金屬零件受一定外力作用時(shí)，對(duì)金屬材料有一定的破壞作用。因此要求金屬材料具有抵抗外力的作用而不被破壞的性能，這種性能稱為機(jī)械性能。金屬材料的機(jī)械性能主要包括：強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度等。它們的具體數(shù)值是在專門的試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定出來(lái)的。

1、金屬材料的變形和應(yīng)力

金屬材料受外力作用時(shí)引起的形狀改變稱為變形。變形分為彈性變形（當(dāng)外力取消后，變形消失并恢復(fù)到原來(lái)形狀）和塑性變形（當(dāng)外力除去后，不能恢復(fù)到原來(lái)形狀，保留一部分殘余形變match）。

當(dāng)金屬材料受外力作用時(shí)，其內(nèi)部還將產(chǎn)生一個(gè)與外力相對(duì)抗的內(nèi)力，它的大小與外力相等，方向相反。單位截面上的內(nèi)力稱為應(yīng)力。在拉伸和壓縮時(shí)應(yīng)力用符號(hào)σ表示。

σ=P/F

式中：

σ — 應(yīng)力，MPa;

P — 拉伸外力，N；

F — 試樣的橫截面積，mm2。

2、強(qiáng)度

強(qiáng)度是金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。強(qiáng)度可通過(guò)拉力試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。將圖（a）所示標(biāo)準(zhǔn)樣安裝在拉力試驗(yàn)機(jī)上，對(duì)其施加一個(gè)平穩(wěn)而無(wú)沖擊逐漸遞增的軸向拉力，隨著拉力的增加試樣產(chǎn)生形變?nèi)鐖D（B）直到斷裂如圖（C）。

以試樣的受拉力P為縱坐標(biāo)，伸長(zhǎng)值⊿L為橫坐標(biāo)，給制出拉伸曲線。

金屬材料由彈性變形過(guò)渡到塑性變形時(shí)的應(yīng)力稱為彈性極限，用σe表示。

σe=Pe/Fo

式中：  

σe— 彈性極限，MPa；

Pe — 材料開(kāi)始塑性變形時(shí)的負(fù)荷，N；

Fo — 試樣原橫截面積，mm2 。

OE段的負(fù)荷與伸長(zhǎng)成線性關(guān)系，是材料的彈性變形階段。當(dāng)負(fù)荷超過(guò)E點(diǎn)，試樣開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形，這一段曲線幾乎呈水平，表明試樣在拉伸過(guò)程中，負(fù)荷不增加甚至有降低，試樣繼續(xù)塑性形變，材料喪失了抵抗變形的能力。這種現(xiàn)象稱為屈服。

產(chǎn)生現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力稱為屈服點(diǎn)，用σs表示。

σs=Ps/Fo

式中： 

σs — 屈服點(diǎn)，Mpa ；

Ps — 材料產(chǎn)生明顯形變時(shí)的負(fù)荷，N；

Fo — 試樣原橫截面積，mm2。

負(fù)荷超過(guò)S點(diǎn)后，形變量隨負(fù)荷增加而急劇增加，當(dāng)過(guò)B點(diǎn)，形變部位出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，試樣已不能抵抗外力作用，在K點(diǎn)發(fā)生斷裂。試樣拉斷前能承受的Z大負(fù)荷 Pb所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為抗拉強(qiáng)度，用σb表示。

σb=  Pb/Fo

式中： 

σb — 抗拉強(qiáng)度，Mpa ；

Pb — 試樣拉斷前的Z大拉力，N；

Fo — 原橫截面積，mm2。

屈服強(qiáng)度（σs），抗拉強(qiáng)度（σb）和屈強(qiáng)比（屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比σs/σb）是評(píng)定金屬材料質(zhì)量的重要機(jī)械性能指標(biāo)，是設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)之一。

3、塑性

塑性是金屬材料受外力作用時(shí)斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。通常用兩種方法來(lái)表示。

（1）  伸長(zhǎng)率：

試樣拉斷后標(biāo)距部分所增加的長(zhǎng)度與原標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比，用δ表示。

δ=（L1－L0）/L0×

式中：

δ — 試樣的伸長(zhǎng)率，%；

L1 — 試樣拉斷后標(biāo)距長(zhǎng)度，㎜；

L0 — 試樣原標(biāo)距長(zhǎng)度，㎜。

（2）  斷面收縮率：

試樣拉斷后縮頸處橫截面積的Z大縮減量與原截面積的百分比，用φ表示。

φ=（F0-F1）/F0

式中：

φ — 試樣的斷面收縮率，%；

F0 — 試樣原橫截面積，mm2 ；

F1 — 試樣拉斷后縮頸處的Z小橫截面積，mm2 。

δ、φ的數(shù)值越大，說(shuō)明金屬材料的塑性越好，反之亦然。良好的塑性是金屬材料進(jìn)行塑性加工的必要條件。

4、硬度

硬度是金屬材料抵抗外物壓入其表面的能力，一般說(shuō)，硬度高的材料耐磨性較好，強(qiáng)度也比較高。硬度是評(píng)價(jià)金屬材料質(zhì)量的機(jī)械性能指標(biāo)，也是機(jī)械零件設(shè)計(jì)要求的技術(shù)條件之一。

生產(chǎn)中有不同的測(cè)定方法，常用的有布氏硬度和洛氏硬度。

(1) 布氏硬度：

用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球，以相應(yīng)的試驗(yàn)力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保荷時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試樣表面壓痕直徑。以壓痕球狀表面積所承受的平均負(fù)荷作為布氏硬度值，用符號(hào)HBS（HBW）表示。

式中：

HBS（HBW）— 布氏硬度值，kgf－mm2  ;

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