引言

使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。包括力学性能、物理性能和化学性能。

工艺性能：材料在加工过程中所表现的性能。包括铸造、锻压、焊接、热处理和切削性能等。

金属材料的力学性能是指在承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时，对变形与断裂的抵抗能力及发生变形的能力。

1、材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。

外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。

外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。

2、力学性能：材料在力的作用下，诸如不同载荷所造成的弹性变形、塑性变形、断裂（脆性断裂、韧性断裂、疲劳断裂等）以及金属抵抗变形和断裂能力的衡量指标。

常用的力学性能有：强度、刚度、弹性、塑性、硬度、冲击韧性及疲劳极限等。

3、强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。

塑性是指金属材料在静载荷作用下产生塑性变形而不致引起破坏的能力。

金属材料的强度和塑性的判据可通过拉伸试验测定。

4、1.弹性极限σe

弹性极限是指在产生完全弹性变形时材料所能承受的最大应力，即：

在实际工程应用中，在最大许用应力条件下是否产生或产生多大微量塑性变形是重要的，具有实际意义。

5、1）强度是指金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力，是工程技术上重要的力学性能指标。

2）按照载荷的性质，材料强度有静强度、疲劳强度等；按照环境条件，材料强度有常温强度、高温强度等，高温强度又包括蠕变极限和持久强度。

3）除了材料强度外，还有机械零件和构件的结构强度。

4）工程上常用的强度指标有强度指标有屈服强度、规定残余延伸强度、抗拉强度等。

5）材料强度的大小通常用单位面积上所承受的力来表示，其单位为N/m2(Pa)，但Pa这个单位太小，所以实际工程中常用MPa（MPa=106Pa）作为强度的单位。

6）一般钢材的屈服强度在200～2000MPa 之间，如建造2008年北京奥运会主体育场“鸟巢”外部钢结构的Q460E钢，其屈服强度为460MPa。

6、1）在金属拉伸试验过程中，当应力超过弹性极限后，变形增加较快，此时除了弹性变形外，还产生部分塑性变形。当外力增加到一定数值时突然下降，随后，在外力不增加或上下波动情况下，试样继续伸长变形，在力－伸长曲线出现一个波动的小平台，这便是屈服现象。

2）在拉伸曲线上，与上、下屈服点相对应的应力称为上、下屈服强度，分别用ReH和ReL表示。ReH和ReL的计算公式如下： 

7、1）对于高碳淬火钢、铸铁等材料，在拉伸试验中没有明显的屈服现象，无法确定其屈服强度。

2）国标GB228-2002规定，一般规定以试样达到一定残余伸长率对应的应力作为材料的屈服强度，称为规定残余延伸强度，通常记作Rr。例如Rr0.2表示残余伸长率为0.2%时的应力。

8、1）强度是指金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力，一般钢材的屈服强度在200～1000MPa 之间。

2）强度越高，表明材料在工作时越可以承受较高的载荷。当载荷一定时，选用高强度的材料，可以减小构件或零件的尺寸，从而减小其自重。

3）因此，提高材料的强度是材料科学中的重要课题，称之为材料的强化。

9、1）定义：金属材料断裂前发生永久变形的能力。

2）衡量指标：伸长率：试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比。

断面收缩率：试样拉断后，颈缩处的横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比。

10、1）任何零件都要求材料具有一定的塑性。很显然，断后伸长率A和断面收缩率Z越大，说明材料在断裂前发生的塑性变形量越大，也就是材料的塑性越好。

2）意义：
a）安全，防止产生突然破坏；
b）缓和应力集中；
c）轧制、挤压等冷热加工变形。

11、刚度是指材料抵抗弹性变形的能力，金属材料刚度的大小一般用弹性模量E表示。

在拉伸曲线上，弹性模量就是直线（OP）部分的斜率。对于材料而言，弹性模量E越大，其刚度越大。

12、弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。

可以通过增加横截面积或改变截面形状来提高零件的刚度。

13、1）结构的刚度除取决于组成材料的弹性模量外，还同其几何形状 、截面尺寸等因素以及外力的作用形式有关，在弹性模量E一定时，零件或构件的截面尺寸越大，其刚度越高。

2）对于一些须严格限制变形的结构（如机翼、高精度的装配件等），须通过刚度分析来控制变形。许多结构（如建筑物、船体结构等）也要通过控制刚度以防止发生振动、颤振或失稳。

14、1）强度与塑性是一对相互矛盾的性能指标。在金属材料的工程应用中，要提高强度，就要牺牲一部分塑性。反之，要改善塑性，就必须牺牲一部分强度。

2）正所谓“鱼和熊掌二者不能兼得”。但通过细化金属材料的显微组织，可以同时提高材料的强度和塑性。

15、通常情况下金属的伸长率不超过90% ，而有些金属及其合金在某些特定的条件下，最大伸长率可高达1000%～2000% ，个别的可达6000% ，这种现象称为超塑性。由于超塑性状态具有异常高的塑性，极小的流动应力，极大的活性及扩散能力，在压力加工、热处理、焊接、铸造、甚至切削加工等很多领域被中应用。