第一节 材料的力学性能
使用性能和工艺性能：
使用性能是指金属材料在使用过程中表现出来的性能，包括力学性能、物理性能(如电导性、热导性等)、化学性能(如耐蚀性、抗氧化性等)。

所谓工艺性能是指金属材料在各种加工过程中所表现出来的性能，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能等。

材料的力学性能是指材料在各种载荷(外力)作用下表现出来的抵抗能力，它是机械零件设计和选材的主要依据。

常用的力学性能有：强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。

一、刚度
定义：工程上，指构件或零件在受力时抵抗弹性变形的能力。

计算：等于材料弹性模量E 与零构件截面积A 的乘积。

零构件发生过弹性变形的原因是刚度不足；金属和合金的弹性模量不能通过合金化和热处理、冷变形等方法改变；提高零构件刚度方法是增加横截面积或改变截面形状。

二、强度
强度是指材料在外力作用下抵抗变形或断裂的能力。

由于所受载荷的形式不同，金属材料的强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度等。

有些金属材料，如高碳钢、铸铁等，在拉伸试验中没有明显的屈服现象。

所以国标中规定，以试样的塑性变形量为试样标距长度的0.2%时的应力作为屈服强度，用σ0.2表示。

三、塑性
塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形而不破坏的能力。

金属材料的塑性也是
通过拉伸试验测得的。

常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率。

（1）伸长率 ： %10000⨯-=
l l l k δ 长试样和短试样的伸长率分别用δ
10和δ5表示，习惯上δ10也常写成δ。

(2)断面收缩率 ：
%10000⨯-=
S S S k ψ
四、硬度 硬度是衡量材料软硬程度的指标，它表示材料在外力作用下抵抗变形或破裂的能力。

常用的有：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度试验方法。

HB=S F ⨯102.0=Dh
F π⨯102.0 用淬火钢球作压头测得的硬度用符号HBS 表示，适合于测量布氏硬度值小于450的材料；用硬质合金球作压头测得的硬度用符号HBW 表示，适合于测量布氏硬度值450～650的材料。

布氏硬度压痕大，试验结果比较准确。

但较大压痕有损试样表面，不宜用于成品件与薄件的硬度测试，而且布氏硬度整个试验过程较麻烦。

（2）洛氏硬度 HR=N-S
h 常用的洛氏硬度是HRA 、HRB 和HRC 三种。

（3）维氏硬度 维氏硬度也是根据压痕单位表面积上的载荷大小来计算硬度值。

所不同的是采用相对面夹角为136°的正四棱锥体金刚石作压头。

维氏硬度适用范围宽(5～1000 HV)，可以测从极软到极硬材料的硬度，尤其适用于极薄工件及表面薄硬层的硬度测量(如化学热处理的渗碳层、渗氮层等)，其结果精确可靠。

缺点是测量较麻烦，工作效率不如洛氏硬度高。

五、冲击韧度 金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力称为冲击韧度。

物理意义：试样在冲断时单位横截面积上所消耗的冲击功A K ，单位为J/cm 2。

a K 值越大，表示材料的冲击韧性越好。

应用：
（1）评价材料冶金质量和锻造及热处理的缺陷（因其对材料中的缺陷比较敏感），与屈服强度结合用于一般零件抗断裂设计。

（2）低温冲击试验，测量材料的韧脆转变温度T K 。

T 〉T K 为韧性断裂，不希望材料在T K 温度以下工作。

a K 值一般不直接用于计算，只作参考。

因为不同材料的a K 值可以是相同的。

六、 疲劳强度
零件在交变应力作用下长时间工作，也会发生断裂，这种现象称为疲劳断裂。

七、断裂韧性
材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力称为断裂韧性。

应力场强度因子:K I = Y a σ（MN/m 3/2
） 式中，Y 是系数；σ为名义外加应力；α为裂纹的半长。

随σ或α的增加，K I 增加，当K I 增大到某一定值时，裂纹便失稳扩展，材料发生断裂。

这个K I 的临界值就是裂纹扩展的阻力，称为断裂韧度。

K Ic = Y c c a σ。