金屬材料的力學性能又稱機械性能,是材料在力的作用下所表現(xiàn)出來的性能。力學性能對金屬材料的使用性能和工藝性能有著非常重要的影響。金屬材材料的力學性能有:強度、塑性、硬度、韌性、疲勞強度等。
金屬材料的力學性能又稱機械性能,是材料在力的作用下所表現(xiàn)出來的性能。力學性能對金屬材料的使用性能和工藝性能有著非常重要的影響。金屬材材料的力學性能有:強度、塑性、硬度、韌性、疲勞強度等。
金屬材料的物理性能主要有密度、熔點、熱膨脹性、導熱性、導電性和磁性等。由于機器零件的用途不同,對其物理性能要求也有所不同。例如,飛機零件常選用密度小的鋁、鎂、 鈦合金來制造;設計電機、電器零件時,常要考慮金屬材料的導電性等。
金屬材料的物理性能有時對加工工藝也有一定的影響。例如,高速鋼的導熱性較差,鍛造時應采用低的速度來加熱升溫,否則容易產(chǎn)生裂紋;而材料的導熱性對切削刀具的溫升有重大影響。又如,錫基軸承合金、鑄鐵和鑄鋼的熔點不同,故所選的熔煉設備、鑄型材料等均有很大的不同。
金屬材料的化學性能主要是指在常溫或高溫時,抵抗各種介質(zhì)侵蝕的能力,如耐酸性、堿性、抗氧化性等。
對于腐蝕介質(zhì)中或在高溫下工作的機器零件,由于比在空氣中或室溫時的腐蝕更為強烈,故在設計這類零件時應特別注意金屬材料的化學性能,并采用化學穩(wěn)定性良好的合金。如化工設備、醫(yī)療用具等常采用不銹鋼來制造,而內(nèi)燃機排氣聞和電站設備的一些零件則常選用耐熱鋼來制造。
工藝性能是金屬材料物理、化學性能和力學性能在加工過程中的綜合反映,是指是否易于進行冷、熱加工的性能。按工藝方法的不同,可分為鑄造性、可鍛性、焊接性和切削加工性等。
在設計零件和選擇工藝方法時,都要考慮金屬材料的工藝性能。例如,灰鑄鐵的鑄造性能優(yōu)良,是其廣泛用來制造鑄件的重要原因,但他們的可鍛性極差,不能進行鍛造,其焊接性也較差。又如,低碳鋼的焊接性能優(yōu)良,而高碳鋼則很差,因此焊接結(jié)構廣泛采用低碳鋼。
有黑色金屬與有色金屬。
一:彈性指標 1.正彈性模量 2.切變彈性模量 3.比例極限 4.彈性極限 二:強度性能指標 1.強度極限 2.抗拉強度 3.抗彎強度 4.抗壓強度 5.抗剪強度 ...
金屬材料是最重要的工程材料,包括金屬和以金屬為基的合金。工業(yè)上把金屬和其合金分為兩大部分: ( 1 )黑色金屬材料 —— 鐵和以鐵為基的合金(鋼、鑄鐵和鐵合金)。 ( 2 )有色...
元素對金屬材料性能的影響及作用
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常見化學元素對金屬材料性能的影響及作用 碳(C): 鋼中含碳量增加,屈服點和抗拉強度升高,但塑性和沖擊性降低 當碳量 0.23%超過時,鋼的焊接性能變壞,因此用于焊接的低合金結(jié)構鋼,含碳量一般不超過 0.20% 碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力,在露天料場的高碳鋼就易銹蝕 碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性 硅(Si): 在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑,所以鎮(zhèn)靜鋼含有 0.15 -0.30%的硅 如果鋼中含硅量超過 0.50-0.60% 硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限,屈服點和抗拉強度,故廣泛用于作彈簧鋼 在調(diào)質(zhì)結(jié)構鋼中加入 1.0 -1.2%的硅,強度可提高 15-20% 硅和鉬、鎢、鉻等結(jié)合,有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用,可制熱鋼 含硅 1-4%的低碳鋼,具有極高的導磁率,用于電器工業(yè)做矽鋼片。硅量增加,會降低鋼的焊接性能 錳(Mn): 在煉鋼過程中,錳是良好的脫氧劑和脫
非金屬材料性能用途
高強度結(jié)構材料
非金屬材料的密度較鋼、鐵、銅、鉛等金屬材料小得多,有些比鋁、鎂、鈦等還輕。按比強度(強度/比 重)計算,有的纖維樹脂復合材料的常溫比強度超過高強度鋼和高強度鋁。這些材料被用來制造手輪、手柄、支架、罩殼、儀表板等一般輕質(zhì)結(jié)構件,也可用來制造飛機機翼和葉片、整體船艇、汽車車身和傳動軸、高速紡織綜框、高壓容器等高強度結(jié)構件,這樣可以減輕自重、增加運載能力或提高運行速度、節(jié)約能源。
減摩耐磨材料
某些無機非金屬材料因硬度高而耐磨,如用金剛石、碳化硅、剛玉等制作的砂輪、砂布(紙)、油石、研磨劑和刀具,可供磨削和切削之用;有些材料因有高彈性而耐磨,如橡膠輪胎和運輸皮帶能抵抗泥沙、礦石、煤炭等顆粒的磨損;有些材料借其自身固有的潤滑性能和低摩擦系數(shù)而能減少摩擦和磨損,如塑料、石墨、氮化硅等制成的軸承、導軌、活塞環(huán)、密封圈等機械零件,能在無油干摩擦或少油潤滑條件下安全運行,這對忌油脂或不便供給油潤滑的場合特別有利。
耐腐蝕材料
如陶瓷、搪瓷、石墨、鑄石、塑料等的大多數(shù)品種,都能耐酸、堿、鹽、有機溶劑和很多其他化學藥品。 如不透性石墨能抵抗?jié)馑岷蜐鈮A,聚四氟乙烯塑料則幾乎能耐所有化學藥品,甚至在氧化性最強的沸騰王水中也不受侵蝕。這些材料適于制造化工用的容器、塔器、鼓風機、泵、管、閥等機械設備和零部件。
密封材料
如橡膠、塑料、石棉和柔性石墨等因有良好的柔性和彈性而適于制造動態(tài)和靜態(tài)的密封零件,如壓縮機的活塞環(huán)、密封填料、O型和V型密封圈等。20世紀60年代以來,還出現(xiàn)了一種以樹脂或橡膠為基體、稱為液體密封膠的密封材料,適用于各種靜態(tài)密封,使用方便。
電絕緣材料
如橡膠、塑料、陶瓷、石棉、云母、玻璃布層壓板(屬復合材料)都是應用廣泛的電絕緣材料。
耐高溫保溫材料
如耐火材料、石棉、蛭石、氧化鋁、耐火纖維等具有良好的高溫性能和低的熱導率,適用于高溫窯爐如化 鐵爐、轉(zhuǎn)爐、電爐、熱處理爐、隧道窯等的爐體、內(nèi)襯或保溫層,以防止熱量外流;塑料因傳熱慢,人體與之接觸時有溫暖感,適用于制造手輪、手柄、方向盤之類物件。
非金屬材料還有一項特殊用途,就是用作耐燒蝕材料,如酚醛和石棉、石英等纖維復合制成的用于宇航方面的燒蝕部件,能在2500℃以上較長時間內(nèi)燃燒、分解、散熱、碳化,形成隔熱層,有效地保護內(nèi)部結(jié)構。此外,一些非金屬材料還有消音、消振、透光、無磁性等特點,可用于制造如橡膠彈簧、避振墊片、光學透鏡等零件。
非金屬材料的強度一般不及金屬材料高。其中無機非金屬材料的共同缺點是質(zhì)地脆、不耐沖擊;有機非金屬材料則耐熱性不高,存在老化、尺寸穩(wěn)定性較差等問題。
賈德昌,哈爾濱工業(yè)大學材料科學與工程學院教授,博士生導師,特種陶瓷研究所副所長。
1991年獲西北工業(yè)大學金屬材料及熱處理學士學位。
1994年和1997年分別獲哈爾濱工業(yè)大學材料科學碩士和博士學位。
2005年11月到2006年11月,公派至美國伊利諾伊大學香檳分校作訪問學者。
2004年入選教育部首批“新世紀優(yōu)秀人才支持計劃”;
2005年被授予“國防科技工業(yè)優(yōu)秀博士學位獲得者” 榮譽稱號;
2006年被批準為哈爾濱工業(yè)大學首批優(yōu)秀科技創(chuàng)新團隊帶頭人;
2007年獲得第七屆中國硅酸鹽學會青年科-技獎和第八屆黑龍江省青年科技獎。
主要從事先進陶瓷及陶瓷基復合材料的優(yōu)化設計、制備、性能評價和損傷機制及應用等方面的教學5科研工作。
完成包括國家自然科學基金。863、國家高新工程、總裝備部與國防科工委預研基金等各類科研課題20余項;發(fā)表論文140余篇(SCI收錄60余篇,EI收錄80余篇);編撰專著教材2部。獲國家技術發(fā)明二等獎項;獲航天工業(yè)總公司、國防科工委和教育部科技進步一、二等獎4項。
本書從材料學和材料物理的角度出發(fā),系統(tǒng)介紹了無機非金屬材料的力學性能、熱學性能和抗熱震性、電學性能、磁學性能、光學性能、功能的耦合與轉(zhuǎn)換特性以及敏感特性等,內(nèi)容涉及傳統(tǒng)陶瓷與先進陶瓷材料、玻璃、半導體、晶體、碳素材料(碳纖維、石墨和金剛石)、耐火材料以及建筑材料等,并且吸納了相關領域,尤其是納米無機非金屬材料方面的新近科研成果。
本書可作為高等學校材料學科相關專業(yè)的本科生和研究生教材或教學參考書,也可以供從事無機非金屬材料科學研究、生產(chǎn)開發(fā)以及科技管理等方面的人員參考。