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力学性能是金属材料最主要的使用性能，是指金属材料在力的作用下所显示的，与弹性和非弹性相关或涉及应力-应变关系的性能。金属材料的力学性能主要有5个方面：
（1）强度 强度有多个指标。设对应的作用力为 F （N），相应的截面积为 A （m 2 ），则强度 R = F/A ，单位为MPa。
1）最大力 F m ——试样在屈服阶段之后所能抵抗的最大力；对于无明显屈服（连续屈服）的金属材料，为试验期间的最大力。
2）抗拉强度 R m ——金属材料在受拉时抵抗被拉断时所能承受的最大应力值， R m = F m / A 。
3）抗压强度 R mc ——材料在压裂前所能承受的最大应力值。对于脆性材料，指试样压至破坏过程中的最大压缩应力；对于在压缩中不以粉碎性破裂而失效的塑性材料，则抗压强度取决于规定应变和试样的几何形状， R mc = F/A 。
4）抗剪强度 R τ——材料在剪断破坏前所能承受的最大切应力值， R τ= F/A 。
5）挤压强度 R j ——材料在挤压破坏前所能承受的最大挤压应力值， R j = F/A 。
6）抗弯强度 R bb ——材料在弯断前表面所能承受的最大应力值，即弯曲试验中试样破坏时拉伸侧表面的最大正应力， R bb = M/W ， M 为弯曲力矩（N·m）， W 为截面抗弯模量（m 3 ）。
7）抗扭强度 τ m ——材料在扭断前所能承受的最大切应力值， τ m = M τ/ W p ， M τ为扭矩（N·m）， W p 为抗扭截面模量（m 3 ）。
8）屈服强度 R e ——当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点，应区分上屈服强度和下屈服强度。
上屈服强度 R eH ——试样发生屈服而力首次下降前的最高应力，对应上屈服力 F eH 。
下屈服强度 R eL ——试样在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应力，对应下屈服力 F eL 。
9）规定塑性延伸强度 R p ——塑性延伸率等于规定的引伸计标距百分率时的应力，使用的符号应附以下脚注说明所规定的百分率，例如 R p0.2 ，表示规定塑性延伸率为0.2%时的应力。
10）规定总延伸强度 R t ——总延伸率等于规定的引伸计标距百分率时的应力，使用的符号应附以下脚注，说明所规定的百分率，例如 R t0.5 表示规定总延伸率为0.5%时的应力。
11）疲劳强度 σ N ——很多机械零件在交变应力作用下工作一段时间后会发生断裂，而交变应力大小和断裂循环次数之间的有一定的关系。在实际工作中，常把循环次数达到某一数值（常用钢材的循环基数为10 7 ，有色金属和某些超高强度钢的循环基数为10 8 ）时不发生断裂的最高应力称为疲劳强度。
（2）硬度 硬度是指金属材料抵抗局部变形、压痕或划痕的能力，它不是一个简单的物理概念，而是材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标。金属硬度的代号为H。按硬度试验方法的不同，常规表示有布氏硬度（HBW）、洛氏硬度（HRC）、维氏硬度（HV）等，其中以HBW及HRC较为常用。
（3）塑性 塑性是指金属材料受到外力作用时产生显著永久性变形而不断裂的能力，它们分别表示材料受拉时长度变形和截面变形，分别用断后伸长率 A 和断面收缩率 Z 表示。
（4）冲击韧度 它表示金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力，用摆锤弯曲冲击试验测定。将质量为 m 的摆锤提升到 h 1 高度，摆锤由此高度下落时将试样冲断，并升到 h 2 高度，冲断试样所消耗的能量为 K = mg （ h 1 - h 2 ），单位为J。金属的冲击韧度 a K 就是冲断试样时在缺口处单位面积 A （单位为cm 2 ）所消耗的能量，即 a K = K/A ，单位为J/cm 2 。
（5）冲击吸收能量 它是指规定形状和尺寸的试样在摆锤刀刃冲击试验力一次作用下折断时所吸收的能量。U形缺口时用 KU x 表示，V形缺口时用 KV x 表示，单位为J。其中，“ x ”表示刀刃宽度，可为2mm或8mm。
在有的构件上，经常需要开孔、沟槽、缺口、台阶等，导致其几何形状、外形尺寸发生突变。在这些部位附近，因截面的急剧变化，产生的局部高应力峰值远大于由基本公式算得的应力值，这种现象称为应力集中。应力集中削弱了构件的强度，降低了它的承载能力，引起脆性材料断裂，使物体产生疲劳裂纹。应力集中处往往是构件破坏的起始点。
为避免应力集中造成构件破坏，可采取消除尖角、改善构件外形、局部加强孔边以及减小材料表面粗糙度值等措施。
金属材料的理化性能是指金属材料的物理性能和化学性能。
1）物理性能是指金属材料在各种物理条件下所表现出的性能，包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性等。
2）化学性能是指金属在室温或高温条件下抵抗外界介质化学侵蚀的能力，包括耐蚀性和抗氧化性等。
金属材料的工艺性能是指金属材料对不同加工方法的适应能力，主要包括切削加工性、铸造性能、锻造性能和焊接性能。
1）切削加工性指金属材料被刀具切削加工后而成为合格工件的难易程度，其衡量指标是材料的硬度、脆性。
2）铸造性能是合金用铸造生产的方法获得优质铸件的难易程度，其衡量指标是铁（钢）液的流动性、收缩性、偏析倾向和氧化性。
3）锻造性能是金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不破裂的能力，其衡量指标是金属的塑性、变形抗力。
4）焊接性能主要指钢材的焊接性，其衡量指标是金属材料的含碳量。
拉伸试验是指在承受轴向拉伸载荷下测定金属材料特性的试验方法。利用拉伸试验得到的数据，可以确定材料的弹性极限、弹性模量、断后伸长率、断面收缩率、抗拉强度、屈服点、屈服强度和其他拉伸性能指标。
弯曲试验是测定材料承受弯曲载荷时的力学特性的试验，主要用于测定脆性和低塑性材料（如铸铁、高碳钢、工具钢等）的抗弯强度，并能反映塑性指标的挠度。弯曲试验还可用来检查材料的表面质量。弯曲试验在万能材料试验机上进行，有三点弯曲和四点弯曲两种加载荷方式。试样的截面有圆形和矩形，试验时的跨距一般为直径的10倍。对于脆性材料，弯曲试验一般只产生少量的塑性变形即可破坏，而对于塑性材料则不能测出弯曲断裂强度，但可检验其延展性和均匀性。塑性材料的弯曲试验称为冷弯试验。试验时将试样加载，使其弯曲到一定程度，观察试样表面有无裂缝。
压缩试验是测定材料在轴向静压力作用下的力学性能的试验，试样破坏时的最大压缩载荷除以试样的横截面积，称为抗压强度。压缩试验主要适用于脆性材料，如铸铁、轴承合金和建筑材料等。对于塑性材料，无法测出抗压强度，但可以测量出弹性模量和屈服强度等。与拉伸试验相似，通过压缩试验可以做出压缩曲线。为减少摩擦力的影响，一般规定试样的长度与直径的比为（1～3）∶1，为减小试样的表面粗糙度值，涂以润滑油脂或垫上一层薄的聚四氟乙烯等材料。
冲击试验是将被测试的金属材料，按规定制成一定形状和尺寸的试样，放在专门的冲击试验机上，加上一定的冲击载荷将试样打断，以测定材料冲击性能的试验方法，可用于确定机械的薄弱环节，以考核产品结构的完整性。其指标是冲击韧度和冲击吸收能量。
扭转试验是测定材料抵抗扭矩作用的一种试验，可以测定脆性材料和塑性材料的强度和塑性，适用于经常承受扭矩的零件（轴、弹簧等）。扭转试验在扭转试验机上进行，试验时在圆柱形试样的标距两端施加扭矩 Μ ，这时在试样标距的两个截面间产生扭转角 θ ，根据 Μ 和 θ 的变化可绘制成扭转图，同时可得到相应的应力-应变曲线。扭转试样的断口形状能反映出材料性能和受力情况。如断口的断面与试样轴线垂直，材料呈塑性，是切应力作用的结果；如断口断面与试样轴线约呈45°角，材料呈脆性，是正应力作用的结果。
剪切试验是沿固定的剪切面直接施加剪力，得到剪坏时的切应力，主要用于试验承受剪切载荷的零件和材料，如锅炉和桥梁上的铆钉、机器上的销钉等。该试验在万能试验机上进行，试样置于剪切夹具上，如在剪切载荷 F 作用下被切断，剪切力 F 除以试样横截面积 A ，可得出剪切强度 τ b = F/A 。
硬度试验是测量固体材料表面硬度的一种材料试验，它能反映出材料在化学成分、组织结构和处理工艺上的差异，是检测材料性能的重要指标之一。例如在钢铁材料中，当马氏体形成时，由于溶入过饱和的碳原子而增大了晶格畸变，增加了错位密度，从而显著降低了塑性变形能力，这就是马氏体高硬度的原因。显然含碳量越高硬度也越高，不同含碳量的钢在淬火后，硬度值与马氏体量及其含碳量之间在很大范围内有很好的对应关系。淬火钢回火后的硬度取决于回火温度及保温时间，回火温度越高，保温时间越长，硬度越低。