镁-强度-硬度-弹性-晶体结构

在材料力学中材料强度是指它能承受外加载荷而不发生失效或塑性变形的能力。材料强度主要考虑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。材料强度是指它能够承受这种施加的载荷而不发生失效或塑性变形。

的原理图应力-应变曲线低碳钢在室温下的性能如图所示。有几个阶段表现出不同的行为，这表明不同的力学性能。为了澄清，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。下面的点描述了应力-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，因此应力-应变图是一条直线，梯度将等于弹性模量材料的。对于拉应力和压应力，应力与应变成正比的曲线部分的斜率被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，胡克定律变得不可靠，应变增加更快。
• 屈服点．屈服点是应力-应变曲线上指示弹性行为极限和塑性行为开始的点。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，当施加的应力消除时，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35mpa到高强度钢的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。这对应于最大应力它可以被一个处于张力中的结构所支撑。极限抗拉强度常缩写为“抗拉强度”，甚至缩写为“极限”。如果施加并保持这种应力，就会导致断裂。通常，这个值比屈服应力大得多(对于某些类型的金属，比屈服应力大50%到60%)。当韧性材料达到极限强度时，它会经历局部截面积减小的缩颈。应力-应变曲线所包含的应力不高于极限强度。即使变形可以继续增加，在达到极限强度后，应力通常会减小。这是一种集约性质;因此，它的值不依赖于试样的大小。然而，它取决于其他因素，如样品的制备，表面缺陷的存在或其他情况，以及温度测试环境和材料。极限抗拉强度从铝的50兆帕到非常高强度钢的3000兆帕。
• 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，即使相应的应力可能小于此时的极限强度。韧性材料的断裂强度低于极限拉伸强度(UTS)，而脆性材料的断裂强度相当于极限拉伸强度。如果一种延性材料在负载控制的情况下达到其极限拉伸强度，它将继续变形，没有额外的负载应用，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。

在均匀杆的拉应力(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，棒材的伸长率与拉伸力和棒材长度成正比，与横截面积成反比弹性模量．在极限应力下，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从它们的平衡位置移动。所有的原子都发生了相同的位移，并且仍然保持它们的相对几何形状。当应力消除时，所有原子都恢复到原来的位置，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．

我们可以把把应力和应变联系起来的想法推广到线性区域的剪切应用中，把剪应力和剪切应变联系起来，从而创造胡克剪应力定律：

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:

与多晶材料相关的弹性模量:

• 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，或刚性模量，是由圆柱形试件的扭转得出的。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。体积弹性模量描述的是体积弹性，或物体在各个方向均匀加载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(如海底或深游泳池的压力)的弹性响应。这也是材料的性质，决定弹性响应的应用应力。对于流体，只有体积模量是有意义的。

在材料科学中，硬度是否有能力承受表面压痕（局部塑性变形),抓．硬度可能是定义最不明确的材料特性，因为它可能表示耐刮划、耐磨损、耐压痕甚至耐成型或局部塑性变形。从工程的角度来看，硬度是很重要的，因为摩擦磨损或蒸汽、油和水侵蚀磨损的阻力通常随着硬度的增加而增加。

有硬度主要有三种类型测量:

• 划痕硬度．划痕硬度是衡量样品对由尖锐物体摩擦引起的永久塑性变形的抵抗力的指标。这种定性测试最常见的量表是莫氏硬度，用于矿物学。的莫氏矿物硬度标度是基于一种天然矿物样品能明显地划伤另一种矿物的能力。材料的硬度是通过找到给定材料能划伤的最硬的材料，或能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，其莫氏硬度会下降到7到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)和样品对由于来自尖锐物体的恒定压缩载荷引起的材料变形的阻力。压痕硬度测试主要应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。定义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。形变参数，如洛氏法中的压痕深度，都被记录下来以给出硬度的测量值。常见的压痕硬度标尺有布氏硬度，罗克韦尔而且维氏．
• 反弹硬度．反弹硬度，也称为动态硬度，测量金刚石头锤从固定高度跌落到材料上的“反弹”高度。其中一种用来进行这种测量的设备被称为a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。

最常见的三种基本水晶图案是:

• bcc。在原子的bcc (bcc)排列中，单位细胞由立方体角上的8个原子和立方体中心的1个原子组成。在密cc结构中，一个单位细胞包含(8个角原子×⅛)+(1个中心原子× 1) = 2个原子。与简单立方填料相比，其填料效率高达68%，是碱金属和早期过渡金属常用的填料结构。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fcc (fcc)原子排列中，单位细胞由立方体角上的8个原子和立方体各面中心的1个原子组成。在催化裂化排列中，一个单元格包含(8个角原子×⅛)+(6个面原子×½)= 4个原子。这种结构，连同它的六边形相对结构(hcp)，具有最有效的封装(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hcp (hcp)原子排列中，单位细胞由三层原子组成。顶层和底层在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。六角形紧密堆积(hcp)是两种密度最高的简单原子堆积类型之一，另一种是面心立方(fcc)。然而，与fcc不同的是，它不是布拉维斯晶格，因为有两个不等效的格点集。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。