金屬材料是指金屬元素或以金(jin)屬元素為主構成的具(ju)有金(jin)屬特性的材(cai)料的統稱(cheng)。包括純(chun)金(jin)屬、合金(jin)、金(jin)屬材(cai)料金(jin)屬間化(hua)合物和特種(zhong)金(jin)屬材(cai)料等(deng)。（注：金(jin)屬氧化(hua)物（如氧化(hua)鋁）不屬于金(jin)屬材(cai)料。）

”

Vol.1

意義

人類文明的(de)(de)發展和(he)社(she)會(hui)的(de)(de)進步同金(jin)屬材(cai)料(liao)(liao)關系十分(fen)密切。繼(ji)石器(qi)時(shi)(shi)(shi)代(dai)之后(hou)出現的(de)(de)銅器(qi)時(shi)(shi)(shi)代(dai)、鐵(tie)器(qi)時(shi)(shi)(shi)代(dai)，均以(yi)金(jin)屬材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)應用為其時(shi)(shi)(shi)代(dai)的(de)(de)顯著標志。現代(dai)，種類繁多的(de)(de)金(jin)屬材(cai)料(liao)(liao)已成為人類社(she)會(hui)發展的(de)(de)重要物質基礎。

Vol.2

種類

 金(jin)(jin)屬材料(liao)通常(chang)分(fen)為黑色金(jin)(jin)屬、有色金(jin)(jin)屬和特種金(jin)(jin)屬材料(liao)。

（1）黑色金(jin)屬(shu)，又稱(cheng)鋼(gang)(gang)鐵(tie)材料，包括(kuo)含鐵(tie)90%以(yi)(yi)上的(de)工業純鐵(tie)，含碳(tan)2%-4%的(de)鑄鐵(tie)，含碳(tan)小(xiao)于(yu)2%的(de)碳(tan)鋼(gang)(gang)，以(yi)(yi)及各種用途的(de)結構鋼(gang)(gang)、不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)、耐熱鋼(gang)(gang)、高溫合(he)金(jin)、不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)、精(jing)密合(he)金(jin)等。廣義的(de)黑色金(jin)屬(shu)還包括(kuo)鉻、錳及其合(he)金(jin)。

（2）有色金(jin)屬(shu)(shu)，是指(zhi)除鐵、鉻、錳以外的(de)所有金(jin)屬(shu)(shu)及其(qi)合金(jin)，通常(chang)分(fen)為輕金(jin)屬(shu)(shu)、重金(jin)屬(shu)(shu)、貴(gui)金(jin)屬(shu)(shu)、半金(jin)屬(shu)(shu)、稀有金(jin)屬(shu)(shu)和稀土(tu)金(jin)屬(shu)(shu)等(deng)。有色合金(jin)的(de)強度和硬度一般比純金(jin)屬(shu)(shu)高，并且電(dian)阻大(da)、電(dian)阻溫度系數小。

（3）特種金(jin)(jin)屬(shu)(shu)材(cai)(cai)料(liao)(liao)，包括不同用途的結構(gou)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)材(cai)(cai)料(liao)(liao)和功能金(jin)(jin)屬(shu)(shu)材(cai)(cai)料(liao)(liao)。其中有通過快速冷凝工(gong)藝獲得的非晶(jing)態金(jin)(jin)屬(shu)(shu)材(cai)(cai)料(liao)(liao)，以(yi)及準晶(jing)、微(wei)晶(jing)、納米晶(jing)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)材(cai)(cai)料(liao)(liao)等；還有隱身、抗氫、超導、形狀(zhuang)記憶、耐磨、減振阻尼等特殊(shu)功能合金(jin)(jin)以(yi)及金(jin)(jin)屬(shu)(shu)基復(fu)合材(cai)(cai)料(liao)(liao)等。

Vol.3

性能

一般分為工藝性能和使用性能兩類。所謂工藝性能是指機械零件在加工制造過程中，金屬材料在所定的冷、熱加工條件下表現出來的性能。金屬材料工藝性能的好壞，決定了它在制造過程中加工成形的適應能力。由于加工條件不同，要求的工藝性能也就不同，如鑄造性能、可焊性、可鍛性、熱處理性(xing)能、切削加工(gong)性(xing)等。

 所謂使(shi)用(yong)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)是(shi)指(zhi)機(ji)械(xie)零(ling)件(jian)(jian)在使(shi)用(yong)條件(jian)(jian)下，金(jin)屬(shu)材料(liao)(liao)表現(xian)出來的(de)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)，它包括力(li)學(xue)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)、物(wu)理性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)、化學(xue)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)等(deng)。金(jin)屬(shu)材料(liao)(liao)使(shi)用(yong)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)好壞，決定了(le)它的(de)使(shi)用(yong)范圍與使(shi)用(yong)壽命。在機(ji)械(xie)制造業中(zhong)，一般機(ji)械(xie)零(ling)件(jian)(jian)都是(shi)在常(chang)溫、常(chang)壓和(he)(he)(he)非常(chang)強(qiang)烈腐蝕(shi)性(xing)介(jie)質中(zhong)使(shi)用(yong)的(de)，且在使(shi)用(yong)過程(cheng)中(zhong)各機(ji)械(xie)零(ling)件(jian)(jian)都將承受不(bu)同載(zai)荷的(de)作用(yong)。金(jin)屬(shu)材料(liao)(liao)在載(zai)荷作用(yong)下抵抗破壞的(de)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)，稱為(wei)力(li)學(xue)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)（過去也(ye)稱為(wei)機(ji)械(xie)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)）。金(jin)屬(shu)材料(liao)(liao)的(de)力(li)學(xue)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)是(shi)零(ling)件(jian)(jian)的(de)設計和(he)(he)(he)選材時的(de)主(zhu)要依(yi)據。外加載(zai)荷性(xing)質不(bu)同（例如拉伸、壓縮、扭轉、沖(chong)擊、循環載(zai)荷等(deng)），對(dui)金(jin)屬(shu)材料(liao)(liao)要求的(de)力(li)學(xue)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)也(ye)將不(bu)同。常(chang)用(yong)的(de)力(li)學(xue)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)包括：強(qiang)度(du)、塑性(xing)、硬(ying)度(du)、沖(chong)擊韌性(xing)、多次沖(chong)擊抗力(li)和(he)(he)(he)疲勞極(ji)限等(deng)。

金屬材料特性

Vol.1

疲勞

 許多機械零件和工程構(gou)件，是承(cheng)受交變載(zai)荷工作(zuo)(zuo)的(de)。在交變載(zai)荷的(de)作(zuo)(zuo)用下，雖然應力水平低于(yu)材(cai)料的(de)屈服(fu)極限，但經過長時間(jian)的(de)應力反(fan)復循環作(zuo)(zuo)用以后，也會發生(sheng)突然脆性斷裂(lie)，這種現象(xiang)叫(jiao)做(zuo)金(jin)屬材(cai)料的(de)疲勞。金(jin)屬材(cai)料疲勞斷裂(lie)的(de)特點是：

（1）載荷應(ying)力是交(jiao)變的；

（2）載荷的作(zuo)用時(shi)間(jian)較長(chang)；

（3）斷裂是瞬時發生(sheng)的；

 （4）無(wu)論是(shi)塑性(xing)(xing)材料還是(shi)脆性(xing)(xing)材料，在(zai)疲勞(lao)斷(duan)裂區都(dou)是(shi)脆性(xing)(xing)的(de)。所以，疲勞(lao)斷(duan)裂是(shi)工程上較(jiao)常見、較(jiao)危險的(de)斷(duan)裂形式。

金屬(shu)材料的疲勞現象，按條件不同可(ke)分(fen)為下列幾種：

#1

高周疲勞

指在(zai)(zai)低應(ying)力(li)（工作應(ying)力(li)低于材(cai)料的(de)屈服(fu)極限(xian)，甚至低于彈性極限(xian)）條(tiao)件下，應(ying)力(li)循環(huan)周數在(zai)(zai)100000以(yi)上的(de)疲(pi)勞(lao)，它(ta)是較常見的(de)一種疲(pi)勞(lao)破(po)壞。高周疲(pi)勞(lao)一般(ban)簡稱為(wei)疲(pi)勞(lao)。

#2

低周疲勞

指在(zai)高(gao)應(ying)力(li)（工作應(ying)力(li)接(jie)近材料的(de)(de)屈服極限）或(huo)(huo)高(gao)應(ying)變(bian)(bian)條件下(xia)，應(ying)力(li)循環周數在(zai)10000~100000以下(xia)的(de)(de)疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)(lao)。由(you)于交變(bian)(bian)的(de)(de)塑性(xing)應(ying)變(bian)(bian)在(zai)這種疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)(lao)破壞中起主要作用，因而(er)，也稱為(wei)塑性(xing)疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)(lao)或(huo)(huo)應(ying)變(bian)(bian)疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)(lao)。

#3

熱疲勞

指由(you)于溫度變化所產生的熱應力的反(fan)復(fu)作(zuo)用(yong)，所造成(cheng)的疲勞(lao)破(po)壞。

#4

腐蝕疲勞

指(zhi)機器(qi)部件在交變載荷(he)和腐蝕介質（如(ru)酸、堿、海(hai)水、活性(xing)氣體等(deng)）的共(gong)同作用下(xia)，所產生的疲勞破壞(huai)。

#5

接觸疲勞

這是指機器零件的接(jie)觸表面(mian)，在接(jie)觸應(ying)力的反復作用下，出現(xian)麻點剝落(luo)或表面(mian)壓碎剝落(luo)，從(cong)而(er)造成機件失(shi)效破壞(huai)。

Vol.2

塑性

塑性是(shi)指金(jin)屬(shu)材(cai)料(liao)在載荷外力的作用下，產生變形(xing)（塑性變形(xing)）而不被破壞的能(neng)力。金(jin)屬(shu)材(cai)料(liao)在受到拉(la)伸(shen)時，長(chang)(chang)度(du)和橫截面積(ji)都要發生變化，因(yin)此，金(jin)屬(shu)的塑性可(ke)以(yi)用長(chang)(chang)度(du)的伸(shen)長(chang)(chang)（延伸(shen)率(lv)）和斷面的收縮（斷面收縮率(lv)）兩個指標來衡量(liang)。

金(jin)(jin)屬材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)延(yan)伸率和斷面收縮率愈大(da)，表示該材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)塑(su)(su)性(xing)(xing)愈好，即材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)能(neng)(neng)承受較大(da)的(de)(de)(de)塑(su)(su)性(xing)(xing)變形(xing)(xing)而不破(po)壞(huai)。一般把(ba)延(yan)伸率大(da)于百(bai)分之(zhi)五的(de)(de)(de)金(jin)(jin)屬材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)稱(cheng)為(wei)塑(su)(su)性(xing)(xing)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)（如低碳鋼等(deng)），而把(ba)延(yan)伸率小于百(bai)分之(zhi)五的(de)(de)(de)金(jin)(jin)屬材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)稱(cheng)為(wei)脆性(xing)(xing)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)（如灰口鑄(zhu)鐵等(deng)）。塑(su)(su)性(xing)(xing)好的(de)(de)(de)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)，它能(neng)(neng)在較大(da)的(de)(de)(de)宏觀范圍內產生塑(su)(su)性(xing)(xing)變形(xing)(xing)，并在塑(su)(su)性(xing)(xing)變形(xing)(xing)的(de)(de)(de)同時使金(jin)(jin)屬材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)因塑(su)(su)性(xing)(xing)變形(xing)(xing)而強(qiang)化(hua)，從而提高材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)強(qiang)度，保證(zheng)了(le)零件的(de)(de)(de)使用。此(ci)外，塑(su)(su)性(xing)(xing)好的(de)(de)(de)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)可以順利地(di)進行某些成型工(gong)(gong)藝加工(gong)(gong)，如沖壓、冷(leng)彎、冷(leng)拔、校直等(deng)。因此(ci)，選擇金(jin)(jin)屬材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)作(zuo)機械零件時，須滿足特定的(de)(de)(de)塑(su)(su)性(xing)(xing)指(zhi)標。

Vol.3

耐久性

建筑金屬腐蝕的主要形(xing)態：

（1）均勻腐蝕。金屬表面的腐蝕使斷面均勻變薄。因此，常用年平均的厚度減損值作為腐蝕性能的指標（腐蝕率）。鋼材在大氣(qi)中一般呈均勻腐蝕。

（2）孔(kong)蝕。金(jin)屬腐(fu)蝕呈(cheng)點狀并形成(cheng)深坑。孔(kong)蝕的(de)產生與金(jin)屬的(de)本性及其所(suo)處介質有(you)關。在含有(you)氯鹽的(de)介質中易發生孔(kong)蝕。孔(kong)蝕常用較(jiao)大孔(kong)深作為評(ping)定(ding)指標。管道的(de)腐(fu)蝕多考慮(lv)孔(kong)蝕問題。

（3）電偶腐蝕。不(bu)(bu)同金屬的接觸處，因所具(ju)不(bu)(bu)同電位而產(chan)生的腐蝕。

（4）縫隙腐(fu)蝕。金屬(shu)表面在縫隙或其他隱蔽區域(yu)常(chang)發生由(you)于(yu)不同部(bu)位間介質的組分和濃度的差異(yi)所引起的局部(bu)腐(fu)蝕。

（5）應力腐(fu)蝕(shi)。在腐(fu)蝕(shi)介質和較高拉應力共同作用下，金屬表面產(chan)生腐(fu)蝕(shi)并向內擴展成微裂紋，常導致突然破斷。混凝土中的強度高鋼筋（鋼絲）可能發生這種破壞。

Vol.4

硬度

硬(ying)度(du)表示材料(liao)抵抗硬(ying)物體(ti)壓入其表面的能(neng)力。它是金屬材料(liao)的重要(yao)性能(neng)指標(biao)之(zhi)一(yi)(yi)。一(yi)(yi)般硬(ying)度(du)越高，耐磨性越好。常用的硬(ying)度(du)指標(biao)有布氏(shi)硬(ying)度(du)、洛氏(shi)硬(ying)度(du)和(he)維氏(shi)硬(ying)度(du)。

布(bu)氏硬(ying)度（HB）：以特(te)(te)定的載(zai)荷(一般(ban)3000kg)把特(te)(te)定大小(xiao)（直徑(jing)一般(ban)為(wei)10mm）的淬(cui)硬(ying)鋼(gang)球壓入材料表(biao)面，保持一段時間，去載(zai)后，負荷與其壓痕(hen)面積(ji)之(zhi)比值(zhi)，即為(wei)布(bu)氏硬(ying)度值(zhi)(HB)，單位為(wei)公斤力/mm2 (N/mm2)。

 洛(luo)氏(shi)(shi)硬(ying)度(du)（HR）：當HB>450或(huo)者試(shi)(shi)樣過小時，不能采用布氏(shi)(shi)硬(ying)度(du)試(shi)(shi)驗(yan)而改用洛(luo)氏(shi)(shi)硬(ying)度(du)計量。它是(shi)用一個(ge)頂角120°的(de)金剛石圓錐體或(huo)直(zhi)徑為(wei)1.59、3.18mm的(de)鋼球，在(zai)特定載荷下壓(ya)入被測(ce)材料表面，由壓(ya)痕(hen)的(de)深度(du)求出材料的(de)硬(ying)度(du)。根據試(shi)(shi)驗(yan)材料硬(ying)度(du)的(de)不同(tong)，可采用不同(tong)的(de)壓(ya)頭和(he)總試(shi)(shi)驗(yan)壓(ya)力(li)組成幾種不同(tong)的(de)洛(luo)氏(shi)(shi)硬(ying)度(du)標(biao)(biao)(biao)尺(chi)，每一種標(biao)(biao)(biao)尺(chi)用一個(ge)字母在(zai)洛(luo)氏(shi)(shi)硬(ying)度(du)符號HR后面加以注明。常用的(de)洛(luo)氏(shi)(shi)硬(ying)度(du)標(biao)(biao)(biao)尺(chi)是(shi)A，B，C三種（HRA、HRB、HRC）。其中C標(biao)(biao)(biao)尺(chi)應用較為(wei)廣泛。

HRA：是(shi)采(cai)用60kg載(zai)荷(he)鉆(zhan)石錐壓入(ru)器求得(de)的硬度，用于硬度極高(gao)的材料（如硬質合金等）。

HRB：是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球，求得的硬度，用于硬度較低的材料（如退火鋼、鑄鐵等）。

HRC：是(shi)采用150kg載荷和鉆石錐壓入(ru)器求得的(de)硬度，用于(yu)硬度很高的(de)材料（如淬火鋼等）。

維(wei)氏硬(ying)(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)（HV）：以(yi)120kg以(yi)內(nei)的(de)載(zai)(zai)荷(he)和(he)頂角為136°的(de)金剛石方(fang)形錐壓(ya)(ya)入器壓(ya)(ya)入材料表面，用材料壓(ya)(ya)痕凹(ao)坑的(de)表面積除(chu)以(yi)載(zai)(zai)荷(he)值(zhi)，即(ji)為維(wei)氏硬(ying)(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)值(zhi)(HV)。硬(ying)(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)試驗(yan)是(shi)機械性(xing)能(neng)試驗(yan)中較簡(jian)單易行的(de)一種(zhong)試驗(yan)方(fang)法。為了能(neng)用硬(ying)(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)試驗(yan)代替某些機械性(xing)能(neng)試驗(yan)，生(sheng)產上需(xu)要一個比較準確的(de)硬(ying)(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)和(he)強度(du)(du)(du)(du)的(de)換算關(guan)系(xi)。實(shi)踐證明，金屬(shu)材料的(de)各種(zhong)硬(ying)(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)值(zhi)之(zhi)間(jian)，硬(ying)(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)值(zhi)與強度(du)(du)(du)(du)值(zhi)之(zhi)間(jian)具有(you)近似的(de)相應(ying)關(guan)系(xi)。因(yin)為硬(ying)(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)值(zhi)是(shi)由起始塑(su)(su)性(xing)變形抗(kang)力和(he)繼續塑(su)(su)性(xing)變形抗(kang)力決(jue)定的(de)，材料的(de)強度(du)(du)(du)(du)越高(gao)，塑(su)(su)性(xing)變形抗(kang)力越高(gao)，硬(ying)(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)值(zhi)也就越高(gao)。

金屬材料的性能

金屬(shu)材料(liao)的性能(neng)(neng)決定著材料(liao)的適用(yong)范(fan)圍及(ji)應用(yong)的合理性。金屬(shu)材料(liao)的性能(neng)(neng)主(zhu)要分(fen)為四個方面，即：力學(xue)性能(neng)(neng)、化學(xue)性能(neng)(neng)、物理性能(neng)(neng)、工(gong)藝性能(neng)(neng)。

Vol.1

力學性能

 應(ying)(ying)力：物體內(nei)部(bu)單(dan)位截(jie)面積上承受的(de)力稱(cheng)為應(ying)(ying)力。由外(wai)(wai)力作(zuo)用(yong)引起的(de)應(ying)(ying)力稱(cheng)為工(gong)作(zuo)應(ying)(ying)力，在無(wu)外(wai)(wai)力作(zuo)用(yong)條件(jian)下(xia)平(ping)衡于物體內(nei)部(bu)的(de)應(ying)(ying)力稱(cheng)為內(nei)應(ying)(ying)力（例如組(zu)織(zhi)應(ying)(ying)力、熱應(ying)(ying)力、加(jia)工(gong)過程結束后留存下(xia)來的(de)殘余應(ying)(ying)力）。

力學(xue)(xue)性(xing)能(neng)(neng)：金(jin)(jin)屬(shu)在特定溫度(du)條件下承受外力（載(zai)荷(he)(he)）作用時，抵抗(kang)變形(xing)(xing)和斷(duan)裂的(de)能(neng)(neng)力稱(cheng)為金(jin)(jin)屬(shu)材(cai)料的(de)機械性(xing)能(neng)(neng)（也稱(cheng)為力學(xue)(xue)性(xing)能(neng)(neng)）。金(jin)(jin)屬(shu)材(cai)料承受的(de)載(zai)荷(he)(he)有多種形(xing)(xing)式，它可(ke)以(yi)是(shi)靜態(tai)載(zai)荷(he)(he)，也可(ke)以(yi)是(shi)動態(tai)載(zai)荷(he)(he)，包(bao)括(kuo)單獨或(huo)同(tong)時承受的(de)拉伸應(ying)力、壓應(ying)力、彎曲應(ying)力、剪切應(ying)力、扭轉應(ying)力，以(yi)及摩擦、振動、沖擊等等，因此衡量金(jin)(jin)屬(shu)材(cai)料機械性(xing)能(neng)(neng)的(de)指標主要(yao)有以(yi)下幾項。

1.1

強度

這是表征材料在(zai)外力作用下抵抗變形(xing)和破(po)壞(huai)的(de)(de)較大能力，可分(fen)為抗拉(la)強度(du)極限（σb）、抗彎強度(du)極限（σbb）、抗壓(ya)強度(du)極限（σbc）等。由于金(jin)屬材料在(zai)外力作用下從變形(xing)到破(po)壞(huai)有特(te)定的(de)(de)規律可循，因而通常采(cai)用拉(la)伸(shen)試(shi)(shi)驗進(jin)行測定，即(ji)把金(jin)屬材料制成特(te)定規格的(de)(de)試(shi)(shi)樣，在(zai)拉(la)伸(shen)試(shi)(shi)驗機上進(jin)行拉(la)伸(shen)，直至試(shi)(shi)樣斷裂，測定的(de)(de)強度(du)指標主(zhu)要有：

    （1）強(qiang)度極限(xian)：材料在外力(li)作用(yong)下能抵抗(kang)斷裂(lie)的較大應(ying)力(li)，一般指拉(la)力(li)作用(yong)下的抗(kang)拉(la)強(qiang)度極限(xian)，以σb表示(shi)，如拉(la)伸試(shi)驗曲線圖中較高點b對應(ying)的強(qiang)度極限(xian)，常(chang)用(yong)單(dan)位(wei)為兆帕（MPa），換算關系有：1MPa=1N/m2=(9.8)-1kgf/mm2或1kgf/mm2=9.8MPa。

 （2）屈服(fu)強度(du)極(ji)限(xian)(xian)：金(jin)屬材料(liao)試(shi)(shi)(shi)樣承受的外(wai)力(li)超過材料(liao)的彈性極(ji)時(shi)(shi)，雖然(ran)應(ying)力(li)不再(zai)增加(jia)，但是(shi)試(shi)(shi)(shi)樣仍發生(sheng)(sheng)(sheng)明(ming)(ming)顯(xian)的塑(su)性變(bian)形，這(zhe)種(zhong)現(xian)象稱為屈服(fu)，即材料(liao)承受外(wai)力(li)到特定程度(du)時(shi)(shi)，其變(bian)形不再(zai)與外(wai)力(li)成正比而產生(sheng)(sheng)(sheng)明(ming)(ming)顯(xian)的塑(su)性變(bian)形。產生(sheng)(sheng)(sheng)屈服(fu)時(shi)(shi)的應(ying)力(li)稱為屈服(fu)強度(du)極(ji)限(xian)(xian)，用(yong)σs表示，相應(ying)于(yu)拉(la)伸(shen)(shen)試(shi)(shi)(shi)驗曲線(xian)圖中的S點(dian)(dian)稱為屈服(fu)點(dian)(dian)。對于(yu)塑(su)性高(gao)的材料(liao)，在(zai)拉(la)伸(shen)(shen)曲線(xian)上(shang)會出現(xian)明(ming)(ming)顯(xian)的屈服(fu)點(dian)(dian)，而對于(yu)低塑(su)性材料(liao)則沒有明(ming)(ming)顯(xian)的屈服(fu)點(dian)(dian)，從而難以根據屈服(fu)點(dian)(dian)的外(wai)力(li)求(qiu)出屈服(fu)極(ji)限(xian)(xian)。因此，在(zai)拉(la)伸(shen)(shen)試(shi)(shi)(shi)驗方法(fa)中，通常(chang)規定試(shi)(shi)(shi)樣上(shang)的標距長度(du)產生(sheng)(sheng)(sheng)0.2%塑(su)性變(bian)形時(shi)(shi)的應(ying)力(li)作為條件屈服(fu)極(ji)限(xian)(xian)，用(yong)σ0.2表示。屈服(fu)極(ji)限(xian)(xian)指標可用(yong)于(yu)要求(qiu)零件在(zai)工作中不產生(sheng)(sheng)(sheng)明(ming)(ming)顯(xian)塑(su)性變(bian)形的設計依據。但是(shi)對于(yu)一些重要零件還考慮要求(qiu)屈強比（即σs/σb）要小，以提高(gao)其可靠性，不過此時(shi)(shi)材料(liao)的利(li)用(yong)率也(ye)較低了。

 （3）彈(dan)性(xing)極限：材料在外力(li)(li)作用下將產生變(bian)形(xing)，但是(shi)去(qu)除外力(li)(li)后仍能恢復原(yuan)狀(zhuang)的能力(li)(li)稱為彈(dan)性(xing)。金屬材料能保(bao)持彈(dan)性(xing)變(bian)形(xing)的較大應(ying)力(li)(li)即(ji)為彈(dan)性(xing)極限，相應(ying)于拉伸(shen)試(shi)驗曲線(xian)圖中的e點，以σe表示，單位(wei)為兆帕（MPa）：σe=Pe/Fo式(shi)中Pe為保(bao)持彈(dan)性(xing)時的較大外力(li)(li)（或者說材料較大彈(dan)性(xing)變(bian)形(xing)時的載荷）。

（4）彈性(xing)模數：這是材(cai)(cai)料在(zai)彈性(xing)極限范圍內的(de)(de)應(ying)力σ與(yu)應(ying)變(bian)δ（與(yu)應(ying)力相對應(ying)的(de)(de)單位變(bian)形量）之比，用E表示，單位兆帕（MPa）：E=σ/δ=tgα。式中α為拉(la)伸(shen)試驗曲線上o-e線與(yu)水(shui)平軸o-x的(de)(de)夾角。彈性(xing)模數是反映金(jin)屬材(cai)(cai)料剛(gang)性(xing)的(de)(de)指標（金(jin)屬材(cai)(cai)料受(shou)力時(shi)抵抗彈性(xing)變(bian)形的(de)(de)能(neng)力稱為剛(gang)性(xing)）。

1.2

塑性

 金(jin)屬材(cai)料在(zai)外力作用下產(chan)生長久變形(xing)而不(bu)(bu)破(po)壞的(de)(de)較(jiao)大能力稱為塑(su)性，通(tong)常以(yi)拉(la)(la)伸(shen)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗時(shi)的(de)(de)試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)標(biao)距(ju)長度(du)延伸(shen)率(lv)δ（%）和試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)斷(duan)面收縮(suo)率(lv)ψ（%）延伸(shen)率(lv)δ=[(L1-L0)/L0]x100%，這是拉(la)(la)伸(shen)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗時(shi)試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)拉(la)(la)斷(duan)后(hou)(hou)將試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)斷(duan)口對合起來后(hou)(hou)的(de)(de)標(biao)距(ju)長度(du)L1與試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)原(yuan)始標(biao)距(ju)長度(du)L0之(zhi)差(cha)（增長量(liang)）與L0之(zhi)比。在(zai)實際(ji)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗時(shi)，同一(yi)材(cai)料但是不(bu)(bu)同規(gui)格（直(zhi)(zhi)徑、截(jie)面形(xing)狀-例如(ru)方形(xing)、圓形(xing)、矩形(xing)以(yi)及標(biao)距(ju)長度(du)）的(de)(de)拉(la)(la)伸(shen)試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)測(ce)得的(de)(de)延伸(shen)率(lv)會有不(bu)(bu)同，因此一(yi)般需要特別加(jia)注，例如(ru)較(jiao)常用的(de)(de)圓截(jie)面試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)，其初始標(biao)距(ju)長度(du)為試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)直(zhi)(zhi)徑5倍時(shi)測(ce)得的(de)(de)延伸(shen)率(lv)表(biao)(biao)示為δ5，而初始標(biao)距(ju)長度(du)為試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)直(zhi)(zhi)徑10倍時(shi)測(ce)得的(de)(de)延伸(shen)率(lv)則表(biao)(biao)示為δ10。斷(duan)面收縮(suo)率(lv)ψ=[(F0-F1)/F0]x100%，這是拉(la)(la)伸(shen)試(shi)(shi)(shi)(shi)驗時(shi)試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)拉(la)(la)斷(duan)后(hou)(hou)原(yuan)橫截(jie)面積(ji)F0與斷(duan)口細(xi)頸處較(jiao)小(xiao)截(jie)面積(ji)F1之(zhi)差(cha)（斷(duan)面縮(suo)減量(liang)）與F0之(zhi)比。實用中對于較(jiao)常用的(de)(de)圓截(jie)面試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)通(tong)常可(ke)通(tong)過(guo)直(zhi)(zhi)徑測(ce)量(liang)進行計(ji)算：ψ=[1-(D1/D0)2]x100%，式中：D0-試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)原(yuan)直(zhi)(zhi)徑；D1-試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)拉(la)(la)斷(duan)后(hou)(hou)斷(duan)口細(xi)頸處較(jiao)小(xiao)直(zhi)(zhi)徑。δ與ψ值越(yue)大，表(biao)(biao)明材(cai)料的(de)(de)塑(su)性越(yue)好(hao)。

1.3

韌性

 金屬材(cai)料(liao)在沖(chong)(chong)(chong)擊載荷作(zuo)(zuo)用下抵抗破壞的能(neng)力稱(cheng)為韌性。通(tong)常采用沖(chong)(chong)(chong)擊試(shi)(shi)驗(yan)，即用特定(ding)(ding)尺寸和(he)形狀的金屬試(shi)(shi)樣在規(gui)定(ding)(ding)類(lei)型的沖(chong)(chong)(chong)擊試(shi)(shi)驗(yan)機上承受(shou)沖(chong)(chong)(chong)擊載荷而折斷時，斷口(kou)上單位橫(heng)截(jie)面(mian)積(ji)上所消耗(hao)的沖(chong)(chong)(chong)擊功表征(zheng)材(cai)料(liao)的韌性：αk=Ak/F。單位J/cm2或Kg·m/cm2，1Kg·m/cm2=9.8J/cm2。αk稱(cheng)作(zuo)(zuo)金屬材(cai)料(liao)的沖(chong)(chong)(chong)擊韌性，Ak為沖(chong)(chong)(chong)擊功，F為斷口(kou)的原始截(jie)面(mian)積(ji)。

1.4

疲勞性能

疲勞(lao)強(qiang)度極限(xian)(xian)金屬(shu)材料在(zai)長期的反復(fu)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)作(zuo)用或(huo)(huo)交變(bian)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)作(zuo)用下（應(ying)(ying)力(li)(li)(li)一般均小于屈服極限(xian)(xian)強(qiang)度σs），未(wei)經顯著變(bian)形就發生(sheng)(sheng)(sheng)斷(duan)裂的現象稱為疲勞(lao)破壞或(huo)(huo)疲勞(lao)斷(duan)裂，這是由于多種原因使(shi)得零件表(biao)面(mian)的局(ju)部造成大于σs甚至大于σb的應(ying)(ying)力(li)(li)(li)（應(ying)(ying)力(li)(li)(li)集(ji)中），使(shi)該局(ju)部發生(sheng)(sheng)(sheng)塑性變(bian)形或(huo)(huo)微裂紋，隨著反復(fu)交變(bian)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)作(zuo)用次(ci)數的增加，使(shi)裂紋逐(zhu)漸擴(kuo)展(zhan)加深（裂紋處應(ying)(ying)力(li)(li)(li)集(ji)中）導致該局(ju)部處承受應(ying)(ying)力(li)(li)(li)的實(shi)(shi)際(ji)(ji)截(jie)面(mian)積減小，直(zhi)至局(ju)部應(ying)(ying)力(li)(li)(li)大于σb而產生(sheng)(sheng)(sheng)斷(duan)裂。在(zai)實(shi)(shi)際(ji)(ji)應(ying)(ying)用中，一般把試樣在(zai)重復(fu)或(huo)(huo)交變(bian)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)（拉應(ying)(ying)力(li)(li)(li)、壓應(ying)(ying)力(li)(li)(li)、彎曲或(huo)(huo)扭轉應(ying)(ying)力(li)(li)(li)等）作(zuo)用下，在(zai)規定的周期數內（一般對鋼取106~107次(ci)，對有色金屬(shu)取108次(ci)）不發生(sheng)(sheng)(sheng)斷(duan)裂所能承受的較大應(ying)(ying)力(li)(li)(li)作(zuo)為疲勞(lao)強(qiang)度極限(xian)(xian)，用σ-1表(biao)示(shi)，單位MPa。

除了(le)上述幾種較常(chang)用的(de)力(li)學性能(neng)(neng)指(zhi)標(biao)外，對一些(xie)要(yao)(yao)求(qiu)特別(bie)嚴(yan)格的(de)材(cai)料，例如(ru)航(hang)空航(hang)天以及核工業、電廠等使用的(de)金屬材(cai)料，還會要(yao)(yao)求(qiu)下述一些(xie)力(li)學性能(neng)(neng)指(zhi)標(biao)。

蠕(ru)變(bian)極(ji)(ji)限(xian)(xian)：在(zai)(zai)特定(ding)溫(wen)(wen)度和恒定(ding)拉伸(shen)(shen)(shen)載荷(he)下，材料隨(sui)時(shi)(shi)間緩慢產(chan)生塑性變(bian)形的(de)(de)現象(xiang)稱為(wei)蠕(ru)變(bian)。通(tong)常采用高溫(wen)(wen)拉伸(shen)(shen)(shen)蠕(ru)變(bian)試驗(yan)，即(ji)在(zai)(zai)恒定(ding)溫(wen)(wen)度和恒定(ding)拉伸(shen)(shen)(shen)載荷(he)下，試樣(yang)在(zai)(zai)規定(ding)時(shi)(shi)間內的(de)(de)蠕(ru)變(bian)伸(shen)(shen)(shen)長(chang)(chang)率（總伸(shen)(shen)(shen)長(chang)(chang)或(huo)殘余伸(shen)(shen)(shen)長(chang)(chang)）或(huo)者在(zai)(zai)蠕(ru)變(bian)伸(shen)(shen)(shen)長(chang)(chang)速度相對恒定(ding)的(de)(de)階段，蠕(ru)變(bian)速度不超過某規定(ding)值時(shi)(shi)的(de)(de)較大應力，作為(wei)蠕(ru)變(bian)極(ji)(ji)限(xian)(xian)，以表示，單位(wei)MPa，式(shi)中(zhong)τ為(wei)試驗(yan)持(chi)續時(shi)(shi)間，t為(wei)溫(wen)(wen)度，δ為(wei)伸(shen)(shen)(shen)長(chang)(chang)率，σ為(wei)應力；或(huo)者以表示，V為(wei)蠕(ru)變(bian)速度。

高溫(wen)拉伸長久強度(du)極(ji)限：試樣在恒定溫(wen)度(du)和(he)恒定拉伸載荷作(zuo)用下(xia)，達到(dao)規定的持(chi)續(xu)時間而(er)不(bu)斷裂的較大應(ying)力。

金屬缺(que)口(kou)敏(min)感性系數：以Kτ表示在持續(xu)時間相同（高溫拉伸長久試(shi)驗(yan)）時，有缺(que)口(kou)的試(shi)樣(yang)(yang)與(yu)無缺(que)口(kou)的光滑(hua)試(shi)樣(yang)(yang)的應力之比(bi)。

抗熱性：在高溫下材(cai)料對機械載荷的抗力。

Vol.2

化學性能

金屬(shu)(shu)(shu)(shu)與(yu)其他物(wu)質(zhi)引起(qi)化(hua)(hua)學反應的(de)特性(xing)(xing)稱為(wei)金屬(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)化(hua)(hua)學性(xing)(xing)能(neng)(neng)。在實際應用(yong)中(zhong)主要考(kao)慮金屬(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)抗(kang)蝕(shi)性(xing)(xing)、抗(kang)氧(yang)化(hua)(hua)性(xing)(xing)（又稱作氧(yang)化(hua)(hua)抗(kang)力(li)，這是(shi)特別(bie)指金屬(shu)(shu)(shu)(shu)在高溫時對(dui)氧(yang)化(hua)(hua)作用(yong)的(de)抵抗(kang)能(neng)(neng)力(li)或(huo)者說穩(wen)定性(xing)(xing)），以及不(bu)同(tong)金屬(shu)(shu)(shu)(shu)之間(jian)、金屬(shu)(shu)(shu)(shu)與(yu)非(fei)金屬(shu)(shu)(shu)(shu)之間(jian)形成(cheng)的(de)化(hua)(hua)合物(wu)對(dui)機械性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)影響等(deng)等(deng)。在金屬(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)化(hua)(hua)學性(xing)(xing)能(neng)(neng)中(zhong)，特別(bie)是(shi)抗(kang)蝕(shi)性(xing)(xing)對(dui)金屬(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)腐蝕(shi)疲勞(lao)損傷有(you)著重(zhong)大的(de)意義(yi)。

Vol.3

物理性能

 金屬的物(wu)理性能主要考(kao)慮：

 （1）密度(du)(du)（比重(zhong)）：ρ=P/V，單位：克/立方厘(li)米或噸/立方米，式中P為重(zhong)量，V為體積。在實際(ji)應用中，除了根(gen)據密度(du)(du)計算金(jin)屬零件的(de)(de)重(zhong)量外，很重(zhong)要的(de)(de)一點是考慮(lv)金(jin)屬的(de)(de)比強度(du)(du)（強度(du)(du)σb與密度(du)(du)ρ之比）來幫助(zhu)選材，以及與無損檢(jian)測相關的(de)(de)聲(sheng)學檢(jian)測中的(de)(de)聲(sheng)阻(zu)抗（密度(du)(du)ρ與聲(sheng)速C的(de)(de)乘積）和射(she)線檢(jian)測中密度(du)(du)不(bu)同(tong)的(de)(de)物質對射(she)線能(neng)量有不(bu)同(tong)的(de)(de)吸收能(neng)力等等。

 （2）熔點：金屬(shu)由(you)固態(tai)轉(zhuan)變(bian)成液態(tai)時的溫度，對(dui)金屬(shu)材(cai)料(liao)的熔煉、熱加工(gong)有(you)直接影響，并(bing)與材(cai)料(liao)的高(gao)溫性能有(you)很大關系(xi)。

（3）熱(re)膨(peng)脹(zhang)性：隨著溫(wen)度(du)(du)變(bian)化，材(cai)(cai)料的(de)(de)(de)體(ti)積(ji)也發生(sheng)變(bian)化（膨(peng)脹(zhang)或收(shou)縮(suo)）的(de)(de)(de)現(xian)象稱為熱(re)膨(peng)脹(zhang)，多(duo)用線(xian)膨(peng)脹(zhang)系數衡量(liang)，亦即溫(wen)度(du)(du)變(bian)化1℃時(shi)，材(cai)(cai)料長度(du)(du)的(de)(de)(de)增減(jian)量(liang)與(yu)其(qi)0℃時(shi)的(de)(de)(de)長度(du)(du)之(zhi)比。熱(re)膨(peng)脹(zhang)性與(yu)材(cai)(cai)料的(de)(de)(de)比熱(re)有關。在實際應用中還要考(kao)慮比容（材(cai)(cai)料受溫(wen)度(du)(du)等外(wai)界影響時(shi)，單(dan)位重量(liang)的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料其(qi)容積(ji)的(de)(de)(de)增減(jian)，即容積(ji)與(yu)質量(liang)之(zhi)比），特別是(shi)對于在高溫(wen)環境下工(gong)作(zuo)，或者在冷(leng)、熱(re)交替環境中工(gong)作(zuo)的(de)(de)(de)金屬零件(jian)，須考(kao)慮其(qi)膨(peng)脹(zhang)性能的(de)(de)(de)影響。

（4）磁(ci)性：能吸(xi)引鐵磁(ci)性物體的性質(zhi)即為磁(ci)性，它(ta)反映在(zai)導磁(ci)率、磁(ci)滯(zhi)損(sun)耗(hao)、剩余磁(ci)感應強度、矯頑磁(ci)力等參數上，從而可(ke)以(yi)把金(jin)屬材料分成順(shun)磁(ci)與逆磁(ci)、軟磁(ci)與硬磁(ci)材料。

 （5）電學性能(neng)：主要考(kao)慮其電導率，在電磁無損(sun)檢測(ce)中(zhong)對其電阻(zu)率和渦(wo)流損(sun)耗等都有(you)影響(xiang)。

Vol.4

工藝性能

金屬對(dui)各種加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝(yi)方法所表(biao)現出來的適(shi)應性稱為工(gong)(gong)藝(yi)性能，主(zhu)要有以下四個方面(mian)：

（1）切削(xue)(xue)加(jia)工性能：反映用切削(xue)(xue)工具（例如車(che)削(xue)(xue)、銑削(xue)(xue)、刨削(xue)(xue)、磨(mo)削(xue)(xue)等）對金屬(shu)材(cai)料(liao)進行切削(xue)(xue)加(jia)工的難易(yi)程度。

（2）可(ke)鍛(duan)性(xing)：反映金屬材料(liao)在(zai)壓(ya)力加工過程(cheng)中成型(xing)的(de)難(nan)易程(cheng)度，例如將材料(liao)加熱到特定(ding)溫度時其塑性(xing)的(de)高低（表現為(wei)塑性(xing)變形(xing)抗力的(de)大小），允許熱壓(ya)力加工的(de)溫度范(fan)圍(wei)大小，熱脹(zhang)冷縮(suo)特性(xing)以及與顯微組織、機械性(xing)能(neng)有關(guan)的(de)臨界(jie)變形(xing)的(de)界(jie)限、熱變形(xing)時金屬的(de)流動性(xing)、導熱性(xing)能(neng)等。

 （3）可鑄(zhu)性(xing)：反映金屬(shu)材料熔(rong)(rong)化(hua)(hua)(hua)澆鑄(zhu)成為鑄(zhu)件(jian)的(de)難易程(cheng)度，表(biao)現為熔(rong)(rong)化(hua)(hua)(hua)狀(zhuang)態時(shi)的(de)流動性(xing)、吸氣性(xing)、氧化(hua)(hua)(hua)性(xing)、熔(rong)(rong)點(dian)，鑄(zhu)件(jian)顯微組(zu)織的(de)均勻性(xing)、致密性(xing)，以及(ji)冷縮(suo)率等(deng)。

 （4）可焊性(xing)：反映(ying)金屬材料在局(ju)部(bu)快(kuai)速加(jia)(jia)熱(re)，使(shi)結合(he)部(bu)位(wei)(wei)迅速熔化或半熔化（需加(jia)(jia)壓），從而(er)使(shi)結合(he)部(bu)位(wei)(wei)牢(lao)固地結合(he)在一起而(er)成為整(zheng)體的(de)難易程度，表現為熔點、熔化時的(de)吸氣性(xing)、氧化性(xing)、導熱(re)性(xing)、熱(re)脹冷縮特性(xing)、塑性(xing)以及與接縫(feng)部(bu)位(wei)(wei)和附近用(yong)材顯微組織的(de)相關性(xing)、對機械(xie)性(xing)能的(de)影響等。