金属材料的工艺性能

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1、金属材料的工艺性能流动性熔融金属的流动能力称为 完整、尺寸精确、轮廓清晰的铸件。 尺寸减少的现象称为收缩性。收缩不 力、变形和开裂。织的不均匀现象称为偏析。偏析会使 的质量。D* Ek低碳钢应力一应变图铸造性能金属材料铸造成形获得优良铸件的能力称为铸造 性能。用流动性、收缩性和偏析来衡量。流动性。流动性好的金属易充满铸型，获得外形 收缩性一铸件在凝固和冷却过程中，其体积和 仅影响尺寸，还会使铸件产生缩孔、疏松、内应 偏析一金属凝固后，铸锭或铸件化学成分和组 铸件各部分的力学性能有很大的差异，降低铸件 锻造性能 金属材料用锻压加工方法成形的能力称为锻造性。塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性越好

2、。焊接性能 金属材料对焊接加工的适应性称为焊接性。在机械行业中，焊接的主要对象是钢材。碳质量分数是焊接好坏的主要因素。碳 质量分数和合金元素质量分数越高，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质量（以表面粗糙度高低衡量）和刀具寿命来表示。金属具有适当的硬度（170HBS230HBS） 和足够的脆性时切削性能良好。改变钢的化学成分（加入少量的铅、磷元素）和进行适当的热处理（低碳钢正火、高碳钢球 化退火）可提高钢的切削加工性能。热处理工艺性能钢的热处理工艺性能主要考虑其淬透性，即钢接受淬火的能力。含Mn、Cr、Ni等合金元素的合金钢淬透性比较好，碳钢的淬 透性比较差。金属材料的

3、机械性能材料的性能好坏关系到设备使用寿命，整个国民经济的发展，特别是在航空航天方面（12-8）。材料的机械性能包括这么几 个方面。强度金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。根据载荷不同，可分为抗拉强度ab抗压be、抗弯bb、抗剪b、抗扭 t。抗拉强度通过拉伸试验测定。将一截面为圆形低碳钢拉伸试样（如图la）在材料试验机12-9）上进行拉伸，测得应力一应变 曲线（如图lb）图la低碳钢试样图lb低碳钢应力-应变图图中为应力，&为应变。图中各个阶段：OA弹性变形阶段一试样的变形量与外加载荷成正比，载荷卸掉后，试样恢复原来样子。ABC屈服阶段一发生 塑性变形，载荷卸掉后，一部分变形恢复还有一部分

4、不能恢复，形变不能恢复的变形称为塑性变形。 CD 强化阶段载荷不断 增加，塑性变形增大，材料变形抗力也逐渐增加；DE缩颈阶段一当载荷达到最大值时，试样直径发生局部收缩，称为“缩颈”； E 点为试样发生断裂。强度指标分为:弹性极限e，表示材料保持弹性变形，弹性零件设计依据；屈服极限s，表示金属开始发生明显塑性变形抗力，有些金属如铸铁没有明显屈服现象，则用条件屈服极限表示：产生0.2 %残余应变时的应力值即0.2；031- 1加上初戟荷后压头杓宴置2- 2加上初戟荷十主匏葫后压头的徒養3- 3卸芒主戟荷后压头的隹發 聪：卸壬主馥的弹性恢复和氏规应前漢I蛍03.硬度强度极限b表示金属受拉时所能承受的

5、最大应力。e 、 s 、 b、是机械零件和构件设计的主要依据。 2塑性延伸率一试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比称为延 伸率。5 = L/L二(L1-LO)/LOX1OO%断面收缩率试样拉断后缩颈处截面积的最大缩减量与原横断 面积的百分比称为断面收缩率。图 2 布氏硬度的测量 硬度是材料抵抗局部变形的能力。布氏硬度,使用布氏硬度计(12-10)进行测量。 如图2原理：HBS (HBW=F/A=2F/n DD-(D2-d2)1/2 (不写单位： kgf/mm2)采用淬火钢球时，记为 HBS； 采用硬质合金钢球时，记为 HBW ； 当 F 的单位取 N 时，加系数 0.102。 布氏硬度特点

6、：优点：测量数值稳定，准确 缺点：操作慢，不适用批量生产和薄形件。 应用：铸铁，有色金属；退火、正火、调质处理钢 当 HBS450 时有效(HBW450-650)洛氏硬度，使用洛氏硬度计(12-11)进行测量。图 3 洛氏硬度的测量如图 3。原理： HR=(k-h)/0.002对金刚石圆锥压头， k=0.2mm 对钢球压头， k=0.26 mm洛氏硬度特点： 优点：操作简便，压痕小，用于成品和薄形件； 缺点：测量数值分散。应用：淬火钢，调质钢批生产零件，当 20-67HRC 时有效. 洛氏硬度分类如表 1：表 1 洛氏硬度分类屮= S/S二S0-S1/S0X100% 金属材料的延伸率与断面收缩

7、率越大，其塑性越好。4韧性与疲劳强度冲击韧性：反应了材料抵抗冲击载荷的能力Ak冲击功HKC120准刚石HE钵1叭100kg退火钢公卷刚眉惟弾6W*韧性a k=Ak/A （J/cm2）A试样缺口处截面积冲击韧性对材料的意义：a k对材料内部缺陷很敏感（可用来鉴定材料的冶金质量、热加工质量）； a k随温度降低而下降，可用来评定材料的冷脆现象。冲击韧性的大小在冲击试验机（12-12）上进行测试。材料在断裂之前吸收的冲击功越多表示材料抵抗冲击载荷的能力越强。 疲劳强度材料在低于 ss 的重复交变应力作用下发生断裂的现象，称为疲劳现象。材料承受的载荷有交变应力和重复应力。交变应力：大小、方向随时间周期

8、性变化的应力，如图 4。重复应力：方向不随时间变化。图4 交变应力疲劳曲线图如图 5。图5 疲劳曲线图疲劳极限材料经无限多次应力循环而不断裂的最大应力。它表示材料抵抗疲劳断裂的能力。（纯弯曲疲劳极限用。-1表 示）材料在长期的应力作用下会断裂，其疲劳断口（ 12-13）在显微镜下可明显看到辉纹。可以通过改善材料的形状结构，减少表 面缺陷，提高表面光洁度，进行表面强化等方法可提高材料疲劳抗力。5.断裂韧性构件或零件内部存在着或多或少、或大或小的裂纹和类似裂纹的缺陷，裂纹在应力的作 用下可失稳或扩展，导致构件破断。材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力叫做断裂韧性。材料的断裂方式可以分为脆性断裂和 韧性断

9、裂两种，脆性断裂指的是材料在断裂之前没有发生塑性变形，韧性断裂指的是材料在断裂之前发生了塑性变形，脆性 断裂更加危险，Titanic号船的沉没就与船体材料的质量有关。图6为Titanic号船用材料与近代船用材料的对比，可看出近 代船用材料的冲击韧性高于Titanic号船用材料。图 6 船用钢板断口图金属材料的理化性能1.金属的物理性能密度单位体积物质的质量称为该物质的密度 轻金属：密度小于 5 的金属。如铝、镁、钛及其合金。多用于航空航天。 重金属：密度大于 5 的金属。如铁、铅、钨。熔点一金属从固态向液态转变时的温度。纯金属都有固定熔点。 熔点高的金属为难熔金属，如钨、钼、钒，用来制造耐高温

10、零件。 熔点低的金属为易熔金属，如铅、锡，用来制造保险丝和防火安全阀。导热性一通常用热导率来衡量。热导率越大，导热性越好。金属导热性银最好，铜、 铝次之，合金比金属导热性差。导热性好的金属用来制造散热性零件。导电性一金属传导电流的能力。金属导电性银最好，铜、铝次之。导电性好宜于做电 线；导电性差的宜于做电热元件。热膨胀性一金属材料随温度变化而膨胀、收缩的特性。一般金属受热时膨胀体积增大， 冷却时收缩体积变小。用线膨胀系数和体膨胀系数来表示。磁性一金属材料可分为铁磁性材料（能被强烈磁化，铁。适于做变压器，电动机）顺 磁性材料和抗磁性材料（适于做航海罗盘）三类。铁磁性材料当温度升高高一定数值时，磁

11、畴被破坏，变为顺磁体，这个转 变温度称为居里点。2.金属的化学性能耐腐蚀性一金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气及其他化学介质腐蚀破坏作用的能力。 碳钢、铸铁耐腐蚀性较差；钛及其合金、不锈钢耐腐蚀性好抗氧化性一金属材料在加热时抵抗氧化作用的能力。加入铬、硅等合金元素，可提高 抗氧化性。金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性统称化学稳定性。在高温下化学稳定性称为热稳定性。Copyright 2008,School of Mechnical&Electrical Engineering,Central South University,All Rights Reserved版权所有，中南大学机电工程学院，保留所有权利