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金屬材料性能及的金屬材料手冊

更新时间:2019-11-08 01:04人气:7828
金屬材料的使用性能:   (一)應力的概念,物體內部單位截麵積上承受的力稱為應力 。由外力感化引發的應力稱為工作應力,在無外力感化條件下平衡於物體內部的應力稱為內應力(例如組織應力、熱應力、加工過程結束後保存下來的殘餘應力…等等)。   (二)機械性能,金屬在一定溫度條件下承受外力(載荷)感化時,抵抗變形和斷裂的能力稱為金屬材料的機械性能(也稱為力學性能)。金屬材料承受的載荷有多種形式,它可所以靜態載荷,也可所以動態載荷,包括單獨或同時承受的拉伸應力、壓應力、彎曲應力、剪切應力、扭轉應力,和摩擦 、振動、衝擊等等,是以衡量金屬材料機械性能的指標首要有以下幾項:   1.強度   這是表征材料在外力感化下抵抗變形和破壞的最大能力,可分為抗拉強度極限(σb)、抗彎強度極限(σbb)、抗壓強度極限(σbc)等。由於金屬材料在外力感化下從變形到破壞有一定的規律可循,因此通常采用拉伸試驗進行測定,即把金屬材料製成一定規格的試樣 ,在拉伸試驗機上進行拉伸,直至試樣斷裂,測定的強度指標首要有:   (1)強度極限:材料在外力感化下能抵抗斷裂的最大應力,一般指拉力感化下的抗拉強度極限,以σb表示,如拉伸試驗曲線圖中最高點b對應的強度極限,常用單位為兆帕(MPa),換算關係有:1MPa=1N/m2=(9.8)-1Kgf/mm2或1Kgf/mm2=9.8MPaσb=Pb/Fo式中 :Pb?C至材料斷裂時的最大應力(或者說是試樣能承受的最大載荷);Fo?C拉伸試樣本來的橫截麵積。   (2)屈服強度極限:金屬材料試樣承受的外力超過材料的彈性極限時,固然應力不再增加,但是試樣仍發生明顯的塑性變形,這類現象稱為屈服,即材料承受外力到一定程度時,其變形不再與外力成正比而產生明顯的塑性變形。產生屈服時的應力稱為屈服強度極限,用σs表示,相應於拉伸試驗曲線圖中的S點稱為屈服點。對於塑性高的材料,在拉伸曲線上會出現明顯的屈服點,而對於低塑性材料則沒有明顯的屈服點,從而難以根據屈服點的外力求出屈服極限。是以,在拉伸試驗方法中,通常規定試樣上的標距長度產生0.2%塑性變形時的應力作為條件屈服極限,用σ0.2表示。屈服極限指標可用於要求零件在工作中不產生明顯塑性變形的設計根據。但是對於一些首要零件還考慮要求屈強比(即σs/σb)要小,以進步其安全可靠性,不過此時材料的利用率也較低了。   (3)彈性極限:材料在外力感化下將產生變形,但是往除外力後仍能恢複原狀的能力稱為彈性。金屬材料能保持彈性變形的最大應力即為彈性極限,相應於拉伸試驗曲線圖中的e點,以σe表示 ,單位為兆帕(MPa):σe=Pe/Fo式中Pe為保持彈性時的最大外力(或者說材料最大彈性變形時的載荷)。   (4)彈性模數:這是材料在彈性極限範圍內的應力σ與應變δ(與應力相對應的單位變形量)之比,用E表示,單位兆帕(MPa):E=σ/δ=tgα式中α為拉伸試驗曲線上o-e線與水平軸o-x的夾角。彈性模數是反映金屬材料剛性的指標(金屬材料受力時抵抗彈性變形的能力稱為剛性)。   2.塑性,   金屬材料在外力感化下產生永久變形而不破壞的最大能力稱為塑性,通常以拉伸試驗時的試樣標距長度延伸率δ(%)和試樣斷麵收縮率ψ(%)延伸率δ=[(L1-L0)/L0]x100%,這是拉伸試驗時試樣拉斷後將試樣斷口對合起來後的標距長度L1與試樣原始標距長度L0之差(增加量)與L0之比。在實際試驗時,同一材料但是不同規格(直徑、截麵外形-例如方形、圓形 、矩形和標距長度)的拉伸試樣測得的延伸率會有不同 ,是以一般需要特別加注,例如最常用的圓截口試樣,其初始標距長度為試樣直徑5倍時測得的延伸率表示為δ5 ,而初始標距長度為試樣直徑10倍時測得的延伸率則表示為δ10。斷麵收縮率ψ=[(F0-F1)/F0]x100%,這是拉伸試驗時試樣拉斷後原橫截麵積F0與斷口細頸處最小截麵積F1之差(斷麵縮減量)與F0之比。實用中對於最常用的圓截口試樣通常可通過直徑丈量進行計算:ψ=[1-(D1/D0)2]x100%,式中:D0-試樣原直徑;D1-試樣拉斷後斷口細頸處最小直徑。δ與ψ值越大,表明材料的塑性越好。3.硬度,金屬材料抵抗其他更硬物體壓進表麵的能力稱為硬度,或者說是材料對局部塑性變形的抵抗能力。是以,硬度與強度有著一定的關係。根據硬度的測定方法,首要可以分為:   (1)布氏硬度(代號HB),用一定直徑D的淬硬鋼球在規定負荷P的感化下壓進試件表麵,保持一段時間後卸往載荷,在試件表麵將會留下表麵積為F的壓痕,以試件的單位表麵積上能承受負荷的大小表示該試件的硬度:HB=P/F。在實際利用中 ,通常直接丈量壓坑的直徑,並根據負荷P和鋼球直徑D從布氏硬度數值表上查出布氏硬度值(顯然 ,壓坑直徑越大,硬度越低,表示的布氏硬度值越小)。布氏硬度與材料的抗拉強度之間存在一定關係:σb≈KHB,K為係數 ,例如對於低碳鋼有K≈0.36,對於高碳鋼有K≈0.34,對於調質合金鋼有K≈0.325 ,…等等。   (2)洛氏硬度(HR)用有一定頂角(例如120°)的金剛石圓錐體壓頭或一定直徑D的淬硬鋼球,在一定負荷P感化下壓進試件表麵,保持一段時間後卸往載荷,在試件表麵將會留下某個深度的壓痕。由洛氏硬度機主動丈量壓坑深度並以硬度值讀數顯示(顯然,壓坑越深,硬度越低,表示的洛氏硬度值越小)。根據壓頭與負荷的不同,洛氏硬度還分為HRA、HRB 、HRC三種,其中以HRC為最常用。洛氏硬度HRC與布氏硬度HB之間有如下換算關係 :HRC≈0.1HB。除了最常用的洛氏硬度HRC與布氏硬度HB以外,還有維氏硬度(HV)、肖氏硬度(HS)、顯微硬度和裏氏硬度(HL)。這裏特別要說明一下關於裏氏硬度,這是目前最新奇的硬度表征方法,利用裏氏硬度計進行丈量,其檢測道理是:裏氏硬度計的衝擊裝配將衝頭從固定位置開釋,衝頭快速衝擊在試件表麵上,通過線圈的電磁感應丈量衝頭間隔試件表麵1毫米處的衝擊速度與反彈速度(感應為衝擊電壓和反彈電壓),裏氏硬度值即以衝頭反彈速度和衝擊速度之比來表示:HL=(Vr/Vi)?1000式中:HL-裏氏硬度值;Vr-衝頭反彈速度;Vi-衝頭衝擊速度(注:實際利用裝配中是以衝擊裝配中的閉合線圈感應的衝擊電壓和反彈電壓代表衝擊速度和反彈速度)。衝擊裝配的構造首要有內置彈簧(加載套管,不同型號的衝擊裝配有不同的衝擊能量)、導管、開釋按鈕、內置線圈與骨架 、撐持環和衝頭,衝頭首要采用金剛石 、碳化鎢兩種極高硬度的球形(不同型號的衝擊裝配其衝頭直徑有不同)。優點:裏氏硬度計的主機接收到衝擊裝配獲得的信號進行處理、計算 ,然後在屏幕上直接顯示出裏氏硬度值,便攜式裏氏硬度計用裏氏(HL)丈量後可以轉化為:布氏(HB)、洛氏(HRC) 、維氏(HV)、肖氏(HS)硬度。或用裏氏道理直接用布氏(HB)、洛氏(HRC)、維氏(HV)、裏氏(HL)、肖氏(HS)丈量硬度值,同時可折算出材料的抗拉強度σb,還可以將丈量結果儲存、直接打印輸出或傳送給計算機作進一步的數據處理。   3.利用範圍 :   裏氏硬度計是一種便攜袖珍裝配,可利用於各種金屬材料、工件的表麵硬度丈量,特別是大型鍛鑄件的丈量,其最大的特點是可以任意方向檢測,免往了普通硬度計對工件大小、丈量位置等的限製 。   4.韌性   金屬材料在衝擊載荷感化下抵抗破壞的能力稱為韌性。通常采用衝擊試驗,即用一定尺寸和外形的金屬試樣在規定類型的衝擊試驗機上承受衝擊載荷而折斷時,斷口上單位橫截麵積上所消耗的衝擊功表征材料的韌性:αk=Ak/F單位J/cm2或Kg•m/cm2,1Kg•m/cm2=9.8J/cm2αk稱作金屬材料的衝擊韌性,Ak為衝擊功,F為斷口的原始截麵積 。5.疲憊強度極限金屬材料在長期的反複應力感化或交變應力感化下(應力一般均小於屈服極限強度σs),未經明顯變形就發生斷裂的現象稱為疲憊破壞或疲憊斷裂 ,這是由於多種啟事使得零件表麵的局部造成大於σs甚至大於σb的應力(應力集中),使該局部發生塑性變形或微裂紋,隨著反複交變應力感化次數的增加,使裂紋逐步擴展加深(裂紋尖端處應力集中)導致該局部處承受應力的實際截麵積減小,直至局部應力大於σb而產生斷裂。在實際利用中 ,一般把試樣在反複或交變應力(拉應力、壓應力、彎曲或扭轉應力等)感化下,在規定的周期數內(一般對鋼取106~107次,對有色金屬取108次)不發生斷裂所能承受的最大應力作為疲憊強度極限,用σ-1表示,單位MPa。除了上述五種最常用的力學性能指標外,對一些要求特別嚴格的材料,例如航空航天和核產業 、電廠等使用的金屬材料,還會要求下述一些力學性能指標:蠕變極限:在一定溫度和恒定拉伸載荷下,材料隨時間緩慢產生塑性變形的現象稱為蠕變 。通常采用高溫拉伸蠕變試驗 ,即在恒定溫度和恒定拉伸載荷下,試樣在規定時間內的蠕變伸長率(總伸長或殘餘伸長)或者在蠕變伸長速度相對恒定的階段,蠕變速度不超過某規定值時的最大應力 ,作為蠕變極限,以表示,單位MPa,式中τ為試驗持續時間,t為溫度,δ為伸長率,σ為應力;或者以表示,V為蠕變速度 。高溫拉伸持久強度極限:試樣在恒定溫度和恒定拉伸載荷感化下,達到規定的持續時間而不斷裂的最大應力,以表示,單位MPa,式中τ為持續時間,t為溫度,σ為應力。金屬缺口敏感性係數:以Kτ表示在持續時間相同(高溫拉伸持久試驗)時,有缺口的試樣與無缺口的光滑試樣的應力之比 :式中τ為試驗持續時間,為缺口試樣的應力 ,為光滑試樣的應力。或者用:表示,即在相同的應力σ感化下,缺口試樣持續時間與光滑試樣持續時間之比。抗熱性:在高溫下材料對機械載荷的抗力。 1.度(比重):材料單位體積所具有的質量,即密度=質量/體積 ,單位為g/cm3 。 2. 力學性能: 金屬材料在外力感化下表現出來的各種特性,如彈性、塑性、韌性 、強度 、 硬度 3. 強度: 金屬材料在外力感化下抵抗變形和斷裂的能力。屈服點、抗拉強度是極為首要 的強度指標,是金屬材料選用的首要根據 。強度的大小用應力來表示,即用單位麵積所能承 受的載荷(外力)來表示。 4. 屈服點: 金屬在拉力試驗過程中,載荷不再增加,而試樣仍繼續發生變形的現象,稱 為"屈服"。產生屈服現象時的應力,即開始產生塑性變形時的應力,稱為屈服點,用符號 σs表示,單位為MPa。 5. 抗拉強度: 金屬在拉力試驗時 ,拉斷前所能承受的最大應力,用符號σb表示 ,單位 為MPa。 6. 塑性: 金屬材料在外力感化下產生永久變形(往掉外力後不能恢複原狀的變形),但不 會被破壞的能力。 7. 伸長率: 金屬在拉力試驗時,試樣拉斷後,其標距部分所增加的長度與原始標距長度 的百分比,稱為伸長率。用符號δ,%表示。伸長率反映了材料塑性的大小,伸長率越大 , 材料的塑性越大。 8. 韌性: 金屬材料抵抗衝擊載荷的能力 ,稱為韌性,通常用衝擊吸收功或衝擊韌性值來 度量。 9. 衝擊吸收功: 試樣在衝擊載荷感化下,折斷時所吸收的功。用符號Ak表示,單位為J 。 10. 硬度: 金屬材料的硬度,一般是指材料表麵局部區域抵抗變形或破裂的能力。根據試 驗方法和適用範圍的不同,可分為布氏硬度和洛氏硬度等多種。布氏硬度用符號HB表示:洛 氏硬度用符號HRA、HRB或HRC表示。材料名稱: 定購材料的確切稱呼。有些材料的名稱很輕易混淆,如一般用處低碳鋼絲和低碳碳結鋼絲名稱很相似,但它們的質量 、用處、價格卻不同。

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