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今天日記有點(diǎn)長(zhǎng)，我們直入主題。 先上圖，說(shuō)說(shuō)這張表里的13個(gè)材料性能。 其中部分性能我們會(huì)頻繁使用到，比如剛度，強(qiáng)度，硬度等。 . _; l3 e- z+ o+ t
（由于上傳圖片限制，大量的圖無(wú)法上傳，如果需要看帶圖的全文，可以去我公眾號(hào)：羅羅日記）
8 H' Q% e8 V8 W* d! u 應(yīng)力和應(yīng)變： 我想，在說(shuō)這13大性能之前，還是有必要說(shuō)一下最基本的，也就是應(yīng)力應(yīng)變曲線。 低碳鋼是典型的可延展材料，做拉伸試驗(yàn)時(shí)，會(huì)有如下的變形和拉力關(guān)系曲線。 應(yīng)力應(yīng)變階段圖，從左到右依次經(jīng)過(guò)比例極限，屈服點(diǎn)，抗拉強(qiáng)度，斷裂。從屈服點(diǎn)到抗拉強(qiáng)度之間的塑性變形又叫應(yīng)力硬化，抗拉強(qiáng)度之后的變形因?yàn)槭遣痪鶆蜃冃?，所以叫縮頸。 應(yīng)力應(yīng)變區(qū)域及階段圖，藍(lán)色區(qū)域是彈性變形區(qū)域，黃色區(qū)域是塑性變形區(qū)域。變形過(guò)程依次經(jīng)過(guò)：比例極限A（胡克定律適用于此點(diǎn)之前的變形），彈性極限B／屈服點(diǎn)，低屈服點(diǎn)C，抗拉強(qiáng)度D，斷裂點(diǎn)E。 從圖可以看到，隨著應(yīng)變的增加，材料依次經(jīng)過(guò)：比例極限，屈服點(diǎn)，抗拉強(qiáng)度，斷裂點(diǎn)。 比例極限點(diǎn)之前的變形，即線彈性變形階段，胡克定律適用，此后胡克定律不適用。 屈服點(diǎn)，也叫彈性極限，材料屈服點(diǎn)之前的變形，可以完全恢復(fù)，經(jīng)過(guò)屈服點(diǎn)后，材料的變形不可恢復(fù)。 把可以恢復(fù)的變形稱(chēng)為彈性變形，不能恢復(fù)的變形稱(chēng)為塑性變形。 彈性變形，外力卸載后，變形可以恢復(fù) 塑性變形，外力卸載后，變形不能完全恢復(fù) 強(qiáng)度（Strength）： 強(qiáng)度是指材料抵抗永久變形和斷裂的能力，即材料破壞時(shí)所需要的應(yīng)力。 它的大小與材料本身的性質(zhì)及受力形式有關(guān)。 根據(jù)載荷形式的不同，強(qiáng)度可以分為屈服強(qiáng)度（Yield Strength），抗拉強(qiáng)度（Tensile Strength），抗壓強(qiáng)度，抗剪強(qiáng)度，疲勞強(qiáng)度，沖擊強(qiáng)度等。 對(duì)于可延展材料，抗拉強(qiáng)度也叫極限強(qiáng)度（Ultimate Strength＝US，或Ultimate Tensile Strength=UTS），對(duì)于脆性材料，抗拉強(qiáng)度就是材料的斷裂強(qiáng)度（關(guān)于脆性和可延展性，我們?cè)诤竺媪模?/font> 工程上使用最多的是屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。 不同載荷形式 壓應(yīng)力及剪切應(yīng)力 簡(jiǎn)支梁的彎矩應(yīng)力：中性層兩側(cè)分別受拉應(yīng)力和壓應(yīng)力 簡(jiǎn)支梁的彎曲及剪切應(yīng)力 不同載荷形式簡(jiǎn)表 鋁合金的屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度，延展性 不銹鋼的屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度，延展性 無(wú)明顯屈服現(xiàn)象材料的屈服強(qiáng)度定義 屈服強(qiáng)度：是材料發(fā)生屈服時(shí)的應(yīng)力，亦即開(kāi)始產(chǎn)生明顯塑性變形時(shí)的最小應(yīng)力，對(duì)于無(wú)明顯屈服的金屬材料，例如高碳鋼，規(guī)定以產(chǎn)生0.2%殘余變形的應(yīng)力值為其屈服強(qiáng)度。 大多數(shù)金屬材料都可以通過(guò)加工硬化，合金化，熱處理等，來(lái)提高屈服強(qiáng)度，以適應(yīng)不同的應(yīng)用。 抗拉強(qiáng)度：是材料在拉斷前承受的最大應(yīng)力。是金屬由均勻塑性變形，向局部集中塑性變形過(guò)渡的臨界值，也是金屬在靜拉伸條件下的最大承載能力。 對(duì)于塑性材料，它表征材料最大均勻塑性變形的抗力，拉伸部件在承受最大拉應(yīng)力之前，變形是均勻一致的，但超出之后，金屬開(kāi)始出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，即產(chǎn)生集中變形。 對(duì)于沒(méi)有或只有很小塑性變形的脆性材料，它反映了材料的斷裂抗力。 剛度（Stiffness）： 剛度是指某構(gòu)件或結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力，即引起單位變形時(shí)所需要的力，一般是針對(duì)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)而言的。 它的大小不僅與材料本身的性質(zhì)，比如彈性模量有關(guān)，而且與構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的截面和形狀有關(guān)。 在應(yīng)力－應(yīng)變圖中，彈性模量指的是彈性變形階段線段的斜率，即引起單位彈性變形所需要的應(yīng)力，它用來(lái)表征材料的剛性。 彈性模量：比例變形階段E=σ/ε 剛度在數(shù)值上等于使該點(diǎn)產(chǎn)生單位位移所需的力。 比如，結(jié)構(gòu)上某處剛度為100N/mm，則使該處產(chǎn)生1mm位移就需要100N的力。 剛度在工程實(shí)踐中，是經(jīng)常用到的概念，它和精度，結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能等息息相關(guān)。 例如，機(jī)床主軸要有足夠的剛度，以便在切削、加工時(shí)，徑向受力變形極小，從而保證加工尺寸精度、形狀精度等。 再比如，懸臂機(jī)械手臂，也要求有較好的剛度，這樣才能保證末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)在取放物料時(shí)，不會(huì)引入過(guò)大的誤差，包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)誤差。 提高剛度的措施有：提高截面尺寸面積，合理的支撐和跨度。截面形狀的優(yōu)化，材料調(diào)質(zhì)熱處理等。 強(qiáng)度和剛性的區(qū)別： : O6 N0 R6 c5 r; H
強(qiáng)度和剛性的區(qū)別 為了形象地理解強(qiáng)度和剛性的區(qū)別，舉個(gè)玻璃和彈簧的例子，如上圖。 玻璃在外力作用下，不容易變形，但是容易碎掉，所以它剛性大，但強(qiáng)度低。 彈簧在外力作用下，容易變形，但是不容易破壞，所以它強(qiáng)度高，但是剛性差。 彈性（Elasticity）： 材料受外力之后，會(huì)發(fā)生變形。 其變形可分為彈性變形和塑性變形。 彈性變形的含義是，雖然在外力作用下材料發(fā)生形變，但是當(dāng)外力除去后，形變可以恢復(fù)。 塑性變形則恰恰相反：在外力作用下材料發(fā)生形變，即使當(dāng)外力除去后，形變也無(wú)法恢復(fù)。 藍(lán)色區(qū)域是彈性變形區(qū)域，粉色區(qū)域是塑性變形區(qū)域 彈性變形示意圖，變形可以完全恢復(fù) 塑性變形示意圖，變形不可以完全恢復(fù) 在外力作用下，材料首先發(fā)生彈性變形，但是當(dāng)外力超過(guò)一定限度后，就會(huì)發(fā)生塑性變形。 這個(gè)外力限度，對(duì)應(yīng)著應(yīng)力－應(yīng)變圖中的屈服極限，當(dāng)載荷所引起的應(yīng)力超過(guò)屈服強(qiáng)度，材料就會(huì)發(fā)生塑性變形。 材料彈性好，這個(gè)限度值就大，彈性不好這個(gè)限度值就很小。 材料在外力作用下，不發(fā)生塑性變形的能力就是彈性。 可塑性（Plasticity）： 可塑性定義為，材料在外載荷作用下，經(jīng)受一定程度的永久變形，而不會(huì)破裂或破壞的能力。 當(dāng)材料受力超過(guò)彈性范圍時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)塑性變形。 對(duì)于金屬材料，僅在小于約0.005的應(yīng)變下發(fā)生彈性變形，此后就會(huì)發(fā)生塑性變形，即不可恢復(fù)原來(lái)形狀的變形，此時(shí)應(yīng)力－應(yīng)變的胡克定律不再有效。 在原子水平上，塑性變形是由滑移引起的，其中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)破壞了原子鍵，并形成了新的鍵。 塑性變形示意圖 材料的這種特性，在成型，擠壓以及許多其他熱加工，或冷加工過(guò)程中很重要。 可塑性通常用伸長(zhǎng)率，或者斷面收縮率來(lái)表示。 該性質(zhì)通常隨著材料溫度的升高而增加。 比如粘土，鉛等材料在室溫下具有可塑性，而鋼在鍛造溫度下才有可塑性。 低碳鋼可塑性好，一般通過(guò)沖壓、拉拔、搓滾加工。 提高塑性能力一般是退火熱處理。 硬度（Hardness）：硬度是材料抵抗局部塑性變形的能力。 在大多數(shù)情況下，局部變形是由于機(jī)械壓痕或磨損引起的。 所以，這個(gè)性質(zhì)通常包括很多含義，比如材料抵抗刮擦，切割，磨損，壓痕，滲透等的能力。 直觀地理解，硬度就是一種金屬去切割另一種金屬的能力。 更硬的金屬，通?？梢郧懈浀慕饘伲蛘呖梢栽诟浀慕饘俦砻孀鰤汉?。 例如，刀具硬度高，才能切削金屬材料。 如果材料非常硬（淬火后），就需要磨削加工了，因?yàn)樯拜喌哪チ希チ＃┯捕雀摺?/font> 提高金屬材料的硬度，可以用淬火，低碳鋼需要滲碳淬火（表面硬），中碳鋼、高碳鋼可以直接淬火。 常見(jiàn)的硬度測(cè)試方法有四種： （1）布氏硬度測(cè)試 在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，以恒定的作用力，將硬質(zhì)合金球壓入測(cè)試材料的表面，測(cè)量壓痕直徑，換算得到壓痕表面積，然后用力除以壓痕面積，得到布氏硬度值。此法是第一個(gè)廣泛應(yīng)用于金屬硬度測(cè)試的方法，但會(huì)留下較大壓痕，且測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，實(shí)用于粗糙表面測(cè)量。 布氏硬度測(cè)試方法 布氏硬度表示方法 （2）洛氏硬度測(cè)試 用錐角為120度的金剛石壓頭，或球形壓頭，以不同的力，分階段性壓入被測(cè)表面，測(cè)量壓入深度，并以此來(lái)表示硬度的大小，壓入越深，表示硬度越小。 洛氏硬度測(cè)試方法 洛氏硬度測(cè)試壓頭和讀數(shù)表 洛氏硬度表示方法 （3）維氏硬度測(cè)試 和布氏硬度測(cè)試方法雷同，只不過(guò)維氏測(cè)試壓頭，是夾角為136°的金剛石正四棱錐。通過(guò)測(cè)量壓痕對(duì)角線的長(zhǎng)度，計(jì)算壓痕表面積，再用力除以表面積，得到硬度值。用于較小或較薄的材料測(cè)試。 維氏硬度測(cè)試方法 維氏硬度表示方法 （4）努氏硬度測(cè)試 該過(guò)程與維氏硬度測(cè)試相同，但使用菱形壓頭和顯微鏡測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量壓痕長(zhǎng)，寬，深等信息。努氏硬度測(cè)試，適用于載荷小于或等于1kgf的小而薄的零件。 幾種硬度測(cè)試方法對(duì)比： 常用的幾種硬度測(cè)試 不同的硬度測(cè)試歸納 幾種硬度測(cè)試的優(yōu)缺點(diǎn) 強(qiáng)度和硬度的關(guān)系： 對(duì)于金屬，硬度和強(qiáng)度通常彼此相關(guān)，硬度越高，強(qiáng)度越大，有研究結(jié)果顯示，對(duì)于合金鋼，抗拉強(qiáng)度和布氏硬度之間有如下的關(guān)系：TS(MPa) = 3.45 × HB。 硬度和抗拉強(qiáng)度的關(guān)系 但是它們確實(shí)是材料的不同屬性。例如，玻璃具有高硬度，但是強(qiáng)度和韌性非常低，所以容易破裂。 另外，硬度并不能表征材料對(duì)沖擊力的反應(yīng)。比如，即使鉆石是最堅(jiān)硬的材料之一，但用大錘砸鉆石，還是很容易將其砸碎。 延展性： 延展性包含延性（Ductility）和展性（Malleability）。 延性（Ductility）： 指的是金屬在拉伸應(yīng)力作用下，可以改變形狀，發(fā)生塑性變形，而不發(fā)生斷裂的能力。 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，拉伸延展，是指金屬可以拉成細(xì)線，例如銅線。 伸長(zhǎng)率超過(guò)5%的材料稱(chēng)為延性材料，小于5％的材料稱(chēng)為脆性材料。 在工程實(shí)踐中，通常使用的延性材料包括：低碳鋼，銅，鋁，鎳，鋅，錫等。 延性和晶胞結(jié)構(gòu)的關(guān)系：面心立方>體心立方>密排六方 展性（Malleability）： 指的是金屬在壓縮應(yīng)力作用下，可以改變形狀，發(fā)生塑性變形而不破壞的能力。 壓簡(jiǎn)單理解，延展是材料在施加壓力的情況下，被壓成薄片，而不會(huì)因熱或冷加工手段破裂的能力。 這種性質(zhì)，允許將材料軋制或錘打成薄片。 在工程實(shí)踐中，通常使用的展性材料是鉛，軟鋼，鍛鐵，銅和鋁。 延展性影響因素：延性取決于材料的晶粒尺寸，展性取決于晶體結(jié)構(gòu)。 較小的晶粒尺寸，因?yàn)樽枇Υ螅咕ЯＮ诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)更困難，所以，延性降低，反之亦然，晶粒較大時(shí)，延性變高。 面心立方晶胞：有4個(gè)滑移面，3個(gè)滑移方向 體心立方晶胞：有6個(gè)滑移面，2個(gè)滑移方向 密排六方晶胞：有1個(gè)滑移面，3個(gè)滑移方向 體心和面心立方晶胞滑移示意圖 晶胞結(jié)構(gòu)和延展性的關(guān)系 大多數(shù)延性金屬，也具有展性。 例如金和銀，是延性和展性最好的兩種金屬。 但是，并不是所有金屬，都展示出兩種延展性。 例如，金有很好的延展性，這也是為什么，金在珠寶中很流行，可以做成各種形狀。但是鉛和鑄鐵，展性很好，但是延性很差。 其他有很好延性的金屬，比如金，銀，鐵，銅，鋁，錫和鋰。但是，銻和鉍展性就差，因?yàn)槭┘訅毫r(shí)，它們的原子不會(huì)排列在一起，因此，材料更硬，更脆。 純度也會(huì)影響延展性，因?yàn)槌煞植患儯院辖鹩泻芨叩难诱剐浴?/font> 大多數(shù)金屬，隨著溫度的增加， 延展性也增加，但是鉛和錫則剛剛相反，隨溫度的增加延展性降低。 延性和展性對(duì)比 脆性（Brittleness）： 材料在外力作用下（如拉伸、沖擊等），僅產(chǎn)生很小的變形即斷裂破壞的性質(zhì)。 脆性是和延展性相反的特性。 脆性材料在承受拉伸載荷時(shí)，會(huì)突然斷裂而不會(huì)產(chǎn)生任何明顯的伸長(zhǎng)率。 負(fù)載行為下，伸長(zhǎng)率小于5％的材料被稱(chēng)為脆性材料，例如玻璃，鑄鐵，黃銅和陶瓷等。 延性材料和脆性材料應(yīng)力應(yīng)變圖 金屬材料在低溫下容易致脆，即所謂的“冷脆”現(xiàn)象，如碳鋼，電影中常見(jiàn)使用液氮冷卻金屬后開(kāi)鎖，就是應(yīng)用的這個(gè)原理。 另一個(gè)很流行的例子，是對(duì)泰坦尼克號(hào)沉沒(méi)原因的猜測(cè)：有許多推測(cè)沉船的原因，其中有一個(gè)原因是冷水對(duì)船體的影響，天氣太冷，達(dá)到了金屬由延性向脆性過(guò)渡的溫度Ductile-to-Brittle Transition Temperature (DBTT)，從而增加了金屬的脆性，并使其更易于損壞。 脆性和延性斷裂對(duì)比 延性和脆性失效對(duì)比 延性和脆性轉(zhuǎn)變溫度曲線 泰坦尼克號(hào)沉沒(méi)及自由號(hào)輪船斷裂 延展性是用于建造反應(yīng)堆部件（例如反應(yīng)堆容器）的鋼的基本要求。因此，DBTT在這些容器的操作中具有重要意義，在這種情況下，晶粒的尺寸決定了金屬的性能。 例如，較小的晶粒尺寸會(huì)提高抗拉強(qiáng)度，但這往往會(huì)增加延展性并導(dǎo)致DBTT降低。晶粒大小在反應(yīng)堆容器的規(guī)格和制造中通過(guò)熱處理來(lái)控制。還可以通過(guò)在低碳鋼中少量添加某些合金元素（如鎳和錳）來(lái)降低DBTT。 韌性（Toughness）： 韌性的含義是，材料在實(shí)際斷裂或破壞發(fā)生之前，可以吸收的能量的多少，它是材料承受彈性變形和塑性變形的能力。 在應(yīng)力應(yīng)變曲線圖中，是曲線在斷裂點(diǎn)以下與橫軸圍成的面積，面積越大，韌性越強(qiáng)。 韌性用面積表示＝σε＝(F/S0)*(ΔL/L0)=(F*ΔL)/(S0*L0)=W/V=能量／體積 韌性對(duì)比：金屬>陶瓷>增強(qiáng)聚合物 韌性測(cè)試方法：K=mg(H-h) 韌性測(cè)試試樣 延性試樣斷裂 脆性試樣斷裂 金屬材料在沖擊力的作用下，抵抗破壞的能力叫沖擊韌性，也叫沖擊強(qiáng)度。 例如，如果將負(fù)載突然施加到一塊低碳鋼板和一塊玻璃上，那么在發(fā)生故障之前，低碳鋼將吸收更多的能量，所以低碳鋼比玻璃更有韌性。 韌性的測(cè)試方法是用擺錘法，把擺錘放在初始高度H，然后放下讓擺錘敲擊試樣，最后能夠到達(dá)的高度為h，由擺錘的能量損失可以計(jì)算出材料的韌性K＝mg(H-h)。 一般地，強(qiáng)度高，伴隨著硬度高，即材料“發(fā)脆”，容易發(fā)生脆性斷裂，不耐沖擊。提高韌性的熱處理方法，中碳鋼可以調(diào)質(zhì)處理。低碳鋼滲碳淬火。 彈性能／彈性比功（Resilience）： 為了了解彈性能，我們以彈簧為例。 在彈簧上施加一些載荷，使其變形并在其中存儲(chǔ)一些能量，如果我們移除了該載荷，彈簧就恢復(fù)了其原始形狀。 所以，彈性能是材料在發(fā)生彈性變形時(shí)吸收能量，并在卸載時(shí)返回能量的能力。 材料的這種特性在制造減震器，以及彈簧時(shí)很重要。 在應(yīng)力－應(yīng)變曲線圖中，材料的彈性能，用彈性區(qū)域下方的面積表示。 彈性能/彈性比功 如果用E表示材料的彈性模量，S0表示材料的彈性極限（胡克定律的極限應(yīng)力）， Ur表示彈性能。 那么，有如下的彈性能計(jì)算公式：Ur＝S0^2/(2E)。 通過(guò)此式可見(jiàn)，要想提高彈性能，需要提高材料的彈性極限S0，這也是為什么，在制造彈簧的時(shí)候，熱處理非常重要，因?yàn)樗梢蕴岣邚椥詷O限，進(jìn)而提高應(yīng)變能。 下表列出了一些材料的彈性模量，彈性極限，以及彈性能。 幾種材料的彈性能 強(qiáng)度，彈性變形，塑性變形，延展性，彈性能，韌性的關(guān)系： 材料抵抗外力不斷裂的能力叫強(qiáng)度，強(qiáng)度越高抗力越大，例如鋼，陶瓷。 材料在外力作用下，會(huì)發(fā)生變形，先發(fā)生彈性變形，再發(fā)生塑性變形，最后斷裂。 彈性變形就是去掉外力后，還能恢復(fù)到原來(lái)形態(tài)，塑性變形就是去掉外力后，不能恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)。 如果是受拉力作用，尺寸會(huì)增大，受壓，尺寸會(huì)變小，整個(gè)塑性變形階段增大的尺寸，與原來(lái)尺寸的比值就是延展性，而塑性變形階段消耗的能量就是韌性。 塑性好，延性也好，他們表達(dá)的是一個(gè)意思，都表示材料塑性變形能力。 塑性好，就能承受很大的變形而不斷裂，如銅，橡皮泥，但強(qiáng)度不一定高。 彈性好，就是彈性變形能力強(qiáng)，例如橡膠，橡皮筋等。 同樣是描述材料變形能力的，但是彈性好，強(qiáng)度也不一定高，即承受的外力不一定很大，比如橡膠很容易在局部壓壞。 材料從抵抗外力到斷裂過(guò)程中，消耗掉的能量就是韌性，該定義的重點(diǎn)應(yīng)放在斷裂前吸收能量的能力上，包括了彈性變形階段和塑性變形階段的共同消耗的能量，韌性越好，從外力作用到斷裂過(guò)程消耗的能量越多。 回想一下，延展性是衡量某些部件在斷裂之前發(fā)生塑性變形的量度，但是僅僅因?yàn)椴牧暇哂醒诱剐圆⒉荒苁蛊鋱?jiān)韌。 所以，韌性是體現(xiàn)材料強(qiáng)度與塑性的一個(gè)綜合指標(biāo)，韌性好的材料，有著較高的強(qiáng)度和較好的的塑性，可以認(rèn)為是有著較高的屈服強(qiáng)度，同時(shí)又有較高的延展性。 所以，韌性的關(guān)鍵是強(qiáng)度和延展性的良好結(jié)合。 強(qiáng)壯（強(qiáng)度），脆性，延展性，塑性材料的對(duì)比 塑料：強(qiáng)度，脆性，延展性，塑性材料的對(duì)比 高中低碳鋼：強(qiáng)度，韌性，延展性對(duì)比 剛度，強(qiáng)度，韌性之間的區(qū)別 彈性能和韌性的含義對(duì)比 彈性能和韌性的對(duì)比 延性和脆性對(duì)比 彈性和可塑性的對(duì)比 幾種材料的彈性能及韌性 幾種材料的參數(shù)對(duì)比：屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度，彈性模量及價(jià)格 從應(yīng)力-應(yīng)變曲線上說(shuō)，縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)都大的情況下，韌性最好，縱坐標(biāo)（應(yīng)力）要想增大，就是要強(qiáng)度高，橫坐標(biāo)增大就是塑性好，因此，可以說(shuō)如果一個(gè)材料的強(qiáng)度和塑性都好，那么它的韌性肯定非常好。 但是從材料微結(jié)構(gòu)上來(lái)講，同時(shí)增加材料的強(qiáng)度和塑性是一個(gè)矛盾體，要想提高強(qiáng)度，希望原子間的結(jié)合力越大越好，但是要想增加塑性，反而不希望原子力太大，因此，如何同時(shí)提高材料的強(qiáng)度和韌性，是材料界始終面臨的最大挑戰(zhàn)。 蠕變（Creep）： 當(dāng)金屬零件在高溫下，長(zhǎng)時(shí)間承受恒定應(yīng)力時(shí)，它將經(jīng)歷緩慢且永久的變形，稱(chēng)為蠕變。 因此，蠕變是金屬在恒定應(yīng)力下的緩慢塑性變形，在靜應(yīng)力下會(huì)發(fā)生蠕變并導(dǎo)致破壞，此應(yīng)力遠(yuǎn)小于通過(guò)快速加載而使樣品失效的應(yīng)力。 也就是說(shuō)，即使初期應(yīng)力很小，但是在高溫下，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的暴露，材料抵抗破壞的能力下降。 在設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)，鍋爐和渦輪機(jī)時(shí)會(huì)考慮此屬性。 蠕變分為三個(gè)階段。 第一階段，材料迅速伸長(zhǎng)，但伸長(zhǎng)速度降低。 第二階段，伸長(zhǎng)率是恒定的。 第三階段，伸長(zhǎng)率迅速增加，直到材料斷裂。 蠕變的三個(gè)階段 蠕變應(yīng)力應(yīng)變曲線 溫度對(duì)蠕變的影響 蠕變圖：Rp1/10,000h/400°C＝170 N/mm2表示材料在170 N /mm2的應(yīng)力，和400°C的溫度下，承受10000小時(shí)，塑性伸長(zhǎng)1％。Rm/10,000h/500°C＝74 N /mm2意味著該材料在破裂之前，可以在500°C的溫度下，承受74 N /mm2的應(yīng)力共10000小時(shí)。 蠕變速率是材料應(yīng)力值、溫度和暴露時(shí)間的函數(shù)。 在高溫下會(huì)發(fā)生相當(dāng)大的蠕變變形，從而導(dǎo)致機(jī)器和結(jié)構(gòu)損壞。 因此，在高溫下工作的熱交換器，蒸汽鍋爐和加壓高溫管道，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和其他負(fù)載設(shè)備的設(shè)計(jì)和操作中，應(yīng)考慮到這種現(xiàn)象。 軟金屬（鉛，錫）在室溫下可能會(huì)蠕變。 在室溫下，在低于屈服點(diǎn)的任何應(yīng)力下，蠕變都可以忽略不計(jì)。 但在高溫下，機(jī)器和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要考慮蠕變強(qiáng)度。 使用具有大晶粒的金屬可以減少蠕變，因?yàn)榘l(fā)生的晶界滑動(dòng)較少，另外添加特定合金元素的合金，比如基于鈷、鎳和鐵的合金，可以消除微結(jié)構(gòu)空位，從而避免蠕變。 疲勞（Fatigue）： 承受交變載荷的零件，工作時(shí)的應(yīng)力小于屈服極限，但是經(jīng)過(guò)一定的周期次數(shù)后發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱(chēng)為疲勞斷裂。 當(dāng)應(yīng)力小于某值時(shí)，材料在無(wú)限多次交變載荷作用下，也不會(huì)產(chǎn)生破壞，稱(chēng)這時(shí)的壓力為疲勞強(qiáng)度或疲勞極限。 疲勞破壞是機(jī)械零件失效的主要原因之一。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，在機(jī)械零件失效中，大約有80%以上屬于疲勞破壞，而且疲勞破壞前沒(méi)有明顯的變形，所以疲勞破壞經(jīng)常造成重大事故。 所以對(duì)于軸、齒輪、葉片、彈簧等承受交變載荷的零件，要選擇疲勞強(qiáng)度較好的材料來(lái)制造。 疲勞測(cè)試試驗(yàn)臺(tái) 應(yīng)力周期：σm表示平均應(yīng)力，σa表示應(yīng)力幅，σmin表示最小應(yīng)力，σmax表示最大應(yīng)力 加載條件：應(yīng)力比R=σmin/σmax 疲勞周期曲線，Nf表示疲勞壽命，σf表示疲勞極限 疲勞曲線 平均應(yīng)力對(duì)疲勞壽命的影響：平均應(yīng)力越大，壽命越小 體心立方材料有耐疲勞性能，面心立方材料沒(méi)有耐疲勞性能 疲勞斷裂應(yīng)力機(jī)理 可加工性（Machinability）： 可加工性是指金屬等材料，易于切割，鉆孔，研磨，成形等。 具有良好可加工性的材料，可以用相對(duì)較小的功率和低成本進(jìn)行切割，不會(huì)過(guò)多地消耗刀具。 通常硬度，抗拉強(qiáng)度，微觀結(jié)構(gòu)，化學(xué)成分，刀具參數(shù)（刀具幾何參數(shù)，材料，壽命等），切削參數(shù)（切削速度，進(jìn)給量，切削液等），固定方式等都會(huì)影響加工性。 比如常用的鋁材AL6061-T6，比較軟，容易切削和鉆孔。 再比如304不銹鋼，加工時(shí)粘刀具，它的加工性就不如303不銹鋼（與AISI304相比，AISI303添加了硫和磷）。 提高可加工性的一些添加元素 合金元素的存在，對(duì)可切削性的影響，遠(yuǎn)大于硬度對(duì)可切削性的影響。 比如，少量的硫和鉛合金元素（小于0.2％），可以改善可切削性，而機(jī)械性能沒(méi)有明顯變化。雖然從歷史上看，硫和鉛一直是最常見(jiàn)的添加劑，但是由于環(huán)境原因，鉍和錫越來(lái)越受歡迎。 這些添加劑，可以通過(guò)潤(rùn)滑刀具的切削界面，降低材料的剪切強(qiáng)度或增加切削的脆性來(lái)起作用。 另外，粗晶粒鋼比細(xì)晶粒鋼具有更好的切削加工性，因?yàn)榧?xì)晶粒將具有更好的強(qiáng)度和硬度。 耐熱鋼和高溫合金通常顯示出差的可加工性，因?yàn)閷?dǎo)熱系數(shù)低，會(huì)在切削區(qū)域積聚熱量，最終會(huì)降低刀具壽命。 下面是一些常用材料的可加工性： （1） 鋼材 鋼中的碳含量極大地影響了其機(jī)械加工性。 高碳鋼很難加工，因?yàn)樗鼈儓?jiān)韌并且可能包含碳化物，鋼中存在的硬質(zhì)合金會(huì)磨損切削刀具。 另一方面，低碳鋼太麻煩了，因?yàn)樗鼈兲浟?，低碳鋼?huì)“粘”在切削刀具上，導(dǎo)致廢削堆積，縮短了刀具壽命。因此，中碳鋼（碳含量約為0.3％）是最佳切削性能的選擇。 鉻，鉬和其他合金元素通常添加到鋼中以提高強(qiáng)度。但是，大多數(shù)這些元素會(huì)降低可加工性。如果存在夾雜物（氧化物），則會(huì)降低其切削性。 （2）不銹鋼 與普通碳鋼相比，不銹鋼的可加工性較差，因?yàn)樗鼈兏鼒?jiān)硬，更粘刀具，并且往往會(huì)非常快速地硬化。 稍微硬化鋼可以降低其膠粘性，使其更容易切割。 由于添加了硫和磷，AISI303和AISI416更易于加工。 （3）鋁 雖然較軟的材料往往會(huì)形成廢屑的堆積，從而導(dǎo)致較差的表面光潔度，但是軟材料，比如鋁，通常也更容易加工。 為了獲得適當(dāng)?shù)那邢餍?，可以使用高切削速度，高前角和高后角?/font> 鋁合金2007、2011和6020具有特別好的切削性。 （4）熱塑性塑料 熱塑性塑料難于加工，因?yàn)樗鼈兊膶?dǎo)熱系數(shù)很差。 這會(huì)在切削區(qū)域中積聚熱量，從而降低刀具壽命，并局部熔化塑料。 （5）復(fù)合材料 復(fù)合材料通常具有最差的可加工性，因?yàn)樗鼈兘Y(jié)合了塑料樹(shù)脂的差導(dǎo)熱性和陶瓷的堅(jiān)硬耐磨性。 不銹鋼，工具鋼及鋁合金的可加工性：分?jǐn)?shù)越大越容易加工 碳鋼和合金鋼的可加工性 塑料的可加工性 如果本文對(duì)你有用，記得給我點(diǎn)贊，你的支持是我幸福的源泉，謝謝。 # @+ _5 G. 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發(fā)表于 2020-10-19 23:56:33
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