金屬材料的工藝性能

金屬材料的工藝性能鑄造性能金屬材料鑄造成形獲得優(yōu)良鑄件的能力稱為鑄造性能。用流動(dòng)性、收縮性和偏析來(lái)衡量。⑴流動(dòng)性一熔融金屬的流動(dòng)能力稱為流動(dòng)性。流動(dòng)性好的金屬易充滿鑄型，獲得外形完整、尺寸精確、輪廓清晰的鑄件。⑵收縮性一鑄件在凝固和冷卻過(guò)程中，其體積和尺寸減少的現(xiàn)象稱為收縮性。收縮不僅影響尺寸，還會(huì)使鑄件產(chǎn)生縮孔、疏松、內(nèi)應(yīng)力、變形和開裂。⑶偏析一金屬凝固后，鑄錠或鑄件化學(xué)成分和組織的不均勻現(xiàn)象稱為偏析。偏析會(huì)使鑄件各部分的力學(xué)性能有很大的差異，降低鑄件的質(zhì)量。鍛造性能金屬材料用鍛壓加工方法成形的能力稱為鍛造性。塑性越好，變形抗力越小，金屬的鍛造性越好。焊接性能金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性稱為焊接性。在機(jī)械行業(yè)中，焊接的主要對(duì)象是鋼材。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)是焊接好壞的主要因素。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，焊接性能越差。切削加工性能切削加工性能一般用切削后的表面質(zhì)量（以表面粗糙度高低衡量）和刀具壽命來(lái)表示。金屬具有適當(dāng)?shù)挠捕龋?70HBS?230HBS）和足夠的脆性時(shí)切削性能良好。改變鋼的化學(xué)成分（加入少量的鉛、磷元素）和進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚ǖ吞间撜?、高碳鋼球化退火）可提高鋼的切削加工性能。熱處理工藝性能鋼的熱處理工藝性能主要考慮其淬透性，即鋼接受淬火的能力。含Mn、Cr、Ni等合金元素的合金鋼淬透性比較好，碳鋼的淬

透性比較差。透性比較差。金屬材料的機(jī)械性能材料的性能好壞關(guān)系到設(shè)備使用壽命，整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是在航空航天方面（12-8）。材料的機(jī)械性能包括這么幾個(gè)方面。強(qiáng)度金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力稱為強(qiáng)度。根據(jù)載荷不同，可分為抗拉強(qiáng)度ab＞抗壓be、抗彎bb、抗剪b、抗扭t?？估瓘?qiáng)度通過(guò)拉伸試驗(yàn)測(cè)定。將一截面為圓形低碳鋼拉伸試樣（如圖la）在材料試驗(yàn)機(jī)12-9）上進(jìn)行拉伸，測(cè)得應(yīng)力一應(yīng)變曲線（如圖1b）圖1a低碳鋼試樣曲線（如圖1b）圖1a低碳鋼試樣圖lb低碳鋼應(yīng)力-應(yīng)變圖圖中為應(yīng)力，&為應(yīng)變。圖中各個(gè)階段：OA彈性變形階段一試樣的變形量與外加載荷成正比，載荷卸掉后，試樣恢復(fù)原來(lái)樣子。ABC屈服階段一發(fā)生塑性變形，載荷卸掉后，一部分變形恢復(fù)還有一部分不能恢復(fù)，形變不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。CD強(qiáng)化階段—載荷不斷增加，塑性變形增大，材料變形抗力也逐漸增加；DE縮頸階段一當(dāng)載荷達(dá)到最大值時(shí)，試樣直徑發(fā)生局部收縮，稱為“縮頸”；E點(diǎn)為試樣發(fā)生斷裂。強(qiáng)度指標(biāo)分為:⑴彈性極限e,表示材料保持彈性變形，彈性零件設(shè)計(jì)依據(jù)；⑵屈服極限s,表示金屬開始發(fā)生明顯塑性變形抗力，有些金屬如鑄鐵沒(méi)有明顯屈服現(xiàn)象，則用條件屈服極限表示：產(chǎn)生0.2%殘余應(yīng)變時(shí)的應(yīng)力值即0.2；⑶強(qiáng)度極限b表示金屬受拉時(shí)所能承受的最大應(yīng)力。e、s、b、是機(jī)械零件和構(gòu)件設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。2．塑性⑴延伸率一試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距的百分比稱為延伸率。6=△L/L=(Ll-L0)/L0X100%⑵斷面收縮率—試樣拉斷后縮頸處截面積的最大縮減量與原橫斷面積的百分比稱為斷面收縮率。屮=△S/S二S0-S1/S0X100%金屬材料的延伸率與斷面收縮率越大，其塑性越好。3.硬度圖2布氏硬度的測(cè)量硬度是材料抵抗局部變形的能力。⑴布氏硬度,使用布氏硬度計(jì)（12-10）進(jìn)行測(cè)量。如圖2原理：HBS(HBW二F/A=2F/nD[D-(D2-d2)1/2]（不寫單位：kgf/mm2）采用淬火鋼球時(shí)，記為HBS；采用硬質(zhì)合金鋼球時(shí)，記為HBW；當(dāng)F的單位取N時(shí)，加系數(shù)0.102。布氏硬度特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量數(shù)值穩(wěn)定，準(zhǔn)確缺點(diǎn)：操作慢，不適用批量生產(chǎn)和薄形件。應(yīng)用：鑄鐵，有色金屬；退火、正火、調(diào)質(zhì)處理鋼當(dāng)HBS<450時(shí)有效（HBW450-650）⑵洛氏硬度，使用洛氏硬度計(jì)（12-11）進(jìn)行測(cè)量。1加上初戟荷后壓頭的卷贅2加上初荻荷十主敦繭肩壓頭的儘行3-3卸芒主戟荷后壓臭的徒置論：聲古主載的彈性恢復(fù)圖3洛氏硬度的測(cè)量如圖3O原理：HR=(k-h)/O.002對(duì)金剛石圓錐壓頭，k=0.2mm對(duì)鋼球壓頭，k=0.26mm洛氏硬度特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便，壓痕小，用于成品和薄形件；缺點(diǎn)：測(cè)量數(shù)值分散。應(yīng)用：淬火鋼，調(diào)質(zhì)鋼批生產(chǎn)零件，當(dāng)20-67HRC時(shí)有效.洛氏硬度分類如表1：表1洛氏硬度分類符號(hào)壓頭班商適用「范宙air金剛石錐體150kgHRB淬火鉗球$丨.眇堪來(lái)100kg出火鋼應(yīng)有龜釦《]2fl*企剛貫惟萍血g4．韌性與疲勞強(qiáng)度⑴韌性沖擊韌性：反應(yīng)了材料抵抗沖擊載荷的能力ak二Ak/A（J/cm2）Ak――沖擊功A――試樣缺□處截面積沖擊韌性對(duì)材料的意義：ak對(duì)材料內(nèi)部缺陷很敏感（可用來(lái)鑒定材料的冶金質(zhì)量、熱加工質(zhì)量）；ak隨溫度降低而下降，可用來(lái)評(píng)定材料的冷脆現(xiàn)象。沖擊韌性的大小在沖擊試驗(yàn)機(jī)（12-12）」講行測(cè)試。材料在斷裂之前吸收的沖擊功越多表示材料抵抗沖擊載荷的能力越強(qiáng)。⑵疲勞強(qiáng)度材料在低于ss的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象，稱為疲勞現(xiàn)象。材料承受的載荷有交變應(yīng)力和重復(fù)應(yīng)力。交變應(yīng)力：大小、方向隨時(shí)間周期性變化的應(yīng)力，如圖4。重復(fù)應(yīng)力：方向不隨時(shí)間變化。圖4交變應(yīng)力疲勞曲線圖如圖5疲勞曲線圖如圖5。圖5疲勞曲線圖疲勞極限——材料經(jīng)無(wú)限多次應(yīng)力循環(huán)而不斷裂的最大應(yīng)力。它表示材料抵抗疲勞斷裂的能力。（純彎曲疲勞極限用0-1表示）材料在長(zhǎng)期的應(yīng)力作用下會(huì)斷裂，其疲勞斷口（12-13）在顯微鏡下可明顯看到輝紋?？梢酝ㄟ^(guò)改善材料的形狀結(jié)構(gòu)，減少表面缺陷，提高表面光潔度，進(jìn)行表面強(qiáng)化等方法可提高材料疲勞抗力。5.斷裂韌性構(gòu)件或零件內(nèi)部存在著或多或少、或大或小的裂紋和類似裂紋的缺陷，裂紋在應(yīng)力的作用下可失穩(wěn)或擴(kuò)展，導(dǎo)致構(gòu)件破斷。材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展斷裂的能力叫做斷裂韌性。材料的斷裂方式可以分為脆性斷裂和韌性斷裂兩種，脆性斷裂指的是材料在斷裂之前沒(méi)有發(fā)生塑性變形，韌性斷裂指的是材料在斷裂之前發(fā)生了塑性變形，脆性斷裂更加危險(xiǎn)，Titanic號(hào)船的沉沒(méi)就與船體材料的質(zhì)量有關(guān)。圖6為Titanic號(hào)船用材料與近代船用材料的對(duì)比，可看出近代船用材料的沖擊韌性高于Titanic號(hào)船用材料。

!：-!!■!!-：!!!-!：■!!：-!!■!!-：!!!-!：■!圖6船用鋼板斷口圖金屬材料的理化性能1.金屬的物理性能⑴密度—單位體積物質(zhì)的質(zhì)量稱為該物質(zhì)的密度輕金屬：密度小于5的金屬。如鋁、鎂、鈦及其合金。多用于航空航天。重金屬：密度大于5的金屬。如鐵、鉛、鎢。⑵熔點(diǎn)一金屬?gòu)墓虘B(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度。純金屬都有固定熔點(diǎn)。熔點(diǎn)高的金屬為難熔金屬，如鎢、鉬、釩，用來(lái)制造耐高溫零件。熔點(diǎn)低的金屬為易熔金屬，如鉛、錫，用來(lái)制造保險(xiǎn)絲和防火安全閥。⑶導(dǎo)熱性一通常用熱導(dǎo)率來(lái)衡量。熱導(dǎo)率越大，導(dǎo)熱性越好。金屬導(dǎo)熱性銀最好，銅、鋁次之，合金比金屬導(dǎo)熱性差。導(dǎo)熱性好的金屬用來(lái)制造散熱性零件。⑷導(dǎo)電性一金屬傳導(dǎo)電流的能力。金屬導(dǎo)電性銀最好，銅、鋁次之。導(dǎo)電性好宜于做電線；導(dǎo)電性差的宜于做電熱元件。⑸熱膨脹性一金屬材料隨溫度變化而膨脹、收縮的特性。一般金屬受熱時(shí)膨脹體積增大，冷卻時(shí)收縮體積變小。用線膨脹系數(shù)和體膨脹系數(shù)來(lái)表示。⑹磁性一金屬材料可分為鐵磁性材料（能被強(qiáng)烈磁化，鐵。適于做變壓器，電動(dòng)機(jī)）順磁性材料和抗磁性材料（適于做航海羅盤）三類。鐵磁性材料當(dāng)溫度升高高一定數(shù)值時(shí)，磁疇被破壞，變?yōu)轫槾朋w，這個(gè)轉(zhuǎn)變溫