脆性材料,屈服强度

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1、为了适应公司新战略的发展,保障停车场安保新项目的正常、顺利开展,特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划脆性材料,屈服强度屈服强度的工程意义:传统的强度设计方法,对塑性材料,以屈服强度为标准,规定许用应力=ys/n,安全系数n一般取2或更大,对脆性材料,以抗拉强度为标准,规定许用应力=b/n,安全系数n一般取6。需要注意的是,按照传统的强度设计方法,必然会导致片面追求材料的高屈服强度,但是随着材料屈服强度的提高,材料的抗脆断强度在降低,材料的脆断危险性增加了。屈服强度不仅有直接的使用意义,在工程上也是材料的某些力学行为和工艺性能的大致度量。例如材料屈服强度增高,对应力腐蚀和氢脆就敏感;

2、材料屈服强度低,冷加工成型性能和焊接性能就好等等。因此,屈服强度是材料性能中不可缺少的重要指标。通常采用试验机来测试屈服强度。抗拉强度的意义:在材料不产生颈缩时抗拉强度代表断裂抗力。脆性材料用于产品设计时,其许用应力是以抗拉强度为依据的。抗拉强度对一般的塑性材料有什么意义呢?虽然抗拉强度只代表产生最大均匀塑性变形抗力,但它表示了材料在材料试验机进行的静拉伸条件下的极限承载能力。对应于抗拉强度b的外载荷,是试样所能承受的最大载荷,尽管此后颈缩在不断发展,实际应力在不断增加,但外载荷却是在很快下降的。弹性模量的意义:弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标,其值越大,使材料发生一定弹性变形

3、的应力也越大,即材料刚度越大,亦即在一定应力作用下,发生弹性变形越小。弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标,相当于普通弹簧中的刚度。静力韧度的意义:材料在用试验机进行静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。严格的说,它应该是真应力-应变曲线下所包围的面积也就是工程上为了简化方便,近似地采取:对塑性材料静力韧度是一个强度与塑性的综合指标。单纯的高强度材料象弹簧钢,其静力韧度不高,而只具有很好塑性的低碳钢也没有高的静力韧度,只有经淬火高温回火的中碳(合金)结构钢才具有最高的静力韧度。硬度并不是金属独立的基本性能。一般硬度计进

4、行硬度测试。它是指金属在表面上的不大体积内抵抗变形或者破裂的能力。现在这些表征力学性能的量都可以通过材料试验机进行试验直接得出结果的。比如我们澳珂仪器网站上就有万能材料试验机,液压万能试验机等可以测试这些力学性能的材料试验设备。但是,各种力学性能测试根据不同的标准,不同的试验机得出的数据有所差异。因而在选购试验机的时候要特别注意听专家的意见。应该提供试验规程或标准并获取相应的技术方案较为稳妥。金属材料的硬度含义金属材料的硬度含义HBS是硬度指标。布氏硬度是根据压痕单位表面积上的载荷大小来计算硬度值,它不适用于测定硬度较高的材料。布氏硬度F/A凹金属材料抵抗硬的物体压陷表面的能力,称为硬度。根据

5、试验方法和适用范围不同,硬度又可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度、显微硬度和高温硬度等。对于管材一般常用的有布氏、洛氏、维氏硬度三种。A、布氏硬度用一定直径的钢球或硬质合金球,以规定的试验力压入式样表面,经规定保持时间后卸除试验力,测量试样表面的压痕直径。布氏硬度值是以试验力除以压痕球形表面积所得的商。以HBS表示,单位为N/mm2(MPa)。其计算公式为:式中:F-压入金属试样表面的试验力,N;D-试验用钢球直径,mm;d-压痕平均直径,mm。测定布氏硬度较准确可靠,但一般HBS只适用于450N/mm2以下的金属材料,对于较硬的钢或较薄的板材不适用。在钢管标准中,布氏硬度用途最广,

6、往往以压痕直径d来表示该材料的硬度,既直观,又方便。举例:120HBS10/1000/30:表示用直径10mm钢球在1000Kgf试验力作用下,保持30s测得的布氏硬度值为120N/mm2。B、洛氏硬度洛氏硬度试验同布氏硬度试验一样,都是压痕试验方法。不同的是,它是测量压痕的深度。即,在初邕试验力及总试验力的先后作用下,将压头压入试样表面,经规定保持时间后,卸除主试验力,用测量的残余压痕深度增量计算硬度值。其值是个无名数,以符号HR表示,所用标尺有A、B、C、D、E、F、G、H、K等9个标尺。其中常用于钢材硬度试验的标尺一般为A、B、C,即HRA、HRB、HRC。硬度值用下式计算:当用A和C标

7、尺试验时,HR=100-e当用B标尺试验时,HR=130-e式中e-残余压痕深度增量,其什系以规定单位表示,即当压头轴向位移一个单位时,即相当于洛氏硬度变化一个数。e值愈大,金属的硬度愈低,反之则硬度愈高。上述三个标尺适用范围如下:HRA20-88HRC20-70HRB20-100洛氏硬度试验是目前应用很广的方法,其中HRC在钢管标准中使用仅次于布氏硬度HB。洛氏硬度可适用于测定由极软到极硬的金属材料,它弥补了布氏法的不是,较布氏法简便,可直接从硬度机的表盘读出硬度值。但是,由于其压痕小,故硬度值不如布氏法准确。C、维氏硬度维氏硬度试验也是一种压痕试验方法,是将一个相对面夹角为1360的正四棱

8、锥体金刚石压头以选定的试验力压入试验表面,经规定保持时间后卸除试验力,测量压痕两对角线长度。维氏硬度值是试验力除以压痕表面积所得之商,其计算公式为:式中:HV-维氏硬度符号,N/mm2(MPa);F-试验力,N;d-压痕两对角线的算术平均值,mm。维氏硬度采用的试验力F为5、10、20、30、50、100Kgf(N)等六级,可测硬度值范围为51000HV。表示方法举例:640HV30/20表示用30Hgf试验力保持20S测定的维氏硬度值为640N/mm2(MPa)。维氏硬度法可用于测定很薄的金属材料和表面层硬度。它具有布氏、洛氏法的主要优点,而克服了它们的基本缺点,但不如洛氏法简便。维氏法在钢

9、管标准中很少用。HB是用一定的力将一定直径的钢球压向被测材料的表面,然后测量被测材料表面钢球压痕的直径以判断材料的硬度。材料的原始状态和钢材的退火、正火或调质常用HB。HR有A、B、C3三种。A和C用120度的金刚石正圆锥体作测头,B用直径的钢球作测头。测量方法都是先用一个预压力将测头压在被测材料的表面,再施以主压力,然后撤除主压力,测量压入深度判断材料的硬度。HV是对HR的一种改良。因120度的正圆锥体不符合金刚石的晶体结构,不易磨好,所以HV将测头改为棱圆椎体,顶端可以制作得非常精良。测量方法同HR。HRA和HV用来测量材料经表面热处理,如氮化、渗碳以后的表面硬度,HRC常用于测量淬火后硬

10、度。冲击功冲击功Ak冲击韧性ak工程上常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定材料抵抗冲击载荷的能力,即测定冲击载荷试样被折断而消耗的冲击功Ak,单位为焦耳。而用试样缺口处的截面积F去除Ak,可得到材料的冲击韧度指标,即ak=Ak/F,其单位为kJ/m2或J/cm2。因此,冲击韧度ak表示材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。ak值的大小表示材料的韧性好坏。一般把ak值低的材料称为脆性材料,ak值高的材料称为韧性材料。ak值取决于材料及其状态,同时与试样的形状、尺寸有很大关系。ak值对材料的内部结构缺陷、显微组织的变化很敏感,如夹杂物、偏析、气泡、内部裂纹、钢的回火脆性、晶粒粗化等都会使ak值明显降

11、低;同种材料的试样,缺口越深、越尖锐,缺口处应力集中程度越大,越容易变形和断裂,冲击功越小,材料表现出来的脆性越高。因此不同类型和尺寸的试样,其ak或Ak值不能直接比较。材料的ak值随温度的降低而减小,且在某一温度范围内,ak值发生急剧降低,这种现象称为冷脆,此温度范围称为“韧脆转变温度”。冲击韧度指标的实际意义在于揭示材料的变脆倾向。冲击韧性值akv(u)冲击吸收功除以试样缺口处底部横截面积所得的商。单位为焦耳/厘米2或公斤力.米/厘米2。计算公式为:式中:Akv(u)-试样折断时所吸收的功,Kgf.m;S-试样缺口处底部横截面面积,cm2。常温冲击试验温度为2050C;低温冲击试验温度范围

12、为脆性材料,屈服强度)8Cr4V,W6Mo5Cr4V2,W6Mo5Cr4V2Al11.二次硬化采用高的温度淬火,然后进行多次高温回火后,达到二次硬化的目的12.红硬性指材料在经过一定温度下保持一定时间后所能保持其强度的能力13.冷作模具钢牌号Cr12Cr12Mo1Vi9Mn2V14.热作模具钢牌号5CrMnMo5CrNiMo3Cr2W8V15.二次硬化的机理残余奥氏体在回火过程中转变为马氏体用于工作温度不高,制造要求变形小的细而长的形式复杂的切削工具,如,板牙,拉刀,长丝锥,长绞刀,也可以做量具17量具钢的特点高硬度和高耐磨性,高的尺寸稳定性,足够的韧性,一定的抗腐蚀性第五章1.按钢的组织结构

13、特点分为马氏体不锈钢,铁素体不锈钢,奥氏体不锈钢和双相不锈钢2.提高钢耐腐性的途径形成稳定的保护膜,添加Cr;提高固溶体电极电位或形成稳定钝化区,获得单相组织,如单相奥氏体;机械保护措施或覆盖层,如电镀,喷漆等3.不锈钢的腐蚀类型均匀腐蚀、晶间腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀破裂4.铁素体不锈钢Cr13型0Cr130Cr13Al;Cr16-19型Cr17Cr17Ti;Cr25-30型Cr28Cr255.奥氏体不锈钢耐腐蚀性高,而且塑性高,易于加工,具有良好的焊接性,韧性和低温韧性,无磁性,具有优异的耐酸性抗氧化性应用最广泛的耐酸刚6.马氏体不锈钢1Cr132Cr139Cr181Cr17Ni27

14、.提高钢的抗氧化性的途径通过提高钢中Cr、Al、Si抗氧化性元素,来防止FeO形成或提高其形成温度加入Cr、Al、Si形成致密氧化膜在抗氧化钢中加入Ni,形成奥氏体改善工艺性能,提高热强性控制含碳量在8.钢的热强性表示金属在高温和载荷长时作用下抵抗蠕变和断裂的能力,即高温强度9.蠕变极限在一定温度下,规定时间内试样产生一定蠕变变形量的最大应力10.持久强度表示在规定温度下,达到规定的持续时间而不发生断裂的最大应力11.提高热强性的途径增加Cr,Mo等元素含量的固溶强化降低S,P杂质元素含量用B,Ti,Zr进行晶界强化通过碳化物和金属间化合物的弥散强化后三章1.铸铁分类碳形式分为白口铸铁、麻口铸

15、铁、灰口铸铁。石墨形态不同分为灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁2.灰铸铁具有优良的减磨性和减震性,较低的缺口敏感性和良好的切削性能3.球墨铸铁与灰铸铁相比具有较高的抗拉强度和弯曲疲劳极限,也具有的塑性及韧性4.铸造铝合金代号ZL由及后面的三个数字组成,第一个数字表示合金系列,1、2、3、4分别表示铝硅、铝铜、铝镁、铝锌系列合金5.铝合金的强化方式固溶强化,沉淀强化过剩相强化及细晶粒强化6.青铜分类锡青铜、铝青铜、铍青铜第二部分习题1.什么是低温脆性、韧脆转变温度tk?产生低温脆性的原因是什么?答:在试验温度低于某一温度tk时,会由韧性状态转变未脆性状态,冲击吸收功明显下降,断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂,断口特征由纤维状转变为结晶状,这就是低温脆性。tk称为韧脆转变温度。低温脆性的原因:低温脆性是材料屈服强度随温度降低而急剧增加,而解理断裂强度随温度变化很小的结果。如图所示:当温度高于韧脆转变温度时,断裂强度大于屈服强度,材料先屈服再

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