第1章 工程材料的主要性能
1.1 材料的使用性能 使用性能是指材料在使用过称中所表现出来的特性。
使用性能
力学性能（重点） 物理性能 化学性能
第1章 工程材料的主要性能
1.1.1材料的力学性能 金属材料的力学性能是指材料在载荷作用下所表现出来的特性。
1 强度、刚度与塑性
静拉伸实验
第1章 工程材料的主要性能
拉伸曲线四个阶段
• 2、 es 屈服阶段
变形不明显。 卸载，试样的伸长部分恢复，保留一部分残余变形。 屈服：载荷不增加或略减小，试样继续伸长。
Fs：屈服载荷
σS：屈服点 σS = Fs / A 0
拉伸曲线四个阶段
• 3、 sb 强化阶段
变形明显。变形均匀发生 形变强化：塑性变形增大，变形抗力逐增。
力，也称屈服强度。计算公式为
• • 式中 • •
σ0.2=F0.2/S0
（1-4）
σ0.2——规定残余伸长应力，MPa;
F0.2——残余伸长率达到0.2%时的载荷，N;
S0——试样原始横截面面积，mm2。
•
②抗拉强度:试样拉断前承受的最大标称拉应力称为
抗拉强度。其计算公式为
•
σb=Fb/S0
（1-5）
σs=Fs/S0
（1-3）
• 式中 σs——屈服点，MPa;
•
Fs——试样屈服时的载荷，N;
•
S0——试样原始横截面面积，mm2。
•
对于无明显屈服现象的金属材料，按GB/T 228—2002
规拉定伸可力用后规，定其残标余距伸长长度应部力分σ的0残.2表余示伸。长σ率0达.2表到0示.2试%时样的卸应除
1.1.1材料的力学性能
静拉伸实验
(1)拉伸试样:拉伸试样的形状有圆形和矩形两类。在国家标准 (GB/T 228—2002)《金属材料室温拉伸试验方法》中，对试样的 形状、尺寸及加工要求均有明确的规定。图1-5所示为圆形拉伸试 样。
第1章 工程材料的主要性能
1.1.1材料的力学性能
(2)力-伸长曲线:拉伸试验中得出的拉伸力与伸长量的关系曲 线叫做力伸长曲线。
三、本课程的内容体系及特点 【内容体系】
一条线，两张图，三种材料，四把火
【课程特点】
工 程 材 料 基 础
基
钢
础
的
理
热
论
处
理
常 用 工 程 材
合 理 选 材
料
材 料 的 力 学 性 能
材 料 的 晶 体 结 构
材 料铁 的碳 结合 晶金 与相 相图
热 处 理 原 理
钢钢 的的 整表 体面 热热 处处 理理
热 处 理 工 艺 设 计
金 属 材 料
非 金 属 材 料
图
复 合 材 料
材 料 的 选 用
原
则
典 型 零 件 的 选 材 分
析
工工 业程 用铸 钢铁
非 铁 金 属 与
颗
粒
层
增
状
强 复 合 材 料
复 合 材 料
绪论
四、本课程的性质、目的、任务与学习方法 【课程性质及学习方法】 【学习目的】 【学习任务】
图1-6是低碳钢的力伸长曲线，纵坐标表示。
力 F，单位是N;横坐标表示伸长 量Δl，单位是mm。由力伸长曲
线可以看出，随着拉伸力的不断 增加，试样经历了以下几个变形 阶段:
拉伸曲线四个阶段
• 1、oe 弹性变形阶段
变形不明显，卸载，试样恢复原状。 Fe：弹性变形的最大拉伸力
σe：弹性极限 σe = Fe / A 0
• 式中 σb——抗拉强度，MPa;
•
Fb——试样承受的最大载荷，N;
•
S0——试样原始横截面面积，mm2。
•
抗拉强度表示材料在拉伸载荷作用下的最大均匀变形
的抗力。零件在工作中所承受的 应力，不允许超过抗拉
强是为屈度机强，械比否零。则件屈会设强产计比生和高断选，裂材则。的材抗主料拉要强强依度度据的。σb和有在屈效工服利程点上用σ把s率一σs高样/σ，，b称但也
Fb：拉伸试验的最大载荷
σb：抗拉强度 σb = Fb / A 0
拉伸曲线四个阶段
• 4、 bk 颈缩阶段 颈缩：最大值Fb后，直径发生局部收缩。
Fk ： 断裂载荷 （极少使用）
伸长集中在缩颈，直至断裂。
(1)强度
•
①屈服点:试样在拉伸过程中力不增加(保持恒定)仍能
继续伸长(变形)时的应力称为屈服点，其计算公式为
（1-7）
•
S0——试样原始横截面面积，mm2;
•
S1——试样拉断后缩颈处的最小横截面面积，mm2。
2 硬度
抵抗外物压入的能力，称为硬度――综合性能指标。 (1)布氏硬度HB ( Brinell-hardness )
适用于未经淬火的钢、铸铁、有色 金属或质地轻软的轴承合金。
布氏硬度计
❖ ＜450HBS; 适用范围: ❖ ＜650HBW;
过高也不好，一般以0.75左右为宜。
(2)刚度
材料受力时抵抗弹性变形的能力称为刚度。 弹性模量E (切变模量G)
(3).塑性
•
断裂前材料发生不可逆永久变形的能力称为塑性。常
用的塑性判据是断后伸长率和断面收缩率。它们也是由拉
伸试验测得的。
•
试样拉断后标距长度的伸长量与原始标距长度的百分
比称为断后伸长率，其计算公式为
•
δ=(l1- l0)/l0×100%
• 式中 δ——试样断后伸长率，%;
（1-6）
•
l0——试样原始标距长度，mm;
•
l1——试样拉断后的标距长度，mm。
•
试样拉断后，缩颈处横截面面积的最大缩减量与原始
横截面面积的百分比称为断面收 缩率，其计算公式为
•
ψ=(S0-S1)/S0×100%
• 式中 ψ——断面收缩率，%;
按照物理效应分类
压电材料、光电材料、热电材料、铁电材料 声光材料、磁光材料、电光材料、激光材料等
从应用角度分类
结构材料、电子材料、航天航空材料、汽车材料、核材料 建筑材料、包装材料、能源材料、生物医学材料、信息材料
从化学角度分类
无机材料 有机材料
按照开发和应用时期分类
新型材料 传统材料
绪论
二、材料与材料科学的发展及其在国民经 济中的地位
(2)洛氏硬度
洛氏硬度测试示意图
洛
( Rockwll hardness )
计
氏 硬
度
定义：每0.002mm相当于
绪论
一、材料与材料科学概述 【材料】 【材料科学】 【材料的分类】
材 料 的 分 类
按照化学性质分类
金属材料 非金属材料 复合材料
按照使用性能和用途特点分类
结构材料 功能材料
按照结晶状态分类 按照物理性能分类
单晶材料、多晶材料、非晶材料 准晶材料、液晶材料
高强度材料、绝缘材料、高温材料 超硬材料、导电材料、半导体材料、透光材料等