材料的力學性能

材料的力學性能是材料在受外力作用時表現出的性能。

彈性

材料在外力作用下不產生永久變形的能力。

彈性極限

$ \sigma_e=\frac{F_e}{A_0} $

其中，$ F_e $ 為彈性極限載荷，單位為 $ N $;$ A_0 $ 為試樣原始橫截面積，單位為 $ mm^2 $。

剛度

材料在外力作用下抵抗彈性變形的能力。

根據 Hooke's law:

$ \sigma = E\varepsilon $

其中，$ E $ 為彈性模量，單位為 $ MPa $，表徵剛度。

強度

材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力。

屈服強度

材料抵抗塑性變形的能力。

$ \sigma_s=\frac{F_s}{A_0} $

其中，$ F_s $ 為試樣屈服時的載荷，單位為 $ N $。

條件屈服強度

沒有明顯塑性變形的塑性材料，以產生 $ 0.2% $ 永久變形時的應力值為其屈服強度，稱條件屈服強度。

$ \sigma_{0.2}=\frac{F__{0.2}}{A_0} $

其中，$ f_{0.2} $ 為試樣產生 $ 0.2% $ 殘餘塑性變形時的載荷，單位為 $ N $。

抗拉強度

材料在拉伸力作用下抵抗被拉斷的能力，為材料斷裂前所能承受的最大應力。

$ \sigma_b=\frac{F_b}{A_0} $

其中，$ F_b $ 為試樣斷裂前的最大載荷，單位為 $ N $。

硬度

材料抵抗局部形變的能力，也就是抵抗其他硬物體嵌入其表面的能力。

通常，材料的強度越高，硬度也越高。

布氏硬度 HB（Brinell-hardness）

使用特定載荷 $ F $，將直徑為 $ D $ 的淬火鋼球或硬質合金球压入被測材料表面，保持一段時間後去除載荷，依据壓痕面積來確定硬度值。

通常適用於測試較軟的材料如退火、正火、調質鋼、鑄鐵及有色金属等。

維氏硬度 HV（Vickers-Hardness）

使用頂角為 $ 136^\circ $ 的金剛石錐頭，在載荷 F（$ kgf $）作用下，材料表面產生一個四方錐形壓痕，測量壓痕對角線長度 $ d $（$ mm $），並計算壓痕面積 $ A $ （$ mm^2 $），以 $ F/A $ 的數值表達硬度值。

尤其適合測試極薄層硬度，如金屬鍍層、薄片金屬、滲碳或氮化零件表面硬度等。

洛氏硬度 HR（Rockwell-Hardness）

使用錐度為 $ 120^\circ $ 的金剛石或鋼製標準壓頭，以規定壓力压入被測材料表面，根據壓痕深度決定硬度值。

常見於測試較硬的材料，如淬火鋼、調質鋼。

塑性

材料在受力情形下，產生永久形變且不會破裂的能力。

斷面縮小率

$ \psi = \frac{A_0-A_1}{A_0}\times 100% $

A1 和 A0 為試樣斷裂處和原始橫截面積，單位為 $ mm^2 $。

伸長率（延伸率）

$ \delta = \frac{L_0-L_1}{L_0}\times 100% $

L1 和 L0 為試樣斷裂後和原始標距長度，單位為 $ mm $。

韧性

材料在破裂時所需能量的衡量。

冲擊韌性

材料在衝擊載荷作用下抵抗毀壞的能力。當試樣衝斷時，所耗費的衝擊功 $ A_k $，單位為 $ J $：

$ A_k = mg\cdot h_1 - mg\cdot h_2$

衝擊韌性值 $ a_k $ 是缺口處單位截面積上的衝擊功，用於表示材料衝擊韌性的大小，單位為 $ J/cm^2 $：

$ a_k = \frac{A_k}{A_0} $

通常塑性好的材料，韌性也較高。

物質的強度、硬度與塑性、韌性的關聯：

通常，材料的強度越高，則硬度越大。

通常，材料的塑性越好，則韌性越好。

通常，材料的強度和硬度提高，則塑性和韌性下降。

疲勞強度

疲勞

材料在交變載荷作用下，在其屈服強度之下就會發生斷裂的現象。

疲勞強度

材料在規定次數的交變載荷作用下而不致斷裂的最大應力，用 $ \sigma^{-1} $ 表示，常稱為疲勞極限。

鋼鐵材料的 $ \sigma^{-1} $ 大約為其屈服強度 $ \sigma_b $ 的一半，而非金屬材料的 $ \sigma^{-1} $ 通常遠低於金屬。

規定次數：

鋼鐵材料：$ 10^7 $

有色金屬及其合金：$ 10^8 $

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