材料性能是其應(yīng)用的核心依據(jù)。從物理特性的密度，到強(qiáng)度、硬度、塑性等力學(xué)表現(xiàn)，均為選型關(guān)鍵。疲勞極限、斷裂韌度關(guān)乎長期安全，熱性能的熔點(diǎn)、熱導(dǎo)率及電性能的電阻率等，也在不同場景中起重要作用。本文系統(tǒng)梳理各類性能指標(biāo)，為理解材料性能與應(yīng)用提供指引。
01—— 物理性能指標(biāo)
密度 (γ)：單位: kg/m3 或 g/cm3
涵義: 表示金屬材料單位體積的質(zhì)量，是金屬材料的特性之一。用于計(jì)算零件毛坯質(zhì)量，對航空和宇航工業(yè)減輕機(jī)件自重特別重要。
02—— 彈性指標(biāo)
名稱 | 符號 | 單位 |
彈性模量 | E | MPa |
切變模量 | G | MPa |
比例極限 | σp或Rp | MPa |
彈性極限 | σe | MPa |
彈性模量：金屬材料在彈性范圍內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變的比值(符合虎克定律)，是衡量材料剛度的指標(biāo)。彈性模量越大，剛度越大，相同應(yīng)力下彈性變形越小。
切變模量：類似于彈性模量，但針對剪切應(yīng)力與應(yīng)變的情況。
比例極限：材料保持應(yīng)力-應(yīng)變線性關(guān)系的最大應(yīng)力值。通常定義為產(chǎn)生0.001%或0.003%、0.005%、0.02%殘余變形時的應(yīng)力。
彈性極限：材料能承受而不產(chǎn)生塑性變形的最大應(yīng)力。難以精確測定，常以比例極限代替。
03—— 強(qiáng)度性能指標(biāo)
名稱 | 符號 | 單位 |
強(qiáng)度極限 | σ | MPa |
抗拉強(qiáng)度 | σb或Rm | MPa |
抗彎強(qiáng)度 | σbb或σw | MPa |
抗壓強(qiáng)度 | σbc或σy | MPa |
抗扭強(qiáng)度 | τ | MPa |
抗剪強(qiáng)度 | τb | MPa |
屈服點(diǎn) | σs | MPa |
屈服強(qiáng)度 | σ0.2 | MPa |
持久強(qiáng)度 | σb/時間(h) | MPa |
蠕變極限 | σ變形量(%)÷時間(h) | MPa |
強(qiáng)度極限：金屬材料受外力作用，在斷裂前單位面積上能承受的最大載荷。
抗拉強(qiáng)度：拉力作用下的強(qiáng)度極限，是衡量金屬材料強(qiáng)度的主要指標(biāo)。
抗彎強(qiáng)度：彎曲力作用下的強(qiáng)度極限。
抗壓強(qiáng)度：壓力作用下的強(qiáng)度極限，主要用于低塑性材料(如鑄鐵)測試。
抗扭強(qiáng)度：表征金屬材料抵抗扭矩作用而不失效的能力，可用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)測定。
抗剪強(qiáng)度：表征金屬材料抵抗剪切載荷而不失效的能力。脆性材料可用剪切試驗(yàn)測定，塑性材料可采用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)測定。
屈服點(diǎn)：載荷不再增加但變形繼續(xù)增加時的應(yīng)力。
屈服強(qiáng)度：產(chǎn)生0.2%永久變形時的應(yīng)力，又稱"條件屈服極限"。
持久強(qiáng)度：高溫條件下經(jīng)規(guī)定時間(通常10萬小時)斷裂時的應(yīng)力。
蠕變極限：高溫下在規(guī)定時間內(nèi)蠕變速度不超過規(guī)定值時的最大應(yīng)力。
04—— 硬度性能指標(biāo)
名稱 | 符號 | 單位 |
布氏硬度 | HBS、HBW | kgf/mm2 |
維氏硬度 | HV | MPa |
肖氏硬度 | HSC、HSD |
|
肖氏硬度 | HRA、HRB、HRC、HRD、HRE、 HRF、HRG、HRH、HRK |
|
布氏硬度：用淬硬鋼球或硬質(zhì)合金球壓入金屬表面，以壓痕面積除載荷得到硬度值。HBS ≤ 450 (使用鋼球)，HBW ≤ 650 (使用硬質(zhì)合金球)。當(dāng)試驗(yàn)力單位為N時，布氏硬度值如下:
維氏硬度：測試使用49.03～980.7N載荷，136°金剛石四方角錐體壓頭。適用于薄材料(0.3～0.5mm)或零件表面硬化層(0.03～0.05mm)。
肖氏硬度：測試使用一定質(zhì)量(2.5g)鋼球或金剛石球從一定高度(254mm)高度落下，測量回彈高度h。
優(yōu)點(diǎn): 不損傷表面，適用于精密零件。
缺點(diǎn): 測量精度較低，現(xiàn)已較少使用。
洛氏硬度：
標(biāo)尺 | 壓頭類型 | 總試驗(yàn)力 F | 硬度范圍 |
A | 金剛石圓錐 | 588.4 N | 20～88 HRA |
B | 1.5875mm鋼球 | 980.7 N | 20～100 HRB |
C | 金剛石圓錐 | 1.471 kN | 20～70 HRC |
D | 金剛石圓錐 | 980.7 N | 40～77 HRD |
E | 3.175mm金剛石圓錐 | 980.7 N | 70～100 HRE |
F | 1.5875mm鋼球 | 588.4 N | 60～100 HRF |
G | 1.5875mm鋼球 | 1.471 kN | 30～94 HRG |
H | 3.175mm鋼球 | 588.4 N | 80～100 HRH |
K | 3.175mm鋼球 | 1.471 kN | 40～100 HRK |
05—— 塑性指標(biāo)
名稱 | 符號 | 單位 |
伸長率 | δ(A) δ5(A) δ10(A11.3) | % |
斷面收縮率 | ψ (Z) | % |
沖擊韌度 | aKU或aKV | J/cm2 |
沖擊吸收功 | AKU或AKV | J |
伸長率：反映材料斷裂前的塑性變形能力。
δ5: 標(biāo)距長度為直徑5倍時的伸長率；
δ10: 標(biāo)距長度為直徑10倍時的伸長率
斷面收縮率：表示材料斷裂時橫截面積收縮的程度，數(shù)值越高塑性越好。
沖擊韌度：
◇測試方法：使用擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)，測量沖斷試樣消耗的功與斷口面積比值。
◇標(biāo)準(zhǔn)試樣：GB/T 229-1994《夏比缺口沖擊試樣》。
◇特點(diǎn)：受試樣尺寸、形狀和溫度影響，是相對指標(biāo)。
◇現(xiàn)通常直接采用沖擊功Ak作為沖擊韌度指標(biāo)。
06—— 疲勞性能指標(biāo)
疲勞極限(疲勞強(qiáng)度)：材料在交變負(fù)荷下經(jīng)無限次循環(huán)不斷裂的最大循環(huán)應(yīng)力。我國通常采用107次循環(huán)作為測定基準(zhǔn)。
σ-1 (光滑試樣對稱彎曲疲勞極限)
σ-1n (缺口試樣對稱彎曲疲勞極限)
單位：MPa
07—— 斷裂韌度性能指標(biāo)
名稱 | 符號 | 單位 |
平面應(yīng)變斷裂韌度 | KIC | N/mm3/2 |
條件斷裂韌度 | K0 | N/mm3/2 |
斷裂韌度：
○衡量材料有裂紋存在時抵抗脆性開裂能力的指標(biāo)，預(yù)測零件在工作中的脆斷風(fēng)險(xiǎn)。
○強(qiáng)度和塑性的綜合指標(biāo)，適用于高強(qiáng)度材料或可能脆斷的場合。
08—— 熱性能指標(biāo)
名稱 | 符號 | 單位 |
熔點(diǎn) |
| K |
比熱容 | c | J/(kg·K) |
熱導(dǎo)率 | λ | W/(m·K) |
線脹系數(shù) | α | K-1(1/K) |
熔點(diǎn)：金屬由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的溫度。是制定熱加工工藝的重要依據(jù)，區(qū)分低熔點(diǎn)金屬與高熔點(diǎn)(難熔)金屬
比熱容：單位質(zhì)量物質(zhì)溫度變化1K(1℃)時吸收或釋放的熱量。熱加工工藝的關(guān)鍵參數(shù)。
熱導(dǎo)率：單位時間內(nèi)單位溫度梯度下通過單位面積的熱量。衡量材料導(dǎo)熱能力的核心指標(biāo)。
線脹系數(shù)：溫度每升高1℃時材料長度的相對變化量。數(shù)值隨溫度升高而增大。鋼材的線脹系數(shù)值通常在 (10~20)×10-6/K范圍內(nèi)。
09—— 電性能指標(biāo)
名稱 | 符號 | 單位 |
電阻率 | ρ | Ω·m |
電導(dǎo)率 | γ | S/m |
電阻溫度系數(shù) | αp | Ω/℃ |
電阻率：材料在20℃時的電阻特性。電阻率越大，導(dǎo)電性越差。
電導(dǎo)率：電阻率的倒數(shù)。表示導(dǎo)體導(dǎo)電能力的性能指標(biāo)。電導(dǎo)率越大，電阻率越小，導(dǎo)電性能越好。
電阻溫度系數(shù)：電阻隨溫度變化的比例常數(shù)。
◇純金屬及多數(shù)合金，電阻通常隨溫度升高而增加。
◇碳和電解質(zhì)的電阻，多隨溫度升高而降低。
◇特殊合金(如銅錳鎳合金)，電阻幾乎不受溫度影響。