材料的什么與什么是決定材料性質的基本因素
化學成分和機械性能是決定材料性質的基本元素。
材料的性能可分為兩類,一種是特征性能,屬于材料本身固有的性質,
包括熱學性能(熱容、熱導率、熔化熱、熱膨脹、熔沸點等)、力學性能(彈性模量、拉伸強度、抗沖強度、屈服強度、耐疲勞強度等)、電學性能(電導率、電阻率、介電性能、擊穿電壓等)、磁學性能(順磁性、反磁性、鐵磁性)、光學性能(光的反射、折射、吸收、透射以及發光、熒光等性質)、化學性能(即材料參與化學反應的活潑性和能力,如耐腐蝕性、催化性能、離子交換性能等)
一種是功能物性,指在一定條件和一定限度內對材料施加某種作用時,通過材料將這種作用轉化為另一形式功能的性質,包括熱-電轉換性能(熱敏電阻、紅外探測等)、光-熱轉換性能(如將太陽光轉變為熱的平板型集熱器)、光
-電轉換性能(太陽能電池)、力-電轉換性能、磁-光轉換性能、電-光轉換性能、聲-光轉換性能等。
什么是工藝性能?工藝性能包括哪些內容?
材料適應實際生產工藝要求的能力。亦稱為“加工性能”。對材料使用某種加工方法或過程,以獲得優質制品的可能性或難易程度。如鑄造性、鍛造性、深沖性、彎曲性、切削性、可焊性、淬透性等。工藝性能往往由多種因素 (物理的、化學的、力學的) 的綜合作用決定。
鋼材
通常,采用一定的加工工藝,先將材料制成零部件,然后將零部件組裝成機器或結構,這就要求材料具有適應加工工藝的性能。一般通過工藝性能試驗確定材料是否適應某加工工藝(即材料的工藝性能)。工藝性能試驗方法通常是模擬生產實際工藝過程。
切削加工性能
切削加工性能(或可切削性)是指金屬接受切削加工的能力,也就是將金屬切削加工戍合乎要求的工件的難易程度。這不僅與金屬本身的化學成分、機械性能等有關,而且與切削工藝(如刀具幾何形狀、耐用度、切削速度以及進刀量等)有關。影響切削加工性能的因素雖較多,但最主要的是金屬本身的性質,特別是硬度,當金屬硬度為HB150~230時,切削加工性能最好。
焊接性能
焊接性能(或可焊性)是指金屬能否用通常的焊接方法和工藝進行焊接,焊接性好的金屬能用通常的焊接方法和工藝進行焊接;焊接性差的金屬則不能用通常的焊接方法和工藝進行焊接,而必須用特定的焊接方法和工藝進行焊接。
焊接金屬時,在焊接(縫)處附近形成熱影響區,在熱影響區內,由于焊接加熱和冷卻,使金屬內部發生變化,冷卻時可能使金屬產生裂紋。從這個意義上講,所謂焊接性是指金屬焊接時是否容易產生裂紋,容易產生裂紋的,則焊接性能差。
鋼的化學成分對焊接性能影響很大。鋼的含碳量低,焊接性能好,故焊接后使用的鋼材,含碳量在0.17%以下;含碳量高,焊接冷卻后易產生硬化,鋼的脆性增加會產生裂紋。鋼中錳量<1.6%時,焊接性能較好,錳量>1.6%時,焊接性能差。鋼中磷、硫含量高容易產生脆裂,影響焊接性能。
焊接方法及工藝的改進,為采用焊接方法制造金屬結構開辟了廣闊的途徑(用焊接方法制造金屬結構優于鉚接)。同時,相應地要求研究、生產出更多種類宜于焊接的金屬材料。焊接性能是金屬材料較重要的工藝性能,在某些場合,焊接性的好壞往往是決定材料能否使用的關鍵,特別是對普通碳素結構鋼和低合金結構鋼更為重要。
冷彎性能
金屬材料(如鋼板)使用時往往先經過冷(常溫下)彎卷,若冷彎時不產生裂紋,則材料冷彎性能好。因此,可用冷彎產生裂紋傾向的大小來衡量冷彎性能的好壞。
一般用180°冷彎試驗鑒別金屬材料的冷彎性能。彎曲試驗如圖1所示,試樣呈矩形,其厚度為a毫米,彎曲用彎心壓頭的直徑為d毫米。對不同化學成分、不同使用要求的金屬材料,d和a的關系可根據要求按d=0或d=0.50、d=a、d=2a、d=3a進行彎曲。
試樣彎曲后,彎曲部位的外面、里面及側面均無裂紋;斷裂或起層,即認為冷彎合格。茸材料的乃大,則冷彎性能好。
沖壓性能
汽車、拖拉機某些部件以及日用搪瓷器皿等是沖壓成的,所以,要求金屬材料具有優良的沖壓性能。
通常用杯突試驗來鑒定金屬材料沖壓性能的好壞。在杯突(或稱艾利克森)試驗機上,沖頭以5~25毫米/分鐘的速度(后期采用下限速度),頂壓(沖壓)板狀試樣,試樣逐漸變形(從小淺坑至大深坑);,直到試驗機儀器上的反射鏡中發現第一條裂紋時為止。儀器指示刻度數(毫米)即是杯突(深度)數。杯突(深度)數(毫米)愈大, 材料的沖壓性能愈好。
冷頂鍛性能
螺栓、螺釘以及鉚釘等標準件,制造時其頭部要冷鐓成型,要求這些制件的材料有較好的冷頂鍛性能。冷頂鍛試驗,就是金屬材料在冷狀態(常溫)下,承受規定程度的頂鍛變形能力,并檢驗有無缺陷的一種試驗方法。
冷頂鍛試驗如圖3所示。試樣直徑或邊長<15毫米時,用手錘鍛打;直徑或邊長>15毫米時,用鍛壓機(或壓力機)鍛成規定高度:
x=h1/h=2/5或1/2,或由供、需雙方協商規定。式中h、h1分別為試樣頂鍛前、后的高度(毫米)。
鍛成規定高度后,檢查試樣側面,如無裂紋、 裂口、扯破、折疊等,即認為冷頂鍛質量合格。
