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金属材料的性能


一. 1. 2. 3.

金属材料物理性能 密度(指金属材料单位体积的质量).符号:ρ ;单位:kg/m?(g/cm?) 熔点(指金属材料从固态向液态转变时的熔化温度.单位:℃ 导电性(指金属材料传导电流的性能).是衡量金属导电性能的指标,通常用电阻率和导 电率来表示.电阻率的符号为ρ ,单位为Ω ?M;电导率的符号为γ (或σ )单位为 S/M。 电阻率和电导率的关系式:γ =1/ρ ) 4. 导热性 (指金属材料传导热量的性能,通常用热导率(导热系数) 来衡量。 符号为λ (或 K) 。单位为 W/(M?K) 5. 热膨胀性。指金属材料受热后产生体积增大的性能。通常用线膨胀系数来衡量。符号为 ai.单位为 K^-1. 二. 金属材料的化学性能. 1. 耐腐蚀性(指金属材料抵抗各种介质(如大气。水蒸气。其它有害气体及酸。碱。盐等) 侵蚀的能力。 2. 抗氧化性(指金属材料在高温条件下抵抗气化作用的能力) 3. 化学稳定性(指金属材料耐腐蚀性和抗氧化性的总和。金属材料在高温下的化学稳定性 又称热稳定性) 三.金属材料的力学性能(机械性能) 。 1.极限强度(指金属材料抵抗外力破坏作用的能力)单位:MPa(或 N/mm?) 强度按外力作用的不同可分为 A. 抗拉强度(抗张强度) :代号σ b.指外力是拉力时的极限强度. B. 抗压强度:代号σ bc.指外力是压力时的极限强度. C. 抗弯强度:代号σ bb.指外力与材料轴线垂直,并在作用后使材料呈弯曲时的极限强度. D. 抗剪强度:代号σ ξ .指外力与材料轴线垂直,并在材料呈剪切作用时的极限强度. 2.屈服点.规定残余伸长应力和规定非比例伸长应力 A.屈服点(物理屈服强度)(指金属材料在受外力到某一程度时,其变形(伸长)突然增加很大 时的材料抵抗外力的能力. 代号:σ s;单位:MPa(或 N/mm?) B.规定残余伸长应力(屈服强度, 条件屈服强度)(指金属材料在卸除拉力后,标距部分残余伸 长力达到规定数值的应力;当规定数值为 0.2%时,其代号写成σ r0.2) 代号:σ r;单位:MPa(或 N/mm?) C.规定非比例伸长应力(指金属材料在受拉力过程中,标距部分非比例伸长率达到规定数值 时的应力;当规定数值为 0.01%时,其代号写成σ p0.01. 3.弹性极限(指金属材料在受外力(拉力)到某一极限时,若除去外力,其变形(伸长)即消失, 恢复原状.弹性极限是指金属材料抵抗这一限度的外力的能力. 代号:σ e;单位:MPa(或 N/mm?) 4.伸长率(延伸率)(指金属材料受外围(拉力)作用断裂时,伸长的长度与原来长度的百分比, 伸长率按试棒长度的不同分为: ①短试棒求得的伸长率,代号为δ 5,试棒的标距等于 5 倍直径. ②长试棒求得的伸长率,代号为δ 10,试棒的标距等于 10 倍直径. 代号:δ ;单位:% 5.断面收缩率(收缩率)(指金属材料受拉力作用时断裂时,断面缩小的面积和原有断面积的 百分比.

代号:Ψ ;单位:% 6.硬度(指材料抵坑硬的物体压入自己表面的能力) 硬度按测定方法的不同分为以下几种: ① 布氏硬度(指以一定的负荷把一定直径的淬硬钢球或硬质合金球压于材料表面,保 持规定时间后,卸除负荷,测量材料表面的压痕,按公式来计算硬度大小. 代号:HB;单位:无 ② 洛氏硬度(指以一定的负荷把淬硬钢球或顶角为 120°圆锥形金刚石压入器压入材 料表面,然后以材料表面上凹坑的深度来计算硬度大小. 代号:HR;单位:无 洛氏硬度有多种标尺,常见的有: A 标尺 C:代号 HRC,采用 1471.1N(150kgf)总负荷和金刚石压入器求得的硬度;它适用于 调质钢.淬火钢等较硬材料的硬度测定. B 标尺 A:代号 HRA,采用 588.4N(60kgf)总负荷和金刚石压入器求得的硬度;它适用于表 面淬火钢.渗碳钢.硬质合金等较硬材料的硬度测定. C 标尺 B:代号 HRB,采用 980.7N(100kgf)总负荷和以直径 1.588mm 淬硬钢球为压入器求 得的硬度;它适用于有色金属.退火钢.正火钢等较软材料的硬度测定. D 标尺 F:代号 HRF,采用 588.4N(60kgf)总负荷和以直径为 1.588mm 的淬硬钢球为压入器 求得的硬度,它适用于薄钢板.退火铜合金等试件和硬度测定. ③ 维氏硬度(指以一定的负荷把 120°方锥形金刚石压入器压入材料表面,保持规定时 间后卸除负荷,测量材料表面的压痕对角线平均长度,按公式来计算硬度大小. ④ 表面洛氏硬度(试验原理与洛氏硬度一样,它主要用于测定钢材表面经渗碳.氮化等 处理的表面层硬度及薄小试件的硬度. 代号 HR;单位:无 表面洛氏硬度也有多种标尺: A 标尺 15N:代号 HR15N,采用 147.1N(15kgf)总负荷和金刚石压入器求得的硬度. B 标尺 30N:代号 HR30N,采用 294.2N(30kgf)总负荷和金刚石压入器求得的硬度. C 标尺 45N:代号 HR45N,采用 441.3N(45kgf)总负荷和金刚石压入器求得的硬度. D 标尺 15T:代号 HR15T,采用 147.1N(15kgf)总负荷和以直径 1.588mm 淬硬钢球为压入器 求得的硬度. E 标尺 30T:代号 HR30T,采用 294.2N(30kgf)总负荷和以直径 1.588mm 淬硬钢球为压入器 求得的硬度. F 标尺 45T:代号 HR45T,采用 441.3N(45kgf)总负荷和以直径 1.588MM 淬硬钢球为压入器 求得的硬度. 6. 冲击吸收功和冲击韧性 ① 冲击吸收功(冲击功)(用一定形状和尺寸的材料试样在冲击负荷作用下折断时所吸收的 功. 代号:A(KU)(AKV);单位:J ② 冲击韧性(冲击值)(将冲击吸收功除以试样试样缺口底部处横截面积所得的商. 代号 aKU 或 Akv;单位:J/CM? 注:AKU 和 aKU 分别表示用夏比 U 形缺口试样求得的冲击功或冲击值,AKV 和 aKV 分别表示用 夏比 V 形缺口求得的冲击功或冲击值. 三. 金属材料工艺性能 1. 铸造性.(可铸性)

指金属材料能用铸造的方法获得合格铸件的性能.铸造性主要包括流动性,收缩性和偏析.流 动性是指液态金属充满铸模的能力;收缩性是指铸件凝固时,体积收缩的程度;偏析是指金属 在冷却凝固的过程中,因结晶先后差异而造成金属内部化学成分和组织的不均匀性. 2. 可锻性 指金属材料在压力加工时,能改变形状而不产生裂纹的性能.它包括在热态或冷态下能够进 行锤锻,轧制,拉伸,挤压等加工.可锻性的好坏主要与金属材料的化学成分有关. 3. 切削加工性(可切削性,机械加工性) 指金属材料被刀具切削加工后而成为合格工件的难易程度.切削加工性好坏常用加工后工件 的表面粗糙度,允许的切削速度以及刀具的磨损程度来衡量.它与金属材料的化学成分,力学 性能,导热性及加工硬化程度等诸多因素有关.通常是用硬度和韧性作切削加工性好坏的大 致判断.一般来讲,金属材料的硬度愈高愈难切削;硬度虽不高,但韧性大,切削也较困难. 4. 焊接性 指金属材料对焊接加工的适应性能.主要是指在一定的焊接工艺条件下,获得优质焊接接头 的难易程度.它包括两个方面的内容:一是结合性能,即在一定的焊接工艺条件下,一定的金 属形成焊接缺陷的敏感性;二是使用性能,即在一定的焊接工艺条件下,一定的金属焊接接头 对使用要求的适用性. 5. 热处理 ① 退火 指金属材料加热到适当温度,保持一定时间,然后缓慢冷却的热处理工艺. 常见的退火工艺有:再结晶退火,去应力退火,球化退火,完全退火等. 退火的目的:主要是降低金属材料的硬度,提高塑性,以利切削加工或压力加工;减少残 余应力;提高组织和成分的均匀化;或为后热处理作好组织准备等. ② 正火 指将钢材或钢件加热到 Ac3 或 Acm(钢的上临界点温度)以上 30~50℃,保温适当时间后, 在静止的空气中冷却的热处理工艺. 正火的目的:主要是提高低碳钢的力学性能,改善切削加工性;细化晶粒;消除组织缺陷; 为后道热处理作好组织准备等. ③ 淬火 指将钢件加热到 Ac3 或 Ac1(钢的下临界点温度)以上某一温度,保持一定时间,然后以适 当的冷却速度,获得马氏体(或贝氏体)组织的热处理工艺. 常见的淬火工艺有盐浴淬火,马氏体分级淬火,贝氏体等温淬火,表面淬火和局部淬火 等. 淬火的目的:使钢件获得所需的马氏体组织,提高工件的硬度,强度和耐磨性;为后道热 处理作好组织准备等. ④ 回火 指钢件经淬硬后,再加热到 Ac1 以下的某一温度,保温一定时间,然后冷却到室温的热处 理工艺. 常见的回火工艺有:低温回火,中温回火,高温回火和多次回火等. 回火的目的:主要是消除钢件在淬火时所产生的应力;使钢件具有高的硬度和耐磨性外, 并具有所需要的塑性和韧性等. ⑤ 调质 指将钢材或钢件进行淬火及回火的复合热处理工艺.适用于调质处理的钢称调质钢.它 一般是指中碳结构钢和中碳合金结构钢,如 45,40Cr 钢等. ⑥ 化学热处理

指金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温,使一种或几种元素渗入它的表层,以改 变其化学成分,组织和性能的热处理工艺. 常见的化学热处理工艺有:渗碳,渗氮,碳氮共渗,渗铝,渗硼等. 化学热处理的目的:主要是提高钢件表面的硬度,耐磨性,搞蚀性,抗疲劳强度和抗氧化性等. ⑦ 固溶处理: 指将合金加热到高温单相区恒温保持,使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却,以得到过 饱和固溶体的热处理工艺. 固溶处理的目的:主要是改善钢和合金的塑性和韧性;为沉淀硬化处理作好准备等. ⑧ 沉淀硬化(析出强化) 指金属在过饱和固溶体中溶质原子偏聚区和(或)由之脱溶出微粒弥散分步于基体中而导致 硬化的一种热处理工艺.如奥氏体沉淀不锈钢在固溶处理后或经冷加工后,在 400~500℃或 700~800℃进行沉淀硬化处理,可获得很高的强度. ⑨ 时效处理: 指合金工件经固溶处理,冷塑性变形或铸造,锻造后,在较高的温度放置或室温保持,其性能, 形状,尺寸随时间而变化的热处理工艺.若采用将工件加热到较高温度,并较长时间进行时效 处理的时效处理工艺.若采用将工件加热到较高温度,并较长时间进行时效处理的时效处理 工艺,称为人工时效处理;若将工件放置在室温或自然条件下长间间存放而发生的时效现象, 称为自然时效处理. 时效处理的目的:消除工件内应力,稳定组织和尺寸,改善机械性能等. ⑩ 淬透性: 指在规定条件下,决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性. 钢材淬透性与差,常用淬硬层深度来表示.淬硬层深度越大,则钢的淬透性越好. 钢的淬透性主要取决于它的化学成分,特别是含增大淬透性的合金元素及晶粒度,加热温度 和保温时间等因素有关.淬透性好的钢材,可使钢件整个截面获得均匀一致的力学性能以及 可选用钢件淬火应力的淬火剂,以减少变形和开裂. ⑾临界直径(临界淬透直径) 临界直径是指钢材在某种介质中淬冷后,心部得到全部马氏体或 50%马氏体组织时的最大直 径,一些钢的临界直径一般可以通过油中或水中的淬透性试验来获得. ⑿二次硬化 某些铁碳合金(如高速钢)须经多次回火后,才进一步提高其硬度.这种硬化现象,称为二 次硬化,它是由于特殊碳化物析出和(或)由于残余奥氏体转变为马氏体或贝氏体所致. ⒀回火淬性 指淬火钢在某些温度区间回火或从回火温度缓慢冷却通过该温度区间的脆化现象. 回火脆性可分为第一类回火脆性和第二类回火脆性. 第一类回火脆性又称不可逆回火淬性,主要发生在回火温度为 250~400℃时,在重新加热脆 性消失后,重复在此区间回火,不在发生脆性 第二类回火脆性又称可逆回火脆性,发生的温度在 400~650℃,当重新加热脆性消失后,应迅 速冷却,不能在 400~650℃区间长时间停留或缓冷,否则会再次发生脆化现象.回火脆性的发 生与钢中所含合合元素有关,如锰,铬,硅,镍,会产生回火脆性倾向,而钼,钨有减弱回火脆性 倾向.


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