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热处理知识之金属材料的机械性能

工作经验 jixienan 3周前 (05-23) 76次浏览 1个评论

金属材料有两类性能,使用性能和工艺性能。

机械男——浅谈金属热处理原理

使用性能包括机械(力学)性能,物力性能,化学性能。

工艺性能包括各种在制造加工中的特性。作为设计人员,接触较多的是使用性能,作为制造人员,接触更多的则是工艺性能。当然,这并不是说设计人员不应关注使用性能。例如,你设计一个铸件,结构复杂,局部纤细或者很薄,这种情况下,你就不能选择流动性不佳的材料。同样,考虑的加工,在设计过程中,也需要考虑各种工艺的先后结合次序,更甚者,你需要了解和计算相应的变形量或者基体量。比如调制X70钢,你就需要计算淬透层厚度,然后确定最终成型尺寸是否能够保证淬硬层的存在。简单想这些,继续说使用性能。虽然多数时候,设计人员用到的是机械性能,但并不排除你需要考量物理性能和化学性能的可能。比如面对工作温差大的环境,你就需要考量材料本身的热涨影响。又比如对于高蠕变材料,你就要考虑你的应用场合是否对尺寸有严格的要求。另外,对于化学性能,你则经常会在需要考虑抗腐蚀环境中严格考量。

对于材料机械性能的使用,最常用的一个图就是材料的拉伸试验图。比如下面的低碳钢拉伸图。

上图是典型的低碳钢拉伸情况。对于这个图,需要注意和理解其中的关键位置。
比如,c点为大量塑性变形的起始拉力点。b点为小塑性变形的起始的点(一般屈服强度考量点)。a点为非线性弹性变形起始点。B点为最大抗拉强度点,K点为断裂点等。针对不同的区间段,就会设计到不同的应用。
既然有低碳钢这样的塑性材料,就也有表象不同的其他材料。比如中高碳钢的拉伸曲线中屈服段就很小,因此其屈服强度是由0.2%的微塑性变形点为考量点。再比如灰口铁这样的脆性材料,几乎没有塑性变形。因此,在使用中对不同性质的材料需要有不同的考虑。这里便引入一个考量依据:屈强比。即屈服强度同抗拉强度的比值。这个值越高,材料的有效利用率就越高。但是对于个别场合,这个值又不能太高。比如建筑用钢材,你就必须留有足够小的屈强比,其原因就是保证当发生问题是,材料会先屈服,不会立刻断裂,给建中的人们以足够的时间逃离。
插点知识点。
1、关于延伸率。延伸率的大小与试样尺寸有关。为了便于比较,根据标准个固定,试验长度一般为其直径的5倍和10倍。而断面收缩率则与尺寸无关。
2、材料的断面有两种形式,即韧断与脆断。韧断时,断口有塑性变形,比如低碳钢呈星杯锥状,缩径明显,心部有显微空隙,断口为纤维装,灰色无光泽。脆断断口没有塑性变形,断口平齐,有金属光泽,呈晶状或瓷状。

刚度和弹性。

刚度是指材料受力时抵抗弹性变形的能力。刚度的大小由杨式模量E代表。记得之前坛子里有很多关于刚度和硬度的询问帖。呵呵。其实那些误解都是对材料本身性质理解混乱造成的。不过这里先不说了,下面说道硬度的时候再详细叙述。

关于冲击韧性ak。冲击韧性是冲击破坏所消耗的功同试样断口截面积的比值,单位是焦耳/平方厘米。冲击韧性是判断材料抵抗冲击载荷能力的重要标准。影响材料冲击韧性的因素有很多,如材料的显微组织和化学成分,温度,表面质量等。其中,温度上更有需要注意的部分,即材料的冷脆性。

再有就是硬度。

硬度是金属表面抵抗外物压入得能力。硬度不是单纯的物理量纲,而是反映弹性、强度、与塑性等的综合性能指标。于是,这里就可以讨论前面提到的硬度和刚度的问题了。硬度与弹性相关,但却不是简单的对应。其实可以这么理解,当一种材料确定后,其刚度(弹性)就是一定的了。这种一定性决定了在弹性变形范畴内,你施加的力和变形量一定是一个固定的常量,即E。如果用前面的材料拉伸曲线来说明的话,就是0a段的斜率是固定的。无论你如何提高a点的值,这个斜率不会在变化,也就是刚度一定。当然,这里说的刚度一定是有前提的,即材料的形状尺寸是固定的。于是,在这种情况下,你可以做表面淬火,提高表面硬度,等于提高了a点的值,但却并不改变0a段的斜率。这样来看就很直观了。
继续说硬度,说硬度的几种试验测定。
1、布氏硬度。
布氏硬度以直径为D的钢球测试在压力P 下压入金属表面后其压痕直径的大小,已此判定硬度的高低。对于D和P,对于钢铁来说,P=30D^2。常用钢球直径为10/5/2.5毫米。P值为3000/750/187.5kg。对于有色金属,P=10D^2(铜合金)或P=2.5D^2(铝或轴承合金)。

2、洛氏硬度。洛氏硬度根据压痕深度测定硬度。根据压头和压力的不同,洛氏硬度分为B,C两种。洛C适用于HRC20以上硬度的标定,20以下,应改用HRB或者布氏硬度。
 
3、维氏硬度。维氏硬度根据136度金刚石方锥测定压痕对角线长度判定硬度。适用于薄共建与渗碳层、氮化层等表面硬化层的硬度测量。


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  1. jixienan
    21312313
    jixienan2024-05-24 15:02 回复