Βασικές Γνώσεις Μεταλλικών Υλικών

Τα μεταλλικά υλικά αναφέρονται σε μεταλλικά στοιχεία ή υλικά με μεταλλικές ιδιότητες που αποτελούνται κυρίως από μεταλλικά στοιχεία. Συμπεριλαμβανομένων καθαρών μετάλλων, κραμάτων, διαμεταλλικών ενώσεων μεταλλικών υλικών και ειδικών μεταλλικών υλικών κ.λπ. (Σημείωση: Τα οξείδια μετάλλων (όπως το οξείδιο του αλουμινίου) δεν είναι μεταλλικά υλικά.)

σημασία

Η ανάπτυξη του ανθρώπινου πολιτισμού και η κοινωνική πρόοδος συνδέονται στενά με τα μεταλλικά υλικά. Η Εποχή του Χαλκού και η Εποχή του Σιδήρου που ακολούθησαν την Εποχή του Λίθου σημαδεύτηκαν από την εφαρμογή μεταλλικών υλικών. Στη σύγχρονη εποχή, μια μεγάλη ποικιλία μεταλλικών υλικών έχει γίνει μια σημαντική υλική βάση για την ανάπτυξη της ανθρώπινης κοινωνίας.

τύπος

Τα μεταλλικά υλικά συνήθως χωρίζονται σε σιδηρούχα μέταλλα, μη σιδηρούχα μέταλλα και ειδικά μεταλλικά υλικά.

(1) Τα σιδηρούχα μέταλλα, γνωστά και ως υλικά χάλυβα, περιλαμβάνουν βιομηχανικό καθαρό σίδηρο που περιέχει περισσότερο από 90% σίδηρο, χυτοσίδηρο που περιέχει 2%-4% άνθρακα, ανθρακούχο χάλυβα που περιέχει λιγότερο από 2% άνθρακα και δομικό χάλυβα και ανοξείδωτο χάλυβας για διάφορους σκοπούς. , ανθεκτικός στη θερμότητα χάλυβας, κράμα υψηλής θερμοκρασίας, ανοξείδωτος χάλυβας, κράμα ακριβείας κ.λπ. Τα γενικευμένα σιδηρούχα μέταλλα περιλαμβάνουν επίσης χρώμιο, μαγγάνιο και τα κράματά τους.

(2) Τα μη σιδηρούχα μέταλλα αναφέρονται σε όλα τα μέταλλα και τα κράματά τους εκτός από το σίδηρο, το χρώμιο και το μαγγάνιο, τα οποία συνήθως χωρίζονται σε ελαφρά μέταλλα, βαρέα μέταλλα, πολύτιμα μέταλλα, ημιμέταλλα, σπάνια μέταλλα και μέταλλα σπάνιων γαιών. Η αντοχή και η σκληρότητα των μη σιδηρούχων κραμάτων είναι γενικά υψηλότερες από εκείνες των καθαρών μετάλλων και έχουν μεγαλύτερη αντίσταση και μικρότερο συντελεστή αντίστασης θερμοκρασίας.

(3) Ειδικά μεταλλικά υλικά, συμπεριλαμβανομένων δομικών μεταλλικών υλικών και λειτουργικών μεταλλικών υλικών για διαφορετικούς σκοπούς. Μεταξύ αυτών είναι άμορφα μεταλλικά υλικά που λαμβάνονται μέσω ταχείας διαδικασίας συμπύκνωσης, καθώς και οιονεί κρυσταλλικά, μικροκρυσταλλικά και νανοκρυσταλλικά μεταλλικά υλικά. Υπάρχουν επίσης κράματα με ειδικές λειτουργίες όπως stealth, αντίσταση υδρογόνου, υπεραγωγιμότητα, μνήμη σχήματος, αντοχή στη φθορά και μείωση κραδασμών και απόσβεση. και σύνθετα υλικά μεταλλικής μήτρας κ.λπ.

εκτέλεση

Γενικά χωρίζεται σε δύο κατηγορίες: απόδοση διαδικασίας και απόδοση χρήσης. Η λεγόμενη απόδοση διεργασίας αναφέρεται στην απόδοση μεταλλικών υλικών κάτω από καθορισμένες συνθήκες ψυχρής και θερμής επεξεργασίας κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κατασκευής μηχανικών μερών. Η ποιότητα της απόδοσης της διεργασίας των μεταλλικών υλικών καθορίζει την προσαρμοστικότητά τους στην επεξεργασία και τη διαμόρφωση κατά τη διαδικασία κατασκευής. Λόγω των διαφορετικών συνθηκών επεξεργασίας, οι απαιτούμενες ιδιότητες διεργασίας είναι επίσης διαφορετικές, όπως η απόδοση χύτευσης, η συγκολλησιμότητα, η σφυρηλάτηση, η απόδοση θερμικής επεξεργασίας, η δυνατότητα επεξεργασίας κοπής κ.λπ.

Η λεγόμενη απόδοση αναφέρεται στην απόδοση μεταλλικών υλικών υπό συνθήκες χρήσης μηχανικών μερών, η οποία περιλαμβάνει μηχανικές ιδιότητες, φυσικές ιδιότητες, χημικές ιδιότητες κ.λπ. Η απόδοση των μεταλλικών υλικών καθορίζει το εύρος χρήσης και τη διάρκεια ζωής τους. Στη βιομηχανία κατασκευής μηχανημάτων, τα γενικά μηχανικά μέρη χρησιμοποιούνται σε κανονικές θερμοκρασίες, κανονικές πιέσεις και πολύ διαβρωτικά μέσα, και κάθε μηχανικό μέρος θα φέρει διαφορετικά φορτία κατά τη χρήση. Η ικανότητα των μεταλλικών υλικών να αντιστέκονται σε ζημιές υπό φορτίο ονομάζεται μηχανικές ιδιότητες (στο παρελθόν ονομαζόταν επίσης μηχανικές ιδιότητες). Οι μηχανικές ιδιότητες των μεταλλικών υλικών είναι η κύρια βάση για το σχεδιασμό και την επιλογή υλικών των εξαρτημάτων. Ανάλογα με τη φύση του εξωτερικού φορτίου (όπως τάση, συμπίεση, στρέψη, κρούση, κυκλικό φορτίο κ.λπ.), οι μηχανικές ιδιότητες που απαιτούνται για τα μεταλλικά υλικά θα είναι επίσης διαφορετικές. Οι μηχανικές ιδιότητες που χρησιμοποιούνται συνήθως περιλαμβάνουν: αντοχή, πλαστικότητα, σκληρότητα, αντοχή σε κρούση, αντοχή σε πολλαπλές κρούσεις και όριο κόπωσης.

Ιδιότητες μεταλλικού υλικού

Τόμος 1

κούραση

Πολλά μηχανικά μέρη και εξαρτήματα μηχανικής υπόκεινται σε εναλλασσόμενα φορτία. Υπό τη δράση εναλλασσόμενων φορτίων, αν και το επίπεδο τάσης είναι χαμηλότερο από το όριο απόδοσης του υλικού, θα συμβεί ξαφνική εύθραυστη θραύση μετά από επαναλαμβανόμενους κύκλους τάσης για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται κόπωση μεταλλικών υλικών. Τα χαρακτηριστικά της θραύσης λόγω κόπωσης μεταλλικών υλικών είναι:

(1) Η τάση φορτίου είναι εναλλασσόμενη.

(2) Το φορτίο δρα για μεγάλο χρονικό διάστημα.

(3) Το κάταγμα εμφανίζεται ακαριαία.

(4) Είτε πρόκειται για πλαστικό υλικό είτε για εύθραυστο υλικό, είναι εύθραυστο στη ζώνη θραύσης κόπωσης. Επομένως, το κάταγμα κόπωσης είναι η πιο κοινή και επικίνδυνη μορφή κατάγματος στη μηχανική.

Τα φαινόμενα κόπωσης των μεταλλικών υλικών μπορούν να χωριστούν στους ακόλουθους τύπους σύμφωνα με διαφορετικές συνθήκες:

#1

κόπωση υψηλού κύκλου

Αναφέρεται σε κόπωση με αριθμό κύκλου τάσης μεγαλύτερο από 100,000 σε συνθήκες χαμηλής τάσης (η καταπόνηση εργασίας είναι χαμηλότερη από το όριο διαρροής του υλικού ή ακόμη χαμηλότερη από το όριο ελαστικότητας). Είναι ο πιο κοινός τύπος βλάβης λόγω κόπωσης. Η κόπωση υψηλού κύκλου αναφέρεται γενικά ως κόπωση.

#2

κόπωση χαμηλού κύκλου

Αναφέρεται στην κόπωση υπό υψηλή καταπόνηση (η καταπόνηση εργασίας είναι κοντά στο όριο απόδοσης του υλικού) ή σε συνθήκες υψηλής τάσης και ο αριθμός των κύκλων καταπόνησης είναι μικρότερος από 10,000 έως 100,000. Δεδομένου ότι η εναλλασσόμενη πλαστική καταπόνηση παίζει σημαντικό ρόλο σε αυτή τη ζημιά από κόπωση, ονομάζεται επίσης πλαστική κόπωση ή κόπωση καταπόνησης.

#3

Θερμική κόπωση

Αναφέρεται στη ζημιά κόπωσης που προκαλείται από την επαναλαμβανόμενη δράση της θερμικής καταπόνησης που προκαλείται από τις αλλαγές θερμοκρασίας.

#4

κόπωση από τη διάβρωση

Αναφέρεται στη ζημιά κόπωσης που προκαλείται από εξαρτήματα της μηχανής υπό τη συνδυασμένη δράση εναλλασσόμενων φορτίων και διαβρωτικών μέσων (όπως οξέα, αλκάλια, θαλασσινό νερό, αντιδραστικά αέρια κ.λπ.).

#5

κόπωση επαφής

Αυτό αναφέρεται στην επιφάνεια επαφής των εξαρτημάτων της μηχανής. Κάτω από την επαναλαμβανόμενη δράση της πίεσης επαφής, εμφανίζονται σκασίματα και ξεφλούδισμα ή σύνθλιψη και ξεφλούδισμα της επιφάνειας, με αποτέλεσμα την αστοχία και τη ζημιά στα εξαρτήματα της μηχανής.

Τόμος 2

Πλαστικότητα

Η πλαστικότητα αναφέρεται στην ικανότητα ενός μεταλλικού υλικού να παράγει μόνιμη παραμόρφωση (πλαστική παραμόρφωση) χωρίς να καταστραφεί υπό την επίδραση εξωτερικών δυνάμεων φορτίου. Όταν ένα μεταλλικό υλικό τεντώνεται, τόσο το μήκος όσο και η διατομή του θα αλλάξουν. Επομένως, η πλαστικότητα του μετάλλου μπορεί να μετρηθεί με δύο δείκτες: την επιμήκυνση μήκους (επιμήκυνση) και τη συρρίκνωση της διατομής (συρρίκνωση της επιφάνειας).

Όσο μεγαλύτερη είναι η επιμήκυνση και η συρρίκνωση της επιφάνειας ενός μεταλλικού υλικού, τόσο καλύτερη είναι η πλαστικότητα του υλικού, δηλαδή το υλικό μπορεί να αντέξει μεγάλη πλαστική παραμόρφωση χωρίς ζημιά. Γενικά, τα μεταλλικά υλικά με επιμήκυνση μεγαλύτερη από 5% ονομάζονται πλαστικά υλικά (όπως χάλυβας χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα κ.λπ.), ενώ τα μεταλλικά υλικά με επιμήκυνση μικρότερη από 5% ονομάζονται εύθραυστα υλικά (όπως ο γκρίζος χυτοσίδηρος κ.λπ.). . Ένα υλικό με καλή πλαστικότητα μπορεί να προκαλέσει πλαστική παραμόρφωση σε μεγάλο μακροσκοπικό εύρος και ταυτόχρονα, το μεταλλικό υλικό μπορεί να ενισχυθεί με πλαστική παραμόρφωση, βελτιώνοντας έτσι την αντοχή του υλικού και διασφαλίζοντας την ασφαλή χρήση των εξαρτημάτων. Επιπλέον, τα υλικά με καλή πλαστικότητα μπορούν να υποστούν ομαλά ορισμένες διαδικασίες χύτευσης, όπως σφράγιση, κρύα κάμψη, κρύο τράβηγμα, ίσιωμα κ.λπ. Επομένως, κατά την επιλογή μεταλλικών υλικών για μηχανικά μέρη, πρέπει να πληρούν ορισμένους δείκτες πλαστικότητας.

Τόμος 3

Αντοχή

Οι κύριες μορφές διάβρωσης μετάλλων κτιρίου:

(1) Ομοιόμορφη διάβρωση. Η διάβρωση στη μεταλλική επιφάνεια προκαλεί ομοιόμορφη λέπτυνση της διατομής. Ως εκ τούτου, η ετήσια μέση τιμή απώλειας πάχους χρησιμοποιείται συχνά ως δείκτης απόδοσης διάβρωσης (ρυθμός διάβρωσης). Ο χάλυβας γενικά διαβρώνεται ομοιόμορφα στην ατμόσφαιρα.

(2) Διάβρωση σπηλαίων. Το μέταλλο διαβρώνεται σε σημεία και σχηματίζει βαθιές κοιλότητες. Η εμφάνιση διάβρωσης με κοιλότητες σχετίζεται με τη φύση του μετάλλου και το μέσο στο οποίο βρίσκεται. Η διάβρωση διάτρησης είναι επιρρεπής σε μέσα που περιέχουν άλατα χλωρίου. Το μέγιστο βάθος οπής χρησιμοποιείται συχνά ως δείκτης αξιολόγησης για τη διάβρωση των οπών. Η διάβρωση των σωληνώσεων προκαλείται ως επί το πλείστον από διάβρωση με κοιλότητες.

(3) Γαλβανική διάβρωση. Διάβρωση που προκαλείται από διαφορετικά δυναμικά στα σημεία επαφής διαφορετικών μετάλλων.

(4) Διάβρωση ρωγμών. Συχνά εμφανίζεται τοπική διάβρωση σε μεταλλικές επιφάνειες σε κενά ή άλλες κρυφές περιοχές λόγω διαφορών στη σύνθεση και τη συγκέντρωση του μέσου μεταξύ διαφορετικών τμημάτων.

(5) Διάβρωση λόγω καταπόνησης. Κάτω από τη συνδυασμένη δράση διαβρωτικών μέσων και υψηλής εφελκυστικής τάσης, η μεταλλική επιφάνεια διαβρώνεται και διαστέλλεται προς τα μέσα σε μικρορωγμές, οδηγώντας συχνά σε ξαφνικό σπάσιμο. Αυτή η αστοχία μπορεί να συμβεί με χαλύβδινες ράβδους (σύρματα) υψηλής αντοχής σε σκυρόδεμα.

Τόμος 4

σκληρότητα

Η σκληρότητα υποδηλώνει την ικανότητα ενός υλικού να αντιστέκεται σε σκληρά αντικείμενα που πιέζουν στην επιφάνειά του. Είναι ένας από τους σημαντικούς δείκτες απόδοσης των μεταλλικών υλικών. Γενικά, όσο μεγαλύτερη είναι η σκληρότητα, τόσο καλύτερη είναι η αντίσταση στη φθορά. Οι κοινώς χρησιμοποιούμενοι δείκτες σκληρότητας περιλαμβάνουν τη σκληρότητα Brinell, τη σκληρότητα Rockwell και τη σκληρότητα Vickers.

Σκληρότητα Brinell (HB): Πιέστε μια σφαίρα από σκληρυμένο χάλυβα συγκεκριμένου μεγέθους (συνήθως διαμέτρου 10 mm) στην επιφάνεια του υλικού με ένα ορισμένο φορτίο (συνήθως 3000 kg) και διατηρήστε το για κάποιο χρονικό διάστημα. Αφού αφαιρεθεί το φορτίο, ο λόγος του φορτίου προς την περιοχή εσοχής του, Αυτή είναι η τιμή σκληρότητας Brinell (HB), η μονάδα είναι χιλιόγραμμο δύναμη/mm2 (N/mm2).

Rockwell hardness (HR): When HB>450 ή το δείγμα είναι πολύ μικρό, η δοκιμή σκληρότητας Brinell δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί και αντ' αυτού χρησιμοποιείται μέτρηση σκληρότητας Rockwell. Χρησιμοποιεί έναν κώνο διαμαντιού με γωνία κορυφής 120 μοιρών ή μια χαλύβδινη σφαίρα με διάμετρο 1,59 ή 3,18 mm για να πιέσει στην επιφάνεια του υλικού που πρόκειται να δοκιμαστεί κάτω από ένα συγκεκριμένο φορτίο και η σκληρότητα του υλικού υπολογίζεται από το βάθος της εσοχής. Σύμφωνα με τη διαφορετική σκληρότητα του υλικού δοκιμής, μπορούν να χρησιμοποιηθούν διαφορετικές εσοχές και συνολικές πιέσεις δοκιμής για να σχηματιστούν πολλές διαφορετικές κλίμακες σκληρότητας Rockwell. Κάθε ζυγαριά σημειώνεται με ένα γράμμα μετά το σύμβολο σκληρότητας Rockwell HR. Οι συνήθως χρησιμοποιούμενες κλίμακες σκληρότητας Rockwell είναι οι A, B και C (HRA, HRB, HRC). Μεταξύ αυτών, η κλίμακα C είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη.

HRA: Είναι η σκληρότητα που επιτυγχάνεται με τη χρήση ενός εισβολέα κώνου διαμαντιού φορτίου 60 κιλών, ο οποίος χρησιμοποιείται για εξαιρετικά σκληρά υλικά (όπως καρβίδιο με τσιμέντο κ.λπ.).

HRB: Είναι η σκληρότητα που επιτυγχάνεται με τη χρήση φορτίου 100kg και σκληρυμένης χαλύβδινης σφαίρας διαμέτρου 1,58mm. Χρησιμοποιείται για υλικά με χαμηλότερη σκληρότητα (όπως ανόπτηση χάλυβας, χυτοσίδηρος κ.λπ.).

HRC: Η σκληρότητα επιτυγχάνεται με χρήση φορτίου 150 κιλών και εισβολέα κώνου διαμαντιού και χρησιμοποιείται για υλικά με πολύ υψηλή σκληρότητα (όπως σβησμένος χάλυβας κ.λπ.).

Σκληρότητα Vickers (HV): Χρησιμοποιήστε ένα φορτίο εντός 120 κιλών και έναν εισβολέα τετράγωνου κώνου με διαμάντι με γωνία κορυφής 136 μοιρών για να πιέσετε στην επιφάνεια του υλικού. Διαιρέστε την επιφάνεια των κοιλοτήτων εσοχής στο υλικό με την τιμή φορτίου, η οποία είναι η τιμή σκληρότητας Vickers (HV). Η δοκιμή σκληρότητας είναι η απλούστερη και ευκολότερη μέθοδος δοκιμής στον έλεγχο μηχανικών ιδιοτήτων. Προκειμένου να χρησιμοποιηθεί η δοκιμή σκληρότητας για την αντικατάσταση ορισμένων δοκιμών μηχανικών ιδιοτήτων, απαιτείται μια πιο ακριβής σχέση μετατροπής μεταξύ σκληρότητας και αντοχής στην παραγωγή. Η πρακτική έχει αποδείξει ότι υπάρχει μια κατά προσέγγιση αντίστοιχη σχέση μεταξύ των διαφόρων τιμών σκληρότητας μεταλλικών υλικών και μεταξύ των τιμών σκληρότητας και των τιμών αντοχής. Επειδή η τιμή σκληρότητας καθορίζεται από την αρχική αντίσταση πλαστικής παραμόρφωσης και τη συνεχιζόμενη πλαστική αντίσταση παραμόρφωσης, όσο μεγαλύτερη είναι η αντοχή του υλικού, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση πλαστικής παραμόρφωσης και τόσο μεγαλύτερη η τιμή σκληρότητας.

Ιδιότητες μεταλλικών υλικών

Η απόδοση των μεταλλικών υλικών καθορίζει το πεδίο εφαρμογής του υλικού και τον ορθολογισμό της εφαρμογής του. Οι ιδιότητες των μεταλλικών υλικών χωρίζονται κυρίως σε τέσσερις πτυχές, και συγκεκριμένα: μηχανικές ιδιότητες, χημικές ιδιότητες, φυσικές ιδιότητες και ιδιότητες διεργασίας.

Τόμος 1

Μηχανικές ιδιότητες

Καταπόνηση: Η δύναμη που υφίσταται ανά μονάδα επιφάνειας διατομής μέσα σε ένα αντικείμενο ονομάζεται τάση. Η καταπόνηση που προκαλείται από την εξωτερική δύναμη ονομάζεται εργασιακή πίεση και η τάση που ισορροπεί μέσα στο αντικείμενο χωρίς εξωτερική δύναμη ονομάζεται εσωτερική πίεση (όπως η καταπόνηση των ιστών, η θερμική καταπόνηση, η υπολειμματική τάση που παραμένει μετά τη διαδικασία επεξεργασίας).

Μηχανικές ιδιότητες: Όταν ένα μέταλλο υπόκειται σε εξωτερική δύναμη (φορτίο) υπό ορισμένες συνθήκες θερμοκρασίας, η ικανότητα αντίστασης στην παραμόρφωση και τη θραύση ονομάζεται μηχανικές ιδιότητες του μεταλλικού υλικού (γνωστές και ως μηχανικές ιδιότητες). Υπάρχουν πολλές μορφές φορτίων που φέρουν τα μεταλλικά υλικά, τα οποία μπορεί να είναι στατικά ή δυναμικά φορτία, όπως η εφελκυστική τάση, η θλιπτική τάση, η κάμψη, η διατμητική τάση, η τάση στρέψης, καθώς και η τριβή, οι κραδασμοί, οι κρούσεις κ.λπ. Οι κύριοι δείκτες για τη μέτρηση των μηχανικών ιδιοτήτων των μεταλλικών υλικών περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

1.1

δύναμη

Αυτό αντιπροσωπεύει τη μέγιστη ικανότητα ενός υλικού να αντιστέκεται σε παραμόρφωση και ζημιά υπό την επίδραση εξωτερικών δυνάμεων και μπορεί να χωριστεί σε όριο αντοχής σε εφελκυσμό (σb), όριο αντοχής σε κάμψη (σbb), όριο αντοχής σε θλίψη (σbc), κ.λπ. τα υλικά ακολουθούν ορισμένους κανόνες από την παραμόρφωση έως την καταστροφή υπό την επίδραση εξωτερικής δύναμης, η δοκιμή εφελκυσμού χρησιμοποιείται συνήθως για μέτρηση, δηλαδή τα μεταλλικά υλικά κατασκευάζονται σε δείγματα ορισμένων προδιαγραφών και τεντώνονται σε Μηχανή δοκιμής εφελκυσμού μέχρι τη δοκιμή Όταν το δείγμα σπάσει, οι μετρούμενοι δείκτες αντοχής περιλαμβάνουν κυρίως:

(1) Όριο αντοχής: Η μέγιστη τάση στην οποία ένα υλικό μπορεί να αντισταθεί σε θραύση υπό την επίδραση εξωτερικής δύναμης, αναφέρεται γενικά στο όριο αντοχής εφελκυσμού υπό τη δράση της τάσης, εκφρασμένο ως σb, όπως το όριο αντοχής που αντιστοιχεί στο υψηλότερο σημείο b στην καμπύλη δοκιμής εφελκυσμού, συνήθως χρησιμοποιούμενες μονάδες Είναι megapascal (MPa) και η σχέση μετατροπής είναι: 1MPa=1N/m2=(9,8)-1kgf/mm2 ή 1kgf/mm2=9.8MPa.

(2) Όριο αντοχής διαρροής: Όταν η εξωτερική δύναμη που υφίσταται ένα δείγμα μεταλλικού υλικού υπερβαίνει το όριο ελαστικότητας του υλικού, αν και η τάση δεν αυξάνεται πλέον, το δείγμα εξακολουθεί να υφίσταται εμφανή πλαστική παραμόρφωση. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται υποχώρηση, δηλαδή το υλικό αντέχει την εξωτερική δύναμη σε ορισμένο βαθμό Όταν επιτευχθεί ο βαθμός, η παραμόρφωσή του δεν είναι πλέον ανάλογη με την εξωτερική δύναμη και εμφανίζεται εμφανής πλαστική παραμόρφωση. Η τάση στην οποία εμφανίζεται η διαρροή ονομάζεται όριο αντοχής διαρροής, που αντιπροσωπεύεται από σs, και το σημείο S που αντιστοιχεί στην καμπύλη δοκιμής εφελκυσμού ονομάζεται σημείο διαρροής. Για υλικά με υψηλή πλαστικότητα, θα υπάρχει ένα εμφανές σημείο διαρροής στην καμπύλη εφελκυσμού, ενώ για υλικά με χαμηλή πλαστικότητα, δεν υπάρχει εμφανές σημείο διαρροής, γεγονός που καθιστά δύσκολο τον υπολογισμό του ορίου διαρροής με βάση την εξωτερική δύναμη στο σημείο διαρροής. Επομένως, στη μέθοδο δοκιμής εφελκυσμού, η τάση όταν το μήκος του μετρητή στο δοκίμιο παράγει 0.2% πλαστική παραμόρφωση συνήθως καθορίζεται ως το όριο απόδοσης υπό όρους, εκφραζόμενο ως σ0.2. Ο δείκτης ορίου απόδοσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βάση για το σχεδιασμό που απαιτεί τα εξαρτήματα να μην προκαλούν σημαντική πλαστική παραμόρφωση κατά τη λειτουργία. Ωστόσο, για ορισμένα σημαντικά μέρη, θεωρείται επίσης ότι απαιτείται μικρότερος λόγος απόδοσης προς αντοχή (δηλαδή σs/σb) για τη βελτίωση της ασφάλειας και της αξιοπιστίας τους. Ωστόσο, το ποσοστό χρήσης υλικών είναι επίσης χαμηλό αυτήν τη στιγμή.

(3) Ελαστικό όριο: Το υλικό θα παραμορφωθεί υπό την επίδραση εξωτερικής δύναμης, αλλά η ικανότητα να επιστρέψει στο αρχικό του σχήμα μετά την αφαίρεση της εξωτερικής δύναμης ονομάζεται ελαστικότητα. Η μέγιστη τάση στην οποία ένα μεταλλικό υλικό μπορεί να διατηρήσει την ελαστική παραμόρφωση είναι το ελαστικό όριο, το οποίο αντιστοιχεί στο σημείο e στην καμπύλη δοκιμής εφελκυσμού και αντιπροσωπεύεται από σe σε megapascals (MPa): σe=Pe/Fo, όπου Pe είναι το όριο ελαστικότητας. Η μέγιστη εξωτερική δύναμη (ή το φορτίο στη μέγιστη ελαστική παραμόρφωση του υλικού).

(4) Συντελεστής ελαστικότητας: Αυτός είναι ο λόγος της τάσης σ προς την παραμόρφωση δ (η μονάδα παραμόρφωσης που αντιστοιχεί στην τάση) του υλικού εντός του ορίου ελαστικότητας, εκφρασμένος με E, σε megapascals (MPa): E{{1 }}σ/δ =tg . Στον τύπο, είναι η γωνία μεταξύ της γραμμής oe στην καμπύλη δοκιμής εφελκυσμού και του οριζόντιου άξονα ox. Ο συντελεστής ελαστικότητας είναι ένας δείκτης που αντανακλά την ακαμψία ενός μεταλλικού υλικού (η ικανότητα ενός μεταλλικού υλικού να αντιστέκεται στην ελαστική παραμόρφωση όταν καταπονείται ονομάζεται ακαμψία).

1.2

Πλαστικότητα

Η μέγιστη ικανότητα ενός μεταλλικού υλικού να παράγει μόνιμη παραμόρφωση χωρίς καταστροφή υπό την επίδραση εξωτερικής δύναμης ονομάζεται πλαστικότητα. Συνήθως μετράται ως η επιμήκυνση μήκους του μετρητή δείγματος δ (%) και η συρρίκνωση του τμήματος δείγματος ψ (%) επιμήκυνση δ κατά τη διάρκεια της δοκιμής εφελκυσμού. {{0}}[(L1-L0)/L0]x100%, που είναι η διαφορά ( αύξηση) μεταξύ του μήκους του μετρητή L1 μετά το σπάσιμο του δείγματος και των θραυσμάτων του δείγματος ενώθηκαν μεταξύ τους κατά τη δοκιμή εφελκυσμού, και του αρχικού μήκους του μετρητή L0 Σε σύγκριση με L0. Στην πραγματική δοκιμή, η μετρούμενη επιμήκυνση των δειγμάτων εφελκυσμού του ίδιου υλικού αλλά με διαφορετικές προδιαγραφές (διάμετρος, σχήμα διατομής - όπως τετράγωνο, στρογγυλό, ορθογώνιο και μήκος μετρητή) θα είναι διαφορετική, επομένως απαιτούνται γενικά ειδικές προσθήκες, όπως π.χ. Για το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο δείγμα κυκλικής διατομής, η επιμήκυνση που μετράται όταν το αρχικό μήκος του μετρητή είναι 5 φορές η διάμετρος του δείγματος εκφράζεται ως δ5, ενώ η επιμήκυνση που μετράται όταν το αρχικό μήκος του μετρητή είναι 10 φορές η διάμετρος του δείγματος εκφράζεται ως δ10. Συρρίκνωση τομής ψ=[(F0-F1)/F0]x100%, που είναι η διαφορά μεταξύ της αρχικής επιφάνειας διατομής F0 μετά τη θραύση του δείγματος κατά τη δοκιμή εφελκυσμού και της ελάχιστης διατομής περιοχή τομής F1 στο στενό λαιμό του κατάγματος (μείωση τομής) και αναλογία F0. Στην πράξη, τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα δείγματα κυκλικής διατομής μπορούν συνήθως να υπολογιστούν με μέτρηση διαμέτρου: ψ=[1-(D1/D0)2]x100%, όπου: D0- αρχική διάμετρος του δείγματος· D1-κάταγμα μετά το σπάσιμο του δείγματος Ελάχιστη διάμετρος στο λαιμό. Όσο μεγαλύτερες είναι οι τιμές δ και ψ, τόσο καλύτερη είναι η πλαστικότητα του υλικού.

1.3

σκληρότητα

Η ικανότητα ενός μεταλλικού υλικού να αντιστέκεται σε ζημιές υπό κρουστικό φορτίο ονομάζεται σκληρότητα. Η δοκιμή πρόσκρουσης χρησιμοποιείται συνήθως, δηλαδή όταν ένα μεταλλικό δείγμα ορισμένου μεγέθους και σχήματος σπάσει υπό κρουστικό φορτίο σε συγκεκριμένο τύπο μηχανής δοκιμής κρούσης, η ενέργεια κρούσης που καταναλώνεται ανά μονάδα επιφάνειας διατομής στην επιφάνεια θραύσης είναι χρησιμοποιείται για τον χαρακτηρισμό της σκληρότητας του υλικού: k=Ak/F. Μονάδα J/cm2 ή Kg·m/c m2, 1Kg·m/cm2=9.8J/cm2. k ονομάζεται σκληρότητα κρούσης του μεταλλικού υλικού, Ak είναι η ενέργεια κρούσης και F είναι η αρχική περιοχή διατομής του κατάγματος.

1.4

Απόδοση κόπωσης

Όριο αντοχής σε κόπωση Το φαινόμενο που τα μεταλλικά υλικά σπάνε χωρίς σημαντική παραμόρφωση υπό μακροχρόνιες επαναλαμβανόμενες τάσεις ή εναλλασσόμενες τάσεις (η τάση είναι γενικά μικρότερη από την αντοχή του ορίου διαρροής σs) ονομάζεται βλάβη κόπωσης ή θραύση κόπωσης. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι πολλά Για το λόγο αυτό, ένα τοπικό τμήμα της επιφάνειας του τμήματος προκαλεί τάση (συγκέντρωση τάσεων) μεγαλύτερη από σs ή και μεγαλύτερη από σb, προκαλώντας πλαστική παραμόρφωση ή μικρορωγμές σε αυτό το τμήμα. Καθώς ο αριθμός των επαναλαμβανόμενων εναλλασσόμενων τάσεων αυξάνεται, οι ρωγμές σταδιακά διαστέλλονται και βαθαίνουν (στο άκρο της ρωγμής). Συγκέντρωση στρες) προκαλεί μείωση της πραγματικής διατομής της τοπικής περιοχής μέχρις ότου η τοπική τάση είναι μεγαλύτερη από σb και συμβεί κάταγμα. Σε πρακτικές εφαρμογές, το δείγμα γενικά υπόκειται σε επαναλαμβανόμενες ή εναλλασσόμενες τάσεις (αντίσταση εφελκυσμού, θλιπτική τάση, τάση κάμψης ή στρέψης, κ.λπ.) εντός ενός καθορισμένου αριθμού κύκλων (γενικά 106 έως 107 φορές για τον χάλυβα και 106 έως 107 φορές για μη σιδηρούχα μέταλλα). Λάβετε 108 φορές) ως τη μέγιστη τάση που μπορεί να αντέξει χωρίς θραύση ως το όριο αντοχής σε κόπωση, εκφρασμένο με σ-1, σε MPa.

Εκτός από τους πιο συχνά χρησιμοποιούμενους δείκτες μηχανικών ιδιοτήτων που αναφέρονται παραπάνω, ορισμένα υλικά με ιδιαίτερα αυστηρές απαιτήσεις, όπως μεταλλικά υλικά που χρησιμοποιούνται στην αεροδιαστημική, την πυρηνική βιομηχανία, τους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής κ.λπ., απαιτούν επίσης τους ακόλουθους δείκτες μηχανικών ιδιοτήτων.

Όριο ερπυσμού: Κάτω από μια συγκεκριμένη θερμοκρασία και σταθερό εφελκυστικό φορτίο, το φαινόμενο της πλαστικής παραμόρφωσης των υλικών αργά με την πάροδο του χρόνου ονομάζεται ερπυσμός. Συνήθως, χρησιμοποιείται δοκιμή ερπυσμού εφελκυσμού υψηλής θερμοκρασίας, δηλαδή υπό σταθερή θερμοκρασία και σταθερό εφελκυστικό φορτίο, η επιμήκυνση ερπυσμού (ολική επιμήκυνση ή υπολειπόμενη επιμήκυνση) του δείγματος εντός καθορισμένου χρόνου ή όταν η ταχύτητα επιμήκυνσης ερπυσμού είναι σχετικά σταθερή. στάδιο, η μέγιστη τάση όταν η ταχύτητα ερπυσμού δεν υπερβαίνει μια συγκεκριμένη καθορισμένη τιμή θεωρείται ως το όριο ερπυσμού, εκφρασμένο σε MPa, όπου τ είναι η διάρκεια δοκιμής, t είναι η θερμοκρασία, δ είναι η επιμήκυνση και σ είναι η τάση. ή Εκφρασμένο σε , V είναι η ταχύτητα ερπυσμού.

Όριο αντοχής σε εφελκυσμό σε υψηλή θερμοκρασία: Η μέγιστη τάση που μπορεί να φτάσει το δείγμα στην καθορισμένη διάρκεια χωρίς θραύση υπό την επίδραση σταθερής θερμοκρασίας και σταθερού φορτίου εφελκυσμού.

Συντελεστής ευαισθησίας μεταλλικής εγκοπής: Το Kτ αντιπροσωπεύει την αναλογία τάσεων του δοκιμίου με εγκοπή προς το μη χαραγμένο λείο δείγμα όταν η διάρκεια είναι η ίδια (δοκιμή αντοχής εφελκυσμού σε υψηλή θερμοκρασία).

Θερμική αντίσταση: Η αντίσταση ενός υλικού σε μηχανική φόρτιση σε υψηλές θερμοκρασίες.

Τόμος 2

χημικές ιδιότητες

Η ιδιότητα των μετάλλων να προκαλούν χημικές αντιδράσεις με άλλες ουσίες ονομάζεται χημικές ιδιότητες των μετάλλων. Σε πρακτικές εφαρμογές, τα κύρια ζητήματα είναι η αντίσταση στη διάβρωση και η αντίσταση στην οξείδωση των μετάλλων (ονομάζεται επίσης αντίσταση στην οξείδωση, η οποία αναφέρεται συγκεκριμένα στην αντίσταση ή σταθερότητα των μετάλλων στην οξείδωση σε υψηλές θερμοκρασίες), καθώς και η σχέση μεταξύ διαφορετικών μετάλλων και σχέση μεταξύ μετάλλων και μετάλλων. Οι επιδράσεις των ενώσεων που σχηματίζονται μεταξύ των μη μετάλλων στις μηχανικές ιδιότητες κ.λπ. Μεταξύ των χημικών ιδιοτήτων των μετάλλων, ιδιαίτερα της αντοχής στη διάβρωση, είναι μεγάλης σημασίας η καταστροφή των μετάλλων λόγω κόπωσης από τη διάβρωση.

Τόμος 3

Φυσικές ιδιότητες

Οι φυσικές ιδιότητες των μετάλλων λαμβάνουν κυρίως υπόψη:

(1) Πυκνότητα (ειδικό βάρος): ρ=P/V, μονάδα: g/κυβικό εκατοστό ή τόνος/κυβικό μέτρο, όπου P είναι το βάρος και V είναι ο όγκος. Σε πρακτικές εφαρμογές, εκτός από τον υπολογισμό του βάρους των μεταλλικών μερών με βάση την πυκνότητα, είναι σημαντικό να λαμβάνεται υπόψη η ειδική αντοχή του μετάλλου (ο λόγος της αντοχής σb προς την πυκνότητα ρ) για να βοηθήσει στην επιλογή υλικού, καθώς και την ακουστική αντίσταση σε ακουστικές δοκιμές που σχετίζονται με μη καταστροφικές δοκιμές (το γινόμενο της πυκνότητας ρ και της ταχύτητας του ήχου C) και στην ανίχνευση ακτινοβολίας, υλικά με διαφορετικές πυκνότητες έχουν διαφορετικές ικανότητες απορρόφησης για ενέργεια ακτινοβολίας κ.λπ.

(2) Σημείο τήξης: Η θερμοκρασία στην οποία το μέταλλο αλλάζει από στερεό σε υγρό. Έχει άμεσο αντίκτυπο στην τήξη και τη θερμική επεξεργασία μεταλλικών υλικών και έχει μεγάλη σχέση με τις ιδιότητες του υλικού σε υψηλή θερμοκρασία.

(3) Θερμική διαστολή: Καθώς αλλάζει η θερμοκρασία, αλλάζει και ο όγκος του υλικού (διαστέλλεται ή συστέλλεται). Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται θερμική διαστολή. Συχνά μετριέται με τον γραμμικό συντελεστή διαστολής. Δηλαδή, όταν η θερμοκρασία αλλάζει κατά 1 βαθμό , η αύξηση ή η μείωση του μήκους του υλικού είναι ίση με 0 Η αναλογία των μηκών σε βαθμό . Η θερμική διαστολή σχετίζεται με την ειδική θερμότητα του υλικού. Σε πρακτικές εφαρμογές, θα πρέπει επίσης να λαμβάνεται υπόψη ο ειδικός όγκος (όταν το υλικό επηρεάζεται από εξωτερικές επιδράσεις όπως η θερμοκρασία, ο όγκος του υλικού ανά μονάδα βάρους αυξάνεται ή μειώνεται, δηλαδή ο λόγος όγκου προς μάζα), ειδικά για όσους εργάζονται σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας ή σε κρύες ή ζεστές συνθήκες. Για τα μεταλλικά μέρη που λειτουργούν σε εναλλασσόμενα περιβάλλοντα, πρέπει να ληφθούν υπόψη οι επιπτώσεις των ιδιοτήτων διαστολής τους.

(4) Μαγνητισμός: Η ιδιότητα που μπορεί να προσελκύσει σιδηρομαγνητικά αντικείμενα είναι ο μαγνητισμός, ο οποίος αντανακλάται σε παραμέτρους όπως η μαγνητική διαπερατότητα, η απώλεια υστέρησης, η υπολειπόμενη ένταση μαγνητικής επαγωγής, η δύναμη καταναγκασμού κ.λπ., έτσι ώστε τα μεταλλικά υλικά να μπορούν να χωριστούν σε παραμαγνητικά, διαμαγνητικά. , μαλακά μαγνητικά και σκληρά μαγνητικά υλικά.

(5) Ηλεκτρικές ιδιότητες: Λάβετε υπόψη κυρίως την ηλεκτρική αγωγιμότητά του, η οποία έχει αντίκτυπο στην ειδική αντίστασή του και στην απώλεια δινορευμάτων σε ηλεκτρομαγνητικές μη καταστροφικές δοκιμές.

Τόμος 4

Απόδοση διαδικασίας

Η προσαρμοστικότητα του μετάλλου σε διάφορες μεθόδους επεξεργασίας ονομάζεται απόδοση διεργασίας, η οποία περιλαμβάνει κυρίως τις ακόλουθες τέσσερις πτυχές:

(1) Απόδοση κοπής: αντανακλά τη δυσκολία κοπής μεταλλικών υλικών με εργαλεία κοπής (όπως τόρνευση, φρεζάρισμα, πλάνισμα, λείανση κ.λπ.).

(2) Σφυρηλατότητα: αντικατοπτρίζει τη δυσκολία σχηματισμού μεταλλικών υλικών κατά την επεξεργασία υπό πίεση, όπως η πλαστικότητα του υλικού όταν θερμαίνεται σε μια ορισμένη θερμοκρασία (εμφανίζεται ως το μέγεθος της αντίστασης στην πλαστική παραμόρφωση) και το εύρος θερμοκρασίας που επιτρέπει τη θερμή πίεση επεξεργασία Μέγεθος, χαρακτηριστικά θερμικής διαστολής και συστολής και τα όρια κρίσιμης παραμόρφωσης που σχετίζονται με τη μικροδομή και τις μηχανικές ιδιότητες, τη ρευστότητα και τη θερμική αγωγιμότητα του μετάλλου κατά τη θερμική παραμόρφωση, κ.λπ.

(3) Χυτευσιμότητα: αντικατοπτρίζει τη δυσκολία τήξης και χύτευσης ενός μεταλλικού υλικού σε χύτευση, η οποία εκδηλώνεται με τη ρευστότητα, τον εισαγωγέα αέρα, την οξείδωση, το σημείο τήξης στην τετηγμένη κατάσταση, την ομοιομορφία και τη συμπαγή μικροδομή της χύτευσης και η ψυχρότητα Συρρίκνωση κ.λπ.

(4) Συγκολλησιμότητα: αντικατοπτρίζει τη δυσκολία της ταχείας τοπικής θέρμανσης μεταλλικών υλικών για γρήγορη τήξη ή ημι-τήξη των τμημάτων αρμού (απαιτείται πίεση), έτσι ώστε τα μέρη της ένωσης να μπορούν να συνδεθούν σταθερά μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα σύνολο. Εκφράζεται ως σημείο τήξης, απορροφητικότητα, οξείδωση, θερμική αγωγιμότητα, χαρακτηριστικά θερμικής διαστολής και συστολής, πλαστικότητα κατά την τήξη, συσχέτιση με τη μικροδομή των αρμών και των γειτονικών υλικών και επίδραση στις μηχανικές ιδιότητες κ.λπ.