零讀雜談（熱處理一）

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發(fā)表于 2014-11-10 10:45:34 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

老了，越來越感覺讀書學(xué)習(xí)什么的要動動筆頭了。也好，社區(qū)這個平臺，也挺適合做筆記這樣的事情的。
從今天起，我會定期寫自己的讀書雜談，既是一種筆記，也是一種雜談。一來可以幫助記憶；二來，也能引發(fā)社友們對相關(guān)問題的討論。也算是一舉兩得吧。
因為讀書的過程中會出現(xiàn)由易入難或者同其他學(xué)科重疊的情況，因此有些部分會比較乏味，有些部分有會一帶而過，在專項學(xué)科里詳述。

讀書：《金屬材料及熱處理》　陸大纮　許晉堃　合編
　　　人民鐵道出版社
　　　雜談一

金屬材料的機械性能

金屬材料有兩類性能，使用性能和工藝性能。使用性能包括機械（力學(xué)）性能，物力性能，化學(xué)性能。工藝性能包括各種在制造加工中的特性。作為設(shè)計人員，接觸較多的是使用性能，作為制造人員，接觸更多的則是工藝性能。當(dāng)然，這并不是說設(shè)計人員不應(yīng)關(guān)注使用性能。例如，你設(shè)計一個鑄件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，局部纖細(xì)或者很薄，這種情況下，你就不能選擇流動性不佳的材料。同樣，考慮的加工，在設(shè)計過程中，也需要考慮各種工藝的先后結(jié)合次序，更甚者，你需要了解和計算相應(yīng)的變形量或者基體量。比如調(diào)制X70鋼，你就需要計算淬透層厚度，然后確定最終成型尺寸是否能夠保證淬硬層的存在。簡單想這些，繼續(xù)說使用性能。雖然多數(shù)時候，設(shè)計人員用到的是機械性能，但并不排除你需要考量物理性能和化學(xué)性能的可能。比如面對工作溫差大的環(huán)境，你就需要考量材料本身的熱漲影響。又比如對于高蠕變材料，你就要考慮你的應(yīng)用場合是否對尺寸有嚴(yán)格的要求。另外，對于化學(xué)性能，你則經(jīng)常會在需要考慮抗腐蝕環(huán)境中嚴(yán)格考量。

于是，繼續(xù)書中的內(nèi)容，研究材料的機械性能。
對于材料機械性能的使用，最常用的一個圖就是材料的拉伸試驗圖。比如下面的低碳鋼拉伸圖。

上圖是典型的低碳鋼拉伸情況。對于這個圖，需要注意和理解其中的關(guān)鍵位置。
比如，c點為大量塑性變形的起始拉力點。b點為小塑性變形的起始的點（一般屈服強度考量點）。a點為非線性彈性變形起始點。B點為最大抗拉強度點，K點為斷裂點等。針對不同的區(qū)間段，就會設(shè)計到不同的應(yīng)用。
既然有低碳鋼這樣的塑性材料，就也有表象不同的其他材料。比如中高碳鋼的拉伸曲線中屈服段就很小，因此其屈服強度是由0.2%的微塑性變形點為考量點。再比如灰口鐵這樣的脆性材料，幾乎沒有塑性變形。因此，在使用中對不同性質(zhì)的材料需要有不同的考慮。這里便引入一個考量依據(jù)：屈強比。即屈服強度同抗拉強度的比值。這個值越高，材料的有效利用率就越高。但是對于個別場合，這個值又不能太高。比如建筑用鋼材，你就必須留有足夠小的屈強比，其原因就是保證當(dāng)發(fā)生問題是，材料會先屈服，不會立刻斷裂，給建中的人們以足夠的時間逃離。
插點知識點。
１。關(guān)于延伸率。延伸率的大小與試樣尺寸有關(guān)。為了便于比較，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)個固定，試驗長度一般為其直徑的５倍和10倍。而斷面收縮率則與尺寸無關(guān)。
2。材料的斷面有兩種形式，即韌斷與脆斷。韌斷時，斷口有塑性變形，比如低碳鋼呈星杯錐狀，縮徑明顯，心部有顯微空隙，斷口為纖維裝，灰色無光澤。脆斷斷口沒有塑性變形，斷口平齊，有金屬光澤，呈晶狀或瓷狀。

然后是剛度和彈性。剛度是指材料受力時抵抗彈性變形的能力。剛度的大小由楊式模量E代表。記得之前壇子里有很多關(guān)于剛度和硬度的詢問帖。呵呵。其實那些誤解都是對材料本身性質(zhì)理解混亂造成的。不過這里先不說了，下面說道硬度的時候再詳細(xì)敘述。
關(guān)于沖擊韌性ak。沖擊韌性是沖擊破壞所消耗的功同試樣斷口截面積的比值，單位是焦耳/平方厘米。沖擊韌性是判斷材料抵抗沖擊載荷能力的重要標(biāo)準(zhǔn)。影響材料沖擊韌性的因素有很多，如材料的顯微組織和化學(xué)成分，溫度，表面質(zhì)量等。其中，溫度上更有需要注意的部分，即材料的冷脆性。

再有就是硬度。
硬度是金屬表面抵抗外物壓入得能力。硬度不是單純的物理量綱，而是反映彈性、強度、與塑性等的綜合性能指標(biāo)。于是，這里就可以討論前面提到的硬度和剛度的問題了。硬度與彈性相關(guān)，但卻不是簡單的對應(yīng)。其實可以這么理解，當(dāng)一種材料確定后，其剛度（彈性）就是一定的了。這種一定性決定了在彈性變形范疇內(nèi)，你施加的力和變形量一定是一個固定的常量，即E。如果用前面的材料拉伸曲線來說明的話，就是0a段的斜率是固定的。無論你如何提高a點的值，這個斜率不會在變化，也就是剛度一定。當(dāng)然，這里說的剛度一定是有前提的，即材料的形狀尺寸是固定的。于是，在這種情況下，你可以做表面淬火，提高表面硬度，等于提高了a點的值，但卻并不改變0a段的斜率。這樣來看就很直觀了。
繼續(xù)說硬度，說硬度的幾種試驗測定。
1。布氏硬度。
布氏硬度以直徑為D的鋼球測試在壓力P 下壓入金屬表面后其壓痕直徑的大小，已此判定硬度的高低。對于D和P，對于鋼鐵來說，P=30D^2。常用鋼球直徑為10/5/2.5毫米。P值為3000/750/187.5kg。對于有色金屬，P=10D^2（銅合金）或P=2.5D^2（鋁或軸承合金）。

2。洛氏硬度。洛氏硬度根據(jù)壓痕深度測定硬度。根據(jù)壓頭和壓力的不同，洛氏硬度分為B，C兩種。洛C適用于HRC20以上硬度的標(biāo)定，20以下，應(yīng)改用HRB或者布氏硬度。

3。維氏硬度。維氏硬度根據(jù)136度金剛石方錐測定壓痕對角線長度判定硬度。適用于薄共建與滲碳層、氮化層等表面硬化層的硬度測量。

最后，關(guān)于疲勞強度。這里不具體闡述了。后面專門研究疲勞時再細(xì)述。

OK，雜談第一次，大概就這些。

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