铱-强度-硬度-弹性-晶体结构

在材料力学中，是材料强度是指它在不破坏或不发生塑性变形的情况下承受外加载荷的能力。材料强度主要考虑的是外部负载应用于一种材料及其结果变形或者说物质尺寸的变化。在设计结构和机器时，考虑这些因素是很重要的，以便所选材料将有足够的强度来抵抗外加载荷或力并保持其原始形状。材料强度是它在不破坏或不发生塑性变形的情况下承受施加的载荷的能力。

的原理图应力-应变曲线低碳钢在室温下的变化如图所示。有几个阶段表现出不同的行为，这意味着不同的力学性能。为了澄清，材料可以错过图中显示的一个或多个阶段，或有完全不同的阶段。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．该比例极限对应于应力在末端的位置线性区域，所以应力-应变图是一条直线，梯度等于弹性模量的材料。对于拉应力和压应力，应力与应变成比例的曲线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，应变增加更快。
• 屈服点．屈服点是应力-应变曲线上表示弹性极限和初始塑性行为的点。屈服强度或者说屈服应力是材料的特性，定义为材料开始塑性变形时的应力，而屈服点是非线性(弹性+塑性)变形开始的点。在屈服点之前，材料将发生弹性变形，当施加的应力消除后，材料将恢复到原来的形状。一旦过了屈服点，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被称为屈服点现象的特性。屈服强度从低强度铝的35 MPa到超高强度钢的1400 MPa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紧张的结构来维持。极限抗拉强度常被简称为“抗拉强度”甚至“极限”。如果施加并维持这种应力，就会导致断裂。通常，这个值比屈服应力大得多(比某些类型的金属的屈服高50%到60%)。当延性材料达到极限强度时，它会在截面积局部减少的地方发生缩颈。应力-应变曲线中不包含高于极限强度的应力。即使变形可以继续增加，应力通常降低后，极限强度已达到。它是一个密集性质;因此，它的值与试件的尺寸无关。然而，它取决于其他因素，如试样的制备，表面缺陷的存在或其他，以及温度测试环境和材料。极限抗拉强度从铝的50 MPa到高强度钢的3000 MPa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。韧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相当于极限抗拉强度。如果一种韧性材料在负载控制的情况下达到其极限抗拉强度，它将继续变形，没有额外的负载应用，直到它断裂。然而，如果载荷是位移控制的，材料的变形可以减轻载荷，防止断裂。

对于均匀杆的拉应力(应力-应变曲线)胡克定律描述杆在弹性区域的行为。在这一区域，杆件的伸长率与拉伸力和杆件长度成正比，与横截面积和成反比弹性模量．在一个极限应力下，一个物体将能够在移除载荷时恢复其尺寸。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，但仍然保持它们的相对几何形状。当应力消除后，所有原子都恢复到原来的位置，不会发生永久的变形。根据胡克定律,应力与应变(弹性区域)成正比，斜率为杨氏模量．

我们可以将应力与应变相关的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来创建切应力的胡克定律：

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。杨氏弹性模量是单轴变形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，是由圆柱形试件的扭转得到的。它描述了材料对剪切应力的响应。其符号为g。剪切模量是测量材料刚度的几个物理量之一，产生于广义的胡克定律。
• 体积弹性模量。体弹性模量描述的是体积弹性，或一个物体的变形趋势，在所有方向均匀加载。例如，它描述了对静水压力和等边张力(就像海底或深游泳池的压力)的弹性响应。它也是一种材料的性质，决定了弹性响应的应用应力。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．硬度它可能是定义最不明确的材料性能，因为它可能表明耐划伤、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。

有三种主要的硬度测量:

• 划痕硬度．划痕硬度是测量样品如何抵抗由于尖锐物体的摩擦而产生的永久塑性变形。这个定性测试最常见的量表是莫氏硬度，用于矿物学。的莫氏硬度计矿物硬度是基于一种天然矿物样本对另一种矿物的明显划痕能力。材料的硬度是通过找到最硬的材料可以划伤给定的材料，或最软的材料可以划伤给定的材料来测量的。例如，如果一些材料被黄玉划伤而不是石英划伤，它在莫氏硬度表上的硬度会在7 - 8之间。
• 压痕硬度．压痕硬度衡量的是承受能力表面压痕(局部塑性变形)和由于尖锐物体的恒定压缩载荷，样品对材料变形的阻力。压痕硬度的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。确定几何形状和尺寸的非常硬的压头在特定的力下连续压入材料。变形参数，如罗克韦尔法中的压痕深度，被记录下来以给出硬度的测量值。常用的压痕硬度标尺有布氏硬度，罗克韦尔而且维氏．
• 反弹硬度．回弹硬度，也被称为动态硬度，衡量的是钻石头锤从固定的高度落在材料上“反弹”的高度。用于进行这种测量的一种设备被称为硬度计．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落的8个原子和立方体中心的一个原子组成。在bcc排列中，一个单元格包含(8个角原子×⅛)+(1个中心原子× 1) = 2个原子。该结构比简单立方结构效率高68%，是碱金属和早期过渡金属常见的结构。含有BCC结构的金属包括铁素体、铬、钒、钼和钨。这些金属强度高，延展性低。
• fcc。在原子的fcc (fcc)排列方式中，单元细胞由立方体的每个角落的8个原子和立方体每个面中心的一个原子组成。在fcc排列中，一个单元格包含(8个角原子×⅛)+(6个面原子×½)= 4个原子。该结构及其六方相对(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。这些金属强度低，延展性高。
• hcp。在原子的hcp (hcp)排列中，单位细胞由三层原子组成。最上层和最下层包含6个位于六边形四角的原子和每个六边形中心的一个原子。中间层包含三个原子，位于顶层和底层原子之间，因此得名“紧密排列”。六边形紧密堆积(hcp)是两种密度最高的原子堆积形式之一，另一种是面心立方(fcc)。然而，与fcc不同的是，它不是Bravais晶格，因为它有两个不等价的晶格点集。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。