铬-强度-硬度-弹性-晶体结构

在材料力学中材料强度是其承受施加载荷而不失效或塑性变形的能力。材料强度基本上考虑了两者之间的关系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，考虑这些因素是很重要的，以便所选择的材料具有足够的强度来抵抗施加的载荷或力并保持其原始形状。材料强度是其承受这种施加载荷而不失效或塑性变形的能力。

的示意图应力-应变曲线低碳钢在室温下的粘度如图所示。有几个阶段表现出不同的行为，这表明不同的力学性能。澄清一下，材料可以错过图中显示的一个或多个阶段，或者有完全不同的阶段。在这种情况下，我们必须区分的应力-应变特性韧性和脆材料。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的末端位置线性区域，因此应力-应变曲线为直线，梯度等于弹性模量材料的。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和胡克定律适用。在比例极限和屈服点之间，胡克定律变得不可靠，应变增加得更快。
• 屈服点．屈服点是应力-应变曲线上的点，表示弹性行为的极限和塑性行为的开始。屈服强度或者屈服应力是材料的特性，定义为材料开始塑性变形的应力，而屈服点是非线性(弹性+塑性)变形开始的点。在屈服点之前，材料会发生弹性变形，当施加的应力被移除时，材料会恢复到原来的形状。一旦超过屈服点，变形的一部分将是永久的和不可逆转的。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35mpa到高强度钢的大于1400mpa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。这对应于最大应力这可以通过张力结构来维持。极限抗拉强度通常缩写为“抗拉强度”，甚至缩写为“极限”。如果施加并维持这种应力，就会导致断裂。通常，这个值明显大于屈服应力(对于某些类型的金属，比屈服应力高50%到60%)。当延性材料达到其极限强度时，它会经历颈缩，即截面面积局部减小。应力-应变曲线所含应力不高于极限强度。即使变形可以继续增加，应力通常在达到极限强度后减小。它是一种集约属性;因此，它的值不取决于试样的大小。然而，它取决于其他因素，如试样的制备，表面缺陷的存在或不存在，以及温度测试环境和材料。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。此时，应变达到最大值，材料实际断裂，尽管此时对应的应力可能小于极限强度。延性材料的断裂强度低于极限抗拉强度(UTS)，而脆性材料的断裂强度与UTS相当。如果延性材料在载荷控制的情况下达到其极限抗拉强度，它将继续变形，没有额外的载荷施加，直到它破裂。然而，如果载荷是位移控制的，材料的变形可以减轻载荷，防止破裂。

当拉应力为均匀杆(应力-应变曲线)时胡克定律描述杆在弹性区域的行为。在此区域内，钢筋的伸长率与拉力和钢筋长度成正比，与横截面积和钢筋成反比弹性模量．在达到极限应力时，物体在卸除载荷后能够恢复其尺寸。施加的应力使晶体中的原子从它们的平衡位置移动。所有原子的位移量相同，但仍保持其相对几何形状。当应力消除时，所有的原子都回到原来的位置，不会发生永久的变形。根据胡克定律,应力与应变成正比(在弹性区)，斜率为杨氏模量．

我们可以将应力与应变相关的相同思想扩展到线性区域的剪切应用中，将剪切应力与剪切应变相关以创建胡克剪切应力定律：

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:

与多晶材料有关的弹性模量:

• 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中得出的。它描述了材料对剪切应力的反应。它的符号是g。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。体积弹性模量描述的是体积弹性，或物体在所有方向上受到均匀载荷时在所有方向上变形的趋势。例如，它描述了对静水压力和等边张力(如海洋底部或深游泳池的压力)的弹性响应。它也是材料的性质，决定了施加应力时的弹性响应。对于流体，只有体积模量是有意义的。

在材料科学中，硬度是承受能力吗表面压痕（局部塑性变形),抓．硬度这可能是定义最不明确的材料性能，因为它可能表示抗刮擦、抗磨损、抗压痕甚至抗成型或局部塑性变形。从工程角度来看，硬度很重要，因为对蒸汽、油和水的摩擦或侵蚀的耐磨性通常随着硬度的增加而增加。

有三种主要的硬度类型测量:

• 划痕硬度．划痕硬度是衡量样品抵抗尖锐物体摩擦引起的永久塑性变形的能力。这个定性测试最常用的量表是莫氏硬度，用于矿物学。的矿物硬度的莫氏标尺是基于一种天然矿物样品明显划伤另一种矿物的能力。材料的硬度是通过找到给定材料可以划伤的最硬的材料或可以划伤给定材料的最软的材料来测量的。例如，如果某种材料被黄玉划伤，而不是被石英划伤，那么它的莫氏硬度将在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，这是由于尖锐物体的恒定压缩载荷造成的。压痕硬度测试主要用于工程和冶金领域。传统的方法是基于定义明确的物理压痕硬度测试。在一种特殊的力的作用下，定义几何形状和尺寸的非常坚硬的压头被连续地压入材料中。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。常用压痕硬度标尺有布氏硬度，罗克韦尔和维氏．
• 反弹硬度．回弹硬度，也称为动态硬度，测量金刚石锤从固定高度落在材料上的“反弹”高度。其中一种用于测量的装置被称为硬度计．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。

三种最常见的基本晶体模式是:

• bcc。在bcc (bcc)原子排列中，单元格由立方体角上的八个原子和立方体体中心的一个原子组成。在bcc排列中，一个晶胞包含(8个角原子×⅛)+(1个中心原子× 1) = 2个原子。填料比简单的立方更有效(68%)，结构是碱金属和早期过渡金属的常见结构。含有BCC结构的金属包括铁氧体、铬、钒、钼和钨。这些金属具有高强度和低延展性。
• fcc。在fcc (fcc)原子排列中，单晶胞由立方体的四个角上的八个原子和立方体每个面中心的一个原子组成。在fcc结构中，一个晶胞包含(8个角原子×⅛)+(6个面原子× 1 / 2) = 4个原子。这种结构及其六边形相对结构(hcp)具有最高的填充效率(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hcp (hcp)原子排列中，晶胞由三层原子组成。顶层和底层包含六个原子在六边形的角上，每个六边形的中心有一个原子。中间层包含三个原子，坐落在顶层和底层的原子之间，因此被称为紧密堆积。六方密堆积(hcp)是密度最高的两种简单的原子堆积类型之一，另一种是面心立方(fcc)。然而，与fcc不同的是，它不是一个Bravais格，因为有两个不等价的格点集。含有HCP结构的金属包括铍、镁、锌、镉、钴、铊和锆。HCP金属的延展性不如FCC金属。