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鋼管知識
有關鋼材機械性能的介紹
2014/12/9 閱讀次數:[4272]
一、有關鋼材機械性能的名詞
1.屈服點(σs)
  鋼材或試樣在拉伸時,當應力超過彈性極限,即使應力不再增加,而鋼材或試樣仍繼續發生明顯的塑性變形,稱此現象為屈服,而產生屈服現象時的最小應力值即為屈服點。
設Ps為屈服點s處的外力,Fo為試樣斷面積,則屈服點σs =Ps/Fo(MPa),MPa稱為兆帕等于N(牛頓)/mm2,(MPa=106Pa,Pa:帕斯卡=N/m2)

2.屈服強度(σ0.2)
  有的金屬材料的屈服點極不明顯,在測量上有困難,因此為了衡量材料的屈服特性,規定產生****殘余塑性變形等于一定值(一般為原長度的0.2%)時的應力,稱為條件屈服強度或簡稱屈服強度σ0.2 。

3.抗拉強度(σb)
  材料在拉伸過程中,從開始到發生斷裂時所達到的****應力值。它表示鋼材抵抗斷裂的能力大小。與抗拉強度相應的還有抗壓強度、抗彎強度等。
設Pb為材料被拉斷前達到的****拉力,Fo為試樣截面面積,則抗拉強度σb= Pb/Fo (MPa)。

4.伸長率(δs)

材料在拉斷后,其塑性伸長的長度與原試樣長度的百分比叫伸長率或延伸率。

5.屈強比(σs/σb)
  鋼材的屈服點(屈服強度)與抗拉強度的比值,稱為屈強比。屈強比越大,結構零件的可靠性越高,一般碳素鋼屈強比為0.6-0.65,低合金結構鋼為0.65-0.75合金結構鋼為0.84-0.86。

6.硬度
  硬度表示材料抵抗硬物體壓入其表面的能力。它是金屬材料的重要性能指標之一。一般硬度越高,耐磨性越好。常用的硬度指標有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。
⑴布氏硬度(HB)
以一定的載荷(一般3000kg)把一定大小(直徑一般為10mm)的淬硬鋼球壓入材料表面,保持一段時間,去載后,負荷與其壓痕面積之比值,即為布氏硬度值(HB),單位為公斤力/mm2 (N/mm2)。
⑵洛氏硬度(HR)
當HB>450或者試樣過小時,不能采用布氏硬度試驗而改用洛氏硬度計量。它是用一個頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59、3.18mm的鋼球,在一定載荷下壓入被測材料表面,由壓痕的深度求出材料的硬度。根據試驗材料硬度的不同,分三種不同的標度來表示:
HRA:是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度極高的材料(如硬質合金等)。
HRB:是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球,求得的硬度,用于硬度較低的材料(如退火鋼、鑄鐵等)。
HRC:是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度很高的材料(如淬火鋼等)。
⑶維氏硬度(HV)
以120kg以內的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面,用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值,即為維氏硬度值(HV)

二、有關鋼的熱處理的名詞
1.鋼的退火
  將鋼加熱到一定溫度并保溫一段時間,然后使它慢慢冷卻,稱為退火。鋼的退火是將鋼加熱到發生相變或部分相變的溫度,經過保溫后緩慢冷卻的熱處理方法。退火的目的,是為了消除組織缺陷,改善組織使成分均勻化以及細化晶粒,提高鋼的力學性能,減少殘余應力;同時可降低硬度,提高塑性和韌性,改善切削加工性能。所以退火既為了消除和改善前道工序****的組織缺陷和內應力,又為后續工序作好準備,故退火是屬于半成品熱處理,又稱預先熱處理。

2.鋼的正火
  正火是將鋼加熱到臨界溫度以上,使鋼全部轉變為均勻的奧氏體,然后在空氣中自然冷卻的熱處理方法。它能消除過共析鋼的網狀滲碳體,對于亞共析鋼正火可細化晶格,提高綜合力學性能,對要求不高的零件用正火代替退火工藝是比較經濟的。

3.鋼的淬火
  淬火是將鋼加熱到臨界溫度以上,保溫一段時間,然后很快放入淬火劑中,使其溫度驟然降低,以大于臨界冷卻速度的速度急速冷卻,而獲得以馬氏體為主的不平衡組織的熱處理方法。淬火能增加鋼的強度和硬度,但要減少其塑性。淬火中常用的淬火劑有:水、油、堿水和鹽類溶液等。

4.鋼的回火
  將已經淬火的鋼重新加熱到一定溫度,再用一定方法冷卻稱為回火。其目的是消除淬火產生的內應力,降低硬度和脆性,以取得預期的力學性能。回火分高溫回火、中溫回火和低溫回火三類。回火多與淬火、正火配合使用。
調質處理:淬火后高溫回火的熱處理方法稱為調質處理。高溫回火是指在500-650℃之間進行回火。調質可以使鋼的性能,材質得到很大程度的調整,其強度、塑性和韌性都較好,具有良好的綜合機械性能。
時效處理:為了消除精密量具或模具、零件在長期使用中尺寸、形狀發生變化,常在低溫回火后(低溫回火溫度150-250℃)精加工前,把工件重新加熱到100-150℃,保持5-20小時,這種為穩定精密制件質量的處理,稱為時效。對在低溫或動載荷條件下的鋼材構件進行時效處理,以消除殘余應力,穩定鋼材組織和尺寸,尤為重要。

5.鋼的表面熱處理

表面淬火:是將鋼件的表面通過快速加熱到臨界溫度以上,但熱量還未來得及傳到心部之前迅速冷卻,這樣就可以把表面層被淬在馬氏體組織,而心部沒有發生相變,這就實現了表面淬硬而心部不變的目的。適用于中碳鋼。
化學熱處理:是指將化學元素的原子,借助高溫時原子擴散的能力,把它滲入到工件的表面層去,來改變工件表面層的化學成分和結構,從而達到使鋼的表面層具有特定要求的組織和性能的一種熱處理工藝。按照滲入元素的種類不同,化學熱處理可分為滲碳、滲氮、氰化和滲金屬法等四種。
滲碳:滲碳是指使碳原子滲入到鋼表面層的過程。也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層,再經過淬火和低溫回火,使工件的表面層具有高硬度和耐磨性,而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。
滲氮:又稱氮化,是指向鋼的表面層滲入氮原子的過程。其目的是提高表面層的硬度與耐磨性以及提高疲勞強度、抗腐蝕性等。目前生產中多采用氣體滲氮法。
氰化:又稱碳氮共滲,是指在鋼中同時滲入碳原子與氮原子的過程。它使鋼表面具有滲碳與滲氮的特性。
滲金屬:是指以金屬原子滲入鋼的表面層的過程。它是使鋼的表面層合金化,以使工件表面具有某些合金鋼、特殊鋼的特性,如耐熱、耐磨、抗氧化、耐腐蝕等。生產中常用的有滲鋁、滲鉻、滲硼、滲硅等。
 
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