钢铁材料的力学性能有哪些?

序号 名称 量的符号 单位符号 含义

一

强度 强度指金属在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。

1 抗拉强度 σb MPa 金属试样拉伸时，在拉断前所承受的最大负荷与试样原横截面面积之比称为抗拉强度：

Pb

σb=——

Fo

式中 Pb——试样拉断前的最大负荷(N)

Fo——试样原横截面积(mm²)

2 抗弯强度 σbb MPa

试样在位于两支承中间的集中负荷作用下，使其折断时，折断截面所承受的最大正压力

8PL

对圆试样：σbb=——

πd3

8PL

对矩形试样：σbb=——

2bh2

式中 P——试样所承受最大集中载荷(N)

L——两支承点间的跨距(mm)

d——圆试样截面之外径(mm)

b——矩形截面试样之宽度(mm)

h——矩形截面试样之宽度(mm)

3 抗压强度 σbc MPa

材料在压力作用下不发生碎、裂所能承受的最大正压力，称为抗压强度

Pbc

σbc=——

Fo

式中 Pbc——试样所受最大集中载荷(N)

Fo——试样原横截面积(mm²)

4 抗剪强度 r、σr MPa

试样剪断前，所承受的最大负荷下的受剪截面具有的平均应力：( 钢材网 www.gangcai.com )

P

双剪:σr=—— ;

2Fo

P

单剪:σr=—— ;

Fo

式中 P——剪切时的最大负荷(N)

Fo——受剪部位的横截面积(mm²)

5 抗扭强度 τb MPa 指外力是扭转力的强度极限

3Mb

τb≈—— (适用于钢材)

4Wp

Mb

τb≈—— (适用于铸铁)

Wp

式中Mb——扭转力矩(N·mm)

Wp——扭转时试样截面的极断面系数(mm²)

6 屈服点 σs MPa 金属度样在拉伸过程中，负荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象称为“屈服”。发生屈服现象时的应力，称为屈服点或屈服极限：

Ps

σs=——

Fo

式中Ps——屈服载荷(N)

Fo——试样原横截面积(mm²)

7 屈服强度 σ0.2 MPa 对某些屈服现象不明显的金属材料，测定屈服点比较困难，常把产生0.2%永久变形的应力定为屈服点，称为屈服强度或条件屈服极限：

P0.2

σ0.2=——

Fo

式中P0.2——试样产生永久变形为0.2%时的载荷(N)

Fo——试样原横截面积(mm²)

8 持久强度 σ0.2/时间(h) MPa 金属材料在高温条件下，经过规定时间发生断裂时的应力称为持久强度。通常所指的持久强度，是在一定的温度条件下，试样经105h后的断裂强度。

9 蠕变强度

温度

σ ——

应变量/时间 MPa 金属材料在高于一定温度下受到应力作用，即使应力小于屈服强度，试件也会随着时间的增长而缓慢地产生塑性变形，此种现象称为蠕变。在给定温度下和规定的时间内，使试样生产一定蠕变变形量的应力称为蠕变强度，例如：

500

σ—— = 100MPa，

1/100000

表示材料在500℃温度下，105h后应变量为1%的蠕变强度为100MPa。蠕变强度是材料在高温下长期负荷下对塑性变形抗力的性能指标。

二

弹性 弹性是指金属在外力作用下产生变形，当外力取消后又恢复到原来的形状和大小的一种特性。

1 弹性模量 E GPa 在弹性范围内，金属拉伸试验时，外力和变形成比例增长，即应力与应变成正比关系时，这个比例系数就称为弹性模量，也叫正弹性模数。

2 切变模量 G GPa 金属在弹性范围内，当进行扭转试验时，外力和变形成比例地增长，即应力与应变成正比关系时，这个比例系数就称为弹性模量，也叫正弹性模量。

3 弹性极限 σe MPa 金属能保持弹性变形的最大应力，称为弹性极限。

4 比例极限 σp MPa 在弹性变形阶段，金属材料所承受的和应变能保持正比的最大应力，称为比例极限：

Pp

σ0.2=——

Fo

式中Pp——规定比例极限负荷(N)

Fo——试样原横截面积(mm²)

三

塑性 所谓塑性是指金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致破裂的能力。

1 伸长率 δ % 金属材料在拉伸时，试样拉断后，其标距分部所增加的长度与原标距长度的百分比。δs是标距为5倍直径时的伸长率，δ10是标距为10倍直径时的伸长率。

2 断面收缩率 ψ % 金属试样拉断后，其缩颈处横截面积的最大缩减量与原横截面积的百分比。

3 泊松比 μ / 对于各向同性的材料，泊松比表示：试样在单相拉伸时，横向相对收缩量与轴向相对伸长量之比：

E

μ=— - 1

2G

式中E——弹性模量(GPa)

G——切变模量(GPa)

四

韧性 所谓韧性是指金属材料在冲击力(动力载荷)的作用下而不破坏的能力。

1 冲击韧度 αKU或αKV J/cm2 冲击韧度是评定金属材料于动载荷下受冲击抗力的力学性能指标，通常都是以大能量的一次冲击值(αKU或αKV)作为标准的，它是采用一定尺寸和形状的标准试样，在摆锤式一次冲击试验机上来进行试验。试验结果，以冲断试样上所消耗的功(AKU或AKV)与断面处横截面积(F)之比值大小来衡量。

2 冲击吸收功 AKU或AKV J 由于αK值的大小，不仅取决于材料本身，同时还随试样尺寸、形状的改变及试验温度的不同而变化，因而αK值只是一个相对指标。目前国际上许多国家直接采用冲击吸收功AK作为冲击韧度的指标。

AKU

αKU = ——;

F

AKU

αKV= ——;

F

式中αKU ——夏比U形缺口试样冲击值(J/cm2)

αKV ——夏比V形缺口试样冲击值(J/cm2)

AKU ——夏比U形缺口试样冲断时所消耗的功(J)

AKV ——夏比V形缺口试样冲断时所消耗的功(J)

F——试样缺口处的横截面积(cm²)

五

疲劳

金属材料在极限强度以下，长期承受交变负荷(即大小、方向反复变化的载荷)的作用，在不发生显著塑性变形的情况下而突然断裂的现象，称为疲劳。

1 疲劳极限 σ-1 MPa 金属材料在重复或交变应力作用下，经过周次(N)的应力循环仍不发生断裂时所能承受的最大应力称为疲劳极限。

2 疲劳强度 σN MPa 金属材料在重复或交变应力作用下，经过周次(N)后断裂时所能承受的最大应力，叫作疲劳强度。此时，N称为材料的疲劳寿命。某些金属材料在重复或交变应力作用下，没有明显的疲劳极限，常用疲劳强度表示。

六

硬度

硬度就是指金属抵抗更硬物体压入其表面的能力。硬度不是一个单纯的物理量，而是反映弹性、强度、塑性等的一个综合性能指标。

1 布氏硬度 HBS / 用一定直径的球体(钢球或硬质合金球以相应的试验力压入试样表面，经规定的保持时间后，卸除试验力，测表面压痕直径计算的硬度值。使用钢球测定硬度小于等于450HBS;使用硬质合金球测定硬度大于450HBW

2 洛氏硬度 HRA

HRB

HRC

HRD

HRE

HRF

HRG

HRH

HRK / 用金刚石圆锥或钢球压头以初始试验力和总试验力作用下，压入试样表面，经规定的保持时间后，卸除主试验力，测残余压痕深度增量计算的硬度值。

洛氏硬度试验分A、B、C、D、E、F、G、H、K标尺。

3 维氏硬度 HV / 用金刚石正四棱体压头以49.03-980.7N的试验力压力试样表面，经规定的保持时间后，卸除试验力，测压痕对角线长度的计算的硬度值。

4 肖氏硬度 HSC

HSD / 用金刚石或钢球冲头一定高度落到试样表面，测冲头回跳高度计算硬度值。用目测型硬度计的硬度符号为HSC，指示型硬度计的硬度符号为HSD。

七

减摩、耐磨性

1 摩擦因数 μ / 相互接触的物体，当作相对移动时就会引起摩擦，引起摩擦的阻力称为摩擦力。根据摩擦定律，通常把摩擦力(F)与施加在摩擦部位的垂直载荷(N)的比值，称为摩擦因数。

F

μ=—

N

式中：F——摩擦力(N)

N—施加在摩擦部件上的垂直载荷(N)

2 磨耗量 W

V g

cm 3 试样在规定试验条件下经过一定时间或一定距离摩擦之后，以试样被磨去的重量(g)或体积(cm 3)之量，称为磨耗量(或磨损量)，以磨去体积表示者称为体积磨耗V。

3 相对耐磨系数 ε / 在模拟耐磨试验机上，采用65Mn(52-53HRC)作为标准试样，在相同条件下，标准试样磨耗量与被测定材料的绝对磨耗量之比，称为被测材料的相对耐磨系数。