金屬材料的力學(xué)性能有哪些,？

　　金屬材料具有許多良好的性能，因此被廣泛地應(yīng)用于制造各種構(gòu)件,、機(jī)械零件,、工具和日常生活用具。金屬材料的性能包含工藝性能和使用性能兩方面,。工藝性能是指制造工藝過程中材料適應(yīng)加工的性能(如鑄造性能,、可鍛性能、焊接性能及切削加工性能等),；使用性能是指金屬材料在使用條件下所表現(xiàn)出來的性能,，它決定了材料的應(yīng)用范圍、安全可靠性及使用壽命,，包括力學(xué)性能,、物理和化學(xué)性能。

金屬材料的力學(xué)性能

　　金屬材料的力學(xué)性能是指材料在外力作用時抵抗變形和破壞的能力,，表現(xiàn)為剛性(剛度),、彈性,、強(qiáng)度和塑性等,。它是設(shè)計(jì)人員與工藝人員zui為關(guān)心的一個重要問題，是設(shè)計(jì)和制造零件zui重要的指標(biāo),，也是評定材料質(zhì)量和熱處理工藝的重要參數(shù),。首先，掌握材料的力學(xué)性能是設(shè)計(jì)零件,、選用材料時的重要依據(jù),，根據(jù)力學(xué)性能的狀況才能決定該材料能否滿足零件的要求。其次,，材料的力學(xué)性能指標(biāo)也是控制材料質(zhì)量的重要參數(shù),。每種金屬材料，除了對其化學(xué)成分范圍作了規(guī)定之外,，還對它的力學(xué)性能(一定尺寸的試樣,，在一定的加工及熱處理狀態(tài)下的性能)指標(biāo)作了較詳細(xì)的規(guī)定,。只有達(dá)到所規(guī)定的性能指標(biāo)的材料才算是合格的，才能作為制造各類零件的原材料,。

　　機(jī)械零件都在一定的工作條件下服役,，不僅尺寸和形狀千差萬別，而且受力狀況和工作環(huán)境也各式各樣,。要找到一個能滿足各不相同的工作條件的力學(xué)性能指標(biāo)是不可能的,，也是不現(xiàn)實(shí)的。工作條件通常是指它們在工作時受到力,、介質(zhì)及溫度等的作用,。對所有的零件來說，總是受到外力(載荷)的作用,，根據(jù)作用載荷的性質(zhì)可分為靜載荷,、沖擊載荷、動載荷和摩擦力等,。此外,，有些零件和制品除受力作用外，還在一定的腐蝕性介質(zhì)及溫度等特殊環(huán)境下工作,，如化工機(jī)械,、水力機(jī)械、汽輪機(jī)葉片,、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和鍋爐等,。所以，只能根據(jù)載荷的性質(zhì)(靜載,、動載,、交變載荷)、所接觸的外界環(huán)境(溫度的高低,、介質(zhì)的性質(zhì))等對材料在特定的條件下進(jìn)行試驗(yàn),，取得一定的性能指標(biāo)，以其作為檢定材料質(zhì)量及設(shè)計(jì)零件時選用材料的依據(jù),。在測定材料力學(xué)性能指標(biāo)中zui簡便zui通用的方法是用光滑試樣在單軸拉伸試驗(yàn)中測定的(如屈服極限,、強(qiáng)度極限等這些常用指標(biāo))；更簡便的而不必破壞樣品的試驗(yàn)法是硬度試驗(yàn)法,。所測得的硬度值同拉伸試驗(yàn)時所求的強(qiáng)度值有一定的對應(yīng)關(guān)系,；而且對脆性材料來講，硬度法能測得拉伸試驗(yàn)無法測得的數(shù)據(jù),。

　　為了測定材料在動態(tài)載荷下以及在低溫度下的特性,，采用了沖擊韌性試驗(yàn)法，以測定金屬斷裂時所需之功，從而判斷材料在使用中的安全可靠程度,。近年來,，發(fā)展起來的斷裂力學(xué)，將材料的斷裂過程與裂紋擴(kuò)展時所需之功起來,，規(guī)定了材料的“斷裂韌性值”,，它對地估價材料使用壽命和設(shè)計(jì)可靠運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)件具有指導(dǎo)意義。

　　在交變載荷下工作的零件,，需要材料有高的疲勞極限,；在高溫下受力的零件需要材料有高的蠕變抗力。對于這些性能,，一方面要從材料的成分及組織上盡量予以保證,；另一方面也要通過設(shè)計(jì)合理的試驗(yàn)方法盡可能地使試驗(yàn)所測得的性能能夠更好地符合零件的實(shí)際工作狀況。

1. 彈性,、塑性及強(qiáng)度

　　金屬變形的三個階段：金屬在外力作用下的行為可由低碳鋼的拉伸曲線全面地顯示出來,，可分為彈性變形(elastic deformation)、塑性變形(plastic deformation)和斷裂(fracture)三個階段,。

2. 硬度(hardness)

　　所謂硬度乃是材料對一更硬物體壓入其內(nèi)時所表現(xiàn)的抵抗力,。常采用壓痕的深度，或壓痕單位表面積所承受的載荷值作為硬度值高低的指標(biāo),。常用的硬度檢查方法有布氏硬度法,、洛氏硬度法、維氏硬度法等,。硬度試驗(yàn)較之拉伸試驗(yàn)有一個很大的優(yōu)點(diǎn),，就是不必破壞樣品(尤其像壓痕很小的維氏硬度試驗(yàn))，而且對試樣的要求不像拉伸試樣那么嚴(yán)格,；其次,，同拉伸試驗(yàn)另一個不同點(diǎn)是，硬度試驗(yàn)是在壓應(yīng)力下進(jìn)行的,，這種應(yīng)力狀態(tài)對于材料的塑性變形更為有利,。因此，對于脆性較大的材料,，如淬硬的鋼材,、硬質(zhì)合金等,，只能通過硬度測量對其性能進(jìn)行評價,，而其他試驗(yàn)方法(如拉伸、彎曲等)則無能為力,。再者,，對于塑性材料(大部分金屬材料)，在其硬度值與強(qiáng)度極限、屈服極限之間都存在著一定的內(nèi)在關(guān)系,，故可以通過簡便的硬度測量而對其他強(qiáng)度性能指標(biāo)作出半定量的估計(jì),，這在生產(chǎn)實(shí)際中是非常有用的。

布氏硬度(brinell hardness)法,、洛氏硬度(rockwell C hardness)法,、維氏硬度(vickers hardness)法　　

3. 沖擊韌性(impact toughness)

　　沖擊就是以很大的速度將負(fù)荷(沖擊負(fù)荷)作用到機(jī)器零件上去的一種加載方式，在機(jī)械設(shè)計(jì)中必須考慮沖擊問題,，盡可能地使它們不受沖擊負(fù)荷的作用,。當(dāng)然，生產(chǎn)上有時要利用沖擊負(fù)荷來實(shí)現(xiàn)靜負(fù)荷難以實(shí)現(xiàn)的效果,，如沖床,、鍛錘、鑿巖機(jī),、鉚釘槍等都是利用沖擊負(fù)荷進(jìn)行工作的,。材料的韌性同其屈服應(yīng)力和塑性有一定的關(guān)系。而材料的屈服應(yīng)力與塑性值則又同應(yīng)力狀態(tài),、加載速度,、溫度因素等有密切的關(guān)系。因此,，通過對韌性的測定不僅能靈敏地反映出組織的特征,，而且還能反映出變形速度及溫度對韌性的影響。

4. 斷裂韌性(fracture toughness)

　　材料的斷裂是由于裂紋在應(yīng)力作用下失穩(wěn)而擴(kuò)展的結(jié)果,，因此,，材料的實(shí)際斷裂應(yīng)力應(yīng)與原始的裂紋長度有關(guān)，并與材料抵抗裂紋迅速擴(kuò)展的能力有關(guān),。

5. 疲勞強(qiáng)度(fatigue strength )

　　所謂疲勞是指零件在遠(yuǎn)離該材料屈服極限為低的交變應(yīng)力較長時間作用下,，在沒有明顯的塑性變形征兆下所發(fā)生的一種破壞形式。疲勞斷口的宏觀特征通常呈現(xiàn)為兩個斷裂區(qū)：即平滑區(qū)和粗粒狀區(qū),。由于疲勞破壞的突然性,，無論是脆性材料還是韌性材料，在破壞前都不出現(xiàn)明顯的材料的“疲勞極限”,。影響材料的疲勞應(yīng)力的因素是非常多的,，除了材料本身的材質(zhì)外，零件的尺寸和形狀,、零件表面的粗糙度,、零件表層中的內(nèi)應(yīng)力的性質(zhì)和分布狀態(tài)、零件所處的環(huán)境,、介質(zhì)以及交變應(yīng)力的幅度,、性質(zhì)及頻率等都對疲勞應(yīng)力有影響,。
　　材料的疲勞問題是目前研究材料力學(xué)性能方面的一個極為重要的領(lǐng)域。