压入的能力。
或是材料对局部塑性变形的抗力。
（一）布氏硬度（HB）
（二）洛氏硬度（HRA、HRB、HRC…）
第一节 静载时材料的机械性能
定义：
三、硬度
（一）布氏硬度（HB）
试验原理
HB＝——(Mpa)P
F
π
d↓ HB↑ 布氏硬度↑
第一节 静载时材料的机械性能
F＝—D(D－ D2－d2 )
2
图1-2 布氏硬度（HB）试验原理
三、硬度
（一）布氏硬度
特点
③当HB＞450时，测量结果无效
第一节 静载时材料的机械性能
①与强度之间有一定的对应关系
轧、锻钢：σb≈～ 铸钢：σb≈～
灰铸铁： σb≈(HB－40)
②适用于组织不均匀的材料（铸、锻、轧制件）。
三、硬度
（二）洛氏硬度：（HRA、HRB、HRC）
试验原理
h=h2－h1
HR=K－h
h↓ HR↑
洛氏硬度↑
第一节 静载时材料的机械性能
三、硬度
（二）洛氏硬度：（HRA、HRB、HRC）
特点
③因为压痕较小，代表性差，硬度值重复性差。
第一节 静载时材料的机械性能
①直接读数，效率高。
②适用于组织均匀的材料，如淬火钢件。
定义：金属材料抵抗冲击破坏的能力
试验方法
aK＝——
AK
FN
＝—————
W(h1－h2)
FN
aK↑ 冲击韧性↑
第二节 动载时材料的机械性能
一、冲击韧（ａ ）K
图1-2 冲击试验示意图
冲击韧性实验
Ak=h1-h2
一、冲击韧性
影响因素
塑性↑ 韧性↑
温度↓ 韧性↓
第二节 动载时材料的机械性能
图1-2 冲击试验示意图
二、疲劳强度
定义：金属材料抵抗疲劳破坏的能力
1.金属的疲劳（疲劳破坏）
材料在交变载荷的反复作用下(最大应力＜σs)，
突然断裂的现象。
第二节 动载时材料的机械性能
拉应力→表面微裂纹→向内部扩展→突然断裂
2.疲劳破坏机理
二、疲劳强度
3.疲劳强度的表示→疲劳极限σr
r:应力循环特征 r＝———
σmin
σmax
第二节 动载时材料的机械性能
二、疲劳强度
4.疲劳强度的测量
在某一应力循环特征的交变
载荷作用下，经无限次循环
而不断裂的最大应力值。
第二节 动载时材料的机械性能
二、疲劳强度
5.提高疲劳强度的方法
a. 改善零件表面状况
b. 强化零件表面
c. 合理度过磨合期
第二节 动载时材料的机械性能
基本内容和要求基本内容和要求
1. 了解力学性能的种类、概念及指标。
2.了解拉伸实验过程及相关指标概念和意义。
3.了解各种硬度实验测试方法和应用范围。
4.了解冲击实验方法和所测指标的意义。
第一章 工程材料的性能
