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金属材料机械性能基础知识

日期:2020-07-15 22:33
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摘要:

1.1   金属材料机械性能基础术语:
1)屈服点(σs):
钢材或试样在拉伸时,当应力超过弹性极限,此时应力不增加或开始有所下降,而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形,称此现象为屈服,而产生屈服现象时的*小应力值即为屈服点。
   设Ps为屈服点s处的外力,Fo为试样断面积,则屈服点σs  =Ps/Fo(MPa) ,MPa称为兆帕等于N(牛顿)/mm2,(MPa=106Pa,Pa:帕斯卡=N/m2)
2)屈服强度(σ0.2)
   有的金属材料的屈服点极不明显,在测量上有困难,因此为了衡量材料的屈服特性,规定产生长久残余塑性变形等于一定值(一般为原长度的0.2%)时的应力,称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2  
3)抗拉强度(σb)
   材料在拉伸过程中,从开始到发生断裂时所达到的*大应力值。它表示钢材抵抗断裂的能力大小。与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。
   设Pb为材料被拉断前达到的*大拉力,Fo为试样截面面积,则抗拉强度σb=  Pb/Fo  (MPa)。
4)抗压强度(σlc)
   材料试样受压力时,在压坏前所承受的*大应力。
5)抗弯强度(σcb)
   材料试样受弯曲力时,在破坏前所承受的*大应力。
4)伸长率(δs)
   材料在拉断后,其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。
5)屈强比(σs/σb)
   钢材的屈服点(屈服强度)与抗拉强度的比值,称为屈强比。屈强比越大,结构零件的可靠性越高,一般碳素钢屈强比为0.6-0.65,低合金结构钢为0.65-0.75,合金结构钢为0.84-0.86。
6)硬度
   硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高,耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
   ①布氏硬度(HB)
 
    以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面,保持一段时间,去载后,负荷与其压痕面积之比值,即为布氏硬度值(HB),单位为公斤力/mm2   (N/mm2)。
   ②洛氏硬度(HR)
     当HB>450或者试样过小时,不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球,在一定载荷下压入被测材料表面,由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同,分三种不同的标度来表示:
    HRA :是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。
    HRB :是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球,求得的硬度,用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。
    HRC :是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。
   ③维氏硬度(HV)
     以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面,用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值,即为维氏硬度值(HV)
1.2
  力学性能与可成形性及使用性能的关系
   要使钢板获得所需的形状,必须使其长久变形,所采取的工艺可以是局部或整体弯曲、深冲、张拉或这些成型方法的组合。
(1)薄钢板的屈服强度表示出成形后的可成形性和强度,对普通碳素钢板的成形,屈服点值过高,常常有可能发生过大的回弹、成形时容易破断,磨具磨损快以及由于塑性不佳而出现缺陷。然而材料的屈服点小于140Mpa时,又可能经受不住成形过程中施加的应力,对用于较复杂或复杂成形加工或冲压加工的钢板,通常要求具有比较低的屈服强度值,而且屈服比值愈小,由钢板的成形性能愈好。
(2)中厚板的冷态可成形性与材料的屈服强度和伸长率有直接关系。屈服强度值愈低,产生长久变形所需的应力愈小;伸长率值愈高,高的延展性可以允许承受大的变形量而不致断裂。
(3)对用于建筑结构、桥梁及机械结构件的钢板,为防止构件断裂,要求钢板材料具有特点的抗拉强度,而为防止构件变形,又要求钢板材料具有一定的屈服强度,因此对这类用途的钢材都要求规定抗拉强度、屈服强度的*小值或范围值。
(4)对用于承受冲击负荷变形,例如船舶、桥梁、石油、天然气管线用钢板,为防止其使用中发生脆性断裂,又要求其具有一定足够高的冲击韧性-冲击功值。