金屬材料的力學(xué)性能主要包括強(qiáng)度與塑性、硬度、沖擊韌性與疲勞強(qiáng)度。研究其強(qiáng)度指標(biāo)能更好地幫助我們在機(jī)械加工領(lǐng)域更好的選材，更好的滿足對(duì)零部件使用性能的要求。

一、材料強(qiáng)度與強(qiáng)度指標(biāo)

強(qiáng)度就是金屬材料在承受靜載荷作用時(shí)，抵抗其發(fā)生塑性變形或著斷裂的能力。金屬材料強(qiáng)度的大小用應(yīng)力來表示，應(yīng)力能準(zhǔn)確的反映出金屬材料內(nèi)部的受力狀態(tài)。單位面積上的內(nèi)力(材料內(nèi)部與外力相對(duì)抗的力)我們稱之為應(yīng)力。

金屬材料的強(qiáng)度指標(biāo)通常用屈服強(qiáng)度來表示。金屬材料出現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)，發(fā)生塑性變形而載荷不增加時(shí)的應(yīng)力為屈服強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度又分為上屈服強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度，分別用Reh和ReL表示。通常我們所用到的零部件一般不允許發(fā)生明顯的塑性變形，材料的屈服強(qiáng)度越高，其抵抗塑性變形的能力就會(huì)越強(qiáng)，材料的使用性能就會(huì)越好，因此屈服強(qiáng)度是我們設(shè)計(jì)零部件和選材的主要依據(jù)。

二、材料塑性與塑性指標(biāo)

所謂的塑性就是金屬材料在載荷作用下發(fā)生斷裂前所能承受的最大塑性變形的能力。塑性指標(biāo)通常用斷后伸長率和斷面收縮率表示。

斷后伸長率用A表示，為式樣拉斷后的標(biāo)距長度與原始標(biāo)距長度之差與原始標(biāo)距的百分比。

斷面收縮率用Z表示，為式樣原始橫截面積與斷口處最小橫截面積之差與原始橫截面積百分比。

其中斷面收縮率和伸長率相比較，更能比較確切的反映出金屬材料的塑性，因?yàn)閿嗝媸湛s率不受試件尺寸的影響。斷面收縮率和伸長率越大表明這種金屬材料的塑性就會(huì)越好，就會(huì)越容易進(jìn)行塑形加工，越容易加工成形狀復(fù)雜的零部件。其中塑性好的材料在受到比較大的沖擊力時(shí)，會(huì)首先產(chǎn)生塑性變形而不會(huì)突然斷裂，使用性能比較安全。

三、材料硬度和硬度試驗(yàn)

所謂的硬度就是金屬材料抵抗局部塑性變形和破壞的能力。硬度試驗(yàn)方法種類比較多，最常用的有布氏硬度試驗(yàn)法、洛氏硬度試驗(yàn)法、維氏硬度試驗(yàn)法三種。

1、布氏硬度試驗(yàn)法

①布氏硬度試驗(yàn)原理。使用硬質(zhì)合金球做壓頭，同時(shí)以一定的試驗(yàn)壓力壓人金屬表面，保持規(guī)定時(shí)間后消除試驗(yàn)力，最后測量壓痕表面直徑，通過計(jì)算公式計(jì)算其硬度值。實(shí)驗(yàn)表明布氏硬度值的大小僅與壓痕直徑的大小有關(guān)系。D越大，壓痕直徑越大，也就是硬度越低。

②布氏硬度特點(diǎn)及適用范圍。布氏硬度的試驗(yàn)力和壓痕直徑都比較大，所以壓痕也比較大，比較直觀準(zhǔn)確的測定硬度值。但是，由于壓痕比較大，對(duì)金屬表面的損傷程度也比較大，這就要求布氏硬度試驗(yàn)法不適合測量零部件表面質(zhì)量要求比較高或薄壁零部件。

2、洛氏硬度試驗(yàn)法

①洛氏硬度實(shí)驗(yàn)原理。洛氏硬度實(shí)驗(yàn)原理與布氏硬度差不多，區(qū)別在于把硬質(zhì)合金球形壓頭改為金剛石圓錐壓頭，通過壓痕深度來測量硬度值。常用的洛氏硬度有A、B、C三種標(biāo)尺，最常用的是C標(biāo)尺。采用不同標(biāo)尺下的硬度值是不能互相比較的，必須轉(zhuǎn)化為同一標(biāo)尺進(jìn)行比較。 

②洛氏硬度特點(diǎn)及適用范圍。洛氏硬度不同于布氏硬度，其壓痕比較小，對(duì)零部件的損壞程度比較小，故可以測量一些薄壁及表面質(zhì)量要求比較高的零部件，同時(shí)由于壓痕比較小，存在定的局限性，測量的硬度值也不夠準(zhǔn)確。

3、維氏硬度試驗(yàn)法 維氏硬度試驗(yàn)與布氏硬度試驗(yàn)不同之處在于壓頭是一個(gè)金剛石正四棱錐體，通過壓痕對(duì)角線的長度來計(jì)算硬度值。維氏硬度試驗(yàn)所施加的試驗(yàn)力比較小，壓痕比較不明顯，故可以測量薄壁零部件，但對(duì)壓痕對(duì)角線的測量比較復(fù)雜。

四、材料沖擊韌性與疲勞強(qiáng)度

金屬材料在實(shí)際使用加工過程中所承受的載荷不僅僅是靜載荷，也有沖擊載荷和交變載荷，也可能是多種載荷的疊加，只通過拉伸試驗(yàn)和硬度試驗(yàn)研究靜載荷是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這就要求我們必須研究多種載荷下金屬材料的力學(xué)性能，故對(duì)沖擊載荷和疲勞載荷的研究有著重大的意義。

1、沖擊韌性 顧名思義，金屬材料抵抗沖擊載荷如不發(fā)生破壞的能力就是沖擊韌性。沖擊韌性主要通過彎曲試驗(yàn)測量得到的。對(duì)于沖擊力的測量我們主要取決于沖擊韌度的大小，金屬材料受到大能量的沖擊載荷作用時(shí)，沖擊抗力的大小主要取決于沖擊韌度的大小，而在多次重復(fù)沖擊作用下，其沖擊抗力主要由材料的強(qiáng)度和塑性決定。

(2)疲勞強(qiáng)度 生活中我們常見到這種現(xiàn)象，許多機(jī)械零部件雖然所承受的力低于材料的屈服強(qiáng)度，但較長時(shí)間工作后也會(huì)發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象就是金屬疲勞，疲勞破壞是零部件損壞的主要原因之一。金屬材料的疲勞強(qiáng)度由多種因素決定，例如零部件工作條件、材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、組織成分、承受的應(yīng)力等，所以改善零部件的結(jié)構(gòu)以及采取一些表面強(qiáng)化方法，都能提高金屬材料的疲勞強(qiáng)度。