Unter metallischen Werkstoffen versteht man Metallelemente oder Werkstoffe mit metallischen Eigenschaften, die überwiegend aus Metallelementen bestehen. Einschließlich reiner Metalle, Legierungen, intermetallischer Verbindungen metallischer Werkstoffe und spezieller Metallwerkstoffe usw. (Hinweis: Metalloxide (z. B. Aluminiumoxid) sind keine metallischen Werkstoffe.)
Bedeutung
Die Entwicklung der menschlichen Zivilisation und der gesellschaftliche Fortschritt stehen in engem Zusammenhang mit metallischen Werkstoffen. Die auf die Steinzeit folgende Bronze- und Eisenzeit war geprägt von der Verwendung metallischer Werkstoffe. In der heutigen Zeit sind verschiedenste Metallwerkstoffe zu einer wichtigen materiellen Grundlage für die Entwicklung der menschlichen Gesellschaft geworden.
Typ
Metallwerkstoffe werden üblicherweise in Eisenmetalle, Nichteisenmetalle und spezielle Metallwerkstoffe unterteilt.
(1) Eisenmetalle, auch Stahlwerkstoffe genannt, umfassen industrielles reines Eisen mit mehr als 90 % Eisen, Gusseisen mit 2 % -4 % Kohlenstoff, Kohlenstoffstahl mit weniger als 2 % Kohlenstoff sowie Baustahl und Edelstahl Stahl für verschiedene Zwecke. , hitzebeständiger Stahl, Hochtemperaturlegierung, Edelstahl, Präzisionslegierung usw. Zu den allgemeinen Eisenmetallen gehören auch Chrom, Mangan und deren Legierungen.
(2) Als Nichteisenmetalle gelten alle Metalle und deren Legierungen mit Ausnahme von Eisen, Chrom und Mangan, die üblicherweise in Leichtmetalle, Schwermetalle, Edelmetalle, Halbmetalle, seltene Metalle und seltene Erdmetalle unterteilt werden. Die Festigkeit und Härte von Nichteisenlegierungen ist im Allgemeinen höher als die von reinen Metallen und sie weisen eine größere Beständigkeit und einen kleineren Temperaturkoeffizienten des Widerstands auf.
(3) Spezielle Metallmaterialien, einschließlich struktureller Metallmaterialien und funktioneller Metallmaterialien für verschiedene Zwecke. Darunter sind amorphe Metallmaterialien, die durch schnelle Kondensationsverfahren gewonnen werden, sowie quasikristalline, mikrokristalline und nanokristalline Metallmaterialien; Es gibt auch Legierungen mit besonderen Funktionen wie Stealth, Wasserstoffbeständigkeit, Supraleitung, Formgedächtnis, Verschleißfestigkeit sowie Vibrationsreduzierung und -dämpfung. und Metallmatrix-Verbundwerkstoffe usw.
Leistung
Im Allgemeinen in zwei Kategorien unterteilt: Prozessleistung und Nutzungsleistung. Die sogenannte Prozessleistung bezieht sich auf die Leistung von Metallwerkstoffen unter festgelegten Kalt- und Heißverarbeitungsbedingungen während des Herstellungsprozesses mechanischer Teile. Die Qualität der Prozessleistung metallischer Werkstoffe bestimmt deren Anpassungsfähigkeit an die Verarbeitung und Umformung im Herstellungsprozess. Aufgrund unterschiedlicher Verarbeitungsbedingungen sind auch die erforderlichen Prozesseigenschaften unterschiedlich, wie z. B. Gussleistung, Schweißbarkeit, Schmiedbarkeit, Wärmebehandlungsleistung, Schneidverarbeitbarkeit usw.
Die sogenannte Leistung bezieht sich auf die Leistung von Metallmaterialien unter den Einsatzbedingungen mechanischer Teile, einschließlich mechanischer Eigenschaften, physikalischer Eigenschaften, chemischer Eigenschaften usw. Die Leistung von Metallmaterialien bestimmt deren Einsatzbereich und Lebensdauer. In der Maschinenbauindustrie werden allgemeine mechanische Teile bei normalen Temperaturen, normalen Drücken und sehr korrosiven Medien verwendet, und jedes mechanische Teil ist während des Einsatzes unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt. Die Fähigkeit von Metallwerkstoffen, Schäden unter Belastung zu widerstehen, wird als mechanische Eigenschaften bezeichnet (früher wurde sie auch als mechanische Eigenschaften bezeichnet). Die mechanischen Eigenschaften metallischer Werkstoffe sind die Hauptgrundlage für die Konstruktion und Materialauswahl von Teilen. Abhängig von der Art der äußeren Belastung (z. B. Zug, Druck, Torsion, Stoß, zyklische Belastung usw.) sind auch die erforderlichen mechanischen Eigenschaften für Metallwerkstoffe unterschiedlich. Zu den häufig verwendeten mechanischen Eigenschaften gehören: Festigkeit, Plastizität, Härte, Schlagzähigkeit, Mehrfachschlagzähigkeit und Ermüdungsgrenze.
Eigenschaften von Metallmaterialien
Band 1
Ermüdung
Viele mechanische Teile und technische Komponenten sind wechselnden Belastungen ausgesetzt. Unter der Einwirkung wechselnder Belastungen kommt es nach wiederholten Belastungszyklen über einen längeren Zeitraum zu einem plötzlichen Sprödbruch, obwohl das Spannungsniveau unter der Streckgrenze des Materials liegt. Dieses Phänomen wird als Ermüdung metallischer Werkstoffe bezeichnet. Die Merkmale des Ermüdungsbruchs von Metallwerkstoffen sind:
(1) Die Belastungsbeanspruchung ist alternierend;
(2) Die Last wirkt über einen langen Zeitraum;
(3) Der Bruch erfolgt sofort;
(4) Unabhängig davon, ob es sich um ein Kunststoffmaterial oder ein sprödes Material handelt, ist es in der Ermüdungsbruchzone spröde. Daher ist der Ermüdungsbruch die häufigste und gefährlichste Bruchform im Ingenieurwesen.
Die Ermüdungsphänomene metallischer Werkstoffe lassen sich je nach Bedingungen in folgende Typen einteilen:
#1
hohe Zyklenmüdigkeit
Es bezieht sich auf Ermüdung mit einer Spannungswechselzahl von mehr als 100,000 unter Bedingungen geringer Spannung (die Arbeitsspannung ist niedriger als die Streckgrenze des Materials oder sogar niedriger als die Elastizitätsgrenze). Es handelt sich um die häufigste Form von Ermüdungsschäden. Ermüdung bei hoher Zyklenbelastung wird im Allgemeinen als Ermüdung bezeichnet.
#2
Ermüdung bei niedrigen Zyklen
Es bezieht sich auf Ermüdung unter hoher Belastung (die Arbeitsspannung liegt nahe der Streckgrenze des Materials) oder unter Bedingungen hoher Dehnung, und die Anzahl der Spannungszyklen beträgt weniger als 10,000 bis 100,000. Da bei dieser Ermüdungsschädigung plastische Wechselbeanspruchung eine große Rolle spielt, spricht man auch von plastischer Ermüdung oder Dehnungsermüdung.
#3
Thermische Ermüdung
Dabei handelt es sich um Ermüdungsschäden, die durch die wiederholte Einwirkung thermischer Spannungen aufgrund von Temperaturänderungen entstehen.
#4
Korrosionsermüdung
Darunter versteht man Ermüdungsschäden, die an Maschinenkomponenten unter der kombinierten Einwirkung von Wechselbelastungen und korrosiven Medien (wie Säuren, Laugen, Meerwasser, reaktive Gase etc.) entstehen.
#5
Kontaktermüdung
Damit ist die Kontaktfläche von Maschinenteilen gemeint. Unter der wiederholten Einwirkung von Kontaktbeanspruchung kommt es zu Lochfraß und Abblättern bzw. zu Quetschungen und Abblättern der Oberfläche, was zu Ausfällen und Schäden an den Maschinenteilen führt.
Band 2
Plastizität
Unter Plastizität versteht man die Fähigkeit eines Metallwerkstoffs, sich unter Einwirkung äußerer Belastungskräfte dauerhaft zu verformen (plastische Verformung), ohne dabei zerstört zu werden. Wenn ein Metallmaterial gedehnt wird, ändern sich sowohl seine Länge als auch seine Querschnittsfläche. Daher kann die Plastizität von Metall anhand von zwei Indikatoren gemessen werden: der Längenausdehnung (Dehnung) und der Querschnittsschrumpfung (Flächenschrumpfung).
Je größer die Dehnung und Flächenschrumpfung eines Metallmaterials ist, desto besser ist die Plastizität des Materials, d. h. das Material kann großen plastischen Verformungen ohne Schaden standhalten. Im Allgemeinen werden Metallmaterialien mit einer Dehnung von mehr als 5 % als Kunststoffmaterialien bezeichnet (z. B. kohlenstoffarmer Stahl usw.), während Metallmaterialien mit einer Dehnung von weniger als 5 % als spröde Materialien bezeichnet werden (z. B. Grauguss usw.). . Ein Material mit guter Plastizität kann eine plastische Verformung in einem großen makroskopischen Bereich erzeugen, und gleichzeitig kann das Metallmaterial durch plastische Verformung verstärkt werden, wodurch die Festigkeit des Materials verbessert und die sichere Verwendung von Teilen gewährleistet wird. Darüber hinaus können Materialien mit guter Plastizität bestimmte Formprozesse wie Stanzen, Kaltbiegen, Kaltziehen, Richten usw. problemlos durchlaufen. Daher müssen sie bei der Auswahl von Metallmaterialien für mechanische Teile bestimmte Plastizitätsindikatoren erfüllen.
Band 3
Haltbarkeit
Die wichtigsten Formen der Gebäudemetallkorrosion:
(1) Gleichmäßige Korrosion. Korrosion an der Metalloberfläche führt zu einer gleichmäßigen Querschnittsverdünnung. Daher wird der jährliche durchschnittliche Dickenverlustwert häufig als Indikator für die Korrosionsleistung (Korrosionsrate) verwendet. Stahl korrodiert in der Atmosphäre im Allgemeinen gleichmäßig.
(2) Höhlenkorrosion. Das Metall korrodiert punktuell und bildet tiefe Löcher. Das Auftreten von Lochfraß hängt von der Beschaffenheit des Metalls und dem Medium ab, in dem es sich befindet. In Medien, die Chlorsalze enthalten, kann Lochfraßkorrosion auftreten. Als Bewertungsmaßstab für Lochfraß wird häufig die maximale Lochtiefe herangezogen. Die Korrosion von Rohrleitungen wird meist durch Lochfraß verursacht.
(3) Galvanische Korrosion. Korrosion durch unterschiedliche Potentiale an den Kontaktstellen verschiedener Metalle.
(4) Spaltkorrosion. Aufgrund unterschiedlicher Zusammensetzung und Konzentration des Mediums zwischen verschiedenen Teilen kommt es häufig zu lokaler Korrosion auf Metalloberflächen in Spalten oder anderen verdeckten Bereichen.
(5) Spannungskorrosion. Unter der kombinierten Einwirkung von korrosiven Medien und hoher Zugspannung korrodiert die Metalloberfläche und dehnt sich nach innen zu Mikrorissen aus, was oft zu einem plötzlichen Bruch führt. Dieses Versagen kann bei hochfesten Stahlstäben (Drähten) im Beton auftreten.
Band 4
Härte
Die Härte gibt die Fähigkeit eines Materials an, dem Eindringen harter Gegenstände in die Oberfläche zu widerstehen. Es ist einer der wichtigen Leistungsindikatoren von Metallwerkstoffen. Generell gilt: Je höher die Härte, desto besser die Verschleißfestigkeit. Zu den häufig verwendeten Härteindikatoren gehören die Brinell-Härte, die Rockwell-Härte und die Vickers-Härte.
Brinell-Härte (HB): Drücken Sie eine gehärtete Stahlkugel einer bestimmten Größe (normalerweise 10 mm Durchmesser) mit einer bestimmten Last (normalerweise 3000 kg) in die Oberfläche des Materials und halten Sie sie für einen bestimmten Zeitraum. Nachdem die Last entfernt wurde, wird das Verhältnis der Last zu ihrer Eindruckfläche ermittelt. Das ist der Brinell-Härtewert (HB), die Einheit ist Kilogrammkraft/mm2 (N/mm2).
Rockwell hardness (HR): When HB>450 oder die Probe ist zu klein, kann der Brinell-Härtetest nicht verwendet werden und stattdessen wird die Rockwell-Härtemessung verwendet. Dabei wird ein Diamantkegel mit einem Spitzenwinkel von 120 Grad oder eine Stahlkugel mit einem Durchmesser von 1,59 oder 3,18 mm unter einer bestimmten Belastung in die Oberfläche des zu prüfenden Materials gedrückt und daraus die Härte des Materials berechnet Tiefe der Vertiefung. Je nach unterschiedlicher Härte des Prüfmaterials können unterschiedliche Eindringkörper und Gesamtprüfdrücke verwendet werden, um mehrere unterschiedliche Rockwell-Härteskalen zu bilden. Jede Skala ist mit einem Buchstaben nach dem Rockwell-Härtesymbol HR gekennzeichnet. Die am häufigsten verwendeten Rockwell-Härteskalen sind A, B und C (HRA, HRB, HRC). Unter diesen ist die C-Skala die am weitesten verbreitete.
HRA: Hierbei handelt es sich um die Härte, die durch die Verwendung eines 60 kg schweren Diamantkegeleindringlings erreicht wird, der für extrem harte Materialien (wie Hartmetall usw.) verwendet wird.
HRB: Hierbei handelt es sich um die Härte, die durch die Verwendung einer 100-kg-Last und einer gehärteten Stahlkugel mit einem Durchmesser von 1,58 mm erreicht wird. Es wird für Materialien mit geringerer Härte (wie geglühter Stahl, Gusseisen usw.) verwendet.
HRC: Die Härte wird unter Verwendung einer Last von 150 kg und eines Diamantkegeleindringlings ermittelt und für Materialien mit sehr hoher Härte (z. B. vergüteter Stahl usw.) verwendet.
Vickers-Härte (HV): Verwenden Sie eine Last von maximal 120 kg und einen Diamant-Vickerkegel mit einem Spitzenwinkel von 136 Grad, um in die Oberfläche des Materials zu drücken. Teilen Sie die Oberfläche der Vertiefungen im Material durch den Belastungswert, der dem Vickers-Härtewert (HV) entspricht. Der Härtetest ist die einfachste und einfachste Testmethode bei der Prüfung mechanischer Eigenschaften. Um bestimmte mechanische Eigenschaftsprüfungen durch die Härteprüfung zu ersetzen, ist in der Produktion eine genauere Umrechnungsbeziehung zwischen Härte und Festigkeit erforderlich. Die Praxis hat gezeigt, dass zwischen verschiedenen Härtewerten metallischer Werkstoffe sowie zwischen Härtewerten und Festigkeitswerten ein ungefährer entsprechender Zusammenhang besteht. Da der Härtewert durch den anfänglichen Widerstand gegen plastische Verformung und den Widerstand gegen fortgesetzte plastische Verformung bestimmt wird, gilt: Je höher die Festigkeit des Materials, desto höher der Widerstand gegen plastische Verformung und desto höher der Härtewert.
Eigenschaften von Metallwerkstoffen
Die Leistung von Metallwerkstoffen bestimmt den Anwendungsbereich des Materials und die Rationalität seiner Anwendung. Die Eigenschaften von Metallmaterialien werden hauptsächlich in vier Aspekte unterteilt: mechanische Eigenschaften, chemische Eigenschaften, physikalische Eigenschaften und Prozesseigenschaften.
Band 1
Mechanische Eigenschaften
Spannung: Die Kraft, die pro Querschnittsflächeneinheit im Inneren eines Objekts ausgeübt wird, wird als Spannung bezeichnet. Die durch äußere Kraft verursachte Spannung wird als Arbeitsspannung bezeichnet, und die Spannung, die im Inneren des Objekts ohne äußere Kraft ausgeglichen wird, wird als innere Spannung bezeichnet (z. B. Gewebespannung, thermische Spannung, nach dem Verarbeitungsprozess verbleibende Restspannung).
Mechanische Eigenschaften: Wenn ein Metall unter bestimmten Temperaturbedingungen einer äußeren Kraft (Last) ausgesetzt wird, wird die Fähigkeit, Verformung und Bruch zu widerstehen, als mechanische Eigenschaften des Metallmaterials bezeichnet (auch als mechanische Eigenschaften bezeichnet). Es gibt viele Arten von Belastungen, denen Metallwerkstoffe standhalten können. Dabei kann es sich um statische oder dynamische Belastungen handeln, darunter Zugspannung, Druckspannung, Biegespannung, Scherspannung, Torsionsspannung sowie Reibung, Vibration, Stoß usw. Daher ist die Zu den Hauptindikatoren zur Messung der mechanischen Eigenschaften von Metallwerkstoffen gehören die folgenden.
1.1
Stärke
Dies stellt die maximale Fähigkeit eines Materials dar, Verformungen und Schäden unter Einwirkung äußerer Kräfte zu widerstehen, und kann in Zugfestigkeitsgrenze (σb), Biegefestigkeitsgrenze (σbb), Druckfestigkeitsgrenze (σbc) usw. unterteilt werden. Da Metall Materialien folgen bestimmten Regeln von der Verformung bis zur Zerstörung unter Einwirkung äußerer Kräfte. Zur Messung werden üblicherweise Zugversuche verwendet, d Zu den gemessenen Kraftindikatoren gehören hauptsächlich:
(1) Festigkeitsgrenze: Die maximale Spannung, der ein Material einem Bruch unter Einwirkung äußerer Kraft standhalten kann, bezieht sich im Allgemeinen auf die Zugfestigkeitsgrenze unter Einwirkung von Spannung, ausgedrückt als σb, z. B. die Festigkeitsgrenze, die dem höchsten Punkt b entspricht In der Zugtestkurve ist die häufig verwendete Einheit Megapascal (MPa) und die Umrechnungsbeziehung lautet: 1MPa=1N/m2=(9,8)-1kgf/mm2 oder 1 kgf/mm2=9,8 MPa.
(2) Streckgrenze: Wenn die äußere Kraft, der eine Metallmaterialprobe ausgesetzt ist, die Elastizitätsgrenze des Materials überschreitet, erfährt die Probe dennoch eine offensichtliche plastische Verformung, auch wenn die Spannung nicht mehr zunimmt. Dieses Phänomen wird als Nachgeben bezeichnet, das heißt, das Material hält der äußeren Kraft bis zu einem bestimmten Grad stand. Wenn dieser Grad erreicht ist, ist seine Verformung nicht mehr proportional zur äußeren Kraft und es kommt zu einer offensichtlichen plastischen Verformung. Die Spannung, bei der eine Streckgrenze auftritt, wird als Streckgrenzengrenze bezeichnet, dargestellt durch σs, und der S-Punkt, der der Zugversuchskurve entspricht, wird als Streckgrenze bezeichnet. Bei Materialien mit hoher Plastizität gibt es eine offensichtliche Streckgrenze auf der Zugkurve, während es bei Materialien mit geringer Plastizität keine offensichtliche Streckgrenze gibt, was es schwierig macht, die Streckgrenze basierend auf der äußeren Kraft an der Streckgrenze zu berechnen. Daher wird bei der Zugversuchsmethode die Spannung, bei der die Messlänge an der Probe eine plastische Verformung von 0,2 % erzeugt, normalerweise als bedingte Streckgrenze angegeben, ausgedrückt als σ0,2. Der Streckgrenzenindex kann als Grundlage für Konstruktionen verwendet werden, die erfordern, dass Teile während des Betriebs keine nennenswerte plastische Verformung hervorrufen. Für einige wichtige Teile wird jedoch auch davon ausgegangen, dass ein kleineres Streckgrenzen-Festigkeits-Verhältnis (dh σs/σb) erforderlich ist, um deren Sicherheit und Zuverlässigkeit zu verbessern. Allerdings ist auch die Materialauslastung derzeit gering.
(3) Elastizitätsgrenze: Das Material verformt sich unter der Einwirkung einer äußeren Kraft, aber die Fähigkeit, nach Entfernung der äußeren Kraft in seine ursprüngliche Form zurückzukehren, wird als Elastizität bezeichnet. Die maximale Spannung, bei der ein Metallmaterial seine elastische Verformung aufrechterhalten kann, ist die Elastizitätsgrenze, die dem Punkt e in der Zugtestkurve entspricht und durch σe in Megapascal (MPa) dargestellt wird: σe=Pe/Fo, wobei Pe ist die Elastizitätsgrenze. Die maximale äußere Kraft (oder die Belastung bei maximaler elastischer Verformung des Materials).
(4) Elastizitätsmodul: Dies ist das Verhältnis der Spannung σ zur Dehnung δ (die der Spannung entsprechende Einheitsverformung) des Materials innerhalb des elastischen Grenzbereichs, ausgedrückt durch E, in Megapascal (MPa): E{{1 }}σ/δ =tg . In der Formel ist der Winkel zwischen der oe-Linie auf der Zugtestkurve und der horizontalen Achse ox. Der Elastizitätsmodul ist ein Indikator, der die Steifigkeit eines Metallmaterials widerspiegelt (die Fähigkeit eines Metallmaterials, einer elastischen Verformung bei Belastung zu widerstehen, wird als Steifigkeit bezeichnet).
1.2
Plastizität
Die maximale Fähigkeit eines Metallwerkstoffs, unter Einwirkung äußerer Kräfte eine dauerhafte Verformung ohne Zerstörung zu erzeugen, wird als Plastizität bezeichnet. Sie wird normalerweise als Dehnung δ (%) der Probenmesslänge und Schrumpfung ψ (%) Dehnung δ des Probenabschnitts während des Zugversuchs gemessen. {{0}}[(L1-L0)/L0]x100 %, das ist die Differenz ( Anstieg) zwischen der Messlänge L1 nach dem Bruch der Probe und dem Zusammenfügen der Probenbrüche während des Zugversuchs und der ursprünglichen Messlänge der Probe L0 im Vergleich zu L0. Bei tatsächlichen Tests ist die gemessene Dehnung von Zugproben aus dem gleichen Material, aber mit unterschiedlichen Spezifikationen (Durchmesser, Querschnittsform – wie quadratisch, rund, rechteckig und Messlänge) unterschiedlich, sodass im Allgemeinen spezielle Zusätze erforderlich sind, wie z Für die am häufigsten verwendeten Proben mit kreisförmigem Querschnitt wird die Dehnung, die gemessen wird, wenn die anfängliche Messlänge das Fünffache des Probendurchmessers beträgt, als δ5 ausgedrückt, während die Dehnung, die gemessen wird, wenn die anfängliche Messlänge das 10-fache des Probendurchmessers beträgt, ausgedrückt wird Der Durchmesser wird als δ10 ausgedrückt. Schnittschrumpfung ψ=[(F0-F1)/F0]x100 %, das ist die Differenz zwischen der ursprünglichen Querschnittsfläche F0 nach dem Bruch der Probe während des Zugversuchs und der minimalen Querschnittsfläche Schnittfläche F1 am schmalen Frakturhals (Schnittreduktion) und F0-Verhältnis. In der Praxis können die am häufigsten verwendeten Proben mit kreisförmigem Querschnitt normalerweise durch Durchmessermessung berechnet werden: ψ=[1-(D1/D0)2]x100 %, wobei: D0- ursprünglicher Durchmesser der Probe; D1-Bruch nach dem Bruch der Probe. Mindestdurchmesser am Hals. Je größer die δ- und ψ-Werte sind, desto besser ist die Plastizität des Materials.
1.3
Zähigkeit
Die Fähigkeit eines metallischen Werkstoffs, einer Beschädigung durch Stoßbelastung zu widerstehen, wird als Zähigkeit bezeichnet. Üblicherweise wird die Schlagprüfung verwendet, d. h. wenn eine Metallprobe einer bestimmten Größe und Form unter einer Schlagbelastung auf einer bestimmten Art von Schlagprüfmaschine zerbrochen wird, beträgt die Schlagenergie, die pro Querschnittsflächeneinheit auf der Bruchfläche verbraucht wird Wird zur Charakterisierung der Zähigkeit des Materials verwendet: k=Ak/ F. Einheit J/cm2 oder Kg·m/c·m2, 1Kg·m/cm2=9.8J/cm2. k ist die Schlagzähigkeit des Metallmaterials, Ak ist die Schlagenergie und F ist die ursprüngliche Querschnittsfläche des Bruchs.
1.4
Ermüdungsleistung
Ermüdungsfestigkeitsgrenze Das Phänomen, dass Metallwerkstoffe unter langfristiger wiederholter Beanspruchung oder Wechselbeanspruchung (die Beanspruchung ist im Allgemeinen kleiner als die Streckgrenze σs) ohne nennenswerte Verformung brechen, wird als Ermüdungsschaden oder Ermüdungsbruch bezeichnet. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass viele Aus diesem Grund verursacht ein lokaler Teil der Oberfläche des Teils eine Spannung (Spannungskonzentration) größer als σs oder sogar größer als σb, was zu plastischer Verformung oder Mikrorissen in diesem Teil führt. Mit zunehmender Anzahl wiederholter Wechselbeanspruchungen weiten sich die Risse allmählich aus und vertiefen sich (an der Rissspitze). Spannungskonzentration) führt dazu, dass die tatsächliche Querschnittsfläche des lokalen Bereichs, der Spannungen aushält, abnimmt, bis die lokale Spannung größer als σb ist und ein Bruch auftritt. In der Praxis wird die Probe im Allgemeinen innerhalb einer festgelegten Anzahl von Zyklen (in der Regel 106 bis 107 Mal für Stahl und 106 bis 107 Mal für Stahl) wiederholten oder wechselnden Belastungen (Zugbeanspruchung, Druckbeanspruchung, Biege- oder Torsionsbeanspruchung usw.) ausgesetzt Nichteisenmetalle). Nehmen Sie das 108-fache) als maximale Spannung, die ohne Bruch aushalten kann, als Ermüdungsfestigkeitsgrenze, ausgedrückt durch σ-1, in MPa.
Zusätzlich zu den oben genannten am häufigsten verwendeten Indikatoren für mechanische Eigenschaften erfordern einige Materialien mit besonders strengen Anforderungen, wie z. B. Metallmaterialien, die in der Luft- und Raumfahrt, der Nuklearindustrie, Kraftwerken usw. verwendet werden, auch die folgenden Indikatoren für mechanische Eigenschaften.
Kriechgrenze: Unter einer bestimmten Temperatur und konstanter Zugbelastung wird das Phänomen der plastischen Verformung von Materialien im Laufe der Zeit als Kriechen bezeichnet. Normalerweise wird ein Zugkriechversuch bei hoher Temperatur verwendet, d. Im Stadium wird die maximale Spannung, wenn die Kriechgeschwindigkeit einen bestimmten festgelegten Wert nicht überschreitet, als Kriechgrenze angesehen, ausgedrückt in MPa, wobei τ die Testdauer, t die Temperatur, δ die Dehnung und σ die Spannung ist; oder Ausgedrückt in ist V die Kriechgeschwindigkeit.
Zugfestigkeitsgrenze bei hoher Temperatur: Die maximale Spannung, die die Probe unter Einwirkung konstanter Temperatur und konstanter Zugbelastung über die angegebene Dauer erreichen kann, ohne zu brechen.
Metallkerbempfindlichkeitskoeffizient: Kτ stellt das Spannungsverhältnis der gekerbten Probe zur ungekerbten glatten Probe bei gleicher Dauer dar (Hochtemperatur-Zugdauertest).
Wärmewiderstand: Der Widerstand eines Materials gegenüber mechanischer Belastung bei hohen Temperaturen.
Band 2
chemische Eigenschaften
Die Eigenschaft von Metallen, mit anderen Stoffen chemische Reaktionen hervorzurufen, wird als chemische Eigenschaften von Metallen bezeichnet. In praktischen Anwendungen sind die Hauptüberlegungen die Korrosionsbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit von Metallen (auch Oxidationsbeständigkeit genannt, die sich speziell auf die Beständigkeit oder Stabilität von Metallen gegenüber Oxidation bei hohen Temperaturen bezieht) sowie die Beziehung zwischen verschiedenen Metallen und die Beziehung zwischen Metallen und Metallen. Die Auswirkungen von Verbindungen zwischen Nichtmetallen auf mechanische Eigenschaften usw. Unter den chemischen Eigenschaften von Metallen, insbesondere der Korrosionsbeständigkeit, ist die Korrosionsermüdungsschädigung von Metallen von großer Bedeutung.
Band 3
Physikalische Eigenschaften
Die physikalischen Eigenschaften von Metallen berücksichtigen hauptsächlich:
(1) Dichte (spezifisches Gewicht): ρ=P/V, Einheit: g/Kubikzentimeter oder Tonne/Kubikmeter, wobei P das Gewicht und V das Volumen ist. In praktischen Anwendungen ist es neben der Berechnung des Gewichts von Metallteilen auf der Grundlage der Dichte wichtig, die spezifische Festigkeit des Metalls (das Verhältnis der Festigkeit σb zur Dichte ρ) sowie die akustische Impedanz zu berücksichtigen, um die Materialauswahl zu erleichtern akustische Tests im Zusammenhang mit der zerstörungsfreien Prüfung (das Produkt aus Dichte ρ und Schallgeschwindigkeit C) und bei der Strahlungsdetektion haben Materialien mit unterschiedlichen Dichten unterschiedliche Absorptionsfähigkeiten für Strahlungsenergie usw.
(2) Schmelzpunkt: Die Temperatur, bei der Metall vom festen in den flüssigen Zustand übergeht. Es hat einen direkten Einfluss auf das Schmelzen und die thermische Verarbeitung von Metallmaterialien und steht in großem Zusammenhang mit den Hochtemperatureigenschaften des Materials.
(3) Wärmeausdehnung: Wenn sich die Temperatur ändert, ändert sich auch das Volumen des Materials (dehnt sich aus oder zieht sich zusammen). Dieses Phänomen wird als Wärmeausdehnung bezeichnet. Sie wird häufig anhand des linearen Ausdehnungskoeffizienten gemessen. Das heißt, wenn sich die Temperatur um 1 Grad ändert, ist die Zunahme oder Abnahme der Länge des Materials gleich 0. Das Verhältnis der Längen bei Grad. Die Wärmeausdehnung hängt von der spezifischen Wärme des Materials ab. In praktischen Anwendungen sollte auch das spezifische Volumen berücksichtigt werden (wenn das Material durch äußere Einflüsse wie Temperatur beeinflusst wird, nimmt das Volumen des Materials pro Gewichtseinheit zu oder ab, d. h. das Verhältnis von Volumen zu Masse), insbesondere für diejenigen, die arbeiten in Umgebungen mit hohen Temperaturen oder unter kalten oder heißen Bedingungen. Bei Metallteilen, die in wechselnden Umgebungen eingesetzt werden, müssen die Auswirkungen ihrer Ausdehnungseigenschaften berücksichtigt werden.
(4) Magnetismus: Die Eigenschaft, die ferromagnetische Objekte anziehen kann, ist Magnetismus, der sich in Parametern wie magnetischer Permeabilität, Hystereseverlust, magnetischer Restinduktionsintensität, Koerzitivkraft usw. widerspiegelt, sodass Metallmaterialien in paramagnetische und diamagnetische unterteilt werden können , weichmagnetische und hartmagnetische Materialien.
(5) Elektrische Eigenschaften: Berücksichtigen Sie hauptsächlich die elektrische Leitfähigkeit, die sich auf den spezifischen Widerstand und den Wirbelstromverlust bei der elektromagnetischen zerstörungsfreien Prüfung auswirkt.
Band 4
Prozessleistung
Die Anpassungsfähigkeit von Metall an verschiedene Verarbeitungsmethoden wird als Prozessleistung bezeichnet und umfasst hauptsächlich die folgenden vier Aspekte:
(1) Schneidleistung: spiegelt die Schwierigkeit wider, Metallmaterialien mit Schneidwerkzeugen zu schneiden (z. B. Drehen, Fräsen, Hobeln, Schleifen usw.).
(2) Schmiedbarkeit: spiegelt die Schwierigkeit wider, Metallmaterialien während der Druckverarbeitung zu formen, wie z. B. die Plastizität des Materials, wenn es auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wird (angezeigt als die Größe des plastischen Verformungswiderstands), und den Temperaturbereich, der Heißdruck zulässt Verarbeitungsgröße, thermische Ausdehnungs- und Kontraktionseigenschaften und die Grenzen der kritischen Verformung in Bezug auf Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften, Fließfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit von Metall während der thermischen Verformung usw.
(3) Gießbarkeit: spiegelt die Schwierigkeit des Schmelzens und Gießens eines Metallmaterials in ein Gussstück wider, die sich in der Fließfähigkeit, dem Luftgetter, der Oxidation, dem Schmelzpunkt im geschmolzenen Zustand, der Gleichmäßigkeit und Kompaktheit der Mikrostruktur des Gussstücks usw. äußert die Kälte Schrumpfung usw.
(4) Schweißbarkeit: spiegelt die Schwierigkeit wider, Metallmaterialien schnell lokal zu erhitzen, um die Verbindungsteile schnell zu schmelzen oder halb zu schmelzen (Druck ist erforderlich), sodass die Verbindungsteile fest miteinander verbunden werden können, um ein Ganzes zu bilden. Sie wird ausgedrückt als Schmelzpunkt, Absorptionsfähigkeit, Oxidation, Wärmeleitfähigkeit, Wärmeausdehnungs- und -kontraktionseigenschaften, Plastizität beim Schmelzen, Korrelation mit der Mikrostruktur von Verbindungen und benachbarten Materialien sowie Einfluss auf mechanische Eigenschaften usw.