金属的力学性能有哪些：工程选用判断方法

金属的力学性能有强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度、蠕变性能、弹性，这些指标用来判断金属在外力作用下的变形与断裂行为，你做机械零件选材、进厂材料验收、失效分析时都可以直接使用，判定依据可参照GB/T228.1-2021金属材料拉伸试验第1部分室温试验方法，该标准仅适用于室温环境下的拉伸试样，高温、高压、强腐蚀工况下不能直接套用该标准的测试数据。强度代表金属抵抗塑性变形或断裂的能力；塑性是材料断裂前产生永久变形的能力；硬度反映表面抵抗硬物压入的能力；韧性是承受冲击载荷时吸收能量的能力；疲劳强度指交变载荷下长期抵抗断裂的能力；蠕变性能是恒定应力高温下缓慢持续变形的特性；弹性是外力撤除后恢复原有形状的能力。

金属的力学性能静态指标

强度分为屈服强度与抗拉强度，屈服强度是材料开始发生明显塑性变形对应的应力，设计静载零件时，一般把工作应力控制在屈服强度以内，避免零件发生不可逆变形。抗拉强度是材料断裂前能承受的最大应力，用来评估材料的极限承载能力，铸件、锻件的出厂质保书通常会标注这两项参数。

塑性常用断后伸长率、断面收缩率两个参数衡量。断后伸长率越大，金属折弯、冲压成型的加工空间越大，冷冲压钣金件优先选用伸长率高的低碳钢。断面收缩率对材料内部微小缺陷更敏感，适合评估锻件内部质量，同一材料断面收缩率偏低，大概率存在内部疏松、夹杂缺陷。

硬度是表面局部力学性能，不直接等同于整体强度，布氏硬度适合测试较软、厚大毛坯，洛氏硬度适合淬火后的硬工件，维氏硬度用于薄试样或者表面镀层检测。不要直接用硬度值换算超高强度钢的抗拉强度，会出现较大误差，有案例把淬火高强钢硬度换算强度代入设计，导致零件实际承载不足提前开裂。

静态指标测试，只施加缓慢平稳的外力。

金属的力学性能动态与高温指标

冲击韧性，材料在快速冲击载荷下断裂吸收的能量，用冲击试验测得。低温环境下很多金属冲击韧性会明显下降，也就是冷脆现象，北方户外钢结构、低温压力容器选材，必须补充低温冲击试验，不能只依靠室温拉伸数据。冲击韧性数值低的材料，遇到突发撞击容易直接脆断，没有明显变形预警。

疲劳强度针对循环交变载荷，转轴、齿轮、弹簧这类反复受力零件，失效大多属于疲劳断裂，断裂应力会远低于材料的屈服强度。材料的疲劳强度受表面划痕、加工刀痕、内部气孔影响明显，微小表面缺陷会大幅降低疲劳寿命，精加工、表面滚压处理可以提升疲劳性能。

蠕变性能只在高温恒定应力条件下显现，常温下绝大多数金属蠕变变形极小，可以忽略。锅炉管道、燃气轮机叶片长期在高温受力环境工作，即便应力低于室温屈服强度，长时间服役也会缓慢伸长，最终发生破裂。评估蠕变，需要采集不同温度、应力下的长期变形数据，不能用室温力学参数替代。

弹性的核心参数是弹性模量，弹性模量越大，材料受力之后变形量越小，刚度越高。弹性模量属于材料固有属性，热处理、常规冷加工很难改变它，想提升结构刚度，优先调整结构截面尺寸，而不是单纯更换更高强度牌号的金属。

选用金属材料时，不能只看单一指标，静态强度合格的材料，交变载荷工况下疲劳强度可能不足，高温工况下蠕变会成为失效主导因素。