金属材料的力学性能是指受外力作用时所反映出来的性能，主要有弹性、塑性、强度、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。它是衡量金属材料优劣的极其重要的标志。

1.弹性和塑性

金属材料在外力作用下改变其形状和尺寸，在外力去掉后能恢复原始形状和尺寸的性能叫做弹性。这种随着外力消失而消失的变形称为弹性变形。

金属在外力作用下，产生永久变形而不致引起断裂的性能称为塑性。在外力消失后留下来的这部分不可恢复的变形叫做塑性变形。

金属材料是一种既具有弹性又具有塑性的材料。其弹性和塑性的表现常常是有条件的，在作用力达到某一定值以前，变形是弹性的，超过此值，变形是塑性的。

图2-73 拉伸试样

将金属材料制成图2-73所示的标准试样，在材料试验机上对其两端施加静拉力F，试样产生变形。若将试样从开始直到断裂前所受的拉力F与其所产生的伸长Δl绘成曲线，可得到拉伸曲线。它反映金属材料在拉伸过程中的弹性变形、塑性变形直到断裂的综合力学特性。

拉伸曲线与试样尺寸有关，因此，常用应力（单位截面上的拉力）和应变ε（单位长度上的伸长量）来代替F和Δl，由此绘成的曲线叫做应力-应变曲线。它和拉伸曲线具有相同的形式。

从图2-74可知，在载荷未达到e点之前，试样只产生弹性变形，故σ_e为材料所承受的、不产生永久变形的最大应力，叫做弹性极限。在载荷超过e点后，试样所承受的载荷虽不再增加，但仍继续产生塑性变形，应力-应变曲线上出现水平线段，这种现象叫做屈服，s点是开始屈服的点，它是金属材料从弹性状态转向塑性状态的标志。有些金属材料在拉伸图中没有明显的水平线段，它的屈服点很难测定，通常规定产生0.2％的塑性变形时的应力作为屈服强度，用R_p0.2表示。当载荷继续增加到m点时，试样截面出现局部变细的缩颈现象，因为截面变小，载荷也就下降，至k点时试样被拉断。m点的拉力是试样在断前所能承受的最大载荷。

图2-74 普通低碳钢应力-应变曲线

金属材料的塑性通常用断后伸长率来表示，即

A=[（L_u-L₀）／L₀]×100％

式中 A——断后伸长率（％）；

L₀——试样原始标距（mm）；

L_u——试样拉断后的标距（mm）。

金属材料的塑性也常用断面收缩率Z来表示，即

Z=[（S₀-S_u）／S₀]×100％

式中 Z——断面收缩率（％）；

S₀——试样原始横截面积（mm²）；

S_u——试样断裂后缩颈处最小横截面积（mm²）。

A或Z越大，则塑性越好。良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。(www.daowen.com)

2.强度

强度是金属材料在静载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力。按照作用力性质的不同，强度可分为抗拉强度、屈服强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等。工程上常用来表示金属材料强度的指标有屈服强度和抗拉强度。

屈服强度是试样在试验过程中力不增加仍能继续伸长时的应力，亦即抵抗微量塑性变形的应力。应区分上屈服强度（R_eH）和下屈服强度（R_eL）。

抗拉强度是指金属材料在拉断前所承受的最大应力，用R_m表示。其计算公式为

R_m=F_m／S₀

式中 F_m——试样在断裂时的最大载荷（N）；

S₀——试样原始横截面积（mm²）；

R_m——抗拉强度（MPa）。

屈服强度和抗拉强度是评定金属材料性能的重要参数，是机械设计的依据之一。因为金属材料在超过其屈服强度的条件下工作会引起机件的塑性变形，在超过其抗拉强度的条件下工作会导致机件的破坏。

3.硬度

金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度。它是材料力学性能的一个综合物理量，表示金属材料在一个小的体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形或破断的能力。

金属材料的硬度可用专门仪器来测定，常见的有布氏硬度计和洛式硬度计，对应的测量值称为布氏硬度和洛氏硬度，分别用符号HBW和HR表示。

4.冲击韧度

冲击试样缺口底部单位横截面积上的冲击吸收能量，叫做冲击韧度。常用一次摆锤弯曲冲击试验来测定金属材料的冲击韧度，即把标准冲击试样一次击断，用试块缺口处单位横截面积上的冲击吸收能量来表示冲击韧度，即

a_K=K／S

式中 a_K——冲击韧度（J／cm²）；

S——试样原始横截面积（cm²）；

K——折断试样所消耗的冲击吸收能量（J）。

有些机器零件和工具在工作时要承受冲击作用，如蒸汽锤的锤杆、压力机的冲头等。由于瞬时的外力冲击作用所引起的变形和应力比静载荷时大得多，因此，在设计受冲击载荷的零件和工具时，必须考虑所用材料的冲击韧度。

5.疲劳极限

金属材料在指定的循环基数下（一般为10⁷或更高一些）的中值疲劳强度称为疲劳极限。

为了提高零件的疲劳极限，可通过改善零件的结构来避免应力集中，以及采取表面强化的方法。