在機(jī)械制造行業(yè)，金屬的機(jī)械性能檢測(cè)指標(biāo)一般包括強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性等。

  (一)強(qiáng)度：

  強(qiáng)度是金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力。強(qiáng)度一般有許多項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，在機(jī)械行業(yè)最為常用的是抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)(亦可稱為屈服強(qiáng)度)。

  1.屈服點(diǎn)(σs或σ0.2)

  它是指使拉伸試樣產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力。

  對(duì)于許多沒(méi)有明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料，工程上規(guī)定以試樣產(chǎn)生0.2%塑性變形時(shí)的應(yīng)力作為該材料的屈服點(diǎn)。

  在屈服點(diǎn)以下金屬發(fā)生的變形基本上是屬于彈性變形;而在屈服點(diǎn)以上金屬發(fā)生的變形則屬于塑性變形。

  2.抗拉強(qiáng)度(σb)

  是指金屬材料在拉斷前所能承受的最大應(yīng)力。

  屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度在選擇、評(píng)定金屬材料和設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)具有相當(dāng)重要的意義。由于機(jī)器零件在工作時(shí)，通常是不允許發(fā)生塑性變形的，因此在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)多以屈服點(diǎn)作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)的依據(jù)。對(duì)于脆性材料，因在其斷裂前基本上不發(fā)生塑性變形，所以脆性材料沒(méi)有屈服點(diǎn)，在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，則以抗拉強(qiáng)度為依據(jù)。


  (二)硬度：

  金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓頭壓入痕跡的能力，稱為硬度。硬度是反映金屬硬軟程度的一個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。硬度直接影響到金屬材料的耐磨性和切削加工性能，這是因?yàn)樵跈C(jī)械加工、制造過(guò)程中，所用的模具、刃具、量具以及工件的耐磨表面都具有足夠高的硬度，才能夠保證它們的使用性能和壽命。若被切削加工的金屬零件的硬度過(guò)高，必然會(huì)給切削加工增加困難，甚至損害切削刀具。可見(jiàn)硬度是一項(xiàng)極為重要的機(jī)械性能指標(biāo)，而且其應(yīng)用最為廣泛。

  硬度與強(qiáng)度之間存在一定的換算關(guān)系，所以在零件圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的技術(shù)條件中，通常只標(biāo)注出硬度要求。

  金屬材料的硬度通常是采用硬度計(jì)進(jìn)行測(cè)定，可直接讀出數(shù)值。常用的硬度試驗(yàn)方法有兩種：布氏硬度和洛氏硬度。

  1.布氏硬度(HB)：

  布氏硬度采用淬火鋼球或者硬質(zhì)合金鋼球作為壓頭，在一定載荷的作用下將壓頭壓入被測(cè)工件的表面，停留一定時(shí)間后，卸去載荷。然后采用專用的帶有刻度的放大鏡測(cè)量壓痕直徑，從壓痕直徑與硬度對(duì)照表讀出布氏硬度(HB)值。

  布氏硬度壓痕面積比較大，所以測(cè)試比較準(zhǔn)確，硬度值比較穩(wěn)定。布氏硬度適用于金屬坯料但是不適于成品零件的檢查。

  2.洛氏硬度(HRC):

  洛氏硬度采用圓錐體金剛石作為壓頭，在規(guī)定的載荷的作用下將壓頭垂直壓入被測(cè)金屬工件的表面，可以直接從洛氏硬度計(jì)的刻度表讀出洛氏硬度值(HRC)。

  洛氏硬度測(cè)試簡(jiǎn)單、迅速、壓痕面積很小，可以用于成品零件的檢驗(yàn)。

  無(wú)論布氏硬度實(shí)驗(yàn)還是洛氏硬度實(shí)驗(yàn)，壓頭的壓痕面積均隨著被測(cè)金屬零件的硬度的升高而縮小。

  硬度試驗(yàn)的設(shè)備簡(jiǎn)單，可在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢驗(yàn)，操作簡(jiǎn)便迅速，不損壞被測(cè)金屬零件，是目前應(yīng)用十分普遍的一種檢測(cè)手段。

  (三)塑性：

  塑性是指金屬材料在發(fā)生塑性變形而不被破壞的能力。

  1.延伸率(伸長(zhǎng)率)(δ)：

  按照規(guī)定的尺寸制備試樣在試驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行拉伸，拉斷時(shí)試樣因變形而伸長(zhǎng)的部分與試樣原始長(zhǎng)度之比的百分?jǐn)?shù)就是該實(shí)驗(yàn)材料的延伸率。

  2.斷面收縮率(ψ)：

  金屬拉伸試樣在拉伸過(guò)程中隨著變性的發(fā)展，金屬拉伸試樣長(zhǎng)度不斷延伸，截面面積不斷縮小，直至拉斷。此時(shí)，截面面積縮小的絕對(duì)值與原截面面積之比的百分?jǐn)?shù)就是該實(shí)驗(yàn)材料的斷面收縮率。

  延伸率和斷面收縮率的值愈大，金屬的塑性愈好。良好的塑性不但是金屬材料能夠進(jìn)行軋制、鍛造、擠壓、沖壓、焊接的必要條件，而且在工作或使用過(guò)程中萬(wàn)一發(fā)生超載，由于零件首先發(fā)生塑性變形，能夠避免發(fā)生突然斷裂。

圖片

  (四)沖擊韌性(aK)：

  沖擊韌性通常采用擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定。測(cè)定時(shí)，一般是將帶有缺口的標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣放在沖擊試驗(yàn)機(jī)上，然后用擺錘將其一次沖斷，并以式樣缺口處的單位截面面積上所吸收的沖擊功表示其沖擊韌度。

  對(duì)于脆性材料，如鑄鐵、鑄鋼、淬火鋼等，其沖擊試驗(yàn)，試樣一般不開缺口，因?yàn)殚_缺口的試樣沖擊值太低，難以比較不同材料沖擊性能的差異。

  沖擊值得大小與很多因素有關(guān)，如試樣的形狀、表面粗糙度、內(nèi)部組織、實(shí)驗(yàn)的環(huán)境溫度都有可能影響材料的沖擊值，所以，沖擊韌性一般僅作為選擇材料的參考。

  實(shí)際上在諸多承受沖擊載荷的機(jī)器零件中，很小有是在大能量一次沖擊下而被破壞的，而大多是受到小能量多次重復(fù)沖擊而遭到破壞的。因此，在大能量、一次沖斷條件下測(cè)定出的沖擊韌性，雖然方法簡(jiǎn)單，但對(duì)于大多數(shù)在工作中受到小能量多次重復(fù)沖擊的零件就顯得不太適用。

  沖擊實(shí)驗(yàn)和沖擊韌性對(duì)組織缺陷極為敏感，它能反映出材料品質(zhì)、宏觀缺陷和顯微組織等方面的變化，因此，沖擊試驗(yàn)是生產(chǎn)上用來(lái)檢驗(yàn)冶煉、熱加工、熱處理等工藝質(zhì)量的有效方法。

  (五)疲勞強(qiáng)度(σ-1)

  在實(shí)際使用過(guò)程中，絕大多數(shù)承受交變載荷的零件往往在其所受力遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到它的強(qiáng)度極限時(shí)就突然發(fā)生了斷裂，這種現(xiàn)象稱之為疲勞斷裂。發(fā)生疲勞斷裂時(shí)的臨界應(yīng)力(或稱疲勞應(yīng)力)稱之為疲勞強(qiáng)度。一般來(lái)講，運(yùn)動(dòng)機(jī)件如齒輪、連桿、曲軸、彈簧等的主要損壞形式就是疲勞斷裂。

  產(chǎn)生疲勞斷裂的原因：金屬材料的缺陷(如氣孔、夾雜、晶界缺陷等);金屬表面的劃痕;以及零件制造過(guò)程中形成的溝、槽、尖角等。上述缺陷容易造成應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)生微裂紋，這種微裂紋隨交變載荷作用次數(shù)的增加而逐漸擴(kuò)展加深，直至不能承受所加的交變載荷而突然發(fā)生斷裂。