第二讲 钢材的基本性能.doc

第二讲 钢材的基本性能钢材的性能和质量是最终的产品质量,和使用寿命是密切相关的,下面来给大家介绍一下钢材的主要性能。一、物理性能所谓物理性能就是钢材的本质不发生变化所表现出来的性能,主要由以下几种：1、密度单位体积内材料的质量,叫做该材料的密度,密度的计算公式如下：（密度）m（质量）（体积），对于大多数钢材而言，理论计算重量时，都按7.85g/cm3作为该钢材的密度,钢材理论重量计算公式如下：（理论重量）（钢材截面积）（钢材长度）（密度）应当注意的是理论重量与实际重量有一定的出入，只能作为参考。另外还有钢材质量的简单计算方式，也请大家记一下：圆钢：6.17直径2；方钢：7.85边长2；扁钢：7.85宽度长度。2、热膨胀性钢材在受热时体积增大，冷却时收缩的性能称为热膨胀性。热膨胀性的大小，一般用线膨胀系数表示。值越大，钢材的尺寸或体积随温度变化而变化的程度就越大。线膨胀系数的计算式如下：（l2-l1）/L1t，线膨胀系数，10-6/；t升高的温度。l1钢材膨胀前的长度cm，l2膨胀后的长度cm。3、熔点钢材由固态溶解成液态时的温度，纯铁的熔点为1534。4、导电性钢材传导电流的能力。5、导热性金属传导热的能力。二、化学性能指钢材在室温和高温条件下，抵抗外界介质对它的化学侵蚀的能力。1抗氧化性：钢材在室温或高温下抵抗氧化的能力。FeO2Fe2O3，氧化过程会随着温度的的提高而加速，所以在高温下工作的零件用钢材应有很好的抗氧化性。2耐腐蚀性：钢材抵抗周围介质（大气、水蒸气、有害气体、酸、碱、盐等）的腐蚀能力，最常见的钢铁生锈。3化学稳定性：是上述两种的总称，钢材在高温下的化学稳定性叫做热稳定性。三、力学能力钢材抵抗外力作用的能力，力学性能是衡量钢材质量好坏的最重要指标之一。1强度指钢材在外力作用下，抵抗永久变形和断裂的能力，分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度五种，一般情况下多以抗拉强度作为判别钢材强度高低的指标。钢材受外力作用下发生变形，当外力消除后，钢材又能恢复到原来形状的能力叫做弹性，在弹性下发生的形变叫做弹性变形。钢材受外力后表现的规律是：首先发生弹性变形，然后是塑性变形，最后是裂纹形成的扩展，直至断裂，三个物理过程是连续进行的，当前一个过程发展到极限程度，后一个过程便随之发生。衡量钢材强度的指标也有三个：弹性模量、屈服强度和抗拉强度。它们都表示钢材抵抗变形和破坏的能力，都是通过拉伸试验测定的。拉伸试验的方法是用静拉力对标准试样进行轴向拉伸，同时连续测量力和相应的伸长量，直至试样断裂。根据测得的数据，即可得出有关的力学性能。1）弹性模量（E）在弹性范围内物体的应力和应变量成正比，其比例系数即为弹性模量。弹性模量的计算公式是：或o，引起变形的正应力，相对伸长率或称应变，弹性模量，对钢而言20720N/mm2。2）屈服强度（或屈服点）钢材产生屈服现象时的最小应力。屈服现象就是指材料在承受外力时，当外力不再增加，但材料仍然发生塑性形变的现象。其计算方法如下：sso，s屈服强度，s材料屈服时的载荷，o试样原始截面积。应当指出的是，只有强度较低的低碳和中碳钢才有明显的屈服现象，对某些在拉伸试验时无明显屈服现象的钢材，国家标准规定以试样产生o的0.2塑性变形时的应力作为条件屈服强度，用0.2表示，其计算公式如下：0.20.2o，0.2试样产生0.2o塑性变形时的载荷。）抗拉强度钢材在拉断前所抵抗的最大外力（o）的能力，用b表示，其计算公式如下：bbo，b最大外力（或最大载荷），o试样原始截面积mm2，任何工件在工作时决不允许承受的应力达到抗拉强度的极限，否则工件将会发生断裂，造成设备严重失效，所以b是一个标志钢材质量的重要指标。塑性钢材在载荷（外力）作用下，断裂前经受永久变形的能力，钢材受力所产生的永久形变，就叫塑性形变。钢材的塑性也是通过拉伸试验来制定的，判断塑性主要是以下两个指标来表示：）断后伸长率或延伸率试样受外力被拉断后，断后标距的残余伸长（vo）与原始实验标距（o）比值的百分率，其计算公式如下：（vo）o100，必须说明，试样长短不同，测得的伸长率是不同的，通常短试样测出的伸长率大于长试样的结果。）断面收缩率试样受外力被拉断后，试样断裂处横截面积的最大减少量（ov）与原始横截面积o之比的百分率称为断面收缩率，其计算公式如下：（ov）o100，o试样原始横截面积，v试样拉断后断面处最小横截面积。钢材的延伸率和断面收缩率越大，其塑性越好，所以和都是评定钢材质量的重要指标。钢材塑性的好坏，对工件的加工十分重要。塑性好的钢材容易进行冲压、轧制、焊接和锻造，通塑性变形可以加工制造各种复杂形状的零件，而且工艺过程简单，质量容易保证。另外，塑性好的零件在使用时，万一超载也能由于苏醒变形而避免突然断裂。硬度材料抵抗硬的物体压入或刻划的能力。硬度是各种零件和工具必须具备的性能指标，也是模具钢最重要的性能，模具的热处理质量和使用性能通常以硬度作为判断的依据。所以，硬度是钢铁材料最重要的力学性能指标。根据试验方法的不同，硬度分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和肖氏硬度等。）布氏硬度布氏硬度试验方法的基本原理是用一定大小的载荷，把直径为的圆球（通常为硬制合金）压入试样表面并保持一定时间，然后去除载荷，测量圆球在试样面上所压出的圆形压痕直径d，求出压痕面积所承受的压力，作为试样的硬度值。压痕面积为h=(-2-d2 )/2，试样硬度值为(-2-d2 )，式中，载荷，钢球直径，d压痕直径。试验后的压痕直径应符合25da的规定，对于钢来说，一般规定使用的圆球直径为10mm，载荷为3000kg，压入时间为10S。测量布氏硬度采用的试验力大，球体直径大，压痕直径大，能够比较准确地反映出材料的平均性能，应用比较广泛。但布氏硬度测量的时间较长，而且由于钢球的变形，不能测试比较硬的材料，当硬度HB450时就不能使用，又因为压痕较大，不适于测量成品工件或薄的工件。2）洛氏硬度对大多数调质钢尤其是模具钢而言，最常用的是洛氏硬度。洛氏硬度也是一种压入式硬度试验法，不同于布氏硬度的是以测量压痕深度作为被测材料。采用120的金刚石圆锥或直径1.588mm的钢球，先预加载荷P1压入深度为h1，目的是为了消除试样表面不光滑而造成的误差，再加主载荷P2，在总载荷P的作用下，压头压深为h1，然后去除主载荷P2，由于试样弹性形变的恢复，压头回升h2的深度到h的位置。洛氏硬度就是用h的值来衡量材料的硬度。刚才越硬，压痕深度h越小，为了适应人们对硬度值越大，材料越硬的常规看法，在表示洛氏硬度时，引进一个常数K，洛氏硬度HR可表示为HRh0.002，K值随压头的材质不同而变，金刚石压头时，K=0.2mm，使用钢球时，K=0.26mm。为了测量各种硬度，采用三种不同压头的三种硬度HRA、HRB和HRC，如下表表示：洛氏硬度试验规范洛氏分类压头类型预载荷N总载荷N表盘刻度应用范围HRA120金刚石圆锥98588黑色70*85HRB1.588mm直径钢球98980红色25-100HRC120金刚石圆锥981470黑色20-67以上三种方法中，最常用的是HRC表示方法。洛氏硬度测量的硬度范围比较大，可以用来测量最硬的金属材料，也可以用来测量最软的金属材料，试验后试样表面压痕小，故可测量成品工件和薄的工件。但由于压痕压缩较小，对内部组织不均匀的材料，硬度数据波动较大，测量的数值代表性差，通常需要在不同的部位测试数次，取其平均值来代表材料的硬度。3）维氏硬度（HV）维氏硬度试验采用布氏硬度的原理，不同的是将钢球换成了正四棱锥金刚石压头，压头夹角为136。试验时，在载荷P的作用下，试样表面压出一个四方锥形压痕，去压痕面对角线长度的平均值d计算压痕面积F，以P/F的数值来表示被测试试样的硬度。F=d/2S=d/1.8544维氏硬度HV=P/F=1.8544P/d维氏硬度因试验时所加试验力小，压入深度较浅，适于测量较薄的材料，也可测量表面渗碳，渗氮层的硬度。因为维氏硬度具有连续性，故可测定很软到很硬的各种金属材料的硬度（10HV-1000HV），且准确性高。维氏硬度试验测量压痕对角线的长度比较烦琐，压痕小，对实验表面质量要求很高。4冲击韧性钢材抵抗冲击载荷作用不被破坏的能力。衡量金属材料冲击韧性的指标称为冲击韧度值，用aK表示。试样一般有10*10*55U型缺口和V型缺口两种。试验时，将试样放在试验机的支架上，试样的缺口背向冲击方向。将重量为G的重锤放到规定高度H1，然后使