材料的力学性能指标

材料的六大力学性能

硬度

材料局部抵抗硬物压入其表面（抵抗外物刺入）的能力称为硬度【抗刮擦、切割、磨损、压痕或穿透的能力】。所讲的硬度，是指物质之间的表面划痕，即较硬物质可以在较软的物质的表面上造成划痕。孰硬孰软，就是看谁能在谁身上“画上画”，而不是看谁能打碎谁。打碎问题就是脆性问题。

  • 已知地球上最硬的金属是铬。
  • 常温条件下，最硬的合金则是钨钢（硬度还是比金刚石差一点点），这种材料通常被用来制作钻头等切削工具。
  • 地球上天然存在的最硬的物质是金刚石，也是碳的同素异形体（还有石墨、石墨烯等）。

人造材料中，比钻石、铬、钨钢还硬的物质有很多，比如氮化碳、石墨烯、碳炔，这些超硬的物质通常并不天然存在于自然界中。氮化碳和钻石的硬度旗鼓相当。石墨烯，大家都很熟悉，它的硬度比钻石还硬。

脆性

脆性—表示物质受拉力或冲击时容易破裂破碎的性质【脆性是指材料在外力（如拉伸冲击等）作用下发生断裂，仅发生很小变形的特性】,比如铸铁的脆性大,甚至跌落地上亦会破裂。脆性与硬度有密切关系,硬度高的材料通常脆性亦大。材料抗拉强度低于屈服强度下，材料呈现脆性，这是相对塑性而言，塑性指的是材料发生永久变形的能力，一般用A-延伸率和Z断面收缩率表征。

强度&塑性

  • 强度是指材料可以承受的最大力。

  • 塑性是指材料能变形到最大的百分比。

例如，一根钢筋最大能承受100Mpa的力，即强度为100Mpa，如果在100Mpa的力下变形20%而断裂，则其塑性为20%。

有些材料在低温下会变脆，而有些金属材料在长时间使用过程中会产生金属疲劳：易变形和破裂，此时硬度，延展性，韧性就不足，带来航空领域的危险。

韧性

韧性=强度+塑性

韧性是指材料从受力到断裂所吸收的能量，使材料断裂所消耗的能量越多，韧性越好。 能量的消耗意味着对系统外的材料做功，这表明力和位移（变形）的存在。

  • 承受应力的能力以强度为特征

  • 变形能力以塑性为特征。 所以

韧性材料具有良好的塑性。

弹性

是物质受外力变形,当外力消除之后又恢复其原有形状的一种性质

延性

又称柔软性，是物质受外力永久变形而不碎裂的性质,即可以拉成细丝而不断裂的性质。例如某些金属可抽拉成细线。

延性最好的是铂。

展性

又称可锻性，是物质接受锤锻或滚轧而变形时不致破裂的一种性质，即可以压成片状而不断裂的性质。

展性最好的是金。

一些对立相生关系

硬度-脆性

硬度比较高的物体，通常韧性比较低，脆性大。比如钻石和玻璃虽然硬度很高，但却很容易碎。

强度-塑性

一般来说，一种材料的强度和塑性不能同时满足，它们就像一枚硬币的两面：强度的增加通常会导致塑性的降低。 研究表明，金属材料的塑性变形通常是通过位错滑移来实现的。 在加工硬化过程中，金属发生塑性变形，晶粒滑移，位错缠结，导致晶粒伸长、断裂和纤维化，防止进一步变形和随之而来的失效和断裂。

材料强度越高，塑性一般较差。常言道，过刚易折。

强度+硬度

从工程角度讲，特定材料的强度一般指材料的屈服强度。总体上材料的强度越高，抵抗塑性变形能力越强，硬度越高，在特定条件下存在一定的线性关系。

参考