金屬材料的理化試驗包含了廣義上的所有力學(xué)檢測檢測項目。常見的機(jī)械性能，塑性、硬度以及沖擊與韌性和疲勞強(qiáng)度。都需要在專業(yè)的理化試驗機(jī)之中完成。具體檢測項目以及檢測作用我們進(jìn)行一一解答。
金屬材料的變形和應(yīng)力
金屬材料受外力作用時引起的形狀改變稱為變形。變形分為彈性變形（當(dāng)外力取消后，變形消失并恢復(fù)到原來形狀）和塑性變形（當(dāng)外力除去后，不能恢復(fù)到原來形狀，保留一部分殘余形變）。
當(dāng)金屬材料受外力作用時，其內(nèi)部還將產(chǎn)生一個與外力相對抗的內(nèi)力，它的大小與外力相等，方向相反。單位截面上的內(nèi)力稱為應(yīng)力。在拉伸和壓縮時應(yīng)力用符號σ表示。
σ=P/F
式中：
σ — 應(yīng)力，MPa;
P — 拉伸外力，N；
F — 試樣的橫截面積，mm2。
2、強(qiáng)度
強(qiáng)度是金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。強(qiáng)度可通過拉力試驗來測定。將圖（a）所示標(biāo)準(zhǔn)樣安裝在拉力試驗機(jī)上，對其施加一個平穩(wěn)而無沖擊逐漸遞增的軸向拉力，隨著拉力的增加試樣產(chǎn)生形變?nèi)鐖D（B）直到斷裂如圖（C）。
以試樣的受拉力P為縱坐標(biāo)，伸長值⊿L為橫坐標(biāo)，給制出拉伸曲線。
金屬材料由彈性變形過渡到塑性變形時的應(yīng)力稱為彈性極限，用σe表示。
σe=Pe/Fo
式中：
σe— 彈性極限，MPa；
Pe — 材料開始塑性變形時的負(fù)荷，N；
Fo — 試樣原橫截面積，mm2 。
OE段的負(fù)荷與伸長成線性關(guān)系，是材料的彈性變形階段。當(dāng)負(fù)荷超過E點，試樣開始產(chǎn)生塑性變形，這一段曲線幾乎呈水平，表明試樣在拉伸過程中，負(fù)荷不增加甚至有降低，試樣繼續(xù)塑性形變，材料喪失了抵抗變形的能力。這種現(xiàn)象稱為屈服。
產(chǎn)生現(xiàn)象時的應(yīng)力稱為屈服點，用σs表示。
σs=Ps/Fo
式中：
σs — 屈服點，Mpa ；
Ps — 材料產(chǎn)生明顯形變時的負(fù)荷，N；
Fo — 試樣原橫截面積，mm2。
負(fù)荷超過S點后，形變量隨負(fù)荷增加而急劇增加，當(dāng)過B點，形變部位出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，試樣已不能抵抗外力作用，在K點發(fā)生斷裂。試樣拉斷前能承受的最大負(fù)荷 Pb所對應(yīng)的應(yīng)力稱為抗拉強(qiáng)度，用σb表示。
σb= Pb/Fo
式中：
σb — 抗拉強(qiáng)度，Mpa ；
Pb — 試樣拉斷前的最大拉力，N；
Fo — 原橫截面積，mm2。
屈服強(qiáng)度（σs），抗拉強(qiáng)度（σb）和屈強(qiáng)比（屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比σs/σb）是評定金屬材料質(zhì)量的重要機(jī)械性能指標(biāo)，是設(shè)計和選材的主要依據(jù)之一。
3、塑性
塑性是金屬材料受外力作用時斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。通常用兩種方法來表示。
（1） 伸長率：
試樣拉斷后標(biāo)距部分所增加的長度與原標(biāo)距長度的百分比，用δ表示。
δ=（L1－L0）/L0×100%
式中：
δ — 試樣的伸長率，%；
L1 — 試樣拉斷后標(biāo)距長度，㎜；
L0 — 試樣原標(biāo)距長度，㎜。
（2） 斷面收縮率：
試樣拉斷后縮頸處橫截面積的最大縮減量與原截面積的百分比，用φ表示。
φ=（F0-F1）/F0
式中：
φ — 試樣的斷面收縮率，%；
F0 — 試樣原橫截面積，mm2 ；
F1 — 試樣拉斷后縮頸處的最小橫截面積，mm2 。
δ、φ的數(shù)值越大，說明金屬材料的塑性越好，反之亦然。良好的塑性是金屬材料進(jìn)行塑性加工的必要條件。
4、硬度
硬度是金屬材料抵抗外物壓入其表面的能力，一般說，硬度高的材料耐磨性較好，強(qiáng)度也比較高。硬度是評價金屬材料質(zhì)量的機(jī)械性能指標(biāo)，也是機(jī)械零件設(shè)計要求的技術(shù)條件之一。
生產(chǎn)中有不同的測定方法，常用的有布氏硬度和洛氏硬度。
(1) 布氏硬度：
用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球，以相應(yīng)的試驗力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保荷時間后卸除試驗力，測量試樣表面壓痕直徑。以壓痕球狀表面積所承受的平均負(fù)荷作為布氏硬度值，用符號HBS（HBW）表示。
式中：
HBS（HBW）— 布氏硬度值，kgf－mm2 ;
P — 加在淬火鋼球上的負(fù)荷，kgf；
D — 淬火鋼球直徑，㎜。
壓頭為鋼球時用HBS，適用于布氏硬度值在450以下的材料，如鑄鐵和有色金屬。壓頭為硬質(zhì)合金球時用HBW，適用于布氏硬度值在650以下的材料。
（2）洛氏硬度：
用壓頭壓入的壓痕深度表示材料的硬度值。壓痕越深表示材料越軟，硬度值越低。兩種硬度可以利用特制的表格進(jìn)行換算。
硬度表示金屬材料在局部范圍內(nèi)對塑性變形的抗力，所以硬度與強(qiáng)度間有一定的換算關(guān)系。
5、沖擊韌性
沖擊韌性是金屬材料抗擊沖擊負(fù)荷的能力?，F(xiàn)在普通采用一次擺錘沖擊試驗來測定材料的沖擊韌性。
實驗表明，材料受小能量多次重復(fù)沖擊的能力，主要取決于材料強(qiáng)度。強(qiáng)度越高，壽命越長，設(shè)計中可不必過分追求高沖擊值。
6、疲勞強(qiáng)度
實際中許多工件所承受負(fù)荷的方向和大小是周期變化的。這種周期變化的負(fù)荷稱為交變負(fù)荷。金屬工件在交變負(fù)荷作用下，經(jīng)長時間工作而發(fā)生斷裂的現(xiàn)象稱為金屬疲勞。
在交變負(fù)荷作用下金屬工件所受應(yīng)力大小和斷裂前應(yīng)力交變循環(huán)的次數(shù)有關(guān)。應(yīng)力越大，則斷裂前能隨承受的循環(huán)次數(shù)越低。當(dāng)鋼鐵材料的循環(huán)次數(shù)達(dá)到107，有色金屬的循環(huán)次數(shù)達(dá)到108時，若試樣仍不發(fā)生疲勞破壞，其最大應(yīng)力稱為該材料的疲勞極限。當(dāng)應(yīng)力交變循環(huán)對稱時，疲勞極限用σ-1表示。
生產(chǎn)中多數(shù)金屬工件是在交變負(fù)荷下工作的，疲勞破壞是破裂的主要形式。因此疲勞強(qiáng)度設(shè)計是材料的重要強(qiáng)度計算之一。另外，改善零件結(jié)構(gòu)形狀避免應(yīng)力集中；降低表面粗糙度；采取表面強(qiáng)化處理等都能有效提高金屬工件的抗疲勞能力。
