受委屈的一件事第一章金属材料的力学性能
普通高等教育“十一五”国家级规划教材机械制造基础孙学强主编第一章金属材料的力学
性能教学要求主要内容
本章重点本章小结习题
机械制造基础第一章教学要求通过学习，学生应掌握金属材料的力学性能指标和测试方法，
以及各个指标的物理意义。在设计机械零件和选择材料时要能根据零件的工作环境，零件所承受的载荷情况重点考虑某些
力学性能指标。机械制造基础第一章主要内容第一节强度和塑性
第二节硬度第三节冲击韧度第四节疲
劳强度机械制造基础第一章本章重点金属材料的力学性能指标和测试方法，以及各
个指标的物理意义。机械制造基础第一章第一节强度和塑性机器上由金属材料研制
成的零、部件，在工作过程中都要承受外力(或称载荷)作用。载荷作用的结果将引起零、部件形状和尺寸的改变，这
、冲击试验等。力学性能的主要指标有：强度、塑性、硬度、冲击韧度等。机械制造基础第一章一、强
度强度—金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。强度的分类：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗扭强度、抗剪强度。
各种强度之间有一定的联系。一般情况下多以抗拉强度作为判别金属材料强度高低的指标。抗拉强度是通过拉伸试验测定的。
拉伸试验的方法：用静拉伸力对标准试样进行轴向拉伸，同时连续测量力和相应的伸长，直至断裂。根据测得的数据，可求出有关的力学性能
。
机械制造基础第一章1．拉伸试样试验时应先将被测金属材料制成标准试样。图1-1所示为圆形
关于爱情的英文句子拉伸试样。图1-1圆形拉伸
试样a)拉伸前b
)拉断后d0——试样的直径；l0——标距长度。根据标距长度与直径之间的关系，试样可分为长试样(l0=
10d0)和短试样(l0=5d0)。机械制造基础第一章2．力－伸长曲线拉伸
写给女儿的一封信试验中记录的拉伸力与伸长的关系曲线叫做力－伸长曲线，也称拉伸图。低碳钢在拉伸过程中，其载荷与变形关系有以下几个阶段：
（1）弹性变形当载荷不超过Fe时，拉伸曲线Oe为直线，试样的伸长量与载荷成正比。如果卸除载荷，试样仍能恢复到
菱白原来的尺寸，即试样的变形完全消失。这种随载荷消失而消失的变形叫弹性变形。图1-2低
碳钢的力—伸长曲线机械
制造基础第一章(2)塑性变形当载荷超过Fe后，试样将进一步伸长。此时若卸除载荷，弹性变形消
失，而另一部分变形却不能消失，即试样不能恢复到原来的尺寸，这种载荷消失后仍继续保留的变形叫塑性变形。当载荷达到F
s时，拉伸曲线出现了水平或锯齿形线段，表明在载荷基本不变的情况下，试样却继续变形，这种现象称为“屈服”。（3）断裂
当载荷继续增加到某一最大值Fb时，试样的局部截面缩小，产生所谓的“缩颈”现象。由于试样局部截面的逐渐缩小，故载荷也逐
渐降低，当达到拉伸曲线上k点时，试样随即断裂。Fk为试样断裂时的载荷。机械制造基础第一章
在试样产生缩颈以前，由载荷所引起试样的伸长，基本上是沿着整个试样标距长度内发生的，属于均匀变形；缩颈后，试样的伸长
主要发生在颈部的一段长度内，属于集中变形。3．强度指标强度指标是用应力值来表示的。试样受到载荷作用时，则内部产
生大小与载荷相等而方向相反的抗力(即内力)。单位截面积上的内力，称为应力，用符号σ表示。弹性极限——金属材料能保持弹
性变形的最大应力，用σe表示。式中Fe——弹性变形范围内的最大载(N)；S0——试样原始横
截面积(mm2)。机械制造基础第一章抗拉强度——试样断裂前能够承受的最大应力，称为
抗拉强度，用σb表示。式中Fb——试样断裂前所能承受的最大载荷(N)；S0——试样的
原始横截面积(mm2)。低碳钢的屈服强度σs约为240MPa，抗拉强度σb约为400MPa。
工程上所用的金属材料，不仅希望具有较高的σs，还希望具有一定的屈强比(σs／σb)。屈强比越小，结构零件
的可靠性越高，万一超载也能由于塑性变形而使金属的强度提高，不致于立即断裂。但屈
强比太小，则材料强度的有利用率就太低。机械
制造基础第一章二、塑性金属发生塑性变形但不破坏的能力称为塑性。在拉伸时它们分别为伸长率和断面收缩
率。1．伸长率伸长率是指试样拉断后的标距伸长量与原始标距的百分比，用符号δ表示。即：式中l0——
试样的原始标距长度(mm)；l1——试样拉断后的标距长度(mm)。机械制造基础
衷组词第一章2．断面收缩率断面收缩率是指试样拉断处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比，用符号ψ表示。
即：式中So——试样原始横截面积(mm2)；S1——试样断裂处的横截面积(mm2)。
伸长率的大小与试样的尺寸有关。试样长短不同，测得的伸长率是不同的。长、短试样的伸长率分别用δ10和δ5表示
，δ10也常写成δ。δ和ψ是材料的重要性能指标。它们的数值越大，材料的塑性就越好，故
可以进行压力加工；普通铸铁的塑
性差，因而不能进行压力加工，只能进行铸造。机械制造基础第一章第二节硬度硬度
是衡量金属材料软硬程度的指标，是指金属抵抗局部弹性变形、塑性变形、压痕或划痕的能力。硬度是金属材料的重要性能之一，也是
检验工、模具和机械零件质量的一项重要指标。常用的硬度试验方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度三种。一、布氏硬度
测定原理——是用规定的试验力F，把直径为D的硬质合金球压人被测金属表面，保持一定时间后卸除载荷，在放大镜下测量被测试金属表面的压痕
直径d，由此计算压痕的球缺面积S，然后再求出压痕的单位面积所承受的平均压力（F/S），以此作为被测试金属的布氏硬度值，如图1-
3所示。机械制造基础第一章布氏硬度用符号HBW表示，习惯上只写明硬度的数值而不标出单位。硬度
捕鱼儿海战役
符号HBW前面的数值为硬度值，符号后面的数值表示试验条件的指标，依次为球体直径、试验力大小及试验力保持时间（10～15s时不标注
）。例如：600HBW1/30/20表示用直径为1mm的硬质合金球，在294N的试验力作用下保持20s，测得的布氏硬
度值为600。机械制造基础第一章进行布氏硬度试验时，应根据被测试金属材料的种类和试样厚度
，选择不同大小的球体直径D、试验载荷F和载荷保持时间。GB/T231.1－2002规定：1、球体直径有10mm、5mm、2
.5mm和1mm四种；2、试验力（单位N）与球体直径平方的比值（0.102F/D2）有30、15、10、5
、2.5和1共6种（根据金属材料的种类和布氏硬度范围，按教材中表1-1选定0.102F/D2）；3、试验力
的保持时间为10～15s。对于要求试验力保持较长时间的材料，试验力保持时间允许误差为±2s。布氏硬度试验法因压痕
面积较大，能反映出较大范围内被测金属的平均硬度，故试验结果较精确。但因压痕较大，所以不宜测试成品或薄片金属的硬度。机械
制造基础第一章二、洛氏硬度测定原理——用顶角为120°的金刚石圆锥或直径为1.588mm
的淬火钢球或硬质合金球作压头，在初试验力F0及总试验力F分别作用下压入金属表面，然后卸除主试验力F1，在初试验力F0下测定残余
压入深度，用深度的大小来表示材料的洛氏硬度值，并规定每压人0.002mm为一个硬度单位。图1-4洛氏硬度试验原理
如图1-4所示。图中0-0为金刚石圆锥压头没有和试样接触时的位置，1-1为压头在初试验力(100N)作用下，压头压入深度为h1
时的位置；2-2为在总试验力作用下，压头压入深度为h2时的位置；3-3为卸除主试验力保留初试验力后压头的位置h3。
机械制造基础第一章这样，压痕的深度h=h3－h1，洛氏硬度的计算公式为：洛氏硬度
式中h——压痕深度；N——给定标尺的数值，A、C标尺为100；B标尺为130。淬火钢球压头用于退火件、有
金属等较软材料的硬度测定；金刚石压头适用于淬火钢等较硬材料的硬度测定。洛氏硬度所加载荷根据被测材料本身硬度不同而组成不
同的洛氏硬度标尺，其中最常用的是A、B、C三种标尺，其试验规范见教材中表1-2（GB/T230.1－2004）。机械制
造基础第一章优点：操作迅速、简便，可从表盘上直接读出硬度值，不必查表或计算，而且压痕小，可测量较薄工件的
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