金属材料的性能..doc

1金属材料的性能 　　金属材料的性能分为使用性能和工艺性能。使用性能是指金属材料在使用过程中反映出来的特性，它决定金属材料的应用范围、安全可靠性和使用寿命。使用性能又分为机械性能、物理性能和化学性能。工艺性能是指金属材料在制造加工过程中反映出来的各种特性，是决定它是否易于加工或如何进行加工的重要因素。 　　在选用金属材料和制造机械零件时，主要考虑机械性能和工艺性能。在某些特定条件下工作的零件，还要考虑物理性能和化学性能。 1.1金属材料的机械性能 　　各种机械零件或者工具，在使用时都将承受不同的外力，如拉力、压力、弯曲、扭转、冲击或摩擦等等的作用。为了保证零件能长期正常的使用，金属材料必须具备抵抗外力而不破坏或变形的性能，这种性能称为机械性能。即金属材料在外力作用下所反映出来的力学性能。金属材料的机械性能是零件设计计算、选择材料、工艺评定以及材料检验的主要依据。 　　不同的金属材料表现出来的机械性能是不一样的。衡量金属材料机械性能的主要指标有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。 强度 　　金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力称为强度。按外力作用的方式不同，可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗扭强度等。一般所说的强度是指抗拉强度。它是用金属拉伸试验方法测出来的。 1.1.2　刚性与弹性 金属材料在外力作用下，抵抗弹性变形的能力称为刚性。刚性的大小可用材料的弹性模量（E）表示。弹性模量是金属材料在弹性变形范围内的规定非比例伸长应力（σρ）与规定非比例伸长率（ερ）的比值。所以材料的弹性模量（E）愈大，刚性愈大，材料愈不易发生弹性变形。但必须注意的是：材料的刚性与零件的刚度是不同的，零件的刚度除与材料的弹性模量有关外，还与零件的断面形状和尺寸有关。例如，同一种材料的两个零件，弹性模量E虽然相同，但断面尺寸大的零件不易发生弹性变形，而断面尺寸小的零件则易发生弹性变形。 　　零件在使用过程中，一般处于弹性变形状态。对于要求弹性变形小的零件，如泵类主轴、往复机的曲轴等，应选用刚性较大的金属材料。对于要求弹性好的零件，如弹簧则可通过热处理和合金化的方法，达到提高弹性的目的。 1.1.3　硬度 金属材料抵抗集中负荷作用的性能称为硬度。换句话说，硬度是金属材料抵抗硬物压入的能力。材料的硬度是强度、塑性和加工硬化倾向的综合反映。硬度与强度之间往往有一定的概略比例关系，并在很大程度上反映出材料的耐磨性能。此外，硬度测定方法简便，不需制备特殊的试样，可以直接在零件上进行测定，而不损坏工件。所以硬度通常在生产上作为热处理质量检验的主要方法。 1.1.4　冲击韧性 有些机器零件在工作时，如齿轮换挡、设备起动、刹车等，往往受到冲击负荷的作用；还有一些机器，如锻锤、冲床、凿岩机、气动舂砂锤等，它们本身就是利用冲击能量来工作的。金属抵抗冲击负荷的能力称为冲击韧性。 对于承受小能量多次冲击的机器零件，对材料要求高的强度，又要求过高的塑性和冲击韧性，并不能提高零件的寿命，相反却因牺牲了强度，不能发挥材料的潜力，反击会降低零件的寿命。 1.1.5　疲劳强度 金属材料在重复或交变负荷的作用下，循环一定周次Ni后，断裂时所能承受的最大应力称为疲劳强度。材料的疲劳强度是通过各种条件下的疲劳试验确定的。对称应力循环下的疲劳极限通常是在旋转弯曲疲劳试验机上用光滑试样测定。 材料的疲劳极限是材料机械性能中的一个重要性能。凡承受交变负荷的机器零件在设计时需用疲劳极限进行强度计算。在断裂的零件中，绝大多数是交变负荷下工作的，如往复机的曲轴，各种机器的主轴、齿轮、弹簧等。它们的主要破坏形式是疲劳断裂，而且疲劳断裂中大多数是突然发生的，通常所承受的应力也小于材料的屈服强度。因此，疲劳断裂具有很大的危险性。 材料的疲劳极限是材料机械性能中最敏感的性能之一。受各种内因和外因的影响。例如工作时的负荷性质、环境温度和介质；零件的几何尺寸、表面加工的质量及处理；材料的化学成分、内部组织及缺陷等，都显著地影响疲劳极限。为了提高机械零件的疲劳强度，除了根据强度要求正确选材外，合理地设计零件的结构形状，避免应力集中，提高零件的表面质量，避免各种损伤，以及采用表面淬火、化学热处理、喷丸处理等表面强化方法，都能不同程度地提高抗疲劳断裂的能力。 1.1.6断裂韧性　 　　金属材料抵抗裂纹扩展断裂的韧性性能称为断裂韧性。断裂韧性与其他韧性一样，综合地反映了材料的强度和塑性。 　　按传统力学方法对零件进行强度设计时，以材料的屈服强度为依据，运用强度储备法确定零件的许用应力和工作应力。照此设计的零件，一般认为是安全可靠的。但是，一些用高强度钢和超高强度钢制造的零件，以及中、低强度钢制造的大型零件，在工作应力低于屈服强度的条件下，有时发生脆性断裂。这种在屈服强度以下产生的脆性断裂称为低应力脆断。 　　大量断裂