根据压头类型：A、B、C。
钢球压头与金刚 石压头
洛氏硬度压痕
洛氏硬度用符号HR表示：
HR=k-(h1-h0)/0.002
洛氏硬度测试示意图 洛 氏 硬 度 计
h1-h0
表示方法：数字
+ 符号，如45HRC。
HRA：用于测量高硬度材料,
如硬 如有
质合金、表淬层和渗碳层。
HRB：用于测量低硬度材料,
力学行为：
材料在外加载荷或环境因素的 作用下所表现的行为。 现象： 弹性变形、塑性变形和断裂。
五万吨水压机
解理型断口
微孔聚合型断口
晶间断裂
晶内断裂
应力 = P/F0 应变 = (l-l0)/l0
拉 伸 试 验 机
低碳钢的应力-应变曲线
拉伸试样
屈服 塑性 变形
均匀 塑性变形பைடு நூலகம்
不均匀集中 塑性变形
C为断裂应力，aC为临界
裂纹半长，单位为 MN / m 3 2
断裂判据
•KI < KIC •KI > KIC 构件安全 构件发生脆性断裂
•KI＝ KIC
裂的临界条件
构件发生低应力脆性断
4、高、低温载荷作用时：
1）蠕变强度（σ
T δ/t）；
2）持久强度（σ t）；
T
六、断裂韧性
油轮断裂和北极星导 弹发动机壳体爆炸与 材料中存在缺陷有关
1943年美国T-2油轮发生断裂
裂纹扩展的基本形式
北 极 星 导 弹
c (ac )

1 / 2
应力强度因子：描述裂纹尖端附近应力场强度的
指标。
K I Y a
断裂韧性：材料抵抗内部
裂纹失稳扩展的能力。
K IC Y C aC
五、硬度
材料抵抗表面局部塑
性变形的能力。
布氏硬度HB
HB 0.102 2P
D( D D 2 d 2 )
布 氏 硬 度 计
HBS ：为钢球压头，适用于布氏硬
度值在450以下的材料。
HBW ：为硬质合金球压头，适用于
布氏硬度在650以下的材料。
表示方法：120HBS
布 氏 硬 度 压 痕
-59℃
-12℃
4℃
16℃
24℃
79℃
低强度铁素体钢冲击断口照片
建造中的Titanic 号
TITANIC
TITANIC的沉没与
船体材料的质量直
接有关
Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图） 的冲击试验结果
Titanic 近代船用钢板
四、疲劳

材料在低于s的重复交变应力作 用下发生断裂的现象。 材料在规定次数应力循环后仍不 发生断裂时的最大应力称为疲劳极限。 用-1表示。 钢铁材料规定次数为107，有色金 疲劳应力示意图 属合金为108。 疲劳曲线示意图


断裂
不断裂
2）循环次数（N）
材料的纯度及组
织状态对疲劳抗 力有显著影响
40Cr钢组织类型对疲劳极限的影响
组织状态
退火（铁素体＋珠光体）
淬火（马氏体）
σb /MPa
σ-1 /MPa
650
2080
314
775
疲劳断口
轴的疲劳断口
疲劳辉纹（扫描电镜照片）
•通过改善材料的形状结构，减少表面 缺陷，提高表面光洁度，进行表面强 化等方法可提高材料疲劳抗力。
第一章
材料的性能
神 舟 一 号 飞 船
机械工程材料的常用性能
力学性能（强度、塑性韧性等）
材料使用性能 物理性能（光、热、电、磁等） 化学性能（氧化、腐蚀等）
两 方 面
材料工艺性能
生物性能（相容性、自恢复性等）
加工性能（切削、锻造等） 铸造性能（适合铸造与否） 焊接性能（容易焊接与否） 热处理性能（可热处理强化）
应 力 σ
断裂 弹 性 变 形
应变ε
一、弹性和刚度
弹性：指标为弹性
极限e，即材料承 受最大弹性变形时 的应力。
刚度：材料受力时
e

E tg （MPa）
抵抗弹性变形的能 力。指标为弹性模 量 E。
•弹性模量：
主要取决于材料的本性，其他 强化材料的手段如热处理、冷热加 工、合金化等对弹性模量的影响很 小。 •刚度：可以通过增加横截面积或改 变截面形状来提高。
显微维氏硬度计
硬度的特点与实用性
1）设备简单，操作方便，不破坏工件，
且与抗拉强度之间存在一定对应关系。 2）是综合性力学指标：
（1）说明强度（σ）与塑性（δ）的匹
配关系；
（2）使用性能指标，说明零件的耐磨性； （3）可作为评价工艺制定合理程度的重 要指标。 例如、当材料的硬度在HB150~220间 时，其切削性较好。 3）零件图纸上往往只标注硬度值。 4）产品质量检查。
布氏硬度的优点：
测量误差小，数据稳定，b与HB
钢
之间有关系：如、低碳钢b≈3.6HB；
高碳钢b≈3.4HB；铸铁 b≈1HB。
缺点：
HB
黄铜
球墨铸铁
压痕大，不能用于太薄件、 成品件及比压头还硬的材料。
布氏硬度的应用：
适于测量退火、正火、
调质钢,铸铁及有色金属的硬 度。
•洛氏硬度HR
色金属和退火、正火钢等。
HRC：用于测量中等硬度材料，如
调质钢、淬火钢等。
洛氏硬度的优点：
操作简便，压痕小，适用 范围广。
缺点：测量结果分散度大。
维氏硬度
维氏硬度试验原理
维氏硬度压痕
维氏硬度计
维氏硬度用符号HV表示，符号前的
数字为硬度值。
用于第二相硬度的测量。
小 负 荷 维 氏 硬 度 计
二、强度与塑性
强度：材料在外力作用下
s
抵抗变形和破坏的能力。
屈服强度s：材料发生微
量塑性变形时的应力值。
条件屈服强度0.2：残余变
0.2
形量为0.2%时的应力值。
抗拉强度b：材料断裂前
所承受的最大应力值。

•塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性 变形的能力。指标为：
伸长率：
的能力。
指标为冲击韧性
值ak(通过冲击 实验测得)。
ak
Ak F
Ak mg (h h)
ak = Ak / F
•韧脆转变温度

材料的冲击韧性随 温度下降而下降。

在某一温度范围内 冲击韧性值急剧下 降现象称韧脆转变。
发生韧脆转变的温 度范围称韧脆转变 温度。
韧

体心立方金属具有 韧脆转变温度，而 大多数面心立方金 材料的使用温度应 高于韧脆转变温度。 属没有。
l1 l 0 100% l0
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
F0 F1 100% 断面收缩率： F0
断裂后
说明：
①用面缩率表示塑性比伸长率
更接近真实变形。
③ < 5% 时，无颈缩，为脆 性材料表征。
② > 5% 时，有颈缩，为塑
性材料表征；
三、冲击韧性
是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏