机械工程材料（第六版）课件 第一章 金属的力学性能

第一章金属的力学性能 课程主题：金属材料的主要力学性能、测试方法与工程意义《机械工程材料(第2版)》教学级演示大纲

硬度

冲击韧性与疲劳强度

强度与塑性0101020304了解金属材料力学性能的基本概念及工程意义掌握强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度的含义熟悉常用测试方法及主要评价指标能结合零件服役工况初步进行性能分析与选材判断对应起来，避免只记名词、不理解工程背景。学习本章时应将“概念一试验一指标一应用”教学提示本章导学与知识框架重点与难点教学目标不同性能指标之间的联系与区别；实验结果的工程解释

第一章金属的力学性能学习逻辑各力学性能的定义、指标、试验方法与适用场景1.1

强度与塑性1.

2

硬度本章结构性能概念

试验方法

指标计算/工程意义典型应用

冲击韧性与疲劳强度02难点符号1

强

度

：

抵抗塑性变形和断裂的能力2

塑

性

：断裂前产生塑性变形的能力3

硬

度

：

抵抗局部塑性变形或划痕的能力4

冲

击

韧

性

：抵抗冲击载荷的能力5

疲

劳

强

度

：抵抗交变载荷长期作用的能力在机械制造中，选材一般以力学性能为主要依据力学性能指标是进行强度计算和工程设计的重要基础金属材料性能概述3.

本章关注的主要力学性能选材时应结合载荷类型、工作环境、制造工艺综合考虑。1.

为什么要学习力学性能2.金属材料性能的分类不同零件的服役条件不同，

对力学性能的主次要求也不同。铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能、切削加工性能

第一章金属的力学性能4.工程联系力学性能、物理性能、化学性能哈尔滨理工大学

·机械类课程教学使用正确、合理使用金属材料，必须了解其性能工艺性能使用性能031.1强度与塑性—拉伸试验基础塑性变形：去除外力后不能恢复原状的变形，也称永久变形强度与塑性通常通过拉伸试验测定将试样装夹在拉伸试验机上缓慢加载直至拉断

第一章金属的力学性能拉伸试验步骤典型变形阶段基本概念强化与缩颈阶段：达到最大拉力后局部收缩，最终断裂强度：金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力屈服阶段：载荷变化不大而变形明显增加04弹性阶段：卸载后可恢复原状由试验结果求强度与塑性指标记录力一伸长量曲线制备标准拉伸试样课堂提示：

设社零件时通常不允许出现明显塑性变形，因此屈服强度比抗拉强度更常作为工作应力的参考依据。强度的主要指标与工程意义主要指标

常用表示式

工程意义

金属材料的强度通常用应力表示，常见指标包括弹性极限、屈服强度和抗拉强度。屈强比越小，超载时安全储备通常越大；过小则材料强度利用率下降抗拉强度：抗拉强度反映材料承受最大均匀塑性变形的能力屈强比：

材料开始产生明显塑性变形时的应力；无明显屈服现象时常用规定塑性延伸强度

Rpo.2

表示

第一章金属的力学性能材料保持完全弹性变形时所能承受的最大应力试样拉断前所能承受的最大应力屈服强度是设计和选材的重要依据抗拉强度：弹性极限：屈服强度：010203105

塑性指标与材料成形能力

简释：Z

值受试样尺寸影响较小，更能反映材料真实塑性A或

Z

越大，通常表明材料塑性越好塑性是指金属材料在断裂前产生最大塑性变形的能力，常用断后伸长率和断面收缩率表示。断面收缩率

安全储备指标特征工程意义塑性的含义成形主要指标记忆关键词缩颈A

值与试样尺寸有关，使用时应注意试样标准第一章金属的力学性能试样断裂处横截面积减小的百分比0602延伸0断后伸长率试样断裂后标距长度增加的百分比020101020301塑性好的材料适于轧制、锻造、冲压等塑性成形02零件超载时可通过塑性变形避免突然断裂，提高安全性03但塑性过高也不等于强度高，需综合评价延伸颈缩成形安全储备方法符号/压头特点典型应用布氏硬度HBW,硬质合金球压头压痕大，结果稳定，适于测平均硬度

退火钢、铸铁、有色金属等洛氏硬度

HRA/HRB/HRC,不同压头和试验力操作简便、速度快、压痕小成品件、热处理件、淬火钢等维氏硬度HV,金刚石四棱锥压头试验力范围宽，适于薄层与表面硬度薄片、镀层、化学热处理层等

教学提示：

硬度试验设备简单、速度快，在生产现场应用非常广泛，常可由硬度大致估计材料强度与耐磨性。1.2硬度及其常用测试方法定义

硬度是材料抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力，是衡量金属软硬程度的重要指标。第一章金属的力学性能07洛氏硬度试验原理洛氏硬度试验原理洛氏硬度试验原理温度对冲击吸收能量的影响1.3冲击韧性——抵抗冲击载荷的能力冲击吸收能量常作为选材时的重要参考量，但一般不直接用于强度计算。冲击韧性是金属在断裂前吸收变形能量的能力它反映材料抵抗冲击载荷破坏的能力在某一温度区间内，材料可能出现韧脆转变韧脆转变温度越低，低温抗冲击性能越好将标准缺口试样放在支座上，摆锤冲断试样以试样吸收的冲击能量作为评价指标

哈尔滨理工大学

·机械类课程教学使用冲击吸收能量越大，材料韧性通常越好冲击性能与温度密切相关

第一章金属的力学性能常用试验教学要点概念工程提示常用摆锤式一次冲击试验法08冲击试样、摆锤式冲击试验原理示意图疲劳强度——交变载荷下的失效问题在交变载荷长期作用下，材料会因局部累积损伤而产生裂纹并最终断裂疲劳断裂前往往无明显塑性变形，危险性较大交变应力与断裂前循环次数之间的关系称为疲劳曲线

(S-N

曲线)在规定循环基数下不发生断裂的最大应力称为疲劳强度钢铁材料的疲劳曲线提高疲劳强度的常用措施2.

疲劳曲线与疲劳强度工程上常规定：钢铁材料循环基数约为107,有色金属常取108哈尔滨理工大学

·机械类课程教学使用应力集中、表面粗糙度大组织状态与热处理质量第一章金属的力学性能许多轴、齿轮、连杆、弹簧等零件在交变应力下工作091.

疲劳的概念3.影响因素气孔、夹杂、微裂纹、表面划痕优化结构，减小应力集中降低表面粗糙度表面淬火表面滚压喷丸处理性能常用指标试验方法工程关注点强度屈服强度、抗拉强度拉伸试验是否能承受工作载荷塑性断后伸长率A、断面收缩率Z拉伸试验是否易于成形、超载是否安全硬度HBW、HRC、HV等压痕硬度试验软硬程度、耐磨性、现场检测便利性冲击韧性冲击吸收能量摆锤冲击试验抵抗冲击破坏与低温脆化能力疲劳强度疲劳极限/疲劳强度疲劳试验抵抗交变载荷长期作用的能力

课堂思考

1)为什么硬度试验在生产现场应用最广?

2)为什么疲劳断裂往往更危险?

3)对承受冲击和低温工作的零件，应重点关注哪些性能?