金屬材料的性能

金屬材料的性能決定著材料的適用范圍及應(yīng)用的合理性。金屬材料的性能主要分為四個(gè)方面，即：機(jī)械性能、化學(xué)性能、物理性能、工藝性能。

3.1機(jī)械性能

（一）應(yīng)力的概念,物體內(nèi)部單位截面積上承受的力稱(chēng)為應(yīng)力。由外力作用引起的應(yīng)力稱(chēng)為工作應(yīng)力，在無(wú)外力作用條件下平衡于物體內(nèi)部的應(yīng)力稱(chēng)為內(nèi)應(yīng)力（例如組織應(yīng)力、熱應(yīng)力、加工過(guò)程結(jié)束后留存下來(lái)的殘余應(yīng)力…等等）。

（二）機(jī)械性能,金屬在一定溫度條件下承受外力（載荷）作用時(shí)，抵抗變形和斷裂的能力稱(chēng)為金屬材料的機(jī)械性能（也稱(chēng)為力學(xué)性能）。金屬材料承受的載荷有多種形式，它可以是靜態(tài)載荷，也可以是動(dòng)態(tài)載荷，包括單獨(dú)或同時(shí)承受的拉伸應(yīng)力、壓應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、剪切應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，以及摩擦、振動(dòng)、沖擊等等，因此衡量金屬材料機(jī)械性能的指標(biāo)主要有以下幾項(xiàng)：

3.1.1.強(qiáng)度

這是表征材料在外力作用下抵抗變形和破壞的 能力，可分為抗拉強(qiáng)度極限（σb）、抗彎強(qiáng)度極限（σbb）、抗壓強(qiáng)度極限（σbc）等。由于金屬材料在外力作用下從變形到破壞有一定的規(guī)律可循，因而通常采用拉伸試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定，即把金屬材料制成一定規(guī)格的試樣，在拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸，直至試樣斷裂，測(cè)定的強(qiáng)度指標(biāo)主要有：

（1）強(qiáng)度極限：材料在外力作用下能抵抗斷裂的 應(yīng)力，一般指拉力作用下的抗拉強(qiáng)度極限，以σb表示，如拉伸試驗(yàn)曲線(xiàn)圖中 點(diǎn)b對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度極限，常用單位為兆帕（MPa），換算關(guān)系有：1MPa=1N/m2=(9.8)-1Kgf/mm2或1Kgf/mm2=9.8MPa。

（2）屈服強(qiáng)度極限：金屬材料試樣承受的外力超過(guò)材料的彈性極限時(shí)，雖然應(yīng)力不再增加，但是試樣仍發(fā)生明顯的塑性變形，這種現(xiàn)象稱(chēng)為屈服，即材料承受外力到一定程度時(shí)，其變形不再與外力成正比而產(chǎn)生明顯的塑性變形。產(chǎn)生屈服時(shí)的應(yīng)力稱(chēng)為屈服強(qiáng)度極限，用σs表示，相應(yīng)于拉伸試驗(yàn)曲線(xiàn)圖中的S點(diǎn)稱(chēng)為屈服點(diǎn)。對(duì)于塑性高的材料，在拉伸曲線(xiàn)上會(huì)出現(xiàn)明顯的屈服點(diǎn)，而對(duì)于低塑性材料則沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)，從而難以根據(jù)屈服點(diǎn)的外力求出屈服極限。因此，在拉伸試驗(yàn)方法中，通常規(guī)定試樣上的標(biāo)距長(zhǎng)度產(chǎn)生0.2%塑性變形時(shí)的應(yīng)力作為條件屈服極限，用σ0.2表示。屈服極限指標(biāo)可用于要求零件在工作中不產(chǎn)生明顯塑性變形的設(shè)計(jì)依據(jù)。但是對(duì)于一些重要零件還考慮要求屈強(qiáng)比（即σs/σb）要小，以提高其可靠性，不過(guò)此時(shí)材料的利用率也較低了。

（3）彈性極限：材料在外力作用下將產(chǎn)生變形，但是去除外力后仍能恢復(fù)原狀的能力稱(chēng)為彈性。金屬材料能保持彈性變形的 應(yīng)力即為彈性極限，相應(yīng)于拉伸試驗(yàn)曲線(xiàn)圖中的e點(diǎn)，以σe表示，單位為兆帕（MPa）：σe=Pe/Fo式中Pe為保持彈性時(shí)的 外力（或者說(shuō)材料 彈性變形時(shí)的載荷）。

（4）彈性模數(shù)：這是材料在彈性極限范圍內(nèi)的應(yīng)力σ與應(yīng)變?chǔ)模ㄅc應(yīng)力相對(duì)應(yīng)的單位變形量）之比，用E表示，單位兆帕（MPa）：E=σ/δ=tgα式中α為拉伸試驗(yàn)曲線(xiàn)上o-e線(xiàn)與水平軸o-x的夾角。彈性模數(shù)是反映金屬材料剛性的指標(biāo)（金屬材料受力時(shí)抵抗彈性變形的能力稱(chēng)為剛性）。

3.1.2.塑性,

金屬材料在外力作用下產(chǎn)生 變形而不破壞的 能力稱(chēng)為塑性，通常以拉伸試驗(yàn)時(shí)的試樣標(biāo)距長(zhǎng)度延伸率δ（%）和試樣斷面收縮率ψ（%）延伸率δ=[(L1-L0)/L0]x，這是拉伸試驗(yàn)時(shí)試樣拉斷后將試樣斷口對(duì)合起來(lái)后的標(biāo)距長(zhǎng)度L1與試樣原始標(biāo)距長(zhǎng)度L0之差（增長(zhǎng)量）與L0之比。在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，同一材料但是不同規(guī)格（直徑、截面形狀-例如方形、圓形、矩形以及標(biāo)距長(zhǎng)度）的拉伸試樣測(cè)得的延伸率會(huì)有不同，因此一般需要特別加注，例如常用的圓截面試樣，其初始標(biāo)距長(zhǎng)度為試樣直徑5倍時(shí)測(cè)得的延伸率表示為δ5，而初始標(biāo)距長(zhǎng)度為試樣直徑10倍時(shí)測(cè)得的延伸率則表示為δ10。斷面收縮率ψ=[(F0-F1)/F0]x，這是拉伸試驗(yàn)時(shí)試樣拉斷后原橫截面積F0與斷口細(xì)頸處小截面積F1之差（斷面縮減量）與F0之比。實(shí)用中對(duì)于常用的圓截面試樣通常可通過(guò)直徑測(cè)量進(jìn)行計(jì)算：ψ=[1-(D1/D0)2]x，式中：D0-試樣原直徑；D1-試樣拉斷后斷口細(xì)頸處小直徑。δ與ψ值越大，表明材料的塑性越好。