金屬材料的性能決定著(zhù)材料的適用范圍及應用的合理性。金屬材料的性能主要分為四個(gè)方面，即：機械性能、化學(xué)性能、物理性能、工藝性能。
一.機械性能
（一）應力的概念,物體內部單位截面積上承受的力稱(chēng)為應力。由外力作用引起的應力稱(chēng)為工作應力，在無(wú)外力作用條件下平衡于物體內部的應力稱(chēng)為內應力（例如組織應力、熱應力、加工過(guò)程結束后留存下來(lái)的殘余應力…等等）。
（二）機械性能,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，包括單獨或同時(shí)承受的拉伸應力、壓應力、彎曲應力、剪切應力、扭轉應力，以及摩擦、振動(dòng)、沖擊等等，因此衡量金屬材料機械性能的指標主要有以下幾項：1.強度這是表征材料在外力作用下抵抗變形和破壞的最大能力，可分為抗拉強度極限（σb）、抗彎強度極限（σbb）、抗壓強度極限（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律可循，因而通常采用拉伸試驗進(jìn)行測定，即把金屬材料制成一定規格的試樣，在拉伸試驗機上進(jìn)行拉伸，直至試樣斷裂，測定的強度指標主要有：
（1）強度極限：材料在外力作用下能抵抗斷裂的最大應力，一般指拉力作用下的抗拉強度極限，以σb表示，如拉伸試驗曲線(xiàn)圖中最高點(diǎn)b對應的強度極限，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 σb=Pb/Fo
式中：Pb?C至材料斷裂時(shí)的最大應力（或者說(shuō)是試樣能承受的最大載荷）；Fo?C拉伸試樣原來(lái)的橫截面積。
（2）屈服強度極限：金屬材料試樣承受的外力超過(guò)材料的彈性極限時(shí)，雖然應力不再增加，但是試樣仍發(fā)生明顯的塑性變形，這種現象稱(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)的應力稱(chēng)為屈服強度極限，用σs表示，相應于拉伸試驗曲線(xiàn)圖中的S點(diǎn)稱(chēng)為屈服點(diǎn)。對于塑性高的材料，在拉伸曲線(xiàn)上會(huì )出現明顯的屈服點(diǎn)，而對于低塑性材料則沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)，從而難以根據屈服點(diǎn)的外力求出屈服極限。因此，在拉伸試驗方法中，通常規定試樣上的標距長(cháng)度產(chǎn)生0.2%塑性變形時(shí)的應力作為條件屈服極限，用σ0.2表示。屈服極限指標可用于要求零件在工作中不產(chǎn)生明顯塑性變形的設計依據。但是對于一些重要零件還考慮要求屈強比（即σs /σb）要小，以提高其安全可靠性，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原狀的能力稱(chēng)為彈性。金屬材料能保持彈性變形的最大應力即為彈性極限，相應于拉伸試驗曲線(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)的最大外力（或者說(shuō)材料最大彈性變形時(shí)的載荷）。
（4）彈性模數：這是材料在彈性極限范圍內的應力σ與應變δ（與應力相對應的單位變形量）之比，用E表示，單位兆帕（MPa）：E=σ/δ=tgα 式中α為拉伸試驗曲線(xiàn)上o-e線(xiàn)與水平軸o-x的夾角。彈性模數是反映金屬材料剛性的指標（金屬材料受力時(shí)抵抗彈性變形的能力稱(chēng)為剛性）。
2.塑性,金屬材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞的最大能力稱(chēng)為塑性，通常以拉伸試驗時(shí)的試樣標距長(cháng)度延伸率δ（%）和試樣斷面收縮率ψ（%）延伸率δ=[(L1-L0)/L0]x100%，這是拉伸試驗時(shí)試樣拉斷后將試樣斷口對合起來(lái)后的標距長(cháng)度L1與試樣原始標距長(cháng)度L0之差（增長(cháng)量）與L0之比。在實(shí)際試驗時(shí)，同一材料但是不同規格（直徑、截面形狀-例如方形、圓形、矩形以及標距長(cháng)度）的拉伸試樣測得的延伸率會(huì )有不同，因此一般需要特別加注，例如最常用的圓截面試樣，其初始標距長(cháng)度為試樣直徑5倍時(shí)測得的延伸率表示為δ5，而初始標距長(cháng)度為試樣直徑10倍時(shí)測得的延伸率則表示為δ10。斷面收縮率ψ=[(F0-F1)/F0]x100%，這是拉伸試驗時(shí)試樣拉斷后原橫截面積F0與斷口細頸處最小截面積F1之差（斷面縮減量）與F0之比。實(shí)用中對于最常用的圓截面試樣通?？赏ㄟ^(guò)直徑測量進(jìn)行計算：ψ=[1-(D1/D0)2]x100%，式中：D0-試樣原直徑；D1-試樣拉斷后斷口細頸處最小直徑。δ與ψ值越大，表明材料的塑性越好。
3.硬度,金屬材料抵抗其他更硬物體壓入表面的能力稱(chēng)為硬度，或者說(shuō)是材料對局部塑性變形的抵抗能力。因此，硬度與強度有著(zhù)一定的關(guān)系。根據硬度的測定方法，主要可以分為：
（1）布氏硬度（代號HB）,用一定直徑D的淬硬鋼球在規定負荷P的作用下壓入試件表面，保持一段時(shí)間后卸去載荷，在試件表面將會(huì )留下表面積為F的壓痕，以試件的單位表面積上能承受負荷的大小表示該試件的硬度：HB=P/F。在實(shí)際應用中，通常直接測量壓坑的直徑，并根據負荷P和鋼球直徑D從布氏硬度數值表上查出布氏硬度值（顯然，壓坑直徑越大，硬度越低，表示的布氏硬度值越?。?。布氏硬度與材料的抗拉強度之間存在一定關(guān)系：σb≈KHB，K為系數，例如對于低碳鋼有K≈0.36，對于高碳鋼有K≈0.34，對于調質(zhì)合金鋼有K≈0.325，…等等。
（2）洛氏硬度（HR）
用有一定頂角（例如120°）的金剛石圓錐體壓頭或一定直徑D的淬硬鋼球，在一定負荷P作用下壓入試件表面，保持一段時(shí)間后卸去載荷，在試件表面將會(huì )留下某個(gè)深度的壓痕。由洛氏硬度機自動(dòng)測量壓坑深度并以硬度值讀數顯示（顯然，壓坑越深，硬度越低，表示的洛氏硬度值越?。?。根據壓頭與負荷的不同，洛氏硬度還分為HRA、HRB、HRC三種，其中以HRC為最常用。
洛氏硬度HRC與布氏硬度HB之間有如下?lián)Q算關(guān)系：HRC≈0.1HB。
除了最常用的洛氏硬度HRC與布氏硬度HB之外，還有維氏硬度（HV）、肖氏硬度（HS）、顯微硬度以及里氏硬度（HL）。
這里特別要說(shuō)明一下關(guān)于里氏硬度，這是目前最新穎的硬度表征方法，利用里氏硬度計進(jìn)行測量，其檢測原理是：里氏硬度計的沖擊裝置將沖頭從固定位置釋放，沖頭快速沖擊在試件表面上，通過(guò)線(xiàn)圈的電磁感應測量沖頭距離試件表面1毫米處的沖擊速度與反彈速度（感應為沖擊電壓和反彈電壓），里氏硬度值即以沖頭反彈速度和沖擊速度之比來(lái)表示：HL=(Vr/Vi)?1000
式中：HL-里氏硬度值；Vr-沖頭反彈速度；Vi-沖頭沖擊速度（注：實(shí)際應用裝置中是以沖擊裝置中的閉合線(xiàn)圈感應的沖擊電壓和反彈電壓代表沖擊速度和反彈速度）。
沖擊裝置的構造主要有內置彈簧（加載套管，不同型號的沖擊裝置有不同的沖擊能量）、導管、釋放按鈕、內置線(xiàn)圈與骨架、支撐環(huán)以及沖頭，沖頭主要采用金剛石、碳化鎢兩種極高硬度的球形（不同型號的沖擊裝置其沖頭直徑有不同）。優(yōu)點(diǎn)：里氏硬度計的主機接收到?jīng)_擊裝置獲得的信號進(jìn)行處理、計算，然后在屏幕上直接顯示出里氏硬度值，便攜式里氏硬度計用里氏（HL）測量后可以轉化為：布氏（HB）、洛氏（HRC）、維氏（HV）、肖氏（HS）硬度?；蛴美锸显碇苯佑貌际希℉B）、洛氏（HRC）、維氏（HV）、里氏（HL）、肖氏（HS）測量硬度值,同時(shí)可折算出材料的抗拉強度σb，還可以將測量結果儲存、直接打印輸出或傳送給計算機作進(jìn)一步的數據處理。應用范圍：里氏硬度計是一種便攜袖珍裝置，可應用于各種金屬材料、工件的表面硬度測量，特別是大型鍛鑄件的測量，其最大的特點(diǎn)是可以任意方向檢測，免去了普通硬度計對工件大小、測量位置等的限制。
4.韌性,金屬材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力稱(chēng)為韌性。通常采用沖擊試驗，即用一定尺寸和形狀的金屬試樣在規定類(lèi)型的沖擊試驗機上承受沖擊載荷而折斷時(shí)，斷口上單位橫截面積上所消耗的沖擊功表征材料的韌性：
αk=Ak/F 單位J/cm2或Kg•m/cm2，1 Kg•m/cm2=9.8 J/cm2 αk稱(chēng)作金屬材料的沖擊韌性，Ak為沖擊功，F為斷口的原始截面積。
5.疲勞強度極限 金屬材料在長(cháng)期的反復應力作用或交變應力作用下（應力一般均小于屈服極限強度σs），未經(jīng)顯著(zhù)變形就發(fā)生斷裂的現象稱(chēng)為疲勞破壞或疲勞斷裂，這是由于多種原因使得零件表面的局部造成大于σs甚至大于σb的應力（應力集中），使該局部發(fā)生塑性變形或微裂紋，隨著(zhù)反復交變應力作用次數的增加，使裂紋逐漸擴展加深（裂紋尖端處應力集中）導致該局部處承受應力的實(shí)際截面積減小，直至局部應力大于σb而產(chǎn)生斷裂。在實(shí)際應用中，一般把試樣在重復或交變應力（拉應力、壓應力、彎曲或扭轉應力等）作用下，在規定的周期數內（一般對鋼取106~107次，對有色金屬取108次）不發(fā)生斷裂所能承受的最大應力作為疲勞強度極限，用σ-1表示，單位MPa。 除了上述五種最常用的力學(xué)性能指標外，對一些要求特別嚴格的材料，例如航空航天以及核工業(yè)、電廠(chǎng)等使用的金屬材料，還會(huì )要求下述一些力學(xué)性能指標：蠕變極限：在一定溫度和恒定拉伸載荷下，材料隨時(shí)間緩慢產(chǎn)生塑性變形的現象稱(chēng)為蠕變。通常采用高溫拉伸蠕變試驗，即在恒定溫度和恒定拉伸載荷下，試樣在規定時(shí)間內的蠕變伸長(cháng)率（總伸長(cháng)或殘余伸長(cháng)）或者在蠕變伸長(cháng)速度相對恒定的階段，蠕變速度不超過(guò)某規定值時(shí)的最大應力，作為蠕變極限，以表示，單位MPa，式中τ為試驗持續時(shí)間，t為溫度，δ為伸長(cháng)率，σ為應力；或者以表示，V為蠕變速度。高溫拉伸持久強度極限：試樣在恒定溫度和恒定拉伸載荷作用下，達到規定的持續時(shí)間而不斷裂的最大應力，以 表示，單位MPa，式中τ為持續時(shí)間，t為溫度，σ為應力。金屬缺口敏感性系數：以K τ表示在持續時(shí)間相同（高溫拉伸持久試驗）時(shí),有缺口的試樣與無(wú)缺口的光滑試樣的應力之比： 式中τ為試驗持續時(shí)間，為缺口試樣的應力，為光滑試樣的應力?；蛘哂茫罕硎?，即在相同的應力σ作用下，缺口試樣持續時(shí)間與光滑試樣持續時(shí)間之比?？篃嵝裕涸诟邷叵虏牧蠈C械載荷的抗力。
二.化學(xué)性能 金屬與其他物質(zhì)引起化學(xué)反應的特性稱(chēng)為金屬的化學(xué)性能。在實(shí)際應用中主要考慮金屬的抗蝕性、抗氧化性（又稱(chēng)作氧化抗力，這是特別指金屬在高溫時(shí)對氧化作用的抵抗能力或者說(shuō)穩定性），以及不同金屬之間、金屬與非金屬之間形成的化合物對機械性能的影響等等。在金屬的化學(xué)性能中，特別是抗蝕性對金屬的腐蝕疲勞損傷有著(zhù)重大的意義。
三.物理性能 金屬的物理性能主要考慮：
（1）密度（比重）：ρ=P/V 單位克/立方厘米或噸/立方米，式中P為重量，V為體積。在實(shí)際應用中，除了根據密度計算金屬零件的重量外，很重要的一點(diǎn)是考慮金屬的比強度（強度σb與密度ρ之比）來(lái)幫助選材，以及與無(wú)損檢測相關(guān)的聲學(xué)檢測中的聲阻抗（密度ρ與聲速C的乘積）和射線(xiàn)檢測中密度不同的物質(zhì)對射線(xiàn)能量有不同的吸收能力等等。
（2）熔點(diǎn)：金屬由固態(tài)轉變成液態(tài)時(shí)的溫度，對金屬材料的熔煉、熱加工有直接影響，并與材料的高溫性能有很大關(guān)系。
（3）熱膨脹性 隨著(zhù)溫度變化，材料的體積也發(fā)生變化（膨脹或收縮）的現象稱(chēng)為熱膨脹，多用線(xiàn)膨脹系數衡量，亦即溫度變化1℃時(shí)，材料長(cháng)度的增減量與其0℃時(shí)的長(cháng)度之比。熱膨脹性與材料的比熱有關(guān)。在實(shí)際應用中還要考慮比容（材料受溫度等外界影響時(shí)，單位重量的材料其容積的增減，即容積與質(zhì)量之比），特別是對于在高溫環(huán)境下工作，或者在冷、熱交替環(huán)境中工作的金屬零件，必須考慮其膨脹性能的影響。
（4）磁性 能吸引鐵磁性物體的性質(zhì)即為磁性，它反映在導磁率、磁滯損耗、剩余磁感應強度、矯頑磁力等參數上，從而可以把金屬材料分成順磁與逆磁、軟磁與硬磁材料。
（5）電學(xué)性能 主要考慮其電導率，在電磁無(wú)損檢測中對其電阻率和渦流損耗等都有影響。
四.工藝性能 金屬對各種加工工藝方法所表現出來(lái)的適應性稱(chēng)為工藝性能，主要有以下四個(gè)方面：
（1）切削加工性能：反映用切削工具（例如車(chē)削、銑削、刨削、磨削等）對金屬材料進(jìn)行切削加工的難易程度。
（2）可鍛性：反映金屬材料在壓力加工過(guò)程中成型的難易程度，例如將材料加熱到一定溫度時(shí)其塑性的高低（表現為塑性變形抗力的大?。?，允許熱壓力加工的溫度范圍大小，熱脹冷縮特性以及與顯微組織、機械性能有關(guān)的臨界變形的界限、熱變形時(shí)金屬的流動(dòng)性、導熱性能等。
（3）可鑄性：反映金屬材料熔化澆鑄成為鑄件的難易程度，表現為熔化狀態(tài)時(shí)的流動(dòng)性、吸氣性、氧化性、熔點(diǎn)，鑄件顯微組織的均勻性、致密性，以及冷縮率等。
（4）可焊性：反映金屬材料在局部快速加熱，使結合部位迅速熔化或半熔化（需加壓），從而使結合部位牢固地結合在一起而成為整體的難易程度，表現為熔點(diǎn)、熔化時(shí)的吸氣性、氧化性、導熱性、熱脹冷縮特性、塑性以及與接縫部位和附近用材顯微組織的相關(guān)性、對機械性能的影響等。
吉林金力試驗 萬(wàn)能試驗機載自互聯(lián)網(wǎng)
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