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2022-11-22 瀏覽：金屬材料力學性能是指金屬材料在外加載荷作用下或載荷與環(huán)境因素（溫度帶動擴大、介質和加載速率）聯(lián)合作用下表現(xiàn)出來的行為激發創作。
常見的金屬力學性能下表所示：
| 金屬力學性能 | 常用金屬力學性能指標 |
| 強度 | 屈服強度提升、抗拉強度效果較好、斷裂強度 |
| 塑性 | 延伸率、斷面收縮率聽得進、應變強化指數(shù) |
| 彈性 | 彈性模量（剛度）像一棵樹、彈性極限、比例極限 |
| 硬度 | 布氏硬度不斷創新、維氏硬度高效利用、洛氏硬度 |
| 韌性 | 靜力韌度、沖擊韌度去突破、斷裂韌度 |
| 疲勞 | 疲勞強度品質、疲勞壽命、疲勞缺口敏感度 |
| 應力腐蝕 | 應力腐蝕臨界應力場強度因子、應力腐蝕裂紋擴展速率 |
1措施、屈服強度
σs = Fs/S0
Fs：試樣屈服時所承受的拉伸力（N）； S0 ：試樣原始橫截面積（mm）情況。
2、抗拉強度
試樣拉斷前所承受的最大拉應力，反映了材料的最大均勻變形的抗力堅持好。
σb = Fb/S0
σb常用作脆性材料的選材和設計的依據(jù)開放要求。
塑性指標
塑性是材料在靜載荷作用下產生塑性變形而不破壞的能力。
1.斷后伸長率
試樣拉斷后標距的伸長量與原標距長度的百分比構建。
δ=(L1-L0)/L *100%
L0:標距緊密相關；L1:拉斷后的試件標距。
2平臺建設、斷面收縮率
試樣拉斷后縮項處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比重要組成部分。
Ψ=(A0-A1)/A0 *100%
A0:試件原橫截面積；A1:斷裂后頸縮處的橫截面積兩個角度入手。
E=σ/ε
σ：拉應力進入當下；ε：拉伸應變
組織不敏感的力學性能指標建強保護，合金化、熱處理首次、冷塑性變形對其影響不大流動性。
機構和構件選材重要的力學性能指標：
?行車梁應具有足夠的剛度，否則在起吊重物時會因撓度過大引起振動生產效率。
?機床和壓力機主軸提高鍛煉、床身和工作臺對剛度都有要求，以保證加工精度行業內卷。
?內燃機、離心機和壓氣機等的主要構件要有足夠的剛度防止發(fā)生振動科普活動。
1.布氏硬度
單位面積上所承受的平均應力，即試驗力p與壓痕球形表面積的商新的力量。
< 450HB：測試壓頭為淬火鋼球技術研究，硬度符號HBS；
<650HB：測試壓頭為硬質合金分享，硬度符號HBW現場。
經驗公式：
低碳鋼：σb≈3.6HBS；
高碳鋼：σb≈3.4HBS開展研究。
適用范圍:用于測量灰鑄鐵高質量、結構鋼、非鐵金屬及非金屬材料等.
優(yōu)缺點：
1.測量值較準確力量，重復性好
2.可測組織不均勻材料可靠；
3.不適合測試成品與薄件；
4.測量費時大型，效率低的可能性。
2.洛氏硬度
以測量壓痕深度表示材料的硬度值，每0.002mm相當于1洛氏硬度單位工具。
壓頭分兩種：
1尤為突出、圓錐角α=120°的金剛石圓錐體，
2市場開拓、直徑為Φ1.588mm的小淬火鋼球標準。
洛氏硬度計算式：
HR=（k-h）/ 0.002
壓頭1：k=0.2mm；壓頭2：k=0.26mm環境。
| 標尺 | 硬度符號 | 壓頭類型 |
總試驗力 F/N |
測量硬度范圍 | 應用舉例 |
| C | HRC | 金剛石圓錐 | 1471 | 20-70 | 淬火鋼主要抓手、高硬度鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵 |
| B | HRB | Φ1.588mm鋼球 | 980.7 | 20-100 | 低碳鋼重要的角色、銅合金空間載體、鐵素體可鍛鑄鐵 |
| A | HRA | 金剛石圓錐 | 588.4 | 20-88 | 硬質合金、硬化薄鋼板要落實好、表面薄層硬化鋼 |
優(yōu)缺點：
試驗簡單即將展開、方便、迅速相對簡便；
壓痕小創新科技，可測成品，薄件；
數(shù)據(jù)不夠準確服務機製，應測三點取平均值流程；
不應測組織不均勻材料，如鑄鐵培訓。
（3）維氏硬度
根據(jù)壓痕單位面積所承受的試驗力計算硬度值等特點。
壓頭是兩相對面間夾角為136°的金剛石四棱錐體。
測量范圍 ：
常用于測薄件、鍍層不合理波動、化學熱處理后的表層等。
優(yōu)缺點：
1.測量準確薄弱點，應用范圍廣（硬度從極軟到極硬）上高質量；
2.可測成品與薄件
3.試樣表面要求高，費工效高。
沖擊韌性
材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力發展邏輯。
試樣沖斷時所消耗的沖擊功Ak為:
Ak = m g H – m g h (J)
沖擊韌性值a k 就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊功。
a k = Ak / S0 (J/cm²)
ak值低－脆性材料：
斷裂時無明顯變形追求卓越，金屬光澤發展機遇，呈結晶狀。
ak值高－韌性材料：
明顯塑變性能，斷口呈灰色纖維狀，無光澤。
斷裂韌度
斷裂力學：在承認機件存在宏觀裂紋的前提下強化意識，建立了裂紋擴展的各種新的力學參量聽得進，并提出了含裂紋體的斷裂判據(jù)和材料斷裂韌度。
疲勞
疲勞現(xiàn)象：
金屬機件或構件在變動應力和應變長期作用下合理需求，由于累積損傷而引起的斷裂現(xiàn)象全技術方案。
疲勞特點：
1）疲勞是低應力循環(huán)延時斷裂，斷裂應力往往低于材料抗拉強度先進水平，甚至屈服強度重要的；
2）疲勞是脆性突發(fā)性斷裂，斷裂前不會有明顯的變形征兆共享，危險性大高端化；
3）疲勞對缺口、裂紋及組織缺陷十分敏感姿勢，具有高度的選擇性充分發揮。
疲勞極限σ-1 ：材料經無數(shù)次應力循環(huán)而不發(fā)生疲勞斷裂的最高應力值。
條件疲勞極限：經受107應力循環(huán)而不致斷裂的最大應力值重要平臺。
鋼材疲勞強度經驗公式:
σ-1 = (0.45～0.55)σb
或 σ-1 = 0.27(σs+σb）
σ-1p = 0.23(σs+σb）
熱處理工藝
定義：將固態(tài)金屬或合金通過加熱和諧共生、保溫和冷卻提高，使其內部組織結構發(fā)生變化，獲得所需要性能的工藝用上了。
目的：一是改善材料工藝性能，確保后續(xù)加工順利進行適應性強，這種熱處理稱為預先熱處理的特性；二是提高材料使用性能，延長零件使用壽命能力建設，這種熱處理稱為最終熱處理高效。
熱處理分類：
普通熱處理（四火：退火、正火基礎、淬火大大縮短、回火）
表面熱處理 （表面淬火、化學熱處理）
其他熱處理（真空熱處理開放要求、形變熱處理等 ）
共析鋼在加熱時的組織轉變
珠光體向奧氏體轉變過程四步：
1）奧氏體形核高質量；
2）奧氏體長大；
3）剩余Fe3C溶解緊密相關；
4）奧氏體均勻化大幅增加。
鋼在冷卻時的組織轉變
奧氏體的冷卻轉變：奧氏體在臨界點A1以上是穩(wěn)定相，冷卻至A1以下就成了不穩(wěn)定相重要組成部分，要發(fā)生組織轉變服務延伸。
重要性：決定了鋼熱處理后的組織和性能。同一種鋼傳承，加熱溫度和保溫時間相同貢獻力量，冷卻方法不同，熱處理后的性能截然不同具有重要意義。
45鋼加熱到840℃前景，在不同冷卻條件下冷卻后的力學性能
|
冷卻方法 |
σb/Mpa |
σs/Mpa |
δ/% |
ψ/% |
HRC |
|
隨爐冷卻 |
519 |
272 |
32.5 |
49 |
15~18 |
|
空氣冷卻 |
657~706 |
333 |
15~18 |
45~50 |
18~24 |
|
油中冷卻 |
882 |
608 |
18~20 |
48 |
40~50 |
|
水中冷卻 |
1078 |
706 |
7~8 |
12~14 |
52~60 |
共析鋼過冷奧氏體等溫轉變曲線的建立（金相硬度法）
也稱“TTT曲線”（Time-Temperature-Transformation Curve），因形狀類似“C”有力扭轉，常稱“C曲線”調解製度。
借助“C曲線”，可以了解奧氏體在不同的冷卻條件下轉變成何種組織以及轉變產物的性能形式，為正確制定和選擇熱處理工藝提供理論依據(jù)覆蓋範圍。
共析鋼C曲線及轉變產物
1）珠光體型轉變（又稱高溫轉變）
轉變溫度： A1~550℃；轉變產物：珠光體
A1 ~ 6500C：珠光體片層較粗功能， P（珠光體-pearlite ）
6500C~6000C：珠光體層片較細前沿技術，S（索氏體- sorbite ）
6000C~5500C：珠光體層片極細，T (屈氏體－troolstite）
珠光體的鐵素體和滲碳體層片粗細與轉變溫度有關積極性。溫度越低深入交流，珠光體的層片越細解決。層片變細，強度硬度增加動力，塑性韌性有所增加不斷豐富。
2）貝氏體型轉變（又稱中溫轉變）
轉變溫度： 550—Ms（230℃）
轉變產物：貝氏體 B（bainite）----由過飽和F和滲碳體組成的混合物。
550~350℃：上貝氏體（upper bainite ）（B上）羽毛狀組織多種方式，強度與塑性都較低同時，脆性很高。
350℃~ Ms：下貝氏體（lower bainite ）（ B下）針片狀組織是目前主流，綜合性能好分享。
3）馬氏體轉變（又稱低溫轉變）
轉變溫度：Ms（230°C）~ Mf
轉變產物：馬氏體（martensite ）+A′(residual austenite )
馬氏體：碳在α-Fe中形成的過飽和固溶體，用M表示便利性。
分類：
低碳馬氏體（low carbon martensite ）：呈板條狀開展研究，具有較高的強度和塑韌性。也稱板條M（lath martensite ）信息化。
高碳馬氏體（high carbon martensite ）：呈透鏡狀力量，片狀，中間有脊線。其強度很高表示，但塑韌性差，脆性大緊迫性。
亞共析鋼的C曲線
過共析鋼的C曲線
過冷奧氏體連續(xù)轉變冷卻曲線（CCT曲線 ）(Continuous Cooling Transformation)
退火
定義：將金屬加熱到一定溫度質生產力，保持足夠時間，然后以適宜速度冷卻
目的：
細化晶粒非常激烈；
降低硬度提升行動，改善鋼的成形和切削加工性能
消除內應力。
分類：按退火的目的和工藝特點可分為完全退火技術交流、不完全退火交流、等溫退火、球化退火關註、去應力退火等溝通協調。
完全退火（full annealing ）
適用范圍：亞共析鋼
加熱溫度： Ac3+30～50℃
目的：細化組織，降低硬度提供堅實支撐，改善切削加工性,
消除內應力
室溫組織：F+P
球化退火（spheroidizing annealing ）
適用范圍：共析鋼和過共析鋼
加熱溫度： Ac1+20~30℃
目的：使網狀或片狀 Fe3CⅡ球化活動。
組織：球狀珠光體
等溫退火(isothermal annealing )
工藝：加熱到Ac1+30~50℃或Ac3+30~50℃，保溫后創造更多，迅速冷卻至Ar1以下某一位溫度還不大，待A都變?yōu)镻類組織，出爐空冷連日來。
組織：P類
優(yōu)點：退火時間短保障性，組織均勻不斷進步。
去應力退火（relief annealing ）
目的：去除殘余應力
加熱溫度：T加熱＜AC1（500～600℃）
應用：消除鑄件，鍛件領先水平，焊接件等的殘余內應力培訓。
均勻化退火（擴散退火）
目的：消除偏析；均勻成分使用、組織
加熱溫度： AC3＋150 ～250 ℃
組織：亞共析鋼為P+F。
應用：主要用于質量要求高的合金鋼鑄錠、鑄件更加完善、鍛件。
再結晶退火(recrystallization annealing)
工藝：加熱到Ac1以下50-150℃上高質量，或T再+30-50℃精準調控，保溫，緩冷建設應用。
目的：消除加工硬化優化程度，恢復鋼材的塑韌性。
應用：冷加工后的工件消除加工硬化應用的因素之一。如在鋼絲拉拔過程中基礎，中間進行的退火。
正火
定義：將工件加熱到Ac3或Accm以上30～50℃奮勇向前，保溫后從爐中取出在空氣中冷卻的熱處理工藝引領作用。
目的：低碳鋼：提高硬度，利于切削經驗。
過共析鋼：消除網狀二次滲碳體，利于P球化。
中碳鋼和中碳低合金鋼：受力不大敢於監督，性能要求不高可作為最終熱處理對外開放。
淬火
目的：獲得M或B下組織，提高鋼的的硬度和耐磨性組建。
淬火溫度的選擇
亞共析鋼：AC3+30 ～50 ℃用的舒心；
共析鋼及過共析鋼：AC1 +30 ～50 ℃。
淬火冷卻是決定淬火質量的關鍵深入交流研討，理想的冷卻速度應是如圖所示的速度模式。
650℃以上，慢品牌，減小熱應力
650-400 ℃適應能力，快，避免C曲線
400 ℃以下節點，慢快速增長，減輕相變應力
常用的淬火介質(quenching medium)
目前生產中常用的冷卻介質有油全面闡釋、水、鹽水結構，其冷卻能力依次增加適應性強。
水：淬冷能力強，但工件表面有軟點競爭力所在，易變形開裂能力建設。
鹽水：淬冷能力更強，工件表面光潔先進的解決方案、無軟點基礎，但更易變形開裂；
油：淬冷能力弱研究進展，但工件不易變形開裂
常見的淬火冷卻方法(quench cooling method)
回火
定義：
回火的主要目的
消除內應力要素配置改革，降低脆性
穩(wěn)定組織和工件尺寸
降低硬度，提高塑性
回火的組織和性能變化
淬火鋼回火時的組織轉變主要發(fā)生在加熱階段溝通機製。隨加熱溫度升高無障礙，淬火鋼的組織發(fā)生四個階段變化。
1.馬氏體的分解
回火階段：<100℃回火時宣講活動，組織無變化高產；100-200℃加熱時，馬氏體將發(fā)生分解快速融入。
獲得組織：回火馬氏體 M回（過飽和α固溶體）帶動產業發展。
性能變化：內應力逐漸減小，性能基本不變力度。
2.殘余奧氏體分解
回火階段： 200-300℃新產品。 A′分解，轉變?yōu)锽下持續發展。
獲得組織：M回（Tempered Martensite）表示
性能變化：應力進一步降低更加廣闊，強度和硬度略有下降。
3.馬氏體分解完成和滲碳體的形成
回火階段： 300-400℃合作。ε碳化物轉變成穩(wěn)定的滲碳體。
獲得組織：回火屈氏體，用T回（Tempered Troostite）表示 （F+極細粒狀Fe3C）勇探新路。
性能變化：內應力基本消除長遠所需，硬度下降，塑韌性增加支撐作用。
4.Fe3C聚集長大和α固溶體的回復與再結晶
回火階段：400℃以上積極性。 α相開始回復，500℃以上時發(fā)生再結晶解決；
獲得組織：回火索氏體性能，用S回（Tempered Sorbite）表示（F+細粒狀Fe3C）動力。
性能變化：獲得良好的綜合性能。
鋼材回火后組織與力學性能
|
工藝 |
回火溫度 (℃) |
回火后組織 |
回火后硬度(HRC) |
性能特點 |
用途 |
|
低溫回火 |
150～250 |
M回 |
58～64 |
硬度高方案， 耐磨性高多種方式；脆性、 內應力降低 |
工具鋼實施體系、滾動軸承 臺上與臺下、滲碳件等 |
|
中溫回火 |
250～500 |
T回 |
35～50 |
較高的彈性極限和屈服極限，有一定的塑性和韌性 |
彈簧鋼技術創新、 熱作模具 |
|
高溫回火 |
500～600 |
S回 |
25～35 |
良好的綜合性能 |
重要結構件 |
回火時力學性能變化總的趨勢：隨回火溫度提高效高性，鋼的強度、硬度下降技術發展，塑性更合理、韌性提高。
表面熱處理（Surface Heat Treatment ）
表面熱處理：只對工件表層進行熱處理以改變其組織和性能的熱處理工藝適應性。
分類：表面淬火和化學熱處理。
在生產中深入開展，有很多零件要求表面和心部具有不同的性能更優美，一般是表面硬度高，有較高的耐磨性和疲勞強度；而心部要求有較好的塑性和韌性更為一致。
在這種情況下，單從材料選擇入手或采用普通熱處理方法堅定不移，都有不能滿足其要求落地生根。解決這一問題的方法是表面熱處理。
表面淬火(surface quenching )
定義：僅對工件表面進行淬火（+回火）的熱處理工藝
目的：使工件表硬心韌技術的開發。
表面淬火用鋼：中碳結構鋼（含碳量0.4％-0.5％）
方法：感應加熱表面淬火和火焰加熱表面淬火成效與經驗。
感應加熱表面淬火(induction surface quenching)
基本原理：感應圈通入交流電 →形成渦流（集膚效應） → 表層得A → 水冷得M。
分類：
高頻感應加熱：200～300kHz健康發展，0.5～2.5mm提供了有力支撐；
中頻感應加熱：0.5～10kHz，2～10mm
工頻感應加熱： 50Hz活動，10～20mm。
規(guī)律：電流頻率越大，
淬硬層深度越淺還不大。
火焰加熱表面淬火(flame heating surface quenching)
定義：火焰加熱表面淬火是應用氧－乙炔（或其它可燃氣體）火焰好宣講，對零件表面加熱，然后快速冷卻的淬火保障性，淬硬層深度一般為2～6mm不斷進步。
應用：適用于單件信息化技術、小批量生產。
鋼的化學熱處理（chemical heat treatment ）
定義：將鋼件置于一定溫度的活性介質中保溫發揮重要帶動作用，使一種或幾種元素滲入它的表層開拓創新，以改變其化學成分、組織和性能的熱處理工藝明確了方向。
分類：根據(jù)滲入的元素不同去完善，化學熱處理可分為滲碳（carburizing ）、滲氮必然趨勢、碳氮共滲設備、滲硼、滲鋁等
基本過程：
① 分解：使化學介質在加熱保溫過程中分解出滲入元素的活性原子文化價值；
② 吸收：活性原子被工件表面吸附促進善治，形成固溶體或特殊化合物；
③擴散：滲入原子由工件表層向內擴散單產提升，形成具有一定深度的擴散層求索，即滲層
目的：提高工件表面的硬度和耐磨性
滲碳用鋼：低碳鋼或者低碳合金鋼，如20多樣性，25
介質：最常用的氣體（煤油性能穩定、苯等),具有活性碳原子。
溫度：在奧氏體區(qū)規模，900—950℃
時間：根據(jù)滲層深度而定數字化，約10小時左右。
滲碳后的組織：若工件滲碳后緩慢冷卻作用，從表面到心部的組織為
P+Fe３CⅡ→P→P+F
其他化學熱處理方法
滲氮（nitriding ）：在一定溫度下使活性氮原子滲入工件表面的熱處理工藝開展攻關合作。提高零件表面硬度、耐磨性、疲勞強度組建、熱硬性和耐蝕性等。
碳氮共滲(carbonitriding)：碳氮同時滲入工件表層結構。提高表面硬度邁出了重要的一步、抗疲勞性和耐磨性，并兼具滲碳和滲氮的優(yōu)點發揮。
滲鉻(chromizing)：有較好的耐蝕性和優(yōu)良的抗氧化性品牌、硬度和耐磨性，可代替不銹鋼和耐熱鋼用于工具制造設施。
滲硼(boronizing)：十分優(yōu)秀的耐磨性節點、耐腐蝕磨損和泥漿磨損的能力，耐磨性明顯優(yōu)于滲氮、碳和碳氮共滲層，但不耐大氣和水的腐蝕通過活化。主要用于泥漿泵零部件、熱作模具和工件夾具等形式。
【本文標簽】：金屬材料,力學性能,和,熱處理,工藝,金屬材料,力
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