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金属质料基础知识大全,有用!

更新时间  2021-09-26 19:44 阅读
本文摘要:概述 金属质料是指金属元素或以金属元素为主组成的具有金属特性的质料的统称。包罗纯金属、合金、金属质料金属间化合物和特种金属质料等。(注:金属氧化物(如氧化铝)不属于金属质料)1.意义 人类文明的生长和社会的进步同金属质料关系十分密切。继石器时代之后泛起的铜器时代、铁器时代,均以金属质料的应用为其时代的显著标志。 现代,种类繁多的金属质料已成为人类社会生长的重要物质基础。2.种类 金属质料通常分为玄色金属、有色金属和特种金属质料。

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概述  金属质料是指金属元素或以金属元素为主组成的具有金属特性的质料的统称。包罗纯金属、合金、金属质料金属间化合物和特种金属质料等。(注:金属氧化物(如氧化铝)不属于金属质料)1.意义  人类文明的生长和社会的进步同金属质料关系十分密切。继石器时代之后泛起的铜器时代、铁器时代,均以金属质料的应用为其时代的显著标志。

现代,种类繁多的金属质料已成为人类社会生长的重要物质基础。2.种类  金属质料通常分为玄色金属、有色金属和特种金属质料。  (1)玄色金属又称钢铁质料,包罗含铁90%以上的工业纯铁,含碳2%~4%的铸铁,含碳小于 2%的碳钢,以及种种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、不锈钢、细密合金等。

广义的玄色金属还包罗铬、锰及其合金。  (2)有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金,通常分为轻金属、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)特种金属质料包罗差别用途的结构金属质料和功效金属质料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属质料,以及准晶、微晶、纳米晶金属质料等;另有隐身、抗氢、超导、形状影象、耐磨、减振阻尼等特殊功效合金以及金属基复合质料等。

3.性能  一般分为工艺性能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制造历程中,金属质料在所定的冷、热加工条件下体现出来的性能。金属质料工艺性能的优劣,决议了它在制造历程中加工成形的适应能力。

由于加工条件差别,要求的工艺性能也就差别,如铸造性能、可焊性、可锻性、热处置惩罚性能、切削加工性等。  所谓使用性能是指机械零件在使用条件下,金属质料体现出来的性能,它包罗力学性能、物理性能、化学性能等。

金属质料使用性能的优劣,决议了它的使用规模与使用寿命。在机械制造业中,一般机械零件都是在常温、常压和很是强烈腐蚀性介质中使用的,且在使用历程中各机械零件都将蒙受差别载荷的作用。金属质料在载荷作用下反抗破坏的性能,称为力学性能(已往也称为机械性能)。金属质料的力学性能是零件的设计和选材时的主要依据。

外加载荷性质差别(例如拉伸、压缩、扭转、打击、循环载荷等),对金属质料要求的力学性能也将差别。常用的力学性能包罗:强度、塑性、硬度、打击韧性、多次打击抗力和疲劳极限等。

金属质料特质1.疲劳  许多机械零件和工程构件,是蒙受交变载荷事情的。在交变载荷的作用下,虽然应力水平低于质料的屈服极限,但经由长时间的应力重复循环作用以后,也会发生突然脆性断裂,这种现象叫做金属质料的疲劳。金属质料疲劳断裂的特点是:  (1)载荷应力是交变的;  (2)载荷的作用时间较长;  (3)断裂是瞬时发生的;  (4)无论是塑性质料还是脆性质料,在疲劳断裂区都是脆性的。

所以,疲劳断裂是工程上最常见、最危险的断裂形式。  金属质料的疲劳现象,按条件差别可分为下列几种:  (1)高周疲劳:指在低应力(事情应力低于质料的屈服极限,甚至低于弹性极限)条件下,应力循环周数在100000以上的疲劳。

它是最常见的一种疲劳破坏。高周疲劳一般简称为疲劳。  (2)低周疲劳:指在高应力(事情应力靠近质料的屈服极限)或高应变条件下,应力循环周数在10000~100000以下的疲劳。

由于交变的塑性应变在这种疲劳破坏中起主要作用,因而,也称为塑性疲劳或应变疲劳。  (3)热疲劳:指由于温度变化所发生的热应力的重复作用,所造成的疲劳破坏。  (4)腐蚀疲劳:指机械部件在交变载荷和腐蚀介质(如酸、碱、海水、活性气体等)的配合作用下,所发生的疲劳破坏。

  (5)接触疲劳:这是指机械零件的接触外貌,在接触应力的重复作用下,泛起麻点剥落或外貌压碎剥落,从而造成机件失效破坏。2.塑性  塑性是指金属质料在载荷外力的作用下,发生永久变形(塑性变形)而不被破坏的能力。金属质料在受到拉伸时,长度和横截面积都要发生变化,因此,金属的塑性可以用长度的伸长(延伸率)和断面的收缩(断面收缩率)两个指标来权衡。

  金属质料的延伸率和断面收缩率愈大,表现该质料的塑性愈好,即质料能蒙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质料称为塑性质料(如低碳钢等),而把延伸率小于百分之五的金属质料称为脆性质料(如灰口铸铁等)。塑性好的质料,它能在较大的宏观规模内发生塑性变形,并在塑性变形的同时使金属质料因塑性变形而强化,从而提高质料的强度,保证了零件的宁静使用。

此外,塑性好的质料可以顺利地举行某些成型工艺加工,如冲压、冷弯、冷拔、校直等。因此,选择金属质料作机械零件时,必须满足一定的塑性指标。3.耐久性  修建金属腐蚀的主要形态:  (1)匀称腐蚀。

金属外貌的腐蚀使断面匀称变薄。因此,常用年平均的厚度减损值作为腐蚀性能的指标(腐蚀率)。钢材在大气中一般呈匀称腐蚀。  (2)孔蚀。

金属腐蚀呈点状并形成深坑。孔蚀的发生与金属的天性及其所处介质有关。在含有氯盐的介质中易发生孔蚀。孔蚀常用最大孔深作为评定指标。

管道的腐蚀多思量孔蚀问题。  (3)电偶腐蚀。差别金属的接触处,因所具差别电位而发生的腐蚀。

  (4)漏洞腐蚀。金属外貌在漏洞或其他隐蔽区域部常发生由于差别部位间介质的组分和浓度的差异所引起的局部腐蚀。  (5)应力腐蚀。

在腐蚀介质和较高拉应力配合作用下,金属外貌发生腐蚀并向内扩展成微裂纹,常导致突然破断。混凝土中的高强度钢筋(钢丝)可能发生这种破坏。

4.硬度  硬度表现质料反抗硬物体压入其外貌的能力。它是金属质料的重要性能指标之一。

一般硬度越高,耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。

  布氏硬度(HB):以一定的载荷(一般3000kg)把一定巨细(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入质料外貌,保持一段时间,去载后,负荷与其压痕面积之比值,即为布氏硬度值(HB),单元为公斤力/mm2 (N/mm2)。  洛氏硬度(HR):当HB>450或者试样过小时,不能接纳布氏硬度试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,在一定载荷下压入被测质料外貌,由压痕的深度求出质料的硬度。凭据试验质料硬度的差别,可接纳差别的压头和总试验压力组成几种差别的洛氏硬度标尺,每一种标尺用一个字母在洛氏硬度符号HR后面加以注明。

常用的洛氏硬度标尺是A,B,C三种(HRA、HRB、HRC)。其中C标尺应用最为广泛。  HRA:是接纳60kg载荷钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度极高的质料(如硬质合金等)。

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  HRB:是接纳100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球,求得的硬度,用于硬度较低的质料(如退火钢、铸铁等)。  HRC:是接纳150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度很高的质料(如淬火钢等)。  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质料外貌,用质料压痕凹坑的外貌积除以载荷值,即为维氏硬度值(HV)。

硬度试验是机械性能试验中最简朴易行的一种试验方法。为了能用硬度试验取代某些机械性能试验,生产上需要一个比力准确的硬度和强度的换算关系。实践证明,金属质料的种种硬度值之间,硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。

因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决议的,质料的强度越高,塑性变形抗力越高,硬度值也就越高。金属质料的性能  金属质料的性能决议着质料的适用规模及应用的合理性。金属质料的性能主要分为四个方面,即:机械性能、化学性能、物理性能、工艺性能。

1.机械性能  (一)应力的观点,物体内部单元截面积上蒙受的力称为应力。由外力作用引起的应力称为事情应力,在无外力作用条件下平衡于物体内部的应力称为内应力(例如组织应力、热应力、加工历程竣事后留存下来的残余应力…)。

  (二)机械性能,金属在一定温度条件下蒙受外力(载荷)作用时,反抗变形和断裂的能力称为金属质料的机械性能(也称为力学性能)。金属质料蒙受的载荷有多种形式,它可以是静态载荷,也可以是动态载荷,包罗单独或同时蒙受的拉伸应力、压应力、弯曲应力、剪切应力、扭转应力,以及摩擦、振动、打击等等,因此权衡金属质料机械性能的指标主要有以下几项:1.1.强度  这是表征质料在外力作用下反抗变形和破坏的最大能力,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。由于金属质料在外力作用下从变形到破坏有一定的纪律可循,因而通常接纳拉伸试验举行测定,即把金属质料制成一定规格的试样,在拉伸试验机上举行拉伸,直至试样断裂,测定的强度指标主要有:  (1)强度极限:质料在外力作用下能反抗断裂的最大应力,一般指拉力作用下的抗拉强度极限,以σb表现,如拉伸试验曲线图中最高点b对应的强度极限,常用单元为兆帕(MPa),换算关系有:1MPa=1N/m2=(9.8)-1kgf/mm2或1kgf/mm2=9.8MPa。

  (2)屈服强度极限:金属质料试样蒙受的外力凌驾质料的弹性极限时,虽然应力不再增加,可是试样仍发生显着的塑性变形,这种现象称为屈服,即质料蒙受外力到一定水平时,其变形不再与外力成正比而发生显着的塑性变形。发生屈服时的应力称为屈服强度极限,用σs表现,相应于拉伸试验曲线图中的S点称为屈服点。对于塑性高的质料,在拉伸曲线上会泛起显着的屈服点,而对于低塑性质料则没有显着的屈服点,从而难以凭据屈服点的外力图出屈服极限。

因此,在拉伸试验方法中,通通例定试样上的标距长度发生0.2%塑性变形时的应力作为条件屈服极限,用σ0.2表现。屈服极限指标可用于要求零件在事情中不发生显着塑性变形的设计依据。可是对于一些重要零件还思量要求屈强比(即σs/σb)要小,以提高其宁静可靠性,不外此时质料的使用率也较低了。

  (3)弹性极限:质料在外力作用下将发生变形,可是去除外力后仍能恢回复状的能力称为弹性。金属质料能保持弹性变形的最大应力即为弹性极限,相应于拉伸试验曲线图中的e点,以σe表现,单元为兆帕(MPa):σe=Pe/Fo式中Pe为保持弹性时的最大外力(或者说质料最大弹性变形时的载荷)。

  (4)弹性模数:这是质料在弹性极限规模内的应力σ与应变δ(与应力相对应的单元变形量)之比,用E表现,单元兆帕(MPa):E=σ/δ=tgα式中α为拉伸试验曲线上o-e线与水平轴o-x的夹角。弹性模数是反映金属质料刚性的指标(金属质料受力时反抗弹性变形的能力称为刚性)。1.2.塑性  金属质料在外力作用下发生永久变形而不破坏的最大能力称为塑性,通常以拉伸试验时的试样标距长度延伸率δ(%)和试样断面收缩率ψ(%)延伸率δ=[(L1-L0)/L0]x100%,这是拉伸试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。在实际试验时,同一质料可是差别规格(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差别,因此一般需要特别加注,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现为δ5,而初始标距长度为试样直径10倍时测得的延伸率则表现为δ10。

断面收缩率ψ=[(F0-F1)/F0]x100%,这是拉伸试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。实用中对于最常用的圆截面试样通常可通过直径丈量举行盘算: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,讲明质料的塑性越好。

1.3.韧性  金属质料在打击载荷作用下反抗破坏的能力称为韧性。通常接纳打击试验,即用一定尺寸和形状的金属试样在划定类型的打击试验机上蒙受打击载荷而折断时,断口上单元横截面积上所消耗的打击功表征质料的韧性:αk=Ak/F单元J/cm2或Kg·m/cm2,1Kg·m/cm2=9.8J/cm2αk称作金属质料的打击韧性,Ak为打击功,F为断口的原始截面积。

5.疲劳强度极限金属质料在恒久的重复应力作用或交变应力作用下(应力一般均小于屈服极限强度σs),未经显著变形就发生断裂的现象称为疲劳破坏或疲劳断裂,这是由于多种原因使得零件外貌的局部造成大于σs甚至大于σb的应力(应力集中),使该局部发生塑性变形或微裂纹,随着重复交变应力作用次数的增加,使裂纹逐渐扩展加深(裂纹尖端处应力集中)导致该局部处蒙受应力的实际截面积减小,直至局部应力大于σb而发生断裂。在实际应用中,一般把试样在重复或交变应力(拉应力、压应力、弯曲或扭转应力等)作用下,在划定的周期数内(一般对钢取106~107次,对有色金属取108次)不发生断裂所能蒙受的最大应力作为疲劳强度极限,用σ-1表现,单元MPa。除了上述五种最常用的力学性能指标外,对一些要求特别严格的质料,例如航空航天以及核工业、电厂等使用的金属质料,还会要求下述一些力学性能指标:蠕变极限:在一定温度和恒定拉伸载荷下,质料随时间缓慢发生塑性变形的现象称为蠕变。

通常接纳高温拉伸蠕变试验,即在恒定温度和恒定拉伸载荷下,试样在划定时间内的蠕变伸长率(总伸长或残余伸长)或者在蠕变伸长速度相对恒定的阶段,蠕变速度不凌驾某划定值时的最大应力,作为蠕变极限,以表现,单元MPa,式中τ为试验连续时间,t为温度,δ为伸长率,σ为应力;或者以表现,V为蠕变速度。高温拉伸持久强度极限:试样在恒定温度和恒定拉伸载荷作用下,到达划定的连续时间而不停裂的最大应力,以表现,单元MPa,式中τ为连续时间,t为温度,σ为应力。金属缺口敏感性系数:以Kτ表现在连续时间相同(高温拉伸持久试验)时,有缺口的试样与无缺口的平滑试样的应力之比:式中τ为试验连续时间,为缺面试样的应力,为平滑试样的应力。

或者用:表现,即在相同的应力σ作用下,缺面试样连续时间与平滑试样连续时间之比。抗热性:在高温下质料对机械载荷的抗力。2.化学性能  金属与其他物质引起化学反映的特性称为金属的化学性能。

在实际应用中主要思量金属的抗蚀性、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作用的反抗能力或者说稳定性),以及差别金属之间、金属与非金属之间形成的化合物对机械性能的影响等等。在金属的化学性能中,特别是抗蚀性对金属的腐蚀疲劳损伤有着重大的意义。

3.物理性能  金属的物理性能主要思量:  (1)密度(比重):ρ=P/V单元克/立方厘米或吨/立方米,式中P为重量,V为体积。在实际应用中,除了凭据密度盘算金属零件的重量外,很重要的一点是思量金属的比强度(强度σb与密度ρ之比)来资助选材,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)和射线检测中密度差别的物质对射线能量有差别的吸收能力等等。  (2)熔点:金属由固态转酿成液态时的温度,对金属质料的熔炼、热加工有直接影响,并与质料的高温性能有很大关系。  (3)热膨胀性。

随着温度变化,质料的体积也发生变化(膨胀或收缩)的现象称为热膨胀,多用线膨胀系数权衡,亦即温度变化1℃时,质料长度的增减量与其0℃时的长度之比。热膨胀性与质料的比热有关。在实际应用中还要思量比容(质料受温度等外界影响时,单元重量的质料其容积的增减,即容积与质量之比),特别是对于在高温情况下事情,或者在冷、热交替情况中事情的金属零件,必须思量其膨胀性能的影响。  (4)磁性。

能吸引铁磁性物体的性质即为磁性,它反映在导磁率、磁滞损耗、剩余磁感应强度、矫顽磁力等参数上,从而可以把金属质料分成顺磁与逆磁、软磁与硬磁质料。  (5)电学性能。主要思量其电导率,在电磁无损检测中对其电阻率和涡流损耗等都有影响。4.工艺性能  金属对种种加工工艺方法所体现出来的适应性称为工艺性能,主要有以下四个方面:  (1)切削加工性能:反映用切削工具(例如车削、铣削、刨削、磨削等)对金属质料举行切削加工的难易水平。

  (2)可锻性:反映金属质料在压力加工历程中成型的难易水平,例如将质料加热到一定温度时其塑性的崎岖(体现为塑性变形抗力的巨细),允许热压力加工的温度规模巨细,热胀冷缩特性以及与显微组织、机械性能有关的临界变形的界线、热变形时金属的流动性、导热性能等。  (3)可铸性:反映金属质料熔化浇铸成为铸件的难易水平,体现为熔化状态时的流动性、吸气性、氧化性、熔点,铸件显微组织的匀称性、致密性,以及冷缩率等。

  (4)可焊性:反映金属质料在局部快速加热,使联合部位迅速熔化或半熔化(需加压),从而使联合部位牢靠地联合在一起而成为整体的难易水平,体现为熔点、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四周用材显微组织的相关性、对机械性能的影响等。金属质料、金属制品行业生长前景  金属制品行业包罗结构性金属制品制造、金属工具制造、集装箱及金属包装容器制造、集装箱、不锈钢及类似日用金属制品制造,船舶及海洋工程制造等。随着社会的进步和科技的生长,金属制品在工业、农业以及人们的生活各个领域的运用越来越广泛,也给社会缔造越来越大的价值。  金属制品行业在生长历程中也遇到一些难题,例如技术单一,技术水平偏低,缺乏先进的设备,人才短缺等,制约了金属制品行业的生长。

为此,可以接纳提高企业技术水平,引进先进技术设备,造就适用人才等提高中国金属制品业的生长。


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