為更合理使用金屬材料,充分發(fā)揮其作用,必須掌握各種金屬材料制成的零、構件在正常工作情況下應具備的性能(使用性能)及其在冷熱加工過程中材料應具備的性能(工藝性能)。
材料的使用性能包括物理性能(如比重、熔點、導電性、導熱性、熱膨脹性、磁性等)、化學性能(耐用腐蝕性、抗氧化性),力學性能也叫機械性能。
材料的工藝性能指材料適應冷、熱加工方法的能力。
(一)、機械性能
機械性能是指金屬材料在外力作用下所表現(xiàn)出來的特性。
1、強度:材料在外力(載荷)作用下,抵抗變形和斷裂的能力。材料單位面積受載荷稱應力。
2、屈服點(бs):稱屈服強度,指材料在拉抻過程中,材料所受應力達到某一臨界值時,載荷不再增加變形卻繼續(xù)增加或產生0.2%L。時應力值,單位用牛頓/毫米2(N/mm2)表示。
3、抗拉強度(бb)也叫強度極限指材料在拉斷前承受大應力值。單位用牛頓/毫米2(N/mm2)表示。
4、延伸率(δ):材料在拉伸斷裂后,總伸長與原始標距長度的百分比。
5、斷面收縮率(Ψ)材料在拉伸斷裂后、斷面大縮小面積與原斷面積百分比。
6、硬度:指材料抵抗其它更硬物壓力其表面的能力,常用硬度按其范圍測定分布氏硬度(HBS、HBW)和洛氏硬度(HKA、HKB、HRC)。
7、沖擊韌性(Ak):材料抵抗沖擊載荷的能力,單位為焦耳/厘米2(J/cm2)。
對低碳鋼拉伸的應力——應變曲線分析
1.彈性:εe=σe/E, 指標σe,E
2.剛性:△L=P·l/E·F 抵抗彈性變形的能力強度
3.強度: σs---屈服強度,σb---抗拉強度
4.韌性:沖擊吸收功Ak
5.疲勞強度: 交變負荷σ-1<σs
6.硬度 HR、HV、HB
Ⅰ階段 線彈性階段 拉伸初期 應力—應變曲線為一直線,此階段應力高限稱為材料的比例極限σe.
Ⅱ階段 屈服階段 當應力增加至一定值時,應力—應變曲線出現(xiàn)水平線段(有微小波動),在此階段內,應力幾乎不變,而變形卻急劇增長,材料失去抵抗變形的能力,這種現(xiàn)象稱屈服,相應的應力稱為屈服應力或屈服極限,并用σs表示。
Ⅲ階段 為強化階段,經(jīng)過屈服后,材料又增強了抵抗變形的能力。強化階段的高點所對應的應力,稱材料的強度極限。用σb表示,強度極限是材料所能承受的大應力。
Ⅳ階段 為頸縮階段。當應力增至大值σb后,試件的某一局部顯著收縮,后在縮頸處斷裂。
對低碳鋼σs與σb為衡量其強度的主要指標。
剛性:△L=P·l/E·F,抵抗彈性變形的能力。
P---拉力,l---材料原長,E---彈性模量,F(xiàn)---截面面積
塑性變形:外力去處后,不能恢復的變形,即殘余變形稱塑性變形。
材料能經(jīng)受較大塑性變形而不破壞的能力,稱為材料的塑性或延伸性。
衡量材料塑性的兩個指標是延伸率和斷面收縮率。
延伸率δ=(△l0/l)×100% 斷面收縮率ψ=((A-A1)/A)×100%
韌性(沖擊韌性):常用沖擊吸收功 Ak 表示,指材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的力。
疲勞強度:材料抵抗無限次應力(107)循環(huán)也不疲勞斷裂的強度指標,交變負荷σ-1<σs為設計標準。
硬度:材料軟硬程度。
測定硬度試驗的方法很多,大體上可以分為彈性回條法(肖氏硬度)壓入法(布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度)和劃痕法(莫氏硬度)等三大類,生產上應用廣泛的是壓入法。它是將一定形狀、尺寸的硬質壓頭在一定大小載荷作用下壓入被測材料表層,以留下的壓痕表面面積大小或深度計算材料的硬度值。
由于硬度測定時的測定規(guī)范,所用儀器設備等不同,用壓入法井臺測定材料的硬度的方法也有多種。
常用的方法是布氏硬度法(HB),維氏硬度法(HV),洛氏硬度法(HR)。
(二)、工藝性能
指材料承受各種加工、處理的能力的那些性能。
8、鑄造性能:指金屬或合金是否適合鑄造的一些工藝性能,主要包括流性能、充滿鑄模能力;收縮性、鑄件凝固時體積收縮的能力;偏析指化學成分不均性。
9、焊接性能:指金屬材料通過加熱或加熱和加壓焊接方法,把兩個或兩個以上金屬材料焊接到一起,接口處能滿足使用目的的特性。
10、頂氣段性能:指金屬材料能承授予頂鍛而不破裂的性能。
11、冷彎性能:指金屬材料在常溫下能承受彎曲而不破裂性能。彎曲程度一般用彎曲角度α(外角)或彎心直徑d對材料厚度a的比值表示,a愈大或d/a愈小,則材料的冷彎性愈好。
12、沖壓性能:金屬材料承受沖壓變形加工而不破裂的能力。在常溫進行沖壓叫冷沖壓。檢驗方法用杯突試驗進行檢驗。
13、鍛造性能:金屬材料在鍛壓加工中能承受塑性變形而不破裂的能力。
(三)、化學性能
指金屬材料與周圍介質掃觸時抵抗發(fā)生化學或電化學反應的性能。
14、耐腐蝕性:指金屬材料抵抗各種介質侵蝕的能力。
15、抗氧化性:指金屬材料在高溫下,抵抗產生氧化皮能力。
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