金属的力学性能优化指南

金属材料的性能直接关系到汽车的制造装配、运行维护、使用寿命和加工成本，是合理选用汽车零部件材料的重要依据。金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。使用性能是指金属材料为保证机械零件或工具正常工作应具备的性能，即在正常使用条件下所表现出来的性能，包括力学性能、物理性能和化学性能。使用性能决定了材料的使用范围、安全可靠性和使用寿命。工艺性能是指金属材料在各种加工过程中所表现出来的性能，包括铸造性能、锻压性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能等。

金属的力学性能是指金属在外力作用下表现出来的性能。表征和判定金属力学性能所用的指标和依据，称为金属力学性能判据。判据的高低表征了金属抵抗各种损伤的能力的大小，也是金属制件设计时选材和进行强度计算的主要依据。

金属在加工和使用过程中都会受到外力的作用，这种外力通常称为载荷。载荷按照性质不同，一般可分为静载荷和动载荷（冲击载荷和交变载荷统称为动载荷）。静载荷指载荷的大小和方向不随时间发生变化或变化极缓慢的载荷。例如：汽车在静止状态下，车身自重引起的对车架和轮胎的压力属于静载荷。冲击载荷是指以较高的速度作用于零部件上的载荷。例如：当汽车在不平的道路上行驶时，车身对车架和轮胎的冲击即为冲击载荷；交变载荷指大小与方向随时间发生周期性变化的载荷。运转中的发动机曲轴、齿轮等零部件所承受的载荷均为交变载荷。根据加载形式的不同，外加载荷可分为拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷、剪切载荷和扭转载荷等，如图2-1所示。

图2-1　载荷的作用形式

金属材料在外加载荷作用下，形状和尺寸的变化称为变形。变形一般分为弹性变形和塑性变形。所谓弹性变形，是指构件受到外加载荷作用时产生变形，载荷卸除后恢复原状的变形。而塑性变形则是指构件在外加载荷作用下产生变形，且当载荷卸除后不能恢复原状的变形，也称之为永久变形。(www.xing528.com)

金属材料的力学性能是设计和制造汽车零件的重要依据，也是控制汽车零件质量的重要参数。金属材料的选择离不开对金属力学性能的分析。例如汽车轮胎紧固螺栓材料及规格的选择，就必须能够保证螺栓在使用过程中不会由于承受不住剪切力而扭断，从而保证驾乘人员的安全，如图2-2所示。

图2-2　汽车轮胎紧固螺栓

金属材料的力学性能主要包括静态力学性能（强度、塑性、硬度）和动态力学性能（韧性、疲劳强度）。