金屬材料特質

2.1疲勞

許多機械零件和工程構件，是承受交變載荷工作的。在交變載荷的作用下，雖然應力水平低于材料的屈服極限，但經過長時間的應力反復循環作用以后，也會發生突然脆性斷裂，這種現象叫做金屬材料的疲勞。金屬材料疲勞斷裂的特點是：（1）載荷應力是交變的；（2）載荷的作用時間較長；（3）斷裂是瞬時發生的；（4）無論是塑性材料還是脆性材料，在疲勞斷裂區都是脆性的。所以，疲勞斷裂是工程上常見、危險的斷裂形式。

金屬材料的疲勞現象，按條件不同可分為下列幾種：

（1）高周疲勞：指在低應力（工作應力低于材料的屈服極限，甚至低于彈性極限）條件下，應力循環周數在100000以上的疲勞。它是常見的一種疲勞破壞。高周疲勞一般簡稱為疲勞。

（2）低周疲勞：指在高應力（工作應力接近材料的屈服極限）或高應變條件下，應力循環周數在10000~100000以下的疲勞。由于交變的塑性應變在這種疲勞破壞中起主要作用，因而，也稱為塑性疲勞或應變疲勞。

（3）熱疲勞：指由于溫度變化所產生的熱應力的反復作用，所造成的疲勞破壞。

（4）腐蝕疲勞：指機器部件在交變載荷和腐蝕介質（如酸、堿、海水、活性氣體等）的共同作用下，所產生的疲勞破壞。

（5）接觸疲勞：這是指機器零件的接觸表面，在接觸應力的反復作用下，出現麻點剝落或表面壓碎剝落，從而造成機件失效破壞。

2.2塑性

塑性是指金屬材料在載荷外力的作用下，產生 變形（塑性變形）而不被破壞的能力。金屬材料在受到拉伸時，長度和橫截面積都要發生變化，因此，金屬的塑性可以用長度的伸長（延伸率）和斷面的收縮（斷面收縮率）兩個指標來衡量。

金屬材料的延伸率和斷面收縮率愈大，表示該材料的塑性愈好，即材料能承受較大的塑性變形而不破壞。一般把延伸率大于百分之五的金屬材料稱為塑性材料（如低碳鋼等），而把延伸率小于百分之五的金屬材料稱為脆性材料（如灰口鑄鐵等）。塑性好的材料，它能在較大的宏觀范圍內產生塑性變形，并在塑性變形的同時使金屬材料因塑性變形而強化，從而提高材料的強度，保證了零件的使用。此外，塑性好的材料可以順利地進行某些成型工藝加工，如沖壓、冷彎、冷拔、校直等。因此，選擇金屬材料作機械零件時，必須滿足一定的塑性指標。