力学性能试杆直径与横截面积对照表
单位：mm
质量管理部理化室制
钢铁的物理力学性能和机械性能表 2007-9-22 11:04 钢铁的物理力学性能和机械性能表 钢材的主要机械性能(也叫力学性能)通常是指钢材在标准条件下均匀拉伸.冷弯和冲击等. 单独作用下所显示的各种机械性能。钢材通常有五大主要的机械性能指标：通过一次拉伸试验可得到抗拉强度，伸长率和屈服点三项基本性能； 通过冷弯试验可得到钢材的冷弯性能； 通过冲击韧性试验可得到冲击韧性。 1.屈服点(σs) 钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。 设Ps为屈服点s处的外力，Fo为试样断面积，则屈服点σs =Ps/Fo(MPa)，MPa称为兆帕等于N(牛顿)/mm2，(MPa=106Pa，Pa：帕斯卡=N/m2) 2.屈服强度(σ0.2) 有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值(一般为原长度的0.2%)时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2 。 3.抗拉强度(σb) 材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。它表示钢材抵抗断裂的能力大小。与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。 设Pb为材料被拉断前达到的最大拉力，Fo为试样截面面积，则抗拉强度σ b= Pb/Fo (MPa)。 4.伸长率(δs) 材料在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。 5.屈强比(σs/σb) 钢材的屈服点(屈服强度)与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比越大，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为 0.65-0.75合金结构钢为0.84-0.86。 6.硬度 硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维
第一章 1什么是材料力学性能？什么是材料力学性能指标？主要有哪些？影响因素是什么？ 2 材料力学性能主要表征有哪些？举例说明应用。如何得到材料的力学性能？ 3金属拉伸试验经历哪几个阶段？拉伸试验可以测定哪些力学性能？4拉伸曲线有何作用？拉伸曲线各段图形分别意味着什么？ 5不同材料的拉伸曲线相同吗？为什么? 6材料的拉伸应力应变曲线发现了哪几个关键点？这几个关键点分别有何意义？ 7塑性材料和脆性材料的应力应变曲线有何不同？ 8 弹性变形的实质是什么？ 9弹性模量E的物理意义？E是一个特殊的力性指标，表现在哪里？10比例极限、弹性极限、屈服极限有何异同？ 11你学习了哪几个弹性指标？ 12弹性不完整性包括哪些方面？ 13 什么是滞弹性？举例说明滞弹性的应用？ 14内耗、循环韧性、包申格效应？ 15什么是屈服强度？如何度量屈服强度？ 16如何强化屈服强度？ 17屈服强度的影响因素有哪些？ 18 屈服强度的实际意义？
19真实应力应变曲线与工程应力应变曲线有何不同？有何意义？真实应力应变曲线的关键点是哪个点？ 20什么是应变硬化指数n？有何特殊的物理意义？有何实际意义？ 21 什么是颈缩？颈缩条件、颈缩点意义？ 22 抗拉强度σb和实际意义。 23塑性及其表示和实际意义； 24静力韧度的物理意义。 25静拉伸的断口形式； 26静拉伸断口三要素及其意义； 27解理断裂及其微观断口特征； （27解理面、解理刻面、解理台阶、河流花样； 28解理舌、二次解理、撕裂棱；） 29穿晶断裂、沿晶断裂；脆性断裂、韧性断裂； 30微孔聚集断裂及其微观断口特征。 第二章 1应力状态软性系数α及其意义； 2压缩、弯曲、扭转各有什么主要特点？ 3 缺口试样在弹性状态和塑性状态下的应力分布特点； 4缺口效应及其产生原因； 5缺口强化； 6应力集中系数和缺口敏感度； 7什么是金属硬度？意义何在？
第2章金属材料的硬度试验 2.1 硬度试验的简介 2.1.1、硬度试验的概述 金属的硬度可以认为是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。硬度测量能够给出金属材料软硬的数量概念。由于在金属表面以下不同深度的材料承受的应力和所发生的变形程度不同，因而硬度值可以综合的反映压痕附近局部体积内金属的弹性、微量塑变抗力、塑变强化能力以及大量形变抗力。硬度值越高，表明金属抵抗塑性变形的能力越大，材料所产生的塑性变形就越困难。另外，硬度与其它机械性能（如强度指标σ 及塑性指标Ψ和 b δ）之间有着一定的内在联系，所以从某种意义上说硬度的大小对于机械零件 或工具的使用性能以及寿命具有决定性的意义。
硬度的试验方法有很多，在机械工业中广泛采用压入法来测定硬度，压入法又可以分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。 压入法硬度试验的主要特征是： 1. 试验时应力状态最软（即最大切应力远远大于最大正应力），因而不论是塑性材料还是脆性材料均能发生塑性变形。 2. 金属的硬度与强度指标之间存在如下近似的关系：σ ＝K·HB , b 式中：σ －－－材料的抗拉强度值； b HB－－－布氏硬度值； K－－－系数； 退火状态的碳钢 K＝0.34～0.36 合金调质钢 K＝0.33～0.35 有色金属合金 K＝0.33～0.53 3. 硬度值对材料的耐磨性、疲劳强度等性能也有定性的参考价值，通常情况下，当硬度值越高，这些性能也就越好。在机械零件设计图纸上对性能的技术要求，往往只是标注硬度值，其原因就在于此。 4. 硬度测定后由于仅在金属表面局部体积内产生很小的压痕，并不损坏零件，因而适合于成品检验。 5. 设备简单，操作迅速方便。 实验目的：主要是了解硬度测定的基本原理及应用范围；布氏、洛氏硬度试验机的主要结构和操作方法。 实验设备：HB－3000型布氏硬度试验机和H－100型洛氏硬度试验机以及相关的读数放大镜等仪器。 试样：Ф20×10毫米的45钢的淬火和调质状态，Ф20×10毫米的硬铝。
硬度知识 一、硬度简介： 硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 1.布氏硬度(HB) 以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。 2.洛氏硬度(HR) 当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示： ?HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。 ?HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。 ?HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。
3 维氏硬度(HV) 以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度HV值(kgf/mm2)。 #################################################################### ######################### 注： 洛氏硬度中HRA、HRB、HRC等中的A、B、C为三种不同的标准，称为标尺A、标尺B、标尺C。 洛氏硬度试验是现今所使用的几种普通压痕硬度试验之一，三种标尺的初始压力均为98.07N(合10kgf)，最后根据压痕深度计算硬度值。标尺A使用的是球锥菱形压头，然后加压至588.4N(合60kgf)；标尺B使用的是直径为1.588mm(1/16英寸)的钢球作为压头，然后加压至980.7N(合100kgf)；而标尺C 使用与标尺A相同的球锥菱形作为压头，但加压后的力是1471N(合150kgf)。因此标尺B适用相对较软的材料，而标尺C适用较硬的材料。 实践证明，金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。但各种材料的换算关系并不一致。本站《硬度对照表》一文对钢的不同硬度值的换算给出了表格，请查阅。 ####################################################################
钢材的物理力学性能和机械性能表 钢材的主要机械性能(也叫力学性能)通常是指钢材在标准条件下均匀拉伸.冷弯和冲击等. 单独作用下所显示的各种机械性能。钢材通常有五大主要的机械性能指标：通过一次拉伸试验可得到抗拉强度，伸长率和屈服点三项基本性能； 通过冷弯试验可得到钢材的冷弯性能； 通过冲击韧性试验可得到冲击韧性。 1.屈服点(σs) 钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。 设Ps为屈服点s处的外力，Fo为试样断面积，则屈服点σs =Ps/Fo(MPa)，MPa称为兆帕等于N(牛顿)/mm2，(MPa=106Pa，Pa：帕斯卡=N/m2) 2.屈服强度(σ0.2) 有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值(一般为原长度的0.2%)时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2 。 3.抗拉强度(σb) 材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。它表示钢材抵抗断裂的能力大小。与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。 设Pb为材料被拉断前达到的最大拉力，Fo为试样截面面积，则抗拉强度σb= Pb/Fo (MPa)。
4.伸长率(δs) 材料在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。 5.屈强比(σs/σb) 钢材的屈服点(屈服强度)与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比越大，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为 0.65-0.75合金结构钢为0.84-0.86。 6.硬度 硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 ⑴布氏硬度(HB) 以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。 ⑵洛氏硬度(HR) 当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示： HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。 HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。 HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材
根据德国标准DIN50150, 以下是常用范围的钢材抗拉强度与维氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度的对照表。 抗拉强度维氏硬度布氏硬度洛氏硬度Rm HV HB HRC N/mm 2 25080-27085-28590-30595-320100-335105-350110105-370115109-380120114-400125119-415130124-430135128-450140133-465145138-480150143-490155147-510160152-530165156-545170162-560175166-575180171-595185176-610190181-625195185-640200190-660205195-675210199-690215204-705220209-720225214-740230219-755235223-770240228 785245233
800250238 820255242 835260247 850265252 865270257 880275261 900280266 915285271 930290276 950295280 965300285 995310295 1030320304 1060330314 1095340323 1125350333 1115360342 1190370352 1220380361 1255390371 1290400380 1320410390 1350420399 1385430409 1420440418 1455450428 1485460437 1520470447 1555480(456) 1595490(466) 1630500(475) 1665510(485) 1700520(494) 1740530(504) 1775540(513) 1810550(523) 1845560(532) 1880570(542) 1920580(551) 1955590(561)
材料的常用力学性能有哪些 材料的力学性能是指材料在不同环境（温度、介质、湿度）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。1强度 强度是指材料在外力作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。强度用应力表示，其符号是σ，单位为MPa，常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度，通过拉伸试验测定。 2塑性 塑性是指材料在断裂前产生永久变形而不被破坏的能力。材料塑性好坏的力学性能指标主要有伸长率和收缩率，值越大，材料的塑性就越好，通过拉伸试验可测定。 3硬度 硬度是指金属材料抵抗硬物压入其表面的能力。材料的硬度越高，其耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度（HBS）和洛氏硬度（HRC）。 1）布氏硬度 表示方法：布氏硬度用HBS（W）表示，S表示钢球压头，W表示硬质合金球压头。规定布氏硬度表示为：在符号HBS或HBW前写出硬度值，符号后面依
次用相应数字注明压头直径（mm）、试验力（N）和保持时间（s）。如120 HBS 10/1000/30。 适用范围：HBS适用于测量硬度值小于450的材料，主要用来测定灰铸铁、有色金属和经退火、正火及调质处理的钢材。 根据经验，布氏硬度与抗拉强度之间有一定的近似关系： 对于低碳钢，有σ=0.36HBS； 对于高碳钢：有σ=0.34HBS。 2）洛氏硬度 表示方法：常用HRA、HRB、HRC三种，其中HRC最为常用。洛氏硬度的表示方法为：在符号前面写出硬度值。如62HRC。 适用范围：HRC在20-70范围内有效，常用来测定淬火钢和工具钢、模具钢等材料，1HRC相当于10HBS。 4冲击韧性 冲击韧性是指材料抵抗冲击载荷而不被破坏的能力，材料的韧性越好，在受冲击时越不容易断裂。 5疲劳强度 疲劳强度是指材料经过无数次应力循环仍不断裂的最大应力。
金属材料机械性能的指标及意义 材料在一定温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能。锅炉、压力容器用材料的常规力学性能指标主要包括：强度、硬度、塑性和韧性等。 （1）强度强度是指金属材料在外力作用下对变形或断裂的抗力。强度指标是设计中决定许用应力的重要依据，常用的强度指标有屈服强度σS或σ0.2（国外用Re表示）和抗拉强度σb（国外用Rm表示），高温下工作时，还要考虑蠕变极限σn和持久强度σD。 （2）塑性塑性是指金属材料在断裂前发生塑性变形的能力。塑性指标包括：伸长率δ，即试样拉断后的相对伸长量；断面收缩率ψ，即试样拉断后，拉断处横截面积的相对缩小量；冷弯（角）α，即试件被弯曲到受拉面出现第一条裂纹时所测得的角度。 （3）韧性韧性是指金属材料抵抗冲击负荷的能力。韧性常用冲击功Ａk和冲击韧性值αk表示。Αk值或αk 值除反映材料的抗冲击性能外，还对材料的一些缺陷很敏感，能灵敏地反映出材料品质、宏观缺陷和显微组织方面的微小变化。而且Ａk对材料的脆性转化情况十分敏感，低温冲击试验能检验钢的冷脆性。 表示材料韧性的一个新的指标是断裂韧性δ，它是反映材料对裂纹扩展的抵抗能力。 （4）硬度硬度是衡量材料软硬程度的一个性能指标。硬度试验的方法较多，原理也不相同，测得的硬度值和含义也不完全一样。最常用的是静负荷压入法硬度试验，即布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）、维氏硬度（HV），其值表示材料表面抵抗坚硬物体压入的能力。而肖氏硬度（HS）则属于回跳法硬度试验，其值代表金属弹性变形功的大小。因此，硬度不是一个单纯的物理量，而是反映材料的弹性、塑性、强度和韧性等的一种综合性能指标。 在断裂力学基础上建立起来的材料抵抗裂纹扩展断裂的韧性性能称为断裂韧性。（Kic,Gic） 常用的35CrMo在850℃油淬，550℃回火后，机械性能如下： σb≥980MPa；σs≥835 MPa；δ5≥12%；ψ≥45%；AK≥63J； 而高级优质的35CrMoA的性能应该更加优良稳定。
材料力学性能实验报告 姓名： 班级： 学号： 成绩： 实验名称 实验四 硬度试验 实验目的 1. 掌握金属布氏、洛氏、维氏（小载荷）及显微维氏硬度的实验原理和测试方法； 2. 了解硬度试验根据应力状态所划分的两种试验方法及其共同特点； 3. 学会正确使用硬度计。 实验设备 1. HB-3000B-1型布氏硬度计； 2. HRD-150型电动洛氏硬度计； 3. MH-5型显微维氏硬度计； 4. HVS-50Z 型数字式维氏硬度计。 实验结果 表1 X80管线钢布氏硬度压痕直径实验数据记录表（单位：mm ） 取点方向 1 2 3 水平方向 4.0375 3.9870 4.0335 垂直方向 4.0080 3.9935 4.0670 平均值 4.0228 3.9902 4.0502 查布氏硬度值表，得到表2数据： 表2 布氏硬度值表（部分） 压痕直径10d (mm) 负荷为230P D =时 的HB 值 压痕直径10d 负荷为230P D =时 的HB 值 3.99 230 4.03 225 4.00 220 4.04 224 4.01 228 4.05 223 4.02 226 4.06 222 然后进行线性计算，表1中各个点的布氏硬度值： 第1点：226-225 HB= (4.0228 4.03)225225.722264.02-4.03?-+=≈ 第2点：230220 HB= (3.9902 4.00)220229.82303.99 4.00-?-+=≈- 第3点：223222 HB= (4.0502 4.06)222222.982234.05 4.06-?-+=≈-
【课题】 1.1.2 了解碳钢的力学性能（授课人：王竞男） 【授课类型】理论课 【教学目标】 【知识与技能目标】 1.了解碳钢常见的力学性能：强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度的含义及其衡量指标； 2.了解拉伸试验的原理、过程，常见的硬度测试方法及其指标； 3.进一步理解常见类型碳钢及其力学性能特点。 【过程与方法目标】 1. 通过学习碳钢常见的力学性能及其衡量指标，理解力学性能对碳钢应用的重要影响； 2. 通过学习拉伸试验的原理、观看拉伸试验过程的视频，了解碳钢强度、塑性衡量指标的来源 和含义； 3. 了解硬度测试方法和类型，能根据材料类型初步选择合适的硬度。 【情感态度与价值观目标】 1.通过对材料的拉伸试验、硬度测试方法的学习，形成科学严谨的学习态度； 2.通过对碳钢的力学性能与其衡量指标的学习，懂得方法的选择以合适、恰当为最好。 【教学重点】1. 碳钢常见的力学性能：强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度的含义及其衡量指标； 2. 拉伸试验过程和硬度测试方法。 3. 常见类型碳钢及其力学性能特点。 【教学难点】常见类型碳钢及其力学性能特点。 【教学方法】 学情分析：学生已经对碳钢及其成分有了一定的认识，但对碳钢力学性能及其衡量指标缺乏系统的认知，且由于学生在力学相关的物理学科知识方面基础薄弱，所以在学习力学性能部分时，应联系生活、生产中生动形象的实际例子帮助学生理解。 教法：读书指导法、问题引导法、小组讨论法 学法：以自学法为主，配合讨论法 【教学用具】多媒体设备及多媒体课件 【教学时间】2课时（90分钟） 【教学过程】 一、新课导入（7分） 师：同学们，本节课我们将进一步深入学习和了解碳钢的力学性能。假如你已经步入工作岗位，现在需要为一批订单选购适于数控车削的原材料，那么你会从哪些方面来挑选？请简要说明原因。下面给大家半分钟思考时间，然后分别请几位同学为大家举例。 生：材料的软硬程度，这将决定其是否适宜车削加工…… 师：碳钢之所以获得广泛应用，是由于它具有良好的力学性能。碳钢的力学性能不但是设计零件、选用材料的重要依据，而且也是按验收标准来鉴定材料的依据以及对产品工艺进行质量控制的重要参数。 下面，就让我们进入到今天这节课的学习——碳钢的力学性能。 二、明确目标 结合PPT展示，明确本节课的学习目标和学习重、难点，让学生将任务了然于胸。 三、讲授新课 1.强度与拉伸试验
抗拉强度与硬度对照表 抗拉强度N/mm2 维氏硬 度 布氏硬度洛氏硬度 抗拉强度 N/mm2 维氏硬 度 布氏硬度洛氏硬度 Rm HV HB HRC Rm HV HB HRC 2508076122038036138.8 2708580.7125539037139.8 2859085.2129040038040.8 3059590.2132041039041.8 32010095135042039942.7 33510599.8138543040943.6 350110105142044041844.5 370115109145545042845.3 380120114148546043746.1 400125119152047044746.9 41513012415557480-45647 4301351281595490-46648.4 4501401331630500-47549.1 4651451381665510-48549.8 4801501431700520-49450.5 4901551471740530-50451.1 5101601521775540-51351.7 5301651561810550-52352.3 5451701621845560-53253 5601751661880570-54253.6 5751801711920580-55154.1 5951851761955590-56154.7 6101901811995600-57055.2 6251951852030610-58055.7
6402001902070620-58956.3 6602051952105630-59956.8 6752101992145640-60857.3 6902152042180650-61857.8 70522020966058.3 72022521467058.8 74023021968059.2 75523522369059.7 77024022820.370060.1 78524523321.372061 80025023822.274061.8 82025524223.176062.5 83502602472478063.3 85026525224.880064 86527025725.682064.7 88027526126.484065.3 90028026627.186065.9 91528527127.888066.4 93029027628.590067 95029528029.292067.5 96530028529.894068 99531029531 103032030432.2 106033031433.3 109534032334.4 112535033335.5 111536034236.6 119037035237.7
钢铁的物理力学性能和机械性能表 钢材的主要机械性能(也叫力学性能)通常是指钢材在标准条件下均匀拉伸.冷弯和冲击等. 单独作用下所显示的各种机械性能。钢材通常有五大主要的机械性能指标：通过一次拉伸试验可得到抗拉强度，伸长率和屈服点三项基本性能； 通过冷弯试验可得到钢材的冷弯性能； 通过冲击韧性试验可得到冲击韧性。 1.屈服点(σs) 钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。 设Ps为屈服点s处的外力，Fo为试样断面积，则屈服点σs =Ps/Fo(MPa)，MPa称为兆帕等于N(牛顿)/mm2，(MPa=106Pa，Pa：帕斯卡=N/m2) 2.屈服强度(σ0.2) 有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值(一般为原长度的0.2%)时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2 。 3.抗拉强度(σb) 材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。它表示钢材抵抗断裂的能力大小。与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。 设Pb为材料被拉断前达到的最大拉力，Fo为试样截面面积，则抗拉强度σ b= Pb/Fo (MPa)。 4.伸长率(δs) 材料在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。 5.屈强比(σs/σb) 钢材的屈服点(屈服强度)与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比越大，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为 0.65-0.75合金结构钢为0.84-0.86。 6.硬度 硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 ⑴布氏硬度(HB) 以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。
常用金属材料的力学性能 金属材料的力学性能 任何机械零件或工具，在使用过程中，往往妾受到各种形式外力的作托。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；轴类零件燮受到弯矩、扭力的作用等尊。这就要求金属材料必须具有一种弟受机械荷而不超过许可变形或不破坏的能力* 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夕卜力作坤下表现出力学性能的指标。 111 强度 强度是扌旨金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。逼度扌旨标一般用单位面积所承受的载荷即力表示，符号为6 单位为 MP 弘 工程中常用的强度指标有屈服逼度和扰拉强度。屈服逼度是指金属材料在外力作用下* 产生屈服现象时的应力，或开始岀现塑性变形吋的最低应力值，用％表示?抗竝强度是指金厲材料在拉力的作用下，被拉断前所能承受的最大应力值，用巧表示。 对于大多数机械零件.工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是事件逼度设计的依据！对于因断裂而失效的零件，而用抗拉强度作为其逼度设计的依据。 1.1 2 塑性 塑性是扌旨金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。 工程中常用的塑性揭标有诩长率和断面收缩率。伸长率指试样拉断后的伸长量与原来长度之比的百分率，用符号豪示*断面收縮率指试样拉断后，断面縮小的面积与原来截面积之比，用甲表示。 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，不发生突然脆断的必要条件。 113 硬度 硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力? 硬度的测试方法很多，生产中常埔的硬度测试方法有布氏硬度测试法和洛氏碳度试验方法两神° C- ）布氏硬度试验法 布氏硬度试验法是用一直径为 D 的淬火钢球或硬质合金球作为压头，在载荷 0 的作用下压入被测试金厲表面，保持一定时间后卸载，测量金属表面形成的压痕直径乩以压痕的单位面积所承受的平均压力作为被测全属的布氏硬度值。 布氏硬度指标有 HBS 和 HBW, 前者所用压头为淬火钢球，适坤于布氏硬度值低于仍 0 的金属材料，如艮火钢、正火钢、调质钢及铸铁、有包金厲等；后者压头为硬质合金，适用于布氏硬度值为 450^650 的金属材料，如悴火钢等。 布氏硬度测试法，因压痕较尢故不宜测试成品件或薄片金属的硬度。
一、硬度简介： 硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 1.布氏硬度(HB) 以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。 2.洛氏硬度(HR) 当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示： ?HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。 ?HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。 ?HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。 3 维氏硬度(HV) 以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除 以载荷值，即为维氏硬度HV值(kgf/mm2)。 ############################################################################################# 注： 洛氏硬度中HRA、HRB、HRC等中的A、B、C为三种不同的标准，称为标尺A、标尺B、标尺C。 洛氏硬度试验是现今所使用的几种普通压痕硬度试验之一，三种标尺的初始压力均为98.07N(合10kgf)，最后根据压痕深度计算硬度值。标尺A使用的是球锥菱形压头，然后加压至588.4N(合60kgf)；标尺B使用的是直径为1.588mm(1/16英寸)的钢球作为压头，然后加压至980.7N(合100kgf)；而标尺C使用与标尺A相同的球锥菱形作为压头，但加压后的力是1471N(合150kgf)。因此标尺B适用相对较软的材料，而标尺C适用较硬的材料。实践证明，金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。但各种材料的换算关系并不一致。本站《硬度对照表》一文对钢的不同硬度值的换算给出了表格，请查阅。 ##############################################################################################
常用钢材的化学成分力学性能及硬度值 常用钢材的化学成分、力学性能及硬度值详见表50。 表1 常用钢材的化学成分、力学性能及硬度值 钢号 碳 C 硅 Si 锰 Mn 铬 Cr 钼 Mo 钒 V 镍 Ni 钛 Ti 其 他 硫 S 磷 P 抗 拉 强 度 σb MP a 屈 服 点 σs M Pa 延 伸 率 δ 5 % 冲击 韧性 α KJ/c m2 硬 度 值 HB 依据 不大 于 不小于 Q235A 0.14 ~ 0.22 ≤ 0.30 0.30 ~ 0.65 - - - - - - 0.050 0.045 375 ~ 460 18 5 ~ 23 5 21 ~ 26 - - GB700 10 0.07 ~ 0.14 0.17 ~ 0.37 0.35 ~ 0.65 ≤ 0.15 - - ≤ 0.25 - Cu≤ 0.25 0.035 0.035 333 ~ 490 19 6 24 - ≤ 13 7 GB3087 20 0.17 ~ 0.24 0.17 ~ 0.37 0.35 ~ 0.65 ≤ 0.25 - - ≤ 0.25 - Cu≤ 0.25 0.035 0.035 392 ~ 588 22 6 ~ 24 5 20 - ≤ 15 6 GB3087
16Mng 0.12 ~ 0.20 0.20 ~ 0.60 1.20 ~ 1.60 - - - - - - 0.035 0.035 440 ~ 655 24 5 ~ 34 5 18 ~ 21 59 - GB713 20G 0.17 ~ 0.24 0.17 ~ 0.37` 0.35 ~ 0.65 - - - - - - 0.035 0.035 412 ~ 549 24 5 24 49 - GB5310 15MnVg 0.10 ~ 0.18 0.20 ~ 0.60 1.20 ~ 1.60 - - 0.04 ~ 0.12 - - - 0.035 0.035 490 ~ 675 33 5 ~ 39 17 ~ 18 59 - GB713 1Cr5Mo ≤0.15 ≤ 0.50 ≤ 0.60 4.00 ~ 6.00 0.45 ~ 0.60 - - - - 0.035 0.035 390 ~ 590 19 5 22 118 - GB6479 12Cr2Mo 0.08 ~ 0.15 ≤ 0.50 0.40 ~ 0.70 2.00 ~ 2.50 0.90 ~ 1.20 - - - - 0.035 0.035 450 ~ 600 28 20 48(V) ≤ 17 GB5310 12CrMo 0.08 ~ 0.15 0.17 ~ 0.37 0.40 ~ 0.70 0.40 ~ 0.70 0.40 ~ 0.55 - - - - 0.035 0.035 412 ~ 559 20 6 21 69 ≤ 17 9 GB5310 15CrMo 0.12 ~ 0.18 0.17 ~ 0.37 0.40 ~ 0.70 0.80 ~ 1.10 0.40 ~ 0.55 - - - - 0.035 0.035 441 ~ 638 23 5 21 59 ≤ 17 9 GB5310 12Cr1MoV 0.08 ~ 0.15 0.17 ~ 0.37 0.40 ~ 0.70 0.90 ~ 1.20 0.25 ~ 0.35 0.15 ~ 0.30 - - - 0.035 0.035 471 ~ 638 25 5 21 59 ≤ 16 6 GB5310
1、力学性能：材料在力的作用下所表现出来的特性。力学性能包括强度、硬度、塑性、韧 性、疲劳特性、耐磨性。强度包括屈服强度和抗拉强度。硬度是指材料抵抗局部塑性变形的能力。测试方法有布氏硬度法、洛氏硬度法、维氏硬度法。布氏硬度优点是测量误差小，数据稳定；缺点压痕大，不能用于太薄件或成品件。洛氏优点操作方便、压痕小、适用范围广；缺点测量结果分散度大。维氏优点可根据工件硬化层的厚薄任意先选择载荷大小，可以测定由软到硬的各种材料。塑性：只材料在外力作用下破坏前可承受最大塑性变形的能力。衡量指标为断后伸长率和断面收缩率。物理性能：密度、熔点、导热性、热膨胀性、磁性。化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性。工艺性能指机械零件在冷、热加工的制造过程中应具备的性能，包括：铸造性能、锻压性能、切削加工性能、热处理性能。 2、晶格：描述原子排列方式的空间格架；晶胞：晶格中能代表晶格特征的最小几何单元； 晶格常数：晶胞的棱边长度a b c。单晶体：多晶体；晶界：晶粒之间的交界；亚晶界：亚晶粒之间的交界；位错：在晶体中某处有一列或几列一原子发生有规律的错排的现象； 位错密度：单位体积中包含的位错线总长度；各向异性：同素异构体转变：在固体下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象；试说明缺陷的类型，内容及对性能的影响：1点缺陷：当晶体中某些原子获得足够高的能量，就可以克服周围原子的束缚，而离开原来的位置，形成空位的现象；点缺陷的存在，使晶体内部运动着的电子发生散射，使电阻增大，点缺陷数目的增加，使晶体的密度减小，过饱和的点缺陷可提高材料的强度和硬度，但降低了材料的塑性和韧性。2线缺陷：降低了金属的强度；3面缺陷：晶体中存在的一个方向上尺寸很小，另两个方向上尺寸很大的缺陷；提高了金属的强度和塑性。。。 3、因为金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，所以总会产生过冷现象；冷却速度越 大，过冷度就越大；说明纯金属的结晶过程：总是在恒温下进行，结晶时总有结晶潜热放出，结晶过程总是遵循形核和晶核长大的规律，在有过冷度的条件下才能进行结晶。 说明晶粒大小对力学性能的影响：常温下细晶粒金属比粗晶粒金属有更高的强度、硬度、塑性和韧性；生产中控制晶粒大小的方法：（1）提高结晶时的冷却速度、增加过冷度（2）进行变质处理（3）在浇注和结晶过程中实施振动和搅拌，向液体中输入额外能量以提供形核功，促进晶核形成。说明加工硬化对金属性能的影响：（1）提高金属强度、硬度和耐磨性的重要手段之一，特别是对那些不能进行热处理强化的金属及合金，尤为重要（2）是某些工件或半成品能够成形的重要因素（3）可提高工件或构件在使用过程中的安全性。说明金属热加工对组织和性能的影响：消除铸态组织缺陷，提高力学性能；形成流线组织。钢材在热变形加工时为什么不出现硬化现象？：因为金属的热塑性加工时在再结晶温度以上的加工，在变形过程中产生的变形晶粒及加工硬化，由于同时进行着再结晶过程而被消除。 4、合金：由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物 质；组元：组成合金最基本的独立物质；相：金属或合金中具有相同化学成分、相同结构并与其他部分由界面分开的均匀组成部分；组织：指用肉眼或显微镜所观察到的不同相或相的形状、分布及各相之间的组合状态。固溶体：溶质原子溶于溶剂晶格中而仍保持溶剂晶格类型的合金相；金属化合物：由化学性质差别大，原子直径大小不同的各元素组成的合金；匀晶转变：结晶时从液相结晶出单相固溶体的过程；包晶转变：在一定温度下，已结晶的一定成分的固相与剩余的一定成分的液相发生转变生成另一固相的过程。共晶转变：在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出成分一定的两个不同固相的过程；共析转变：在恒定温度下，一个特有成分的固相分解成另外两个与母成分不同的固相的转变。铁素体：碳溶解在a-Fe中形成的间隙固溶体；奥氏体：碳在r-Fe中形
硬度：指金属材料抵抗硬物压入表面的能力。 常用的硬度测定方法都是用一定载荷（压力）把一定的压头压在金属材料表面，然后测定压痕面积或深度来确定硬度值，压痕愈大愈深则硬度愈低。它是表征材料的弹性、塑性、形变强化率，强度、韧性等一系列不同物理量的组合的一种综合性能指标。由于简单易行，不必破坏所以是重要的检验手段之一。 ①布氏硬度：HB 在直径为D的淬火钢球上施加压力P，使钢球压入被测金属表面，并留下压痕，载荷P与压痕表面积之比称为布氏硬度。 为了避免压痕面积计算的麻烦，专门制定了压痕直径与HB值的对照表。 在布氏硬度实验时，钢球直径D，压力P和力保持时间应根据不同的金属材料和厚度选定。的比值不同，不能直接进行比较。分为30、10、25三种；压痕直径d应在0.25D＜d＜0.6D范围内。HB＞450不能用淬火钢球测量布氏硬度。 硬度与强度的关系： 表示方法：HBS淬火钢球≤450HB，HBW合金钢球≤650HB ②洛氏硬度：HR 洛氏硬度时采用测量压痕深度来确定硬度值的实验方法。
实验：锥角为120°的金刚石圆锥或直径为1.588㎜（英时）的淬火钢球负载先后两次施加，先加100N初载再加主载荷，按照压头种类和总实验力的大小组成三种洛氏值。 洛氏硬度及应用范围 洛氏硬度实验适用范围广，操作简便迅速，压痕较小故在热处理质量检验中应用最广。 ③维氏硬度HV：使用金刚石正四棱锥体 为了满足从软到硬有一个连续一致的硬度标度，需要采用维氏硬度HV：是以负荷除以压痕表面积所得的商。测出两对角线平均长度（d）㎜。然后查表或代入公式确定硬度值。 它采用正棱角锥体金刚石压头，实验压力从10～1000N选用。还有显微硬度选更小的压力测出金相组织中不同相的硬度。焊缝热影响区硬度等。 ④里氏硬度：HL 装有一碳化钨冲击测头在一定高度下冲击试件表面测出冲击测头距试样表面1㎜处的冲击速度和回跳速度，是利用电磁感应原理中速度与电压成正比的关系。则 里氏硬度仪体积小、重量轻、操作简便，任何方向均可测试，所以适合现场使用，由于是电压值，电脑处理十分方便。
第一章材料的力学性能 一、名词解释 1、力学性能：材料抵抗各种外加载荷的能力，称为材料的力学性能。 2、弹性极限：试样产生弹性变形所承受的最大外力，与试样原始横截面积的比值，称为弹 性极限，用符号σe表示。 3、弹性变形：材料受到外加载荷作用产生变形，当载荷去除，变形消失，试样恢复原状， 这种变形称为弹性变形。 4、刚度：材料在弹性变形范围内，应力与应变的比值，称为刚度，用符号E表示。 5、塑性：材料在外加载荷作用下，产生永久变形而不破坏的性能，称为塑性。 6、塑性变形：材料受到外力作用产生变形，当外力去除，一部分变形消失，一部分变形没 有消失，这部分没有消失的变形称为塑性变形。 7、强度：材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力，称为强度。 8、抗拉强度：材料在断裂前所承受的最大外加拉力与试样原始横截面积的比值，称为抗拉 强度，用符号σb表示。 9、屈服：材料受到外加载荷作用产生变形，当外力不增加而试样继续发生变形的现象，称 为屈服。 10、屈服强度：表示材料在外力作用下开始产生塑性变形的最低应力，即材料抵抗微量塑 性变形的能力，用符号σs表示。 11、σ0.2：表示条件屈服强度，规定试样残留变形量为0.2％时所承受的应力值。用于测定 没有明显屈服现象的材料的屈服强度。 12、硬度：金属表面抵抗其它更硬物体压入的能力，即材料抵抗局部塑性变形的能力，称为 硬度。 13、冲击韧度：材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力，称为冲击韧度，用符号αk表示。 14、疲劳：在交变载荷作用下，材料所受的应力值虽然远远低于其屈服强度，但在较长时间 的作用下，材料会产生裂纹或突然的断裂，这种现象称为疲劳。 15、疲劳强度：材料经无数次应力循环而不发生断裂，这一应力值称为疲劳强度或疲劳极限， 用符号σ-1表示。 16、蠕变：材料在高温长时间应力作用下，即使所加应力值小于该温度下的屈服极限，也会 逐渐产生明显的塑性变形直至断裂，这种现象称为蠕变。 17、磨损：由两种材料因摩擦而引起的表面材料的损伤现象称为磨损。