第四节　金属的力学性能

材料的使用性能包括物理性能、化学性能及力学性能。物理性能包括导电性、导热性、热膨胀性、熔点、磁性、密度等；化学性能主要指材料的耐酸碱、耐腐蚀、抗氧化性能。金属的力学性能指金属材料在不同性质外力作用下表现的抵抗能力，如弹性、塑性、强度、硬度、韧性等。

一、基本力学性能指标

强度指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形（不可恢复变形）和断裂的能力。抵抗塑性变形和断裂的能力越大，强度越高。根据受力状况的不同，可分为抗拉、抗压、抗弯、抗扭、抗剪强度等。一般以抗拉强度作为最基本的强度指标。

除低碳钢、中碳钢及少数合金钢有屈服现象外，大多数金属材料没有明显的屈服现象，因此，对这些材料，规定产生0.2%残余伸长时的应力作为条件屈服强度σ0.2可以替代σs，称为条件（名义）屈服强度。屈服强度标志着材料对起始塑性变形的抗力，是工程技术中最重要的机械性能指标之一，设计零件时常以σs 或σ0.2作为选用金属材料的依据。 

塑性指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。

硬度指金属材料抵抗更硬物体压入的能力，或者说金属表面对局部塑性变形的抵抗能力。它是衡量材料软硬程度的指标。硬度越高，材料的耐磨性越好。根据测定硬度方法的不同，可用布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）来表示材料的硬度。

冲击韧度指材料在冲击载荷作用下，金属材料抵抗破坏的能力，其值以冲击韧度αku表示，αku越大，材料的韧性越好，在受到冲击时越不易断裂。冲击韧度反映了材料抵抗冲击载荷的能力。

二、材料的应力-应变曲线

材料的应力-应变曲线是材料力学性能的一个非常重要的方面，它能准确反映弹性变形、塑性变形及断裂区的若干力学性能指标。图1-2给出了典型的材料的应力-应变曲线示意图。

图1-2　材料的应力-应变曲线图

应力-应变曲线的物理意义就是任何时刻试样中真实的应力与应变之间的关系。对于进入塑性变形阶段的金属材料，曲线上某点处的应力值其实也是材料卸载后再重新加载时的屈服极限。从这点来讲，应力-应变曲线可以代表不同应变量下的屈服强度的集合。

三、弹性变形与塑形变形的本质

在应力的作用下，金属内部的晶格发生了弹性的伸长或歪扭，即键长或键角发生轻微变化，原子离开其平衡位置但是位移远小于该方向上原子的间距，外力小于原子间作用力。所以在外力去除后，其变形便可完全恢复。弹性模量反映原子之间作用力的大小。在基体不变的情况下，一般改变固溶体的成分、晶粒大小以及组织形貌，并不能明显改变材料弹性模量的大小。

物体在受到外力时发生形变，去掉外力时变形不回复，这是塑性变形。塑性变形的实质是物体内部的晶粒和晶粒之间发生滑移和晶粒发生转动。