摘要：本文闡述了金屬材料力學(xué)性能的影響因素，解析了這些影響因素之間的關(guān)系。通過解析這些影響因素及其關(guān)系，可以對金屬材料的力學(xué)性能與材料、工藝等因素之間的關(guān)系有更為深刻的理解。

關(guān)鍵詞：力學(xué)性能；成分；結(jié)構(gòu)

材料的力學(xué)性能是指材料在不同環(huán)境（溫度、介質(zhì)、濕度）下，承受各種外加載荷（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊、交變應(yīng)力等）時(shí)所表現(xiàn)出的力學(xué)特征。一般來說金屬的力學(xué)性能可用如下指標(biāo)加以衡量：彈性指標(biāo)、硬度指標(biāo)、強(qiáng)度指標(biāo)、塑性指標(biāo)、韌性指標(biāo)、疲勞性能、斷裂韌度。力學(xué)性能的重要程度對于機(jī)制設(shè)計(jì)及制造人員而言是不言而喻的，在金屬加工制造過程中，技術(shù)人員通過各種加工工藝方法來實(shí)現(xiàn)提高和優(yōu)化金屬力學(xué)性能的目的，以滿足使用性能要求、延長使用壽命、避免構(gòu)件失效、提高安全系數(shù)。這就要求機(jī)制、農(nóng)機(jī)化等相關(guān)專業(yè)學(xué)生必須充分了解影響金屬材料力學(xué)性能的因素，并在畢業(yè)后從事機(jī)械制造、工程結(jié)構(gòu)等相關(guān)行業(yè)時(shí)能夠充分理順各種影響材料力學(xué)性能的因素，并采用各種合理的手段有效地改善力學(xué)性能。本文試圖從定性的角度探討影響金屬材料力學(xué)性能的各種因素。

在機(jī)械工程材料及材料成形技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)過程中，經(jīng)常提到的一句話就是：“成分、結(jié)構(gòu)決定性能”?？梢哉f，這句話是對影響力學(xué)性能的因素的高度概括。成分亦即化學(xué)成分，是指組成金屬材料的化學(xué)元素組成及其比例構(gòu)成。在金屬的物理、化學(xué)、力學(xué)、工藝等四大性能中，成分都處于決定性的地位，具有決定性的作用，是第一位的。也就是說，在力學(xué)性能的影響因素中，成分最為重要。在金屬材料中，黑色金屬和有色金屬屬于兩大不同系列，它們的力學(xué)性能與物理、化學(xué)、工藝性能一樣，受化學(xué)元素組成的影響最大，因此，各種牌號(hào)的鋼種和有色合金應(yīng)運(yùn)而生也就在情理之中了。

其次，就是結(jié)構(gòu)對于力學(xué)性能的影響。結(jié)構(gòu)的概念更為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)的本質(zhì)是原子或原子集團(tuán)的排列。1848年A.Bravais采用數(shù)學(xué)分析方法證明晶體中的空間點(diǎn)陣排列只能有14種理想結(jié)構(gòu)，機(jī)械工程應(yīng)用較為廣泛的金屬材料主要有體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格結(jié)構(gòu)排列。同一成分的金屬材料在不同加工條件下可能會(huì)處于不同的晶體結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)不同的力學(xué)性能。這也正是熱處理控制相變，以達(dá)到改性目的的物理依據(jù)[1]。

在金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，晶體排列并非完全理想的排列狀態(tài)。由于鑄造、熱處理、壓力加工等外界因素的影響，缺陷不可避免地存在于晶體結(jié)構(gòu)排列中，從而對力學(xué)性能產(chǎn)生影響，某些情況下甚至影響非常嚴(yán)重。這些缺陷從存在的空間角度而言表現(xiàn)為點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷等，其中點(diǎn)缺陷包括空位和間隙原子；線缺陷的集中表現(xiàn)形式是位錯(cuò)，從幾何結(jié)構(gòu)可分為刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)。金屬晶體中的面缺陷包括晶界、亞晶界、孿晶界、相界、表面、層錯(cuò)等。這些缺陷的存在都導(dǎo)致金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)偏離了理想結(jié)構(gòu)，從而對力學(xué)性能產(chǎn)生顯著影響?？刂迫毕莸念愋?、數(shù)量、分布也是一種控制力學(xué)性能的有效方法，在生產(chǎn)實(shí)踐中，經(jīng)常采用直接或間接控制缺陷的辦法，以達(dá)到控制力學(xué)性能的目的。

圖1表達(dá)了各種對材料力學(xué)性能的影響因素及其影響層次，涉及到材料成形工藝因素。其中，鑄造過程中，廣泛采用的是控制凝固及變質(zhì)處理；熱處理工藝本身就是為了改變結(jié)構(gòu)從而改變力學(xué)性能而發(fā)展起來的[2]；壓力加工過程引起的結(jié)構(gòu)缺陷的變化改變了材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而在成形的同時(shí)達(dá)到改變力學(xué)性能的目的[3]；焊接的本質(zhì)上是焊縫部位的局部、快速冶金過程。

綜上所述，影響力學(xué)性能的因素是非常復(fù)雜的，簡而言之，成分與結(jié)構(gòu)相比較，成分起主導(dǎo)作用。在成分一定的前提下，金屬本身固有的實(shí)際結(jié)構(gòu)則處于決定性的地位，鑄造、熱處理、壓力加工、焊接等工藝方式只能在一定的范圍內(nèi)通過改變結(jié)構(gòu)，達(dá)到改變力學(xué)性能的目的。

結(jié)論：本文簡要分析了影響金屬材料力學(xué)性能的因素以及這些影響因素之間的關(guān)系。其中化學(xué)成分起主導(dǎo)作用。在成分一定的前提下，金屬本身固有的實(shí)際結(jié)構(gòu)則處于決定性的地位，金屬加工工藝方式只能在一定的范圍內(nèi)通過改變結(jié)構(gòu)，達(dá)到改變力學(xué)性能的目的。通過分析，可以澄清學(xué)生對于金屬力學(xué)性能影響因素的認(rèn)識(shí)，有利于學(xué)生制造工藝水平的提高。

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作者信息：劉玉高，男（1969.8--）， 山東煙臺(tái)人，碩士，副教授，主要研究方向：金屬材料的凝固及表面改性。

本課題得到青島農(nóng)業(yè)大學(xué)名校課程建設(shè)《材料成型技術(shù)基礎(chǔ)》的資助，項(xiàng)目編號(hào)：XJP2015013。