符号表示方法举例：45HRC
4. 疲劳强度
1）交变应力（周期性应力）。 应力的大小、方向周期性变化。有对称周期性应力和非对称周 期性应力。
2）疲劳。 构件在低于屈服强度的交变应力作用下，经过较长时间工作而发生突然断裂，而无 明显的塑性变形的现象。
3）疲劳曲线。 反映承受的交变应力与断裂前的应力周期次数间的关系曲线，如图2-4所示。
第二章 金属材料性能及 常用工程材料
2.1 金属材料的性能 2.2 常用工程材料-钢铁材料 2.3 非铁材料及非金属材料
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材料是人类用来制作各种产品的物质。机械工程中使用的材料常按化学组成分为金属材料、 高分子材料、陶瓷材料三大类。
目前在机械工业中应用最广的仍是金属材料，因为金属材料来源丰富，而且具有优良的力 学性能、物理性能、化学性能和工艺性能。
工艺性能：指金属材料在冷、热加工过程中应具备的性能，它决定了金属材料的加工方 法。包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能。
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一、 金属材料的力学性能 力学性能（机械性能）：指金属材料具有的抵抗一定外力作用而不被破坏的性能。金属材料的
力学性能主要有：刚度、强度、弹性、塑性、硬度、冲击韧度、断裂韧度和疲劳强度等。
b
b
Pb A0
式中
Pb
A0
试样被拉断前所承受的最大载荷（N）； 试样的原始横截面积（mm2 ）。
3）屈服点 。 开始产生屈服现象时的应力称为屈服点，其含义指在外力作用下开始产生明显塑性变
形的最小应力，也即材s 料抵抗微量塑性变形的能力。
s
Ps A0
式中
Ps
试样发生屈服时的载荷（N）；
A0
试样的原始横截面积（mm2 ）。
Pe
A0
e
Pe A0
试样发生完全弹性变形的最大载荷（N）；
ห้องสมุดไป่ตู้
试样的原始横截面积（mm2 ）。
2）抗拉强度。 当负荷继续增加超过s点后，变形量随着负荷的增加而急剧增加，当负荷超过b点，变 形集中在试样的某一部位上，试样在该部位出现缩颈现象，拉伸变形集中在缩颈处。继续施加负荷， 试样在k点断裂。材料断裂前所承受的最大应力，即为抗拉强度（强度极限），它也是试样能够保持 均匀塑性变形的最大应力 。
1.强度
拉伸曲线oe段是直线，金属材料处在弹 性变形阶段，应力与应变成正比例关系，服 从虎克定律，其比值称弹性模量，是衡量材 料抵抗弹性变形能力的指标。
P Pb Ps s Pe e
b k
0
l
图2-2 低碳钢拉伸曲线 1）弹性极限。 金属材料产生完全弹性变形时所能承受的最大应力值，单位MPa 。即
式中
有延伸率 和断面收缩率 。
1）延伸率。 指试样拉断后其标距长度的相对伸长值。即
lk l0 100%
l0
式中 l k
试样断裂后的标距长度；
l0
试样的原始标距长度；
2）断面收缩率。 指试样拉断后缩颈处横截面积的最大相对收缩值。
式中
Ak
A0
A0 Ak 10% 0
A0
试样断裂出的最小横截面积；
试样的原始横截面积；
3.硬度 硬度指金属材料抵抗外物压入其表面的能力，也是衡量金属材料软硬程度的一种力学性能指标。
工程上常用的有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
1）布氏硬度HBW。 布氏硬度是在布氏硬度计上进行测量的，用硬质合金球为压头，以相应的实验力压 入试样表面，保持规定的时间后，卸除实验力，在试样表面形成压痕，以压痕球形表面所承受的平均 负荷作为布氏硬度值，如图2-3示。
金属材料的特性有：强度较高、塑性较好、导电性高、导热性好、有金属光泽等。
2.1 金属材料的性能 金属材料的性能概述
为了合理地使用和加工金属材料，必须了解其使用性能和工艺性能。 使用性能：指各个零件或构件在正常工作时金属材料应具备的性能，它决定了金属材料的 应用范围、使用的可靠性和寿命。包括力学性能、物理性能、化学性能。
HB W 2F DD D2d2
式中 F D d
实验力（kgf）； 球体直径（mm）； 压痕平均直径（mm）。
图2-3 布氏硬度实验原理图
在做布氏试验时，只需测量出d值即可从有关表格上查出相应的布氏硬度值。压头为硬质合金球 时，为HBW，适用于布氏硬度650以下的材料。优点：测量结果准确，缺点：压痕大，不适合成 品或者薄壁件检验。
条件屈服极限：有些塑性较低的材料没有明显的屈服点，难于确定产生塑性变形的最小应力。故 规定当试样产生0.2%的塑性变形时所对应的应力作为材料开始产生明显塑性变形时的屈服强度，称为 条件屈服极限 。
零件设计时对塑性材料采用屈服强度；脆性材料采用抗拉强度。
0.2
2.塑性 塑性指金属材料在静载荷作用时，在断裂前产生塑性变形的能力，反映材料塑性的力学性能指标
符号表示方法举例：350HBW5/750。含义：
① 压头：硬质合金，直径5mm ② 实验力：750kgf （1kgf=9.8N） ③ 保持时间：10-15秒 ④ 硬度值：350
2）洛氏硬度。 洛氏硬度是用压头压入的压痕深度作为测量硬度值的依据。可以直接从洛氏硬度计的 表盘上读出，它是一个相对值，人们规定每0.002mm压痕深度为一个洛氏硬度单位。洛氏硬度用HRA、 HRB和HRC来表示。HRC采用顶角为120°的金刚石圆锥体为压头，施加150kgf的外力，主要用于淬火钢 等较硬材料的测定，常用硬度值为20-67HRC； HRA采用外加载荷为60kgf，用于测量高硬度薄层，常 用硬度值为70-85HRA；HRB采用直径1.588mm的钢球，100kgf的外加载荷，用于硬度较低的材料，常用 硬度值为25-100HRB。优点：测量迅速简便，压痕小，可在成品零件上检测 。（注：最常用的是HRC）
4）疲劳极限。 由图2-4可见，应力愈高，循环次数愈少， 反之亦然。 当应力低到一定值时，循环次数无穷大，表 示材料可经无限次应力循环而不失效；此应力即为疲劳 强度（疲劳极限）。对称弯曲疲劳极限用 表示 ；无 限次当然不是数学上的无穷大，只是一个很大的数而已， 对于钢铁材料为107，有色金属材料为108 。
金属材料的刚度、强度、弹性、塑性是通过拉伸实验来测定的，标准试样如图2-1所示， 把试样安装在拉伸试验机上，并对试样施加一个缓慢增加的轴向拉力，试样产生变形，直至断 裂。
图2-1 圆形拉伸试样
1、低碳钢拉伸时的力学性能
拉伸曲线：以低碳钢为例，其拉伸曲线如图2-2所示，负荷为纵坐标，绝对伸长量为横坐标。