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材料常见性能指标

CAE之家

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低碳钢应力-应变曲线

一、弹性指标

1. 正弹性模量

定义为理想材料有小形变时应力与相应的应变之比。E以单位面积上承受的力表示，单位为达因每平方厘米。模量的性质依赖于形变的性质。剪切形变时的模量称为剪切模量，用G表示；压缩形变时的模量称为压缩模量，用K表示；模量的倒数称为柔量，用J表示。

2. 切变弹性模量

切变弹性模量G，材料的基本物理特性参数之一，与杨氏（压缩、拉伸）弹性模量E、泊桑比ν并列为材料的三项基本物理特性参数，在材料力学、弹性力学中有广泛的应用。其定义为：

式中，G(Mpa)为切变弹性模量，τ为剪切应力(Mpa)，γ为剪切应变(弧度)。

3. 比例极限

材料在弹性阶段分成线弹性和非线弹性两个部分，线弹性阶段材料的应力与变形完全为直线关系，其应力最高点为比例极限，符号：σP。

4. 弹性极限

材料受外力作用，在一定限度内消除外力，仍能恢复原状，称为该材料弹性形变阶段。弹性极限即该材料保持弹性形变不产生永久形变时，所能承受的最大的应力，用σe表示，单位为MPa( 或N/mm² )。大多数金属零件可以通过热处理来提高其弹性极限。

二、强度性能指标

1. 强度极限

物体在外力作用下发生破坏时出现的最大应力，也可称为破坏强度或破坏应力。一般用标称应力来表示。根据应力种类的不同，可分为拉伸强度(σt)、压缩强度(σc)、剪切强度(σs)等。符号为σb，单位为MPa( 或N/mm² )。

2. 抗拉强度

试样在拉伸过程中，材料经过屈服阶段后进入强化阶段，随着横向截面尺寸明显缩小在拉断时所承受的最大力 (Fb)，除以试样原横截面积 (So) 所得的应力 (σ)，称为抗拉强度或者强度极限 (σb)，单位为N/mm² (MPa)。它表示金属材料在拉力作用下抵抗破坏的最大能力。计算公式为：

式中，Fb为试样拉断时所承受的最大力，N（牛顿）；So为试样原始横截面积(mm²)。

3. 抗弯强度

指的是材料抵抗弯曲不断裂的能力。弯曲试验中测定材料的抗弯强度一般指试样破坏时拉伸侧表面的最大正应力。在实验室中，对材料的抗弯强度进行测试一般采用三点抗弯法和四点抗弯法。其中四点测试要两个加载力，比较复杂；三点测试最常用。三点测试抗弯强度公式：

式中，F 为破坏载荷，L为跨距，b为宽度，h为厚度。

4. 抗压强度

抗压强度代号σbc，指外力是压力时的强度极限。公式

式中，p为抗压强度，以每平方吋多少磅 (psi)、每平方公分、公斤为单位；P为压力，以磅、公斤为单位；A为剖面面积，以平方公分、平方吋为单位。

5. 抗剪强度

代号σc，指外力与材料轴线垂直，并对材料呈剪切作用时的强度极限。耐火材料中炮泥的抗剪强度称为蚀亚值，单位MPa。有专用的炮泥蚀亚值测试仪。根据库伦定律土的抗剪强度

式中，φ为内摩擦角，c为土的粘聚力。

6. 抗扭强度

用圆柱形材料试件作抗扭实验可求得扭矩和扭角的关系，相应最大扭矩的最大剪断应力叫抗扭强度。扭矩在物理学中就是力矩的大小，等于力和力臂的乘积，国际单位是牛米N·m。

7. 屈服极限（或者称屈服点）

试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。屈服点σs的计算公式

式中，Ps 为屈服点s处的外力，Fo为试样断面积，MPa等于N（牛顿）/mm²。

8. 屈服强度

金属材料发生屈服现象时的屈服极限，即抵抗微量塑性变形的应力。对于无明显屈服的金属材料，规定以产生0.2%残余变形的应力值为其屈服极限，称为条件屈服极限或屈服强度。

9. 持久强度

在给定的温度下和规定时间内，试样发生断裂的应力值，用符号σ(T,t) 表示。其中σ 表示应力，单位为MPa；T为温度，单位为℃；t 为时间，单位为h。例如：σ(700,1000)=200MPa，表示材料在700℃时，持续时间为1000h，的持久强度为200MPa。

10. 蠕变强度

金属在某一温度下经过一定时间后，蠕变量不超过一定限度时的最大允许应力。如σ(6000,11000)=294Nmm²表示在600℃经1000h，蠕变量不超过0.1%的最大允许应力为294N/mm²。

三、硬度性能指标

1. 洛氏硬度

将压头（金刚石圆锥，钢球或者硬质合金球）按两个步骤（初实验力和主实验力）压入试样表面，经规定保持时间卸除主实验力，测量在初实验力下的残余痕深度h。洛氏硬度没有单位，是一个无纲量的力学性能指标，其最常用的硬度标尺有A、B、C三种，通常记作HRA、HRB、HRC，其表示方法为硬度数据+硬度符号，如50HRC。

2. 维氏硬度

将相对面夹角为136°的正四棱锥金刚石压头以一定的载荷压入试样表面，并保持一定的时间后卸除试验力，所使用的载荷与试样表面上形成的压痕的面积之比。代号为HV，计算公式为：

式中，F为负荷（牛顿力），S为压痕表面积（平方毫米），α为压头相对面夹角=136°，d为平均压痕对角线长度（毫米）。

报告维氏硬度值的标准格式为xHVy。例如185HV5中，185是维氏硬度值，5指的是测量所用的负荷值（单位：千克力）。

3. 肖氏硬度

根据规定形状的压针在标准弹簧压力作用下，于规定时间内压入试样的深度转换成的硬度值，代号为HS。

四、塑性指标

1. 伸长率（延伸率）

指在拉力作用下，密封材料硬化体的伸长量占原来长度的百分率 (%)。弹性恢复率是指：密封材料硬化体产生的变形能否完全恢复的程度 (%)。伸长率越大，且弹性恢复率越大，表明密封材料的变形适应性越好。代号：δ，单位：%。

2. 断面收缩率

材料受拉力断裂时断面缩小，断面缩小的面积与原面积之比值叫断面收缩率，老标准JB/T 6396-1992中用ψ表示，新标准JB/T 6396-2006 中用Z表示，单位为%。计算公式：

式中，A0 为试件原始截面积，A1为试件拉断后颈缩处的截面积。

五、韧性指标

1. 冲击韧性

反映金属材料对外来冲击负荷的抵抗能力，一般由冲击韧性值 (ak) 和冲击功 (Ak) 表示，其单位分别为J/cm²和J（焦耳）。冲击韧性或冲击功试验（简称冲击试验），因试验温度不同而分为常温、低温和高温冲击试验三种；若按试样缺口形状又可分为"V"形缺口和"U"形缺口冲击试验两种。

2. 冲击吸收功

指规定形状和尺寸的试样，在冲击试验力一次作用下折断时所吸收的功。

3. 小能量多次冲击力

六、疲劳性能指标

疲劳极限（或者称疲劳强度）

疲劳极限是材料学里的一个及重要的物理量，表现一种材料对周期应力的承受能力。在疲劳试验中，应力交变循环大至无限次，而试样仍不破损时的最大应力叫疲劳极限。

七、断裂韧度性能指标

断裂韧度

在弹塑性条件下，当应力场强度因子增大到某一临界值，裂纹便失稳扩展而导致材料断裂，这个临界或失稳扩展的应力场强度因子即断裂韧度。它反映了材料抵抗裂纹失稳扩展即抵抗脆断的能力。

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来源：CAE之家

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首次发布时间：2025-12-27

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