鶴壁中機礦山設備有限公司淺談機械材料的機械性能

機械材料的機械性能總結
（一） 金屬材料的機械性能
   金屬零件受一定外力作用時(shí)，對金屬材料有一定的破壞作用。因此要求金屬材料具有抵抗外力的作用而不被破壞的性能，這種性能稱(chēng)為機械性能。金屬材料的機械性能主要包括：強度、塑性、硬度、沖擊韌性和疲勞強度等。它們的具體數值是在專(zhuān)門(mén)的試驗機上測定出來(lái)的。
   1、金屬材料的變形和應力
   金屬材料受外力作用時(shí)引起的形狀改變稱(chēng)為變形。變形分為彈性變形（當外力取消后，變形消失并恢復到原來(lái)形狀）和塑性變形（當外力除去后，不能恢復到原來(lái)形狀，保留一部分殘余形變）。
   當金屬材料受外力作用時(shí)，其內部還將產(chǎn)生一個(gè)與外力相對抗的內力，它的大小與外力相等，方向相反。單位截面上的內力稱(chēng)為應力。在拉伸和壓縮時(shí)應力用符號σ表示。
σ=P/F
式中： σ — 應力，
P— 拉伸外力，N；
F — 試樣的橫截面積，
   2、強度
   強度是金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。強度可通過(guò)拉力試驗來(lái)測定。將圖（a）所示標準樣安裝在拉力試驗機上，對其施加一個(gè)平穩而無(wú)沖擊逐漸遞增的軸向拉力，隨著(zhù)拉力的增加試樣產(chǎn)生形變如圖（B）直到斷裂如圖（C）。以試樣的受拉力P為縱坐標，伸長(cháng)值⊿L為橫坐標，給制出拉伸曲線(xiàn)。
   OE段：負荷與伸長(cháng)成線(xiàn)性關(guān)系，是材料的彈性變形階段。
   金屬材料由彈性變形過(guò)渡到塑性變形時(shí)的應力稱(chēng)為金屬材料由彈性變形過(guò)渡到塑性變形時(shí)的應力稱(chēng)為彈性極限，用σ表示
   σe=Pe/Fo
   式中：σe— 彈性極限，MPa；
   Pe— 材料開(kāi)始塑性變形時(shí)的負荷，N；
   Fo— 試樣原橫截面積，㎜2
   當負荷超過(guò)E點(diǎn)，試樣開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形，這一段曲線(xiàn)幾乎呈水平，表明試樣在拉伸過(guò)程中，負荷不增加甚至有降低，試樣繼續塑性形變，材料喪失了抵抗變形的能力。這種現象稱(chēng)為屈服。產(chǎn)生現象時(shí)的應力稱(chēng)為屈服點(diǎn)，用σ表示。
   σs=Ps/Fo
   式中： σ— 屈服點(diǎn)，Mpa ；
   Ps— 材料產(chǎn)生明顯形變時(shí)的負荷，N；
   Fo— 試樣原橫截面積，㎜2  。
   負荷超過(guò)S點(diǎn)后，形變量隨負荷增加而急劇增加，當過(guò)B點(diǎn)，形變部位出現縮頸現象，試樣已不能抵抗外力作用，在K點(diǎn)發(fā)生斷裂。試樣拉斷前能承受的最大負荷 Pb所對應的應力稱(chēng)為抗拉強度，用σb表示。
   σb= Pb/Fo
   式中： σb— 抗拉強度，Mpa ；
   Pb— 試樣拉斷前的最大拉力，N；
   Fo — 原橫截面積，㎜2
   屈服強度（σs），抗拉強度（σb）和屈強比（屈服強度與抗拉強度的比σs/σb）是評定金屬材料質(zhì)量的重要機械性能指標，是設計和選材的主要依據之一。
   3、塑性
   塑性是金屬材料受外力作用時(shí)斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。通常用兩種方法來(lái)表示。
   (1)伸長(cháng)率：試樣拉斷后標距部分所增加的長(cháng)度與原標距長(cháng)度的百分比，用δ表示。
   δ=（L1－L0）/L0x100%
   式中：δ — 試樣的伸長(cháng)率，%；
   L1— 試樣拉斷后標距長(cháng)度，㎜；
   L0— 試樣原標距長(cháng)度，㎜。
   (2)斷面收縮率：試樣拉斷后縮頸處橫截面積的最大縮減量與原截面積的百分比，用φ表示。
   式中 φ — 試樣的斷面收縮率，%；
   F0— 試樣原橫截面積，㎜2；
   F1— 試樣拉斷后縮頸處的最小橫截面積，㎜2。
   δ、φ的數值越大，說(shuō)明金屬材料的塑性越好，反之亦然。良好的塑性是金屬材料進(jìn)行塑性加工的必要條件。
   4、硬度
   硬度是金屬材料抵抗外物壓入其表面的能力，一般說(shuō)，硬度高的材料耐磨性較好，強度也比較高。硬度是評價(jià)金屬材料質(zhì)量的機械性能指標，也是機械零件設計要求的技術(shù)條件之一。生產(chǎn)中有不同的測定方法，常用的有布氏硬度和洛氏硬度。
   （1）布氏硬度：用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球，以相應的試驗力壓入試樣表面，經(jīng)規定保荷時(shí)間后卸除試驗力，測量試樣表面壓痕直徑。以壓痕球狀表面積所承受的平均負荷作為布氏硬度值，用符號（HBW）表示。
   HBS（HBW）=
   式中：HBS（HBW）— 布氏硬度值，kgf-mm2
   P— 加在淬火鋼球上的負荷，kgf；
   D— 淬火鋼球直徑，㎜。
   壓頭為鋼球時(shí)用HBS，適用于布氏硬度值在450以下的材料，如鑄鐵和有色金屬。壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)用HBW，適用于布氏硬度值在650以下的材料。
   （2）洛氏硬度：用壓頭壓入的壓痕深度表示材料的硬度值。壓痕越深表示材料越軟，硬度值越低。兩種硬度可以利用特制的表格進(jìn)行換算。
   硬度表示金屬材料在局部范圍內對塑性變形的抗力，所以硬度與強度間有一定的換算關(guān)系。
   5、沖擊韌性
   沖擊韌性是金屬材料抗擊沖擊負荷的能力?，F在普通采用一次擺錘沖擊試驗來(lái)測定材料的沖擊韌性。
   實(shí)驗表明，材料受小能量多次重復沖擊的能力，主要取決于材料強度。強度越高，壽命越長(cháng)，設計中可不必過(guò)分追求高沖擊值。
   6、疲勞強度
   實(shí)際中許多工件所承受負荷的方向和大小是周期變化的。這種周期變化的負荷稱(chēng)為交變負荷。金屬工件在交變負荷作用下，經(jīng)長(cháng)時(shí)間工作而發(fā)生斷裂的現象稱(chēng)為金屬疲勞。
   在交變負荷作用下金屬工件所受應力大小和斷裂前應力交變循環(huán)的次數有關(guān)。應力越大，則斷裂前能隨承受的循環(huán)次數越低。當鋼鐵材料的循環(huán)次數達到107，有色金屬的循環(huán)次數達到108時(shí)，若試樣仍不發(fā)生疲勞破壞，其最大應力稱(chēng)為該材料的疲勞極限。當應力交變循環(huán)對稱(chēng)時(shí)，疲勞極限用σ-1表示。
   生產(chǎn)中多數金屬工件是在交變負荷下工作的，疲勞破壞是破裂的主要形式。因此疲勞強度設計是材料的重要強度計算之一。另外，改善零件結構形狀避免應力集中；降低表面粗糙度；采取表面強化處理等都能有效提高金屬工件的抗疲勞能力。
   （二）金屬材料的其他性能
   1、金屬材料的物理性能
   包括比重、溶點(diǎn)、導電性、導熱性和膨脹性等。工件用途不同，對金屬材料的物理性能要求不一樣
   2、金屬材料的化學(xué)性能
   主要指金屬材料在定溫或高溫條件下抵抗活潑介質(zhì)對其浸蝕的能力。
   3、金屬材料的工藝性能
   是金屬材料物理和化學(xué)性能的綜合，是否易于加工成型的能力。按工藝方法不同，工藝性能主要有鑄造性能、鍛造性能、焊接性和切削加工性能。在設計零件及選擇加工方法時(shí)要考慮材料的工藝性能。