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关于“金属材料的力学性能”的论文
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用下抵抗变形或破坏的能力,如强度、硬度、弹性、塑性、韧性等。这些性能是化工设备设计中材料选择及计算时决定许用应力的依据。
强度
材料的强度是指材料抵抗外加载荷而不致失效破坏的能力.
一般来讲,材料强度仅指材料在达到允许的变形程度或断裂前所能承受的最大应力,像弹性极限、屈服点、抗拉强度、疲劳极限和蠕变极限等。材料在常温下的强度指标有屈服强度和抗拉(压)强度。
屈服强度表示材料抵抗开始产生大量塑性变形的应力。抗拉强度表示材料抵抗外力而不致断裂的最大应力。在工程上,不仅需要材料的屈服强度高,而且还需要考虑屈服强度与抗拉强度的比值(屈强比),根据不同的设备要求,其比值应适当。屈强比较小材料制造的零件具有较高的安全可靠性,因为在工作时万一超载,也能由于塑性变形使金属的强度提高而不致立刻断裂。但如果屈强比太低,则材料强度的利用率会降低。因此,过大、过小的屈强比都是不适宜的。
在化工炼油设备中,很多零部件是长期在高温下工作的,对于制造这些零部件的金属材料的屈服限ss、抗拉强度限sb都会发生显著变化,必须考虑温度对力学性能的影响。通常随着温度升高,金属的强度降低而塑性增加。另外,金属材料在高温长期工作时,在一定应力下,会随着时间的延长缓慢地不断发生塑性变化的现象,称为
“蠕变”现象。例如,高温高压蒸汽管道虽然其承受的应力远小于工作温度下材料的屈服点,但在长期的使用中则会产生缓慢而连续的变形使管径日趋增大,最后可能导致破裂。材料在高温条件下抵抗这种缓慢塑性变形的能力,用蠕变极限sn表示。蠕变极限是指试样在一定温度下和在规定的持续时间内,产生的蠕变变形量(总的或残余的)或第Ⅱ阶段的蠕变速度等于某规定值时的最大应力。
对于长期承受交变应力作用的金属材料,还有考虑“疲劳破坏”。所谓“疲劳破坏”是指金属材料在小于屈服强度极限的循环载荷长期作用下发生破坏的现象。疲劳断裂与静载荷下断裂不同,无论在静载荷下显示脆性或韧性的材料,在疲劳断裂时,都不产生明显的塑性变形,断裂是突然发生的,因此具有很大的危险性,常常造成严重的事故。金属材料在循环应力下,经受无限次循环而不发生破坏的最大应力称为“疲劳强度”,以sr(见(a)式)表示,称为应力循环系数或应力比,在对称循环时,(r=-1)表示。对于一般钢材,以106~107次不被破坏的应力,作为疲劳强度。
㈡硬度硬度是指固体材料对外界物体机械作用(如压陷、刻划)的局部抵抗能力。它是由采用不同的试验方法来表征不同的抗力。硬度不是金属独立的基本性能,而是反映材料弹性、强度与塑性等的综合性能指标。在工程技术中应用最多的是压入硬度,常用的指标有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC、 HRB)和维氏硬度(HV)等。所得到的硬度值的大小实质上是表示金属表面抵抗压入物体(钢球或锥体)所引起局部塑性变形的抗力大小。一般情况下,硬度高的材料强度高,耐磨性能较好,而切削加工性能较差。
根据经验, 大部分金属的硬度和强度之间有如下近似关系:
低碳钢 sb≈ HB
高碳钢 sb≈ HB
灰铸铁 sb≈ HB
因而可用硬度近似地估计抗拉强度。
㈢塑性
材料的塑性是指材