金屬零件受一定外力作用時，對金屬材料有一定的破壞作用。因此要求金屬材料具有抵抗外力的作用而不被破壞的效能，這種效能稱為機械效能。金屬材料的機械效能主要包括：
強度、塑性、硬度、衝擊韌性和疲勞強度等。它們的具體數值是在專門的試驗機上測定出來的。
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（當外力取消後，變形消失並恢復到原來形狀）和塑性變形（當外力除去後，不能恢復到原來形狀，保留一部分殘餘形變）。
當金屬材料受外力作用時，其內部還將產生乙個與外力相對抗的內力，它的大小與外力相等，方向相反。單位截面上的內力稱為應力。在拉伸和壓縮時應力用符號σ表示。
σ=p/f
式中： σ — 應力，mpa;
p — 拉伸外力，n；
f — 試樣的橫截面積，mm2。
強度是金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。強度可通過拉力試驗來測定。將圖（a）所示標準樣安裝在拉力試驗機上，對其施加乙個平穩而無衝擊逐漸遞增的軸向拉力，隨著拉力的增加試樣產生形變如圖（b）直到斷裂如圖（c）。
以試樣的受拉力p為縱座標，伸長值⊿l為橫座標，給製出拉伸曲線。
oe段：負荷與伸長成線性關係，是材料的彈性變形階段。
金屬材料由彈性變形過渡到塑性變形時的應力稱為彈性極限，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荷，n；
fo — 試樣原橫截面積，㎜2 。
當負荷超過e點，試樣開始產生塑性變形，這一段曲線幾乎呈水平，表明試樣在拉伸過程中，負荷不增加甚至有降低，試樣繼續塑性形變，材料喪失了抵抗變形的能力。這種現象稱為屈服。產生現象時的應力稱為屈服點，用σs表示。
σs=ps/fo
式中： σs — 屈服點，mpa ；
ps — 材料產生明顯形變時的負荷，n；
fo — 試樣原橫截面積，㎜2 。
負荷超過s點後，形變數隨負荷增加而急劇增加，當過b點，形變部位出現縮頸現象，試樣已不能抵抗外力作用，在k點發生斷裂。試樣拉斷前能承受的最大負荷 pb所對應的應力稱為抗拉強度，用σb表示。
σb= pb/fo
式中： σb — 抗拉強度，mpa ；
pb — 試樣拉斷前的最大拉力，n；
fo — 原橫截面積，㎜2 。
屈服強度（σs），抗拉強度（σb）和屈強比（屈服強度與抗拉強度的比σs/σb）是評定金屬材料質量的重要機械效能指標，是設計和選材的主要依據之一。
塑性是金屬材料受外力作用時斷裂前產生塑性變形的能力。通常用兩種方法來表示。
（1） 伸長率：試樣拉斷後標距部分所增加的長度與原標距長度的百分比，用δ表示。
δ=（l1－l0）/l0×100%
式中：δ — 試樣的伸長率，%；
l1 — 試樣拉斷後標距長度，㎜；
l0 — 試樣原標距長度，㎜.
(2) 斷面收縮率：試樣拉斷後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。
式中 φ — 試樣的斷面收縮率，%；
f0 — 試樣原橫截面積，㎜2 。
f1 — 試樣拉斷後縮頸處的最小橫截面積，㎜2 。
δ、φ的數值越大，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行塑性加工的必要條件。
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，強度也比較高。硬度是評價金屬材料質量的機械效能指標，也是機械零件設計要求的技術條件之一。
生產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合金球，以相應的試驗力壓入試樣表面，經規定保荷時間後卸除試驗力，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荷作為布氏硬度值，用符號hbs（hbw）表示。
hbs（hbw）=
式中：hbs（hbw）— 布氏硬度值，kgf－㎜2 ;
p — 加在淬火鋼球上的負荷，kgf；
d — 淬火鋼球直徑，㎜。
壓頭為鋼球時用hbs，適用於布氏硬度值在450以下的材料，如鑄鐵和有色金屬。壓頭為硬質合金球時用hbw，適用於布氏硬度值在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製的**進行換算。
硬度表示金屬材料在區域性範圍內對塑性變形的抗力，所以硬度與強度間有一定的換算關係。
衝擊韌性是金屬材料抗擊衝擊負荷的能力。現在普通採用一次擺錘衝擊試驗來測定材料的衝擊韌性。
實驗表明，材料受小能量多次重複衝擊的能力，主要取決於材料強度。強度越高，壽命越長，設計中可不必過分追求高衝擊值。
實際中許多任務件所承受負荷的方向和大小是週期變化的。這種週期變化的負荷稱為交變負荷。金屬工件在交變負荷作用下，經長時間工作而發生斷裂的現象稱為金屬疲勞。
在交變負荷作用下金屬工件所受應力大小和斷裂前應力交變迴圈的次數有關。應力越大，則斷裂前能隨承受的迴圈次數越低。當鋼鐵材料的迴圈次數達到107，有色金屬的迴圈次數達到108 時，若試樣仍不發生疲勞破壞，其最大應力稱為該材料的疲勞極限。
當應力交變迴圈對稱時，疲勞極限用σ-1表示。
生產中多數金屬工件是在交變負荷下工作的，疲勞破壞是破裂的主要形式。因此疲勞強度設計是材料的重要強度計算之一。另外，改善零件結構形狀避免應力集中；降低表面粗糙度；採取表面強化處理等都能有效提高金屬工件的抗疲勞能力。
包括比重、溶點、導電性、導熱性和膨脹性等。工件用途不同，對金屬材料的物理效能要求不一樣
主要指金屬材料在定溫或高溫條件下抵抗活潑介質對其浸蝕的能力。
是金屬材料物理和化學效能的綜合，是否易於加工成型的能力。按工藝方法不同，工藝效能主要有鑄造效能、鍛造效能、焊接性和切削加工效能。在設計零件及選擇加工方法時要考慮材料的工藝效能。
普通碳鋼和鑄鐵均屬鋼碳合金範疇，合金鋼和合金鑄鐵是有意加入合金元素的鐵碳合金。鐵和碳是鋼鐵材料的兩個最基本的組元。
目前應用的鐵碳合金，其含碳量均在6.69%以下，當含碳量大於6.69%的鐵碳合金脆性極大，沒有實用意義。
含碳量小於2.11%的鐵碳合金稱為鋼，含碳量大於2.11%的鐵碳合金稱為生鐵。
一切固態物質，根據其內部原子的聚集狀態可分為晶體與非晶體兩大類。晶體內部的原子在空間作規則的排列，如食鹽、金剛石、石墨和所有的金屬都是晶體。非晶體內部的原子則雜亂無章地無規則的規程，如玻璃、瀝青、石臘和松香等都是非晶體。
大多數金屬在固態下的晶格保持不變，但是有些金屬，如鐵、鋅、銻、錳、鉬等在固態下，隨著溫度的變化，其晶體結構還會發生轉變，這種晶體形式的轉變稱為同素異構轉變。同素異構轉變過程也是重結晶過程。如純鐵的溶點為1534℃和912℃時先後發生兩次晶格形式的轉變；①在1538～1394℃時為體心立方晶格，稱為σ——鐵，②1394～912℃為麵心立方晶格，稱γ——鐵，③在912℃以下為體心立方晶格，稱為α——鐵。
鐵的同素異構轉變是鋼鐵能夠進行熱處理的重要依據。
各種金屬材料具有不同的效能，這是由於其內部組織結構決定的。在液態時，鐵和碳可以溶解為乙個均勻的液相。在固態時，它可以形成固溶體、化合物或混合物。
固溶體是合金中一種組元（溶劑）溶解其他組元（溶質），或組元之間互相溶解而形成的一種均勻固相，形成單一的均勻物質，其中所溶解的組元在顯微鏡下也區別不出來。
金屬化合物，是兩組元相互作用而形成的一種新的具有金屬特性的物質。其晶體結構與效能和兩組元都不同，如鐵碳合金中鐵和碳組成的碳化物稱為滲碳體，化學式為fe3c。
混合物是純金屬，固溶體或化合物按一定重量比例組成的均勻物質。混合物中多部分仍按自己原來的晶格形式結合而成晶體，顯微鏡下可區別出多組元的晶體。絕大多數工業用合金都是混合物，其效能取決於這些混合物多部分的效能及它們的形態、大小和分布。
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編輯 蔣巨集斌 第一章緒論 機械 一切具有確定的運動系統的機器和機構的總稱。機器 1 它們都是人為的實物組合體 2 各實物體間具有確定的相對運動 3 能實現能量轉換或完成有用的機械功。機構 兩個或兩個以上的構件通過活動聯接以實現規定運動的構件組合。構件 組成機械的各個相對運動的實物組合體，它是運動的...
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