第二章-金屬材料力學性能基本知識及鋼材的脆化(已修改)
2025-08-17 10:45 本頁面
【正文】 金屬材料力學性能基本知識及鋼材的脆化金屬材料是現(xiàn)代工業(yè)、農業(yè)、國防以及科學技術各個領域應用最廣泛的工程材料，這不僅是由于其來源豐富，生產工藝簡單、成熟，而且還因為它具有優(yōu)良的性能。 通常所指的金屬材料性能包括以下兩個方面： 1．使用性能 即為了保證機械零件、設備、結構件等能正常工作，材料所應具備的性能，主要有力學性能(強度、硬度、剛度、塑性、韌性等)，物理性能(密度、熔點、導熱性、熱膨脹性等)，化學性能(耐蝕性、熱穩(wěn)定性等)。使用性能決定了材料的應用范圍，使用安全可靠性和使用壽命。 2 工藝性能 即材料在被制成機械零件、設備、結構件的過程中適應各種冷、熱加工的性能，例如鍛造，焊接，熱處理，壓力加工，切削加工等方面的性能。工藝性能對制造成本 、生成效率、產品質量有重要影響。 1．1材料力學基本知識 金屬材料在加工和使用過程中都要承受不同形式外力的作用，當外力達到或超過某一限度時，材料就會發(fā)生變形以至斷裂。材料在外力作用下所表現(xiàn)的一些性能稱為材料的力學性能。鍋爐壓力容器材料的力學性能指標主要有強度、硬度、塑性、韌性等這些性能指標可以通過力學性能試驗測定。1．1．1 強度 金屬的強度是指金屬抵抗永久變形和斷裂的能力。材料強度指標可以通過拉伸試驗測出。把一定尺寸和形狀的金屬試樣(圖1～2)裝夾在試驗機上，然后對試樣逐漸施加拉伸載荷，直至把試樣拉斷為止。根據(jù)試樣在拉伸過程中承受的載荷和產生的變形量之間的關系，可繪出該金屬的拉伸曲線(圖1—3)。在拉伸曲線上可以得到該材料強度性能的一些數(shù)據(jù)。圖1—3所示的曲線，其縱坐標是載荷P(也可換算為應力d)，橫坐標是伸長量AL(也可換算為應變e)。所以曲線稱為P—AL曲線或一一s曲線。圖中曲線A是低碳鋼的拉伸曲線，分析曲線A，可以將拉伸過程分為四個階段：1．彈性階段 即曲線的oe段，在此段若加載不超過e點的應力值，卸載后試件的變形可全部消失，故e點的應力值為材料只產生彈性變形時應力的最高限，稱為彈性極限，曲線的o～e’段為直線，在此段內應力與應變成正比，即材料符合虎克定律，該段稱為線彈性階段。 2．屈服階段 此段又稱為流動階段，即曲線的s點及其后的一段，有微小顫動的水平線，s點稱作屈服點，s點之后的一段水平線表明應力不再增加，但應變卻繼續(xù)增大，材料已失去抵抗繼續(xù)變形的能力，這一階段里材料的變形主要是塑性變形，此時的應力稱為屈服點或屈服強度。在屈服階段，材料內部晶格間發(fā)生滑移，滑移線大致與軸線成45度。 3．強化階段 即曲線的s～b段。當變形超過屈服階段后，材料又恢復了對繼續(xù)變形的抵抗能力，即欲使試件繼續(xù)變形，必須增加應力值，這種現(xiàn)象稱為加工硬化現(xiàn)象，材料因此得到強化：曲線的最高點b點所對應的拉力Pb是拉伸過程中試樣承受的最大載荷值。該處的應力即為材料的抗拉強度，用σb表示，單位為MPa.4．頸縮階段 即曲線的b～k段。應力達到抗拉強度σb后，試件的某一局部開始變細，出現(xiàn)所謂頸縮現(xiàn)象。由于頸縮部分的橫截面急劇減小，因而使試件繼續(xù)變形所需的載荷也減小了，曲線明顯下降，到達k點
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