1.1金属材料的主要性能
机械零件在使用过程中，要受到诸如 拉伸、压
缩、扭转、剪切、摩擦、冲击 以及温度和化学介质
等作用，并且还要传递力和能。
因此，作为构成机械零件的金属材料，应具备
良好的 力学性能、物理性能、和化学性能 以防止零
件早期失效，同时还要有良好的 工艺性能 。
1.1.1金属的力学性能
? 金属的力学性能, 材料在
外力作用下表现出来的特
性，如 弹性、塑性、强度、
硬度和韧性 等。
表征和判定金属力学性
能所用的指标和依据称为
金属力学性能的判据。
弹性
强度
韧性
硬度
刚度
塑性
金属
力学性能
１,弹性
弹性, 即物体在外力作
用 下改变其形状和
尺寸，当外力卸除后
物体又回复到原始形
状和尺寸的特性。弹
性的判据可通过拉伸
试验来测定。
图 1－ 1 拉伸曲线及拉伸试样
(1)拉伸试验 （ 动画演示 ）
? 拉伸试验,
即静拉伸力对试样轴向拉伸,测量力和相应
的伸长,一般拉至断裂以测定其力学性能的试验。
图 1－ 2 低碳钢拉伸曲线
(ΔL)
σ
(F
)
b
k
s
e
σb
ε
σs σ
e
（ 2）弹性极限
? 即金属材料不产生塑性变形时所能承受的最大
应力。拉伸曲线 e点对应的应力 σe为弹性极限,
σe= Fe/S0
式中
σe —— 弹性极限（ MPa）；
F e —— 试样产生完全弹性变形时的最大外（ N）；
S0 —— 试样原始横截面积（ mm 2）。
2.刚度
? 即材料抵抗弹性变形的能力。
刚度的大小以 弹性模量 来衡量，弹性模量在拉伸
曲线上表现为 oe段的斜率，即,
E=σ/ε
式中 E—— 弹性模量（ MPa）；
σ—— 应力（ MPa）；
ε—— 应变。
3,强度
即金属抵抗永久变形和断裂的能力。
（ 1）屈服点
? 屈服点,即试样在拉伸过程中力不断增加（保持
恒定）仍能继续伸长（变形）时的应力。在拉伸
曲线上 s点对应的应力为屈服点。
σs=Fs/S0
式中 σs—— 屈服点（ MPa ）；
Fs—— 试样开始产生屈服现象时的（ N）；
S0—— 试样原始横截面积（ mm 2）。
（ 2）抗拉强度
? 即试样拉断前承受的最大标称拉应力。
如图 1-2所示，拉伸曲线上 b点对应的应力为抗
拉强度。
σb=Fb/S0
式中 σb—— 抗拉强度（ MPa）；
Fb—— 试样断裂前所能承受的最大拉（ N）；
S0—— 试样原始横截面积（ mm2 ）。
4.塑性
? 即断裂前材料发生不可逆永久变形的能力。
? 常用的塑性判据是伸长率和断面收缩率。
伸长率
断面收缩率 压缩率
塑性
（ 1）伸长率
? 即试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。
δ=(L1 - L0)/ L0 × 100%
式中 δ—— 伸长率（ %）；
L1—— 试样拉断后标距（ mm)；
L0 —— 试样原始标距（ mm)。
（ 2）断面收缩率
? 即试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量
与原始的横截面积的百分比。
Ψ=（ S0-S1） /S0× 100%
式中
Ψ—— 断面收缩率（ %）；
S1—— 试样的原始截面积（ mm2）
S0—— 试样拉断后缩颈处的最小横截面积（ mm2 )
5.硬度
? 即材料抵抗局部变形的能力。
硬度是材料抵抗塑性变形、压痕的能力，是衡
量金属软硬的判据，也是表征力学性能的一项综合
指标。
布氏硬度
维氏硬度 肖氏硬度
莫氏硬度
洛氏硬度
硬度
试验方法
（ 1）布氏硬度试验
动画演示
布氏硬度试验：
用一定直径
的球体（钢球或
硬质合金球）以
相应的实验力压
入试样表面，经
规定时间后卸除
实验力，用测量
的表面压痕直径
计算硬度的一种
压痕硬度试验。
布氏硬度的
（ 2）洛氏硬度试验（ 动画演示 )
? 即在初始试验力及总试验力先后作用下，将压
头压入试样表面，经规定保持时间后卸除试验力,
用测量的残余压痕深度增量计算硬度的一种压痕硬
度试验。
6.韧性
? 即金属在断裂前吸收变形能量的能力。
常采用夏比冲击试验来测定材料的韧性。
αＫ ＝Ａ Ｋ ／Ａ＝Ｇ (h1-h2)/A
式中
αＫ —— 冲击韧度（ J/cm2）
Ａ Ｋ —— 试样的冲击吸收功（ J)
Ａ —— 缺口底部横截面积 (mm2 )
Ｇ —— 摆锤重量 (Kg)
h1—— 摆锤举起高度 (m)
h2—— 击断试样后升起高度 (m)
图１－ 3 夏比冲击试验
1.1.2 金属材料的物理、化学性能
金属材料的物理、化
学性能包括密度、熔点、
导电性、导热性、磁性、
热膨胀性、耐热性和耐
蚀性等。
机械零件的用途不同，
对材料的物理、化学性
能要求也不同 。
导热性
磁性
耐热性
热膨胀性 导电性
熔点
密度
金属的
物理、化学性能
１,１,３ 金属材料的工艺性能
? 金属的工艺性能, 即金
属材料对加工工艺的适
应性 。
? 按加工方法不同，
可分为 铸造性能、塑性
成形性、焊接性 等。
? 金属的各种工艺性
能将在以后的有关章节
中作详细介绍。
铸造性
塑性成形性 焊接性
金属的
工艺性能
思考题
1.常用的力学性能判据各用什么符号表示？它们的物
理含义各是什么？
2.测定下列材料或零件的硬度宜采用何种硬度指标？
热轧钢坯 青铜铸件 淬硬钢齿轮 薄铝板 灰铸铁
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机械零件在使用过程中，要受到诸如 拉伸、压
缩、扭转、剪切、摩擦、冲击 以及温度和化学介质
等作用，并且还要传递力和能。
因此，作为构成机械零件的金属材料，应具备
良好的 力学性能、物理性能、和化学性能 以防止零
件早期失效，同时还要有良好的 工艺性能 。
1.1.1金属的力学性能
? 金属的力学性能, 材料在
外力作用下表现出来的特
性，如 弹性、塑性、强度、
硬度和韧性 等。
表征和判定金属力学性
能所用的指标和依据称为
金属力学性能的判据。
弹性
强度
韧性
硬度
刚度
塑性
金属
力学性能
１,弹性
弹性, 即物体在外力作
用 下改变其形状和
尺寸，当外力卸除后
物体又回复到原始形
状和尺寸的特性。弹
性的判据可通过拉伸
试验来测定。
图 1－ 1 拉伸曲线及拉伸试样
(1)拉伸试验 （ 动画演示 ）
? 拉伸试验,
即静拉伸力对试样轴向拉伸,测量力和相应
的伸长,一般拉至断裂以测定其力学性能的试验。
图 1－ 2 低碳钢拉伸曲线
(ΔL)
σ
(F
)
b
k
s
e
σb
ε
σs σ
e
（ 2）弹性极限
? 即金属材料不产生塑性变形时所能承受的最大
应力。拉伸曲线 e点对应的应力 σe为弹性极限,
σe= Fe/S0
式中
σe —— 弹性极限（ MPa）；
F e —— 试样产生完全弹性变形时的最大外（ N）；
S0 —— 试样原始横截面积（ mm 2）。
2.刚度
? 即材料抵抗弹性变形的能力。
刚度的大小以 弹性模量 来衡量，弹性模量在拉伸
曲线上表现为 oe段的斜率，即,
E=σ/ε
式中 E—— 弹性模量（ MPa）；
σ—— 应力（ MPa）；
ε—— 应变。
3,强度
即金属抵抗永久变形和断裂的能力。
（ 1）屈服点
? 屈服点,即试样在拉伸过程中力不断增加（保持
恒定）仍能继续伸长（变形）时的应力。在拉伸
曲线上 s点对应的应力为屈服点。
σs=Fs/S0
式中 σs—— 屈服点（ MPa ）；
Fs—— 试样开始产生屈服现象时的（ N）；
S0—— 试样原始横截面积（ mm 2）。
（ 2）抗拉强度
? 即试样拉断前承受的最大标称拉应力。
如图 1-2所示，拉伸曲线上 b点对应的应力为抗
拉强度。
σb=Fb/S0
式中 σb—— 抗拉强度（ MPa）；
Fb—— 试样断裂前所能承受的最大拉（ N）；
S0—— 试样原始横截面积（ mm2 ）。
4.塑性
? 即断裂前材料发生不可逆永久变形的能力。
? 常用的塑性判据是伸长率和断面收缩率。
伸长率
断面收缩率 压缩率
塑性
（ 1）伸长率
? 即试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。
δ=(L1 - L0)/ L0 × 100%
式中 δ—— 伸长率（ %）；
L1—— 试样拉断后标距（ mm)；
L0 —— 试样原始标距（ mm)。
（ 2）断面收缩率
? 即试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量
与原始的横截面积的百分比。
Ψ=（ S0-S1） /S0× 100%
式中
Ψ—— 断面收缩率（ %）；
S1—— 试样的原始截面积（ mm2）
S0—— 试样拉断后缩颈处的最小横截面积（ mm2 )
5.硬度
? 即材料抵抗局部变形的能力。
硬度是材料抵抗塑性变形、压痕的能力，是衡
量金属软硬的判据，也是表征力学性能的一项综合
指标。
布氏硬度
维氏硬度 肖氏硬度
莫氏硬度
洛氏硬度
硬度
试验方法
（ 1）布氏硬度试验
动画演示
布氏硬度试验：
用一定直径
的球体（钢球或
硬质合金球）以
相应的实验力压
入试样表面，经
规定时间后卸除
实验力，用测量
的表面压痕直径
计算硬度的一种
压痕硬度试验。
布氏硬度的
（ 2）洛氏硬度试验（ 动画演示 )
? 即在初始试验力及总试验力先后作用下，将压
头压入试样表面，经规定保持时间后卸除试验力,
用测量的残余压痕深度增量计算硬度的一种压痕硬
度试验。
6.韧性
? 即金属在断裂前吸收变形能量的能力。
常采用夏比冲击试验来测定材料的韧性。
αＫ ＝Ａ Ｋ ／Ａ＝Ｇ (h1-h2)/A
式中
αＫ —— 冲击韧度（ J/cm2）
Ａ Ｋ —— 试样的冲击吸收功（ J)
Ａ —— 缺口底部横截面积 (mm2 )
Ｇ —— 摆锤重量 (Kg)
h1—— 摆锤举起高度 (m)
h2—— 击断试样后升起高度 (m)
图１－ 3 夏比冲击试验
1.1.2 金属材料的物理、化学性能
金属材料的物理、化
学性能包括密度、熔点、
导电性、导热性、磁性、
热膨胀性、耐热性和耐
蚀性等。
机械零件的用途不同，
对材料的物理、化学性
能要求也不同 。
导热性
磁性
耐热性
热膨胀性 导电性
熔点
密度
金属的
物理、化学性能
１,１,３ 金属材料的工艺性能
? 金属的工艺性能, 即金
属材料对加工工艺的适
应性 。
? 按加工方法不同，
可分为 铸造性能、塑性
成形性、焊接性 等。
? 金属的各种工艺性
能将在以后的有关章节
中作详细介绍。
铸造性
塑性成形性 焊接性
金属的
工艺性能
思考题
1.常用的力学性能判据各用什么符号表示？它们的物
理含义各是什么？
2.测定下列材料或零件的硬度宜采用何种硬度指标？
热轧钢坯 青铜铸件 淬硬钢齿轮 薄铝板 灰铸铁
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