金属资料界说_

　　疲惫强度极限金属资料在长时刻的重复应力效果或交变应力效果下应力一般均小于屈从极限强度s未经显着变形就发生开裂的现象称为疲惫损坏或疲惫开裂这是因为多种原因使得零件外表的部分构成大于s乃至大于b的应力应力会集使该部分发生塑性变形或微裂纹跟着重复交变应力效果次数的添加使裂纹逐步扩展加深裂纹顶级处应力会集导致该部分处接受应力的实践截面积减小直至部分应力大于b而发生开裂

　　金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的资料的总称。包含纯金属、合金、金属间化合物和 特种金属资料等。 含义 含义:人类文明的开展和社会的前进同金属资料联系十分亲近。继石器年代之后呈现的 铜器年代、铁器年代，均以金属资料的运用为其年代的显着标志。现代，品种繁复的金属资料已成为人类 社会开展的重要物质基础。品种:金属资料一般分为黑色金属、有色金属和特种金属资料。①黑色金属又称 钢铁资料，包含含铁 90％以上的工业纯铁，含碳 2％～4％的铸铁，含碳小于 2％的碳钢，以及各种用处 的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精细合金等。广义的黑色金属还包含铬、锰及其合金。②有色金 属是指除铁、铬、锰以外的一切金属及其合金，一般分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和 稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，而且电阻大、电阻温度系数小。③特种金属资料包 括不同用处的结构金属资料和功用金属资料。其间有经过快速冷凝工艺取得的非晶态金属资料，以及准晶、 微晶、纳米晶金属资料等；还有隐身、抗氢、超导、形状回忆、耐磨、减振阻尼等特别功用合金，以及金 属基复合资料等。 功能:一般分为工艺功能和运用功能两类。所谓工艺功能是指机械零件在加工制作进程 中，金属资料在所定的冷、热加工条件下表现出来的功能。金属资料工艺功能的好坏，决议了它在制作过 程中加工成形的适应才能。因为加工条件不同，要求的工艺功能也就不同，如铸造功能、可焊性、可锻性、 热处理功能、切削加工性等。所谓运用功能是指机械零件在运用条件下，金属资料表现出来的功能，它包 括力学功能、物理功能、化学功能等。金属资料运用功能的好坏，决议了它的运用规模与运用寿命。在机 械制作业中，一般机械零件都是在常温、常压和十分激烈腐蚀性介质中运用的，且在运用进程中各机械零 件都将接受不同载荷的效果。金属资料在载荷效果下反抗损坏的功能，称为力学功能（过去也称为机械性 能）。金属资料的力学功能是零件的规划和选材时的首要依据。外加载荷性质不同（例如拉伸、紧缩、扭 转、冲击、循环载荷等），对金属资料要求的力学功能也将不同。常用的力学功能包含：强度、塑性、硬 度、冲击耐性、屡次冲击抗力和疲惫极限等。

　　许多机械零件和工程构件，是接受交变载荷作业的。在交变载荷的效果下，尽管应力水平低于资料的屈从 极限，但经过长时刻的应力重复循环效果今后，也会发生忽然脆性开裂，这种现象叫做金属资料的疲惫。 金属资料疲惫开裂的特点是： （1）载荷应力是交变的； （2）载荷的效果时刻较长； （3）开裂是瞬时发生的； （4）无论是塑性资料仍是脆性资料，在疲惫开裂区都是脆性的。 所以，疲惫开裂是工程上最常见、最风险的开裂方式。 金属资料的疲惫现象，按条件不同可分为下列几种： （1）高周疲惫：指在低应力（作业应力低于资料的屈从极限，乃至低于弹性极限）条件下，应力循环周数 在 100000 以上的疲惫。它是最常见的一种疲惫损坏。高周疲惫一般简称为疲惫。 （2）低周疲惫：指在高应力（作业应力挨近资料的屈从极限）或高应变条件下，应力循环周数在 10000~100000 以下的疲惫。因为交变的塑性应变在这种疲惫损坏中起首要效果，因而，也称为塑性疲惫 或应变疲惫。 （3）热疲惫：指因为温度改变所发生的热应力的重复效果，所构成的疲惫损坏。 （4）腐蚀疲惫：指机器部件在交变载荷和腐蚀介质（如酸、碱、海水、活性气体等）的一起效果下，所产 生的疲惫损坏。 （5）触摸疲惫：这是指机器零件的触摸外表，在触摸应力的重复效果下，呈现麻点脱落或外表压碎脱落， 然后构成机件失效损坏。

　　塑性是指金属资料在载荷外力的效果下，发生永久变形（塑性变形）而不被损坏的才能。金属资料在遭到

　　拉伸时，长度和横截面积都要发生改变，因而，金属的塑功能够用长度的伸长（延伸率）和断面的缩短（断 面缩短率）两个目标来衡量。 金属资料的延伸率和断面缩短率愈大，表明该资料的塑性愈好，即资料能接受较大的塑性变形而不破 坏。一般把延伸率大于百分之五的金属资料称为塑性资料（如低碳钢等），而把延伸率小于百分之五的金 属资料称为脆性资料（如灰口铸铁等）。塑性好的资料，它能在较大的微观规模内发生塑性变形，并在塑 性变形的一起使金属资料因塑性变形而强化，然后进步资料的强度，确保了零件的安全运用。此外，塑性 好的资料能够顺畅地进行某些成型工艺加工，如冲压、冷弯、冷拔、校直等。因而，挑选金属资料作机械 零件时，有必要满意必定的塑性目标。 字串 2

　　硬度表明资料反抗硬物体压入其外表的才能。它是金属资料的重要功能目标之一。一般硬度越高，耐磨性 越好。常用的硬度目标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 1.布氏硬度（HB） 以必定的载荷(一般 3000kg)把必定巨细（直径一般为 10mm）的淬硬钢球压入资料外表，坚持一段时刻， 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 HB450 或许试样过小时，不能选用布氏硬度实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，在必定载荷下压入被测资料外表，由压痕的深度求出资料的硬度。 依据实验资料硬度的不同， 分三种不同的甓壤幢硎荆?HRA： 是选用 60kg 载荷和钻石锥压入器求得的硬度， 用于硬度极高的资料（如硬质合金等）。 HRB：是选用 100kg 载荷和直径 1.58mm 淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的资料（如退火钢、铸 铁等）。 HRC：是选用 150kg 载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的资料（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资料外表， 用资料压痕凹坑的外表积除以载 荷值，即为维氏硬度值(HV)。 硬度实验是机械功能实验中最简单易行的一种实验办法。为了能用硬度实验替代某些机械功能实验，出产 上需求一个比较精确的硬度和强度的换算联系。 实践证明，金属资料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应联系。因为硬度值是由开始 塑性变形抗力和持续塑性变形抗力决议的，资料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。

　　金属资料的功能决议着资料的适用规模及运用的合理性。金属资料的功能首要分为四个方面，即：机 械功能、化学功能、物理功能、工艺功能。

　　（一）应力的概念,物体内部单位截面积上接受的力称为应力。由外力效果引起的应力称为作业应力，在无 外力效果条件下平衡于物体内部的应力称为内应力（例如安排应力、热应力、加工进程完毕后留存下来的 剩下应力…等等）。 （二）机械功能,金属在必定温度条件下接受外力（载荷）效果时，反抗变形和开裂的才能称为金属资料的 机械功能（也称为力学功能）。金属资料接受的载荷有多种方式，它能够是静态载荷，也能够是动态载荷， 包含独自或一起接受的拉伸应力、压应力、曲折应力、剪切应力、改变应力，以及冲突、振荡、冲击等等， 因而衡量金属资料机械功能的目标首要有以下几项： 1.强度 强度 这是表征资料在外力效果下反抗变形和损坏的最大才能， 可分为抗拉强度极限 （σb） 抗弯强度极限 、 （σbb） 、

　　抗压强度极限（σbc）等。因为金属资料在外力效果下从变形到损坏有必定的规则可循，因而一般选用拉 伸实验进行测定，即把金属资料制成必定标准的试样，在拉伸实验机上进行拉伸，直至试样开裂，测定的 强度目标首要有： （1）强度极限：资料在外力效果下能反抗开裂的最大应力，一般指拉力效果下的抗拉强度极限，以 σb 表 示，如拉伸实验曲线图中最高点 b 对应的强度极限，常用单位为兆帕（MPa），换算联系有： 1MPa=1N/m2=(9.8)-1Kgf/mm2 或 1Kgf/mm2=9.8MPaσb=Pb/Fo 式中： Pb?C 至资料开裂时的最大应力 （或 者说是试样能接受的最大载荷）；Fo?C 拉伸试样本来的横截面积。 （2）屈从强度极限：金属资料试样接受的外力超越资料的弹性极限时，尽管应力不再添加，可是试样仍发 生显着的塑性变形，这种现象称为屈从，即资料接受外力到必定程度时，其变形不再与外力成正比而发生 显着的塑性变形。发生屈从时的应力称为屈从强度极限，用 σs 表明，相应于拉伸实验曲线图中的 S 点称 为屈从点。关于塑性高的资料，在拉伸曲线上会呈现显着的屈从点，而关于低塑性资料则没有显着的屈从 点，然后难以依据屈从点的外力求出屈从极限。因而，在拉伸实验办法中，一般规则试样上的标距长度产 生 0.2%塑性变形时的应力作为条件屈从极限，用 σ0.2 表明。屈从极限目标可用于要求零件在作业中不产 生显着塑性变形的规划依据。可是关于一些重要零件还考虑要求屈强比（即 σs/σb）要小，以进步其安全 可靠性，不过此刻资料的运用率也较低了。 （3）弹性极限：资料在外力效果下将发生变形，可是去除外力后仍能恢复原状的才能称为弹性。金属资料 能坚持弹性变形的最大应力即为弹性极限，相应于拉伸实验曲线图中的 e 点，以 σe 表明，单位为兆帕 （MPa）：σe=Pe/Fo 式中 Pe 为坚持弹性时的最大外力（或许说资料最大弹性变形时的载荷）。 （4）弹性模数：这是资料在弹性极限规模内的应力 σ 与应变 δ（与应力相对应的单位变形量）之比，用 E 表明，单位兆帕（MPa）：E=σ/δ=tgα 式中 α 为拉伸实验曲线上 o-e 线与水平轴 o-x 的夹角。弹性模数是 反映金属资料刚性的目标（金属资料受力时反抗弹性变形的才能称为刚性）。 2.塑性 塑性, 塑性 金属资料在外力效果下发生永久变形而不损坏的最大才能称为塑性，一般以拉伸实验时的试样标距长 度延伸率 δ（%）和试样断面缩短率 ψ（%）延伸率 δ=[(L1-L0)/L0]x100%，这是拉伸实验时试样拉断后将 试样断口对合起来后的标距长度 L1 与试样原始标距长度 L0 之差（增长量）与 L0 之比。在实践实验时， 同一资料可是不同标准（直径、截面形状-例如方形、圆形、矩形以及标距长度）的拉伸试样测得的延伸率 会有不同，因而一般需求特别加注，例如最常用的圆截面试样，其初始标距长度为试样直径 5 倍时测得的 延伸率表明为 δ5，而初始标距长度为试样直径 10 倍时测得的延伸率则表明为 δ10。断面缩短率 ψ=[(F0-F1)/F0]x100%，这是拉伸实验时试样拉断后原横截面积 F0 与断口细颈处最小截面积 F1 之差（断 面缩减量）与 F0 之比。有用中关于最常用的圆截面试样一般可经过直径丈量进行核算： ψ=[1-(D1/D0)2]x100%，式中：D0-试样原直径；D1-试样拉断后断口细颈处最小直径。δ 与 ψ 值越大，表 明资料的塑性越好。3.硬度,金属资料反抗其他更硬物体压入外表的才能称为硬度，或许说是资料对部分塑 性变形的反抗才能。因而，硬度与强度有着必定的联系。依据硬度的测定办法，首要能够分为： （1）布氏硬度 ）布氏硬度（代号 HB）,用必定直径 D 的淬硬钢球在规则负荷 P 的效果下压入试件外表，坚持一段时 间后卸去载荷，在试件外表将会留下外表积为 F 的压痕，以试件的单位外表积上能接受负荷的巨细表明该 试件的硬度：HB=P/F。在实践运用中，一般直接丈量压坑的直径，并依据负荷 P 和钢球直径 D 从布氏硬 度数值表上查出布氏硬度值（明显，压坑直径越大，硬度越低，表明的布氏硬度值越小）。布氏硬度与材 料的抗拉强度之间存在必定联系： σb≈KHB， 为系数， K 例如关于低碳钢有 K≈0.36， 关于高碳钢有 K≈0.34， 关于调质合金钢有 K≈0.325，…等等。 （2）洛氏硬度 ）洛氏硬度（HR）用有必定顶角（例如 120°）的金刚石圆锥体压头或必定直径 D 的淬硬钢球，在必定 负荷 P 效果下压入试件外表，坚持一段时刻后卸去载荷，在试件外表将会留下某个深度的压痕。由洛氏硬 度机主动丈量压坑深度并以硬度值读数显现（明显，压坑越深，硬度越低，表明的洛氏硬度值越小）。根 据压头与负荷的不同，洛氏硬度还分为 HRA、HRB、HRC 三种，其间以 HRC 为最常用。洛氏硬度 HRC

　　与布氏硬度 HB 之间有如下换算联系：HRC≈0.1HB。除了最常用的洛氏硬度 HRC 与布氏硬度 HB 之外， 还有维氏硬度（HV）、肖氏硬度（HS）、显微硬度以及里氏硬度（HL）。这儿特别要阐明一下关于里氏 硬度，这是现在最新颖的硬度表征办法，运用里氏硬度计进行丈量，其检测原理是：里氏硬度计的冲击装 置将冲头从固定方位开释，冲头快速冲击在试件外表上，经过线圈的电磁感应丈量冲头间隔试件外表 1 毫 米处的冲击速度与反弹速度（感应为冲击电压和反弹电压），里氏硬度值即以冲头反弹速度和冲击速度之 比来表明：HL=(Vr/Vi)?1000 式中：HL-里氏硬度值；Vr-冲头反弹速度；Vi-冲头冲击速度（注：实践运用 设备中是以冲击设备中的闭合线圈感应的冲击电压和反弹电压代表冲击速度和反弹速度）。冲击设备的构 造首要有内置绷簧（加载套管，不同类型的冲击设备有不同的冲击能量）、导管、开释按钮、内置线圈与 骨架、支撑环以及冲头，冲头首要选用金刚石、碳化钨两种极高硬度的球形（不同类型的冲击设备其冲头 直径有不同）。长处：里氏硬度计的主机接收到冲击设备取得的信号进行处理、核算，然后在屏幕上直接 显现出里氏硬度值，便携式里氏硬度计用里氏（HL）丈量后能够转化为：布氏（HB）、洛氏（HRC）、 维氏（HV）、肖氏（HS）硬度。或用里氏原理直接用布氏（HB）、洛氏（HRC）、维氏（HV）、里氏 （HL）、肖氏（HS）丈量硬度值,一起可折算出资料的抗拉强度 σb，还能够将丈量成果贮存、直接打印输 出或传送给核算机作进一步的数据处理。 3.运用规模 运用规模： 运用规模 里氏硬度计是一种便携袖珍设备，可运用于各种金属资料、工件的外表硬度丈量，特别是大型锻铸 件的丈量，其最大的特点是能够恣意方向检测，免去了一般硬度计对工件巨细、丈量方位等的约束。 4.耐性 耐性 金属资料在冲击载荷效果下反抗损坏的才能称为耐性。 一般选用冲击实验， 即用必定尺度和形状的金 属试样在规则类型的冲击实验机上接受冲击载荷而折断时，断口上单位横截面积上所耗费的冲击功表征材 料的耐性：αk=Ak/F 单位 J/cm2 或 Kg•m/cm2，1Kg•m/cm2=9.8J/cm2αk 称作金属资料的冲击耐性，Ak 为 冲击功，F 为断口的原始截面积。5.疲惫强度极限金属资料在长时刻的重复应力效果或交变应力效果下（应 力一般均小于屈从极限强度 σs），未经显着变形就发生开裂的现象称为疲惫损坏或疲惫开裂，这是因为多 种原因使得零件外表的部分构成大于 σs 乃至大于 σb 的应力（应力会集），使该部分发生塑性变形或微裂 纹，跟着重复交变应力效果次数的添加，使裂纹逐步扩展加深（裂纹顶级处应力会集）导致该部分处接受 应力的实践截面积减小，直至部分应力大于 σb 而发生开裂。在实践运用中，一般把试样在重复或交变应 力（拉应力、压应力、曲折或改变应力等）效果下，在规则的周期数内（一般对钢取 106~107 次，对有色 金属取 108 次）不发生开裂所能接受的最大应力作为疲惫强度极限，用 σ-1 表明，单位 MPa。除了上述五 种最常用的力学功能目标外，对一些要求特别严厉的资料，例如航空航天以及核工业、电厂等运用的金属 资料，还会要求下述一些力学功能目标：蠕变极限：在必定温度和稳定拉伸载荷下，资料随时刻缓慢发生 塑性变形的现象称为蠕变。一般选用高温拉伸蠕变实验，即在稳定温度和稳定拉伸载荷下，试样在规则时 间内的蠕变伸长率（总伸长或剩下伸长）或许在蠕变伸长速度相对稳定的阶段，蠕变速度不超越某规则值 时的最大应力，作为蠕变极限，以表明，单位 MPa，式中 τ 为实验持续时刻，t 为温度，δ 为伸长率，σ 为 应力；或许以表明，V 为蠕变速度。高温拉伸耐久强度极限：试样在稳定温度和稳定拉伸载荷效果下，达 到规则的持续时刻而不开裂的最大应力，以表明，单位 MPa，式中 τ 为持续时刻，t 为温度，σ 为应力。金 属缺口敏感性系数：以 Kτ 表明在持续时刻相同（高温拉伸耐久实验）时,有缺口的试样与无缺口的润滑试 样的应力之比：式中 τ 为实验持续时刻，为缺口试样的应力，为润滑试样的应力。或许用：表明，即在相 同的应力 σ 效果下，缺口试样持续时刻与润滑试样持续时刻之比。抗热性：在高温下资料对机械载荷的抗 力。

　　金属与其他物质引起化学反应的特性称为金属的化学功能。 在实践运用中首要考虑金属的抗蚀性、 抗 氧化性（又称作氧化抗力，这是特别指金属在高温时对氧化效果的反抗才能或许说稳定性），以及不同金 属之间、金属与非金属之间构成的化合物对机械功能的影响等等。在金属的化学功能中，特别是抗蚀性对

　　金属的物理功能首要考虑： （1）密度（比重）：ρ=P/V 单位克/立方厘米或吨/立方米，式中 P 为分量，V 为体积。在实践运用中，除 了依据密度核算金属零件的分量外，很重要的一点是考虑金属的比强度（强度 σb 与密度 ρ 之比）来协助 选材，以及与无损检测相关的声学检测中的声阻抗（密度 ρ 与声速 C 的乘积）和射线检测中密度不同的物 质对射线能量有不同的吸收才能等等。 （2）熔点：金属由固态转变成液态时的温度，对金属资料的熔炼、热加工有直接影响，并与资料的高温性 能有很大联系。（3）热胀大性跟着温度改变，资料的体积也发生改变（胀大或缩短）的现象称为热胀大， 多用线胀大系数衡量，亦即温度改变 1℃时，资料长度的增减量与其 0℃时的长度之比。热胀大性与资料的 比热有关。在实践运用中还要考虑比容（资料受温度等外界影响时，单位分量的资料其容积的增减，即容 积与质量之比），特别是关于在高温环境下作业，或许在冷、热替换环境中作业的金属零件，有必要考虑其 胀大功能的影响。 （4）磁功能招引铁磁性物体的性质即为磁性，它反映在导磁率、磁滞损耗、剩下磁感应强度、矫顽磁力等 参数上，然后能够把金属资料分红顺磁与逆磁、软磁与硬磁资料。 （5）电学功能首要考虑其电导率，在电磁无损检测中对其电阻率和涡流损耗等都有影响。

　　金属对各种加工工艺办法所表现出来的适应性称为工艺功能，首要有以下四个方面： （1）切削加工功能：反映用切削东西（例如车削、铣削、刨削、磨削等）对金属资料进行切削加工的难易 程度。 （2）可锻性：反映金属资料在压力加工进程中成型的难易程度，例如将资料加热到必定温度时其塑性的高 低（表现为塑性变形抗力的巨细），答应热压力加工的温度规模巨细，热胀冷缩特性以及与显微安排、机 械功能有关的临界变形的边界、热变形时金属的流动性、导热功能等。 （3）可铸性：反映金属资料熔化浇铸成为铸件的难易程度，表现为熔化状况时的流动性、吸气性、氧化性、 熔点，铸件显微安排的均匀性、细密性，以及冷缩率等。 （4）可焊性：反映金属资料在部分快速加热，使结合部位敏捷熔化或半熔化（需加压），然后使结合部位 牢固地结合在一起而成为全体的难易程度，表现为熔点、熔化时的吸气性、氧化性、导热性、热胀冷缩特 性、塑性以及与接缝部位和邻近用材显微安排的相关性、对机械功能的影响等。

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