來源：天氏庫力 發(fā)布日期
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（溫度服務、介質(zhì)和加載速率）聯(lián)合作用下表現(xiàn)出來的行為持續發展。
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 | 屈服強度全過程、抗拉強度、斷裂強度 |
| 塑性 | 延伸率積極參與、斷面收縮率優勢領先、應(yīng)變強化指數(shù) |
| 彈性 | 彈性模量（剛度）、彈性極限探討、比例極限 |
| 硬度 | 布氏硬度明顯、維氏硬度、洛氏硬度 |
| 韌性 | 靜力韌度基石之一、沖擊韌度基礎上、斷裂韌度 |
| 疲勞 | 疲勞強度、疲勞壽命行業分類、疲勞缺口敏感度 |
| 應(yīng)力腐蝕 | 應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力場強度因子預下達、應(yīng)力腐蝕裂紋擴展速率 |
1能力和水平、屈服強度
σs = Fs/S0
Fs：試樣屈服時所承受的拉伸力（N）組織了； S0 ：試樣原始橫截面積（mm）。
2註入了新的力量、抗拉強度
試樣拉斷前所承受的最大拉應(yīng)力表現，反映了材料的最大均勻變形的抗力。
σb = Fb/S0
σb常用作脆性材料的選材和設(shè)計的依據(jù)說服力。
塑性指標
塑性是材料在靜載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力的積極性。
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。
δ=(L1-L0)/L *100%
L0:標距深刻變革；L1:拉斷后的試件標距高效。
2、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至關重要。
Ψ=(A0-A1)/A0 *100%
A0:試件原橫截面積質量；A1:斷裂后頸縮處的橫截面積。
E=σ/ε
σ：拉應(yīng)力；ε：拉伸應(yīng)變
組織不敏感的力學性能指標工具，合金化尤為突出、熱處理、冷塑性變形對其影響不大市場開拓。
機構(gòu)和構(gòu)件選材重要的力學性能指標：
?行車梁應(yīng)具有足夠的剛度標準，否則在起吊重物時會因撓度過大引起振動。
?機床和壓力機主軸環境、床身和工作臺對剛度都有要求主要抓手，以保證加工精度。
?內(nèi)燃機廣泛關註、離心機和壓氣機等的主要構(gòu)件要有足夠的剛度防止發(fā)生振動改造層面。
1.布氏硬度
單位面積上所承受的平均應(yīng)力迎來新的篇章，即試驗力p與壓痕球形表面積的商解決方案。
< 450HB：測試壓頭為淬火鋼球，硬度符號HBS共同學習；
<650HB：測試壓頭為硬質(zhì)合金交流研討，硬度符號HBW。
經(jīng)驗公式：
低碳鋼：σb≈3.6HBS；
高碳鋼：σb≈3.4HBS順滑地配合。
適用范圍:用于測量灰鑄鐵、結(jié)構(gòu)鋼薄弱點、非鐵金屬及非金屬材料等.
優(yōu)缺點：
1.測量值較準確上高質量，重復性好
2.可測組織不均勻材料；
3.不適合測試成品與薄件效高；
4.測量費時發展邏輯，效率低。
2.洛氏硬度
以測量壓痕深度表示材料的硬度值追求卓越，每0.002mm相當于1洛氏硬度單位發展機遇。
壓頭分兩種：
1、圓錐角α=120°的金剛石圓錐體性能，
2、直徑為Φ1.588mm的小淬火鋼球。
洛氏硬度計算式：
HR=（k-h）/ 0.002
壓頭1：k=0.2mm習慣；壓頭2：k=0.26mm。
| 標尺 | 硬度符號 | 壓頭類型 |
總試驗力 F/N |
測量硬度范圍 | 應(yīng)用舉例 |
| C | HRC | 金剛石圓錐 | 1471 | 20-70 | 淬火鋼組建、高硬度鑄鐵覆蓋、珠光體可鍛鑄鐵 |
| B | HRB | Φ1.588mm鋼球 | 980.7 | 20-100 | 低碳鋼、銅合金進展情況、鐵素體可鍛鑄鐵 |
| A | HRA | 金剛石圓錐 | 588.4 | 20-88 | 硬質(zhì)合金重要的作用、硬化薄鋼板、表面薄層硬化鋼 |
優(yōu)缺點：
試驗簡單研究、方便搶抓機遇、迅速綠色化發展；
壓痕小，可測成品結論，薄件應用創新；
數(shù)據(jù)不夠準確，應(yīng)測三點取平均值足夠的實力；
不應(yīng)測組織不均勻材料和諧共生，如鑄鐵。
（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全面闡釋。
壓頭是兩相對面間夾角為136°的金剛石四棱錐體用上了。
測量范圍 ：
常用于測薄件、鍍層適應性強、化學熱處理后的表層等的特性。
優(yōu)缺點：
1.測量準確，應(yīng)用范圍廣（硬度從極軟到極硬）能力建設；
2.可測成品與薄件
3.試樣表面要求高高效，費工。
沖擊韌性
材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力。
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：
斷裂時無明顯變形參與能力，金屬光澤左右，呈結(jié)晶狀。
ak值高－韌性材料：
明顯塑變全面協議，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積極參與，建立了裂紋擴展的各種新的力學參量，并提出了含裂紋體的斷裂判據(jù)和材料斷裂韌度經驗分享。
疲勞
疲勞現(xiàn)象：
金屬機件或構(gòu)件在變動應(yīng)力和應(yīng)變長期作用下探討，由于累積損傷而引起的斷裂現(xiàn)象。
疲勞特點：
1）疲勞是低應(yīng)力循環(huán)延時斷裂培養，斷裂應(yīng)力往往低于材料抗拉強度共創美好，甚至屈服強度；
2）疲勞是脆性突發(fā)性斷裂高效流通，斷裂前不會有明顯的變形征兆預判，危險性大；
3）疲勞對缺口有力扭轉、裂紋及組織缺陷十分敏感調解製度，具有高度的選擇性。
疲勞極限σ-1 ：材料經(jīng)無數(shù)次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生疲勞斷裂的最高應(yīng)力值。
條件疲勞極限：經(jīng)受107應(yīng)力循環(huán)而不致斷裂的最大應(yīng)力值覆蓋範圍。
鋼材疲勞強度經(jīng)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一站式服務、保溫和冷卻，使其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化前沿技術，獲得所需要性能的工藝支撐作用。
目的：一是改善材料工藝性能，確保后續(xù)加工順利進行攻堅克難，這種熱處理稱為預先熱處理機遇與挑戰；二是提高材料使用性能，延長零件使用壽命相關，這種熱處理稱為最終熱處理取得明顯成效。
熱處理分類：
普通熱處理（四火：退火、正火影響力範圍、淬火大力發展、回火）
表面熱處理 （表面淬火、化學熱處理）
其他熱處理（真空熱處理異常狀況、形變熱處理等 ）
共析鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變
珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變過程四步：
1）奧氏體形核說服力；
2）奧氏體長大；
3）剩余Fe3C溶解更多可能性；
4）奧氏體均勻化深刻變革。
鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變
奧氏體的冷卻轉(zhuǎn)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)定相分析，要發(fā)生組織轉(zhuǎn)變至關重要。
重要性：決定了鋼熱處理后的組織和性能。同一種鋼，加熱溫度和保溫時間相同表示，冷卻方法不同，熱處理后的性能截然不同緊迫性。
45鋼加熱到840℃質生產力，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(zhuǎn)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”非常激烈，常稱“C曲線”提升行動。
借助“C曲線”，可以了解奧氏體在不同的冷卻條件下轉(zhuǎn)變成何種組織以及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的性能技術交流，為正確制定和選擇熱處理工藝提供理論依據(jù)開展試點。
共析鋼C曲線及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物
1）珠光體型轉(zhuǎn)變（又稱高溫轉(zhuǎn)變）
轉(zhuǎn)變溫度： A1~550℃；轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：珠光體
A1 ~ 6500C：珠光體片層較粗可靠保障， P（珠光體-pearlite ）
6500C~6000C：珠光體層片較細，S（索氏體- sorbite ）
6000C~5500C：珠光體層片極細建設，T (屈氏體－troolstite）
珠光體的鐵素體和滲碳體層片粗細與轉(zhuǎn)變溫度有關(guān)共同。溫度越低發展，珠光體的層片越細。層片變細在此基礎上，強度硬度增加推進一步，塑性韌性有所增加。
2）貝氏體型轉(zhuǎn)變（又稱中溫轉(zhuǎn)變）
轉(zhuǎn)變溫度： 550—Ms（230℃）
轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：貝氏體 B（bainite）----由過飽和F和滲碳體組成的混合物開展。
550~350℃：上貝氏體（upper bainite ）（B上）羽毛狀組織帶動擴大，強度與塑性都較低，脆性很高簡單化。
350℃~ Ms：下貝氏體（lower bainite ）（ B下）針片狀組織實現了超越，綜合性能好。
3）馬氏體轉(zhuǎn)變（又稱低溫轉(zhuǎn)變）
轉(zhuǎn)變溫度：Ms（230°C）~ Mf
轉(zhuǎn)變產(chǎn)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交流研討，用M表示推動並實現。
分類：
低碳馬氏體（low carbon martensite ）：呈板條狀，具有較高的強度和塑韌性順滑地配合。也稱板條M（lath martensite ）更加完善。
高碳馬氏體（high carbon martensite ）：呈透鏡狀，片狀上高質量，中間有脊線精準調控。其強度很高，但塑韌性差建設應用，脆性大優化程度。
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(zhuǎn)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，保持足夠時間創新內容，然后以適宜速度冷卻
目的：
細化晶粒全方位；
降低硬度，改善鋼的成形和切削加工性能
消除內(nèi)應(yīng)力實踐者。
分類：按退火的目的和工藝特點可分為完全退火管理、不完全退火、等溫退火豐富、球化退火、去應(yīng)力退火等。
完全退火（full annealing ）
適用范圍：亞共析鋼
加熱溫度： Ac3+30～50℃
目的：細化組織善於監督，降低硬度大局，改善切削加工性,
消除內(nèi)應(yīng)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(wǎng)狀或片狀 Fe3CⅡ球化。
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℃數據，保溫后效率和安，迅速冷卻至Ar1以下某一位溫度，待A都變?yōu)镻類組織，出爐空冷產能提升。
組織：P類
優(yōu)點：退火時間短發揮，組織均勻。
去應(yīng)力退火（relief annealing ）
目的：去除殘余應(yīng)力
加熱溫度：T加熱＜AC1（500～600℃）
應(yīng)用：消除鑄件適應能力，鍛件設施，焊接件等的殘余內(nèi)應(yīng)力。
均勻化退火（擴散退火）
目的：消除偏析快速增長；均勻成分全面闡釋、組織
加熱溫度： AC3＋150 ～250 ℃
組織：亞共析鋼為P+F。
應(yīng)用：主要用于質(zhì)量要求高的合金鋼鑄錠結構、鑄件適應性強、鍛件。
再結(jié)晶退火(recrystallization annealing)
工藝：加熱到Ac1以下50-150℃拓展基地，或T再+30-50℃綜合措施，保溫，緩冷處理。
目的：消除加工硬化攜手共進，恢復鋼材的塑韌性。
應(yīng)用：冷加工后的工件消除加工硬化自然條件。如在鋼絲拉拔過程中擴大公共數據，中間進行的退火。
正火
定義：將工件加熱到Ac3或Accm以上30～50℃體系流動性，保溫后從爐中取出在空氣中冷卻的熱處理工藝設計標準。
目的：低碳鋼：提高硬度，利于切削助力各行。
過共析鋼：消除網(wǎng)狀二次滲碳體經過，利于P球化。
中碳鋼和中碳低合金鋼：受力不大互動互補，性能要求不高可作為最終熱處理核心技術體系。
淬火
目的：獲得M或B下組織，提高鋼的的硬度和耐磨性力度。
淬火溫度的選擇
亞共析鋼：AC3+30 ～50 ℃新產品；
共析鋼及過共析鋼：AC1 +30 ～50 ℃。
淬火冷卻是決定淬火質(zhì)量的關(guān)鍵持續發展，理想的冷卻速度應(yīng)是如圖所示的速度更加廣闊。
650℃以上，慢合作，減小熱應(yīng)力
650-400 ℃，快損耗，避免C曲線
400 ℃以下，慢推進高水平，減輕相變應(yīng)力
常用的淬火介質(zhì)(quenching medium)
目前生產(chǎn)中常用的冷卻介質(zhì)有油開展面對面、水、鹽水形勢，其冷卻能力依次增加。
水：淬冷能力強機遇與挑戰，但工件表面有軟點高效節能，易變形開裂。
鹽水：淬冷能力更強取得明顯成效，工件表面光潔基地、無軟點，但更易變形開裂大力發展；
油：淬冷能力弱約定管轄，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(nèi)應(yīng)力，降低脆性
穩(wěn)定組織和工件尺寸
降低硬度集成技術，提高塑性
回火的組織和性能變化
淬火鋼回火時的組織轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在加熱階段新創新即將到來。隨加熱溫度升高，淬火鋼的組織發(fā)生四個階段變化創新的技術。
1.馬氏體的分解
回火階段：<100℃回火時設計能力，組織無變化；100-200℃加熱時有序推進，馬氏體將發(fā)生分解適應性。
獲得組織：回火馬氏體 M回（過飽和α固溶體）。
性能變化：內(nèi)應(yīng)力逐漸減小深入開展，性能基本不變更優美。
2.殘余奧氏體分解
回火階段： 200-300℃。 A′分解，轉(zhuǎn)變?yōu)锽下更為一致。
獲得組織：M回（Tempered Martensite）表示
性能變化：應(yīng)力進一步降低，強度和硬度略有下降道路。
3.馬氏體分解完成和滲碳體的形成
回火階段： 300-400℃面向。ε碳化物轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的滲碳體。
獲得組織：回火屈氏體空間廣闊，用T回（Tempered Troostite）表示 （F+極細粒狀Fe3C）合作關系。
性能變化：內(nèi)應(yīng)力基本消除，硬度下降研學體驗，塑韌性增加結構不合理。
4.Fe3C聚集長大和α固溶體的回復與再結(jié)晶
回火階段：400℃以上提供深度撮合服務。 α相開始回復，500℃以上時發(fā)生再結(jié)晶；
獲得組織：回火索氏體在此基礎上，用S回（Tempered Sorbite）表示（F+細粒狀Fe3C）。
性能變化：獲得良好的綜合性能探索創新。
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 |
硬度高開展， 耐磨性高；脆性前來體驗、 內(nèi)應(yīng)力降低 |
工具鋼簡單化、滾動軸承 、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發揮重要帶動作用，有一定的塑性和韌性 |
彈簧鋼開拓創新、 熱作模具 |
|
高溫回火 |
500～600 |
S回 |
25～35 |
良好的綜合性能 |
重要結(jié)構(gòu)件 |
回火時力學性能變化總的趨勢：隨回火溫度提高，鋼的強度明確了方向、硬度下降去完善，塑性、韌性提高必然趨勢。
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設備。
分類：表面淬火和化學熱處理。
在生產(chǎn)中重要方式，有很多零件要求表面和心部具有不同的性能綜合運用，一般是表面硬度高，有較高的耐磨性和疲勞強度增產；而心部要求有較好的塑性和韌性脫穎而出。
在這種情況下，單從材料選擇入手或采用普通熱處理方法的方法，都有不能滿足其要求積極影響。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：使工件表硬心韌生產創效。
表面淬火用鋼：中碳結(jié)構(gòu)鋼（含碳量0.4％-0.5％）
方法：感應(yīng)加熱表面淬火和火焰加熱表面淬火進一步提升。
感應(yīng)加熱表面淬火(induction surface quenching)
基本原理：感應(yīng)圈通入交流電 →形成渦流（集膚效應(yīng)） → 表層得A → 水冷得M。
分類：
高頻感應(yīng)加熱：200～300kHz緊密協作，0.5～2.5mm提供有力支撐；
中頻感應(yīng)加熱：0.5～10kHz，2～10mm
工頻感應(yīng)加熱： 50Hz，10～20mm數據。
規(guī)律：電流頻率越大，
淬硬層深度越淺就能壓製。
火焰加熱表面淬火(flame heating surface quenching)
定義：火焰加熱表面淬火是應(yīng)用氧－乙炔（或其它可燃氣體）火焰邁出了重要的一步，對零件表面加熱產能提升，然后快速冷卻的淬火，淬硬層深度一般為2～6mm品牌。
應(yīng)用：適用于單件適應能力、小批量生產(chǎn)。
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(zhì)中保溫節點，使一種或幾種元素滲入它的表層快速增長，以改變其化學成分、組織和性能的熱處理工藝。
分類：根據(jù)滲入的元素不同總之，化學熱處理可分為滲碳（carburizing ）、滲氮紮實做、碳氮共滲、滲硼規模設備、滲鋁等
基本過程：
① 分解：使化學介質(zhì)在加熱保溫過程中分解出滲入元素的活性原子支撐作用；
② 吸收：活性原子被工件表面吸附，形成固溶體或特殊化合物至關重要；
③擴散：滲入原子由工件表層向內(nèi)擴散著力提升，形成具有一定深度的擴散層，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建設項目，如20動手能力，25
介質(zhì)：最常用的氣體（煤油、苯等),具有活性碳原子傳遞。
溫度：在奧氏體區(qū)充分，900—950℃
時間：根據(jù)滲層深度而定，約10小時左右的發生。
滲碳后的組織：若工件滲碳后緩慢冷卻融合，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。提高零件表面硬度相結合、耐磨性提升、疲勞強度、熱硬性和耐蝕性等相關性。
碳氮共滲(carbonitriding)：碳氮同時滲入工件表層意向。提高表面硬度、抗疲勞性和耐磨性更加廣闊，并兼具滲碳和滲氮的優(yōu)點系統性。
滲鉻(chromizing)：有較好的耐蝕性和優(yōu)良的抗氧化性、硬度和耐磨性，可代替不銹鋼和耐熱鋼用于工具制造品率。
滲硼(boronizing)：十分優(yōu)秀的耐磨性善謀新篇、耐腐蝕磨損和泥漿磨損的能力，耐磨性明顯優(yōu)于滲氮開展面對面、碳和碳氮共滲層供給，但不耐大氣和水的腐蝕。主要用于泥漿泵零部件便利性、熱作模具和工件夾具拓展應用。
【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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