深度解析金属材料的力学性能及常见类型

力学性能是金属材料最主要的使用性能，是指金属材料在力的作用下所显示的，与弹性和非弹性相关或涉及应力-应变关系的性能。金属材料的力学性能主要有5个方面：

（1）强度 强度有多个指标。设对应的作用力为F（N），相应的截面积为A（m²），则强度R=F/A，单位为MPa。

1）最大力F_m——试样在屈服阶段之后所能抵抗的最大力；对于无明显屈服（连续屈服）的金属材料，为试验期间的最大力。

2）抗拉强度R_m——金属材料在受拉时抵抗被拉断时所能承受的最大应力值，R_m=F_m/A。

3）抗压强度R_mc——材料在压裂前所能承受的最大应力值。对于脆性材料，指试样压至破坏过程中的最大压缩应力；对于在压缩中不以粉碎性破裂而失效的塑性材料，则抗压强度取决于规定应变和试样的几何形状，R_mc=F/A。

4）抗剪强度Rτ——材料在剪断破坏前所能承受的最大切应力值，Rτ=F/A。

5）挤压强度R_j——材料在挤压破坏前所能承受的最大挤压应力值，R_j=F/A。

6）抗弯强度R_bb——材料在弯断前表面所能承受的最大应力值，即弯曲试验中试样破坏时拉伸侧表面的最大正应力，R_bb=M/W，M为弯曲力矩（N·m），W为截面抗弯模量（m³）。

7）抗扭强度τ_m——材料在扭断前所能承受的最大切应力值，τ_m=Mτ/W_p，Mτ为扭矩（N·m），W_p为抗扭截面模量（m³）。

8）屈服强度R_e——当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点，应区分上屈服强度和下屈服强度。(www.xing528.com)

上屈服强度R_eH——试样发生屈服而力首次下降前的最高应力，对应上屈服力F_eH。

下屈服强度R_eL——试样在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应力，对应下屈服力F_eL。

9）规定塑性延伸强度R_p——塑性延伸率等于规定的引伸计标距百分率时的应力，使用的符号应附以下脚注说明所规定的百分率，例如R_p0.2，表示规定塑性延伸率为0.2%时的应力。

10）规定总延伸强度R_t——总延伸率等于规定的引伸计标距百分率时的应力，使用的符号应附以下脚注，说明所规定的百分率，例如R_t0.5表示规定总延伸率为0.5%时的应力。

11）疲劳强度σ_N——很多机械零件在交变应力作用下工作一段时间后会发生断裂，而交变应力大小和断裂循环次数之间的有一定的关系。在实际工作中，常把循环次数达到某一数值（常用钢材的循环基数为10⁷，有色金属和某些超高强度钢的循环基数为10⁸）时不发生断裂的最高应力称为疲劳强度。

（2）硬度 硬度是指金属材料抵抗局部变形、压痕或划痕的能力，它不是一个简单的物理概念，而是材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标。金属硬度的代号为H。按硬度试验方法的不同，常规表示有布氏硬度（HBW）、洛氏硬度（HRC）、维氏硬度（HV）等，其中以HBW及HRC较为常用。

（3）塑性 塑性是指金属材料受到外力作用时产生显著永久性变形而不断裂的能力，它们分别表示材料受拉时长度变形和截面变形，分别用断后伸长率A和断面收缩率Z表示。

（4）冲击韧度 它表示金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力，用摆锤弯曲冲击试验测定。将质量为m的摆锤提升到h₁高度，摆锤由此高度下落时将试样冲断，并升到h₂高度，冲断试样所消耗的能量为K=mg（h₁-h₂），单位为J。金属的冲击韧度a_K就是冲断试样时在缺口处单位面积A（单位为cm²）所消耗的能量，即a_K=K/A，单位为J/cm²。

（5）冲击吸收能量 它是指规定形状和尺寸的试样在摆锤刀刃冲击试验力一次作用下折断时所吸收的能量。U形缺口时用KU_x表示，V形缺口时用KV_x表示，单位为J。其中，“x”表示刀刃宽度，可为2mm或8mm。