钡-强度-硬度-弹性-晶体结构

在材料力学中材料的强度它能承受施加的载荷而不发生失效或塑性变形。材料强度基本上考虑的是外部负载应用于一种材料及其结果变形或者材料尺寸的变化。在设计结构和机器时，重要的是要考虑这些因素，以便所选材料将有足够的强度来抵抗施加的载荷或力，并保持其原始形状。材料的强度它能承受这种施加的载荷而不发生故障或塑性变形。

的原理图应力-应变曲线如图所示。有几个阶段表现出不同的行为，这表明不同的力学性质。需要说明的是，材料可能会错过图中所示的一个或多个阶段，或者具有完全不同的阶段。在这种情况下，我们必须区分应力-应变特性韧性而且脆材料。以下几点描述了应力-应变曲线的不同区域以及几个特定位置的重要性。

• 比例限制．比例极限对应于应力在末端的位置线性区域，那么应力应变图是一条直线，梯度将等于弹性模量的材料。对于拉应力和压应力，曲线中应力与应变成正比的部分的斜率称为杨氏模量而且胡克定律适用。在比例极限和屈服点之间，胡克定律变得可疑，应变增加得更快。
• 屈服点．屈服点是应力-应变曲线上表示弹性行为极限和塑性开始行为的点。屈服强度或者屈服应力是材料特性定义为材料开始塑性变形的应力，而屈服点是材料开始非线性(弹性+塑性)变形的点。在屈服点之前，材料会发生弹性变形，当外加应力消除后，材料会恢复到原来的形状。一旦超过屈服点，部分变形将是永久的和不可逆的。有些钢和其他材料表现出一种称为屈服点现象的行为。屈服强度从低强度铝的35兆帕到高强度钢的大于1400兆帕不等。
• 极限抗拉强度．的极限抗拉强度为工程应力-应变曲线上的最大值。这对应于最大应力它可以被处于张力中的结构所维持。极限抗拉强度常被简称为“抗拉强度”，甚至简称为“极限”。如果施加这种应力并保持这种应力，就会导致断裂。通常，这个值远远大于屈服应力(对于某些类型的金属来说，比屈服应力高出50%到60%)。当韧性材料达到极限强度时，它会发生颈缩，截面面积局部减小。应力-应变曲线不包含高于极限强度的应力。尽管变形可以继续增加，但在达到极限强度后，应力通常会减少。它是一种密集属性;因此，它的值不取决于试件的大小。然而，它取决于其他因素，如标本的制备，表面缺陷的存在或其他情况，以及温度的测试环境和材料。极限抗拉强度从铝的50兆帕到高强度钢的3000兆帕不等。
• 断裂点:断裂点是材料物理分离的应变点。在这一点，应变达到最大值，材料实际上断裂，即使相应的应力可能小于这一点的极限强度。韧性材料的断裂强度低于极限抗拉强度，而脆性材料的断裂强度与极限抗拉强度相当。如果一种韧性材料在负载控制的情况下达到了它的极限拉伸强度，它将继续变形，而不施加额外的负载，直到它破裂。然而，如果加载是位移控制的，材料的变形可以减轻负载，防止破裂。

在均匀杆的拉伸应力(应力-应变曲线)的情况下胡克定律描述杆在弹性区域内的行为。在这一区域内，钢筋的伸长率与钢筋的拉力和长度成正比，与钢筋的截面积和截面成反比弹性模量．在极限应力范围内，物体将能够在去除载荷后恢复其尺寸。施加的应力使晶体中的原子离开它们的平衡位置。所有的原子移位量相同，仍然保持它们的相对几何形状。当应力消除后，所有的原子都回到原来的位置，不会发生永久变形。根据胡克定律,应力与应变成正比(在弹性区域)，斜率为杨氏模量．

我们可以把把应力与应变联系起来的想法扩展到线性区域的剪切应用中，把剪应力与剪切应变联系起来胡克剪应力定律：

对于弹性区域内的各向同性材料，可以将泊松比(ν)、杨氏弹性模量(E)和剪切弹性模量(G)联系起来:

多晶材料的弹性模量:

• 杨氏弹性模量。杨氏弹性模量是在单轴变形的线性弹性状态下拉伸和压缩应力的弹性模量，通常通过拉伸试验来评估。
• 剪切弹性模量。剪切模量，或刚度模量，是从圆柱形试件的扭转推导出来的。它描述了材料对剪切应力的响应。剪切模量是测量材料刚度的几个量之一，它出现在广义胡克定律中。
• 体积弹性模量。体弹性模量描述的是体积弹性，或一个物体在各个方向均匀受力时向各个方向变形的趋势。例如，它描述了对静水压力和等边张力的弹性响应(就像海底或深水游泳池的压力)。它也是材料的特性，决定了对施加应力的弹性响应。对于流体，只有体积模量是有意义的。

在材料科学,硬度是承受能力吗表面压痕（局部塑性变形),抓．硬度可能是定义最不清楚的材料性能，因为它可能表示耐划伤、耐磨损、耐压痕，甚至耐成型或局部塑性变形。从工程角度来看，硬度很重要，因为摩擦或蒸汽、油和水的侵蚀的耐磨性通常随着硬度的增加而增加。

有硬度有三种主要类型测量:

• 划痕硬度．划痕硬度是衡量一个样品对锋利物体摩擦造成的永久塑性变形的抵抗程度。这种定性测试最常见的量表是莫氏硬度这是在矿物学中使用的。的莫氏矿物硬度标尺是基于一种天然矿物样品对另一种矿物的明显划痕能力。一种材料的硬度是根据比例尺来测量的，方法是找到能划伤给定材料的最硬材料，或能划伤给定材料的最软材料。例如，如果某种材料被黄玉划伤而没有被石英划伤，它的莫氏硬度就会下降到7到8之间。
• 压痕硬度．压痕硬度衡量的是抗压能力表面压痕(局部塑性变形)和样品对材料变形的阻力，由于来自尖锐物体的恒定压缩负载。压痕硬度测试主要用于工程和冶金领域。传统的方法是基于明确的物理压痕硬度测试。在特定的力下，将定义几何形状和尺寸的非常硬的压头连续压入材料中。变形参数，如洛氏法中的压痕深度，被记录下来以给出硬度的测量。常见的压痕硬度刻度有布氏硬度，罗克韦尔而且维氏．
• 反弹硬度．反弹硬度，也被称为动态硬度，衡量的是钻石头锤从固定的高度掉落到材料上时“反弹”的高度。其中一种用于测量的设备被称为硬度计．它由一个从固定高度落下的钢球组成。这种硬度与弹性有关。

最常见的三种基本晶体图案是:

• bcc。在原子的bcc (bcc)排列中，单位细胞由立方体角上的8个原子和立方体主体中心的1个原子组成。在bcc排列中，一个单细胞包含(8个角原子×⅛)+(1个中心原子× 1) = 2个原子。该结构比简单的立方结构更有效(68%)，是碱金属和早期过渡金属的常见结构。含有BCC结构的金属包括铁素体、铬、钒、钼和钨。这些金属具有高强度和低延展性。
• fcc。在原子的fcc (fcc)排列中，单元单元由立方体角上的8个原子和立方体每面中心的1个原子组成。在催化裂化排列中，一个单元单元包含(8个角原子×⅛)+(6个面原子×½)= 4个原子。这种结构，连同它的六边形相对结构(hcp)，具有最有效的包装(74%)。含有FCC结构的金属包括奥氏体、铝、铜、铅、银、金、镍、铂和钍。这些金属具有低强度和高延展性。
• hcp。在原子的hcp (hcp)排列中，单位细胞由三层原子组成。顶层和底层在一个六边形的角上有六个原子，每个六边形的中心有一个原子。中间层包含三个原子，夹在顶层和底层的原子之间，因此得名紧密排列。六方密堆(hcp)是两种密度最高的简单原子堆类型之一，另一种是面心立方(fcc)。然而，与fcc不同的是，它不是一个Bravais晶格，因为有两个非等价的晶格点集合。含有HCP结构的金属包括铍、镁、锌、镉、钴、铊和锆。HCP金属不如FCC金属韧性好。