機械工程金屬材料的靜態(tài)力學(xué)性能

在電容式差壓變送器生產(chǎn)實際中，不同的材料有不同的性能和用途。同一種金屬材料通過不同的熱處理方法，也可以得到不同的性能。因此，在選擇機械零件的材料時，熟悉材料的性能是十分必要的。金屬材料的性能包括力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能和工藝性能。一般雙法蘭液位計機械零件常以力學(xué)性能作為設(shè)計和選材的依據(jù)。金屬材料的力學(xué)性能是指金屬材料在外加載荷(外力)作用下表現(xiàn)出來的特性。載荷按其作用形式的不同，分為靜載荷、沖擊載荷和交變載荷等。因此，金屬材料表現(xiàn)出的抵抗外力能力的特性也各不相同。通常所研究的力學(xué)性能主要是指強度、塑性、硬度、沖擊韌度和疲勞強度等。
1. 1. 1金屬材料的靜態(tài)力學(xué)性能
    金屬材料的靜態(tài)力學(xué)性能主要包括強度、塑性、硬度等性能指標(biāo)。
    1.強度、塑性與靜載荷拉伸試驗
    (1)強度。
    強度是指材料在外力作用下抵抗變形或斷裂的能力。由于溫度遠(yuǎn)傳監(jiān)測儀所受載荷的形式不同，金屬材料的強度可分為抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度和抗剪強度等，
    材料受外力時，其內(nèi)部產(chǎn)生了大小相等方向相反的內(nèi)力，單位橫截面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力，用a表示，其單位為Pa(帕)。金屬材料的強度是用應(yīng)力值來表示的。
    (2)塑性。
    塑性是指金屬材料在載荷作用下，產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。金屬材料的塑性也是通過拉伸試驗測得的.常用的塑性指標(biāo)有伸長率S和斷面收縮率價.
    (3)靜載荷拉伸試驗。
    金屬材料的強度、塑性可根據(jù)GB/T 6397-1986的規(guī)定，通過材料的拉伸試驗來確定。做拉伸試驗要使用無紙記錄儀和試樣。標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣可制成圓形試樣和板形試樣兩種。
    做拉伸試驗時，先將試樣按要求裝夾在試驗機上，然后對試樣緩慢施加軸向拉力(又稱為拉伸力)，試樣會隨著拉伸力的增加而逐漸變長最后被拉斷。在裕個拉伸試驗討程中.可以通過自動記錄或繪圖裝置將拉伸力與試樣伸長金之間的關(guān)系記錄下來并據(jù)此分析金屬材料的強度。如果以縱坐標(biāo)表示拉伸力F，以橫坐標(biāo)表示試樣的伸長量Al，按試驗全過程繪制出的曲線稱為拉伸曲線。圖1-1為某低碳鋼的拉伸曲線圖。
    在圖中的曲線上，Oe段表示在拉伸力作用下均勻伸長，伸長且與拉伸力的大小成正比。在此階段任何時刻，如果撤去外力(即拉伸力)，試樣仍能完全恢復(fù)到原來的形狀和尺寸。在這一階段中，試樣的變形為彈性變形。當(dāng)拉伸力繼續(xù)增大超過點e所對應(yīng)的值F.以后，試樣除了產(chǎn)生彈性變形外，還開始出現(xiàn)微最的塑性變形，此時如果撤去外力，試樣就不能完全復(fù)原了，會有一小部分永久變形。繼續(xù)增大拉伸力至F.時，圖上出現(xiàn)近似水平的直線段或小鋸齒形線段。這表明此階段當(dāng)外力F.保持不變時，試樣的變形(伸長)仍在繼續(xù)，這種現(xiàn)象稱為屈服。過了此階段后，如果繼續(xù)增加外力，則試樣的伸長扭又會增加，到達(dá)點b后，試樣開始在某處出現(xiàn)縮頸(即直徑變小)，抗拉能力下降，到點k時，試樣在頸縮處被拉斷。
    為了便于比較投入式液位計，強度判據(jù)(即表征和判定強度所用的指標(biāo)和依據(jù))采用應(yīng)力來度量。
    從拉伸曲線可以得出三個主要的強度指標(biāo):彈性極限‘、屈服強度(屈服點)a,和抗拉強度ab，它們的計算公式為
                      Qe=F. IA，Qb二凡/A，Q, =F,/A
式中:A表示試樣的初始截面積(mm'), F., Fb和凡分別表示試樣產(chǎn)生完全彈性變形時的最大拉伸力(N)、試樣被拉斷前所承受的最大拉伸力(N)和試樣產(chǎn)生屈服時的拉伸力(N)。
    有些金屬材料，如高碳鋼、鑄鐵等，在拉伸試驗中沒有明顯的屈服現(xiàn)象。國標(biāo)中規(guī)定，以試樣的塑性變形量為試樣標(biāo)距長度的0.2%時的應(yīng)力作為屈服強度，用Qo. 2表示。
    伸長率是試樣拉斷后標(biāo)距長度的伸長址與初始標(biāo)距長度的百分比，用符號8表示。斷面收縮率是試樣拉斷后，縮頸處橫截面積的縮減量與初始橫截面積的百分比，用符號價表示。8,y/i都是材料常數(shù)，是材料的塑性指標(biāo)。其計算公式將在后面詳細(xì)介紹。
    一般情況下，8和0的數(shù)值越大，表示金屬材料的塑性越好.
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