环保设备材料及其选择单元二上new

项目一环境工程设备常用材质与基本传动方式的应用调查任务一环境工程常用材料及附件的应用调查单元二材料的分类与用途一、材料的性能1、力学性能材料在外力(或外加能量)作用下抵抗外力所表现的行为，包括变形和抗力，即在外力作用下不产生超过允许的变形或不被破坏的能力。强度塑性刚度硬度韧性常温拉应力下塑性材料-退火低碳钢的拉抻试验l0=10d0l0=5d0或比例强度σp在弹性变形阶段，应力和应变关系完全符合虎克定律，极限应力即为比例强度，亦称比例极限。弹性强度σe在完全卸载后不出现任何明显的微量塑性变形的极限应力值即为弹性强度，亦称弹性极限。当应力σ≤σe时，应变和应力之间可能已丧失了严格的比例关系，但变形基本上可恢复或微量残余变形不明显。1）强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值，叫做抗拉强度。开始出现塑性变形时的应力，称为“屈服点”sssb金属材料承受载荷作用，当载荷不再增加或缓慢增加时，仍继续发生明显的塑性变形，这种现象就称为屈服。在外力作用下，材料产生屈服现象的应力值即为屈服强度，也叫屈服极限。持久强度σD蠕变强度σn屈服强度σs(σ0.2)抗拉强度σb疲劳极限σn脆性材料，国标规定以残余应变量达到0.2%时的应力值来表征材料的微量塑性变形的能力，称为条件屈服强度，σ0.2持久强度σD蠕变强度σn屈服强度σs(σ0.2)抗拉强度σb疲劳极限σn金属在拉伸条件下，从开始加载到发生断裂所能承受的最大应力值，叫作抗拉强度。持久强度σD蠕变强度σn屈服强度σs(σ0.2)抗拉强度σb疲劳极限σn材料在高温下，在一定的应力下，抵抗发生缓慢塑性变形的能力。材料在高温下，抵抗发生断裂的能力。持久强度σD蠕变强度σn屈服强度σs(σ0.2)抗拉强度σb疲劳极限σn材料在交变载荷作用下，会在远低于材料本身的屈服点时就已经断裂了，这种现象就是疲劳。我们把）经过106~108次循环试验而不发生断裂的最大应力，作为疲劳强度。持久强度σD蠕变强度σn屈服强度σs(σ0.2)抗拉强度σb疲劳极限σn弹性变形量过大，则工件也不能正常工作，由此引出的材料对弹性变形的抵抗能力——刚度或刚性指标。如果说强度保证了材料不发生过量塑性变形甚至断裂的话，刚度则保证了材料不发生过量弹性变形。在σ-ε曲线的弹性变形阶段，应力和应变关系完全符合虎克定律，即σ=Eε则E=σ/ε把比例常数即应力与应变的比值E称为材料的弹性模量，在数值上也等于该直线的斜率即tanа，可见E值越大，材料越不容易产生弹性变形，因此用弹性模量E表示材料的刚度。2）刚度：弹性模量E表示材料的刚度3）塑性：塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力，即材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。主要有两个塑性指标：延伸率δ断面收缩率Ψ%1001LLL%1001AAA4）硬度：金属材料抵抗比它更硬的物体压入时所引起的塑性变形的能力。表示金属材料在一个小的体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形或破断的能力。布氏硬度HB（一般在HB450以上就不能使用)、洛氏硬度HR(可以用于硬度很高的材料)、维氏硬度HV(比洛氏硬度更适合于测定极薄试样的硬度)，显微硬度。（1）、布氏硬度①测定原理：用直径为D的淬火钢球或硬质合金球做压头，在试验力F的作用下压入被测金属表面，保持规定的时间后卸除试验力，则在金属表面留下一压坑(压痕)，用读数显微镜测量其压痕直径d，求出压痕表面积，用试验力F除以压痕表面积所得的商作为被测金属的布氏硬度值，用符号HB表示。•②试验规范：由于金属材料有硬有软，有厚有薄，如果只采用一种标准的试验力F和压头直径D，就会出现若对硬的材料适合，而对软的材料会发生压头陷入金属内的现象；若对厚的工件适合，而对薄的工件就会产生压穿的现象。因此，在进行布氏硬度试验时，要求能使用不同大小的试验力和不同直径的压头。③适用范围：用淬火钢球作压头测得的硬度用符号HBS表示，适合于测量布氏硬度值小于450的材料。用硬质合金球作压头测得的硬度用符号HBW表示，适合于测量布氏硬度值为450～650的材料。④标注方法：在硬度标注时，硬度值写在硬度符号的后面，例如HBS120，表示用淬火钢球作压头测得材料的布氏硬度值为120。⑤应用：我国目前布氏硬度计的压头主要是淬火钢球，故主要用来测定灰铸铁、有色金属以及经退火、正火和调质处理的钢材等。（2）洛氏硬度与布氏硬度试验一样，洛氏硬度也是一种压入硬度试验，但它不是测量压痕面积，而是测量压痕的深度，以深度大小表示材料的硬度值。①测定原理用顶角为120°的金刚石圆锥，588.4N时，HRA，HRA75-80，直径为1.588mm的淬火钢球作压头，980.7N时，HRB，HRB20-100，顶角为120°的金刚石圆锥1471N，HRC,HRC20-70,先加初载荷，再加主载荷，将压头压入金属表面，保持一定时间后卸除主载荷，根据压痕深度确定硬度值。用符号HR表示。②硬度标注为了能在同一洛氏硬度计上测定从软到硬的材料硬度，采用了由不同的压头和载荷组成的几种不同的洛氏硬度标尺，并用字母在HR后加以注明，常用的洛氏硬度是HRA、HRB和HRC三种。洛氏硬度表示时，硬度值写在硬度符号的后面。例如，HRC50表示用标尺C测得的洛氏硬度值为50。③应用洛氏硬度试验操作简便迅速，可直接从硬度计表盘上读出硬度值。压痕小，可直接测量成品或较薄工作的硬度。但由于压痕较小，测得的数据不够准确，通常应在试样不同部位测定三点取其算术平均值。（3)维氏硬度维氏硬度试验原理基本上与布氏硬度相同，也是根据压痕单位表面积上的载荷大小来计算硬度值。①测试原理：采用相对面夹角为136°的正四棱锥体金刚石作压头，用选定的载荷F将压头压入试样表面，保持规定时间后卸除载荷，在试样表面压出一个四方锥形压痕，测量压痕两对角线长度，计算出压痕表面积，以压痕单位表面积上所承受的载荷大小表示维氏硬度值，用符号HV表示。②标注：与布氏硬度一样，维氏硬度值可根据d的大小查表得到。在表示硬度时，习惯上不标出单位，硬度值在硬度符号HV后，例如640HV。③应用：维氏硬度适用范围宽,可以测量从极软到极硬材料的硬度，尤其适用于极薄工件及表面薄硬层的硬度测量(如化学热处理的渗碳层、渗氮层等)，其结果精确可靠。缺点是测量较麻烦，工作效率不如测洛氏硬度高。5）冲击韧性（1）韧性：材料的韧性是指材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的能力，是材料强度和塑性的综合表现。评定材料韧性一般用冲击韧性。金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力称为冲击韧性。冲击载荷：指以很快的速度作用于零件上的载荷。材料的冲击韧度值通常采用摆锤式一次冲击试验进行测定。（2）标准冲击试样：根据GB229-84和GB2106-80规定，冲击试验标准试样有夏比U型缺口试样和夏比V型缺口试样两种。（3）试验原理：将带有缺口的标准冲击试样安放在冲击试验机的支座上，试样缺口背向摆锤冲击方向。把质量为m的摆锤从一定高度h１落下，将试样冲断，冲断试样后，摆锤继续摆升到h２的高度。摆锤冲断试样所消耗的能量称为冲击吸收功，用符号αk表示。(4)冲击韧度：冲击吸收功可从冲击试验机的刻度盘上直接读出。将冲击吸收功除以试样缺口底部横截面积，即得到冲击韧度值，用符号ak表示。冲击韧度值ak愈大，表明材料韧性愈好。注意！韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。韧性高的材料，一般都有较高的塑性指标；但塑性较高的材料，却不一定都有高的韧性。其所以如此，就是因为静载荷下能够缓慢塑性变形的材料．在动载荷下不一定能迅速塑性变形。6)疲劳强度(1)概念：零件在交变应力作用下长时间工作，虽然应力通常低于材料的屈服强度，也会发生断裂，这种现象称为疲劳断裂。(2)特点：疲劳断裂突然发生的，事先没有明显的塑性变形，很难事先觉察到，因此具有很大的危险性，常常造成严重的事故。(3)疲劳曲线：材料抵抗疲劳断裂的能力可通过疲劳试验测定。通过试验可测得材料所承受的交变应力σ与断裂前的应力循环次数N之间的关系曲线，该曲线称为疲劳曲线。(4)疲劳强度：我们把材料经受无数次应力循环不破坏的最大应力称为疲劳强度。对称循环应力的疲劳强度用σ-1表示。(5)疲劳断裂的过程：往往是在零件的表面，有时也可能在零件的内部某一薄弱部位产生裂纹，在交变应力作用下，裂纹不断扩展，使材料的有效承载截面不断减小，最后产生突然断裂。(6)提高疲劳强度的方法：如设计时，尽量避免尖角、缺口和截面突变，可避免应力集中引起的疲劳裂纹；还可以通过降低表面粗糙度值和采用表面强化的方法(如表面淬火、喷丸处理、表面滚压等)来提高疲劳强度。7)泊桑比泊桑比是拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比，以μ表示。对于各种钢材它近乎为一个常数，即μ＝0.3。=其中bbbbb1lllll18）磨损任何一部机器在运转时，各机件之间总要发生相对运动。由于相对摩擦，摩擦表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使接触表面不断发生尺寸变化与重量损失，称为磨损。引起磨损的原因既有力学作用，也有物理、化学作用。因此磨损是一个复杂的过程。二、金属材料的分类及牌号1、分类1）、金属的分类铸造生铁金属黑色金属有色金属生铁钢炼钢生铁合金生铁铜及其合金轻金属及其合金其它有色及其合金纯铜（紫铜）铜锌合金（黄铜）铜锡合金（锡青铜）无锡合金（铝青铜等）铝及铝合金钛及钛合金镁及镁合金铅、锡及其合金锌及其合金镍、钴及其合金2）钢的分类2、碳钢钢主要是由铁和碳元素组成的合金。合金是指一种或几种金属元素或非金属元素组成的具有金属特性的物质。组成合金的最基本的、独立的单元组元，简称元，金属中的元素可以是化学元素，也可以是化合物。普通碳钢和铸铁都是由铁和碳元素组成的二元合金中，含碳量小于0.02%的铁碳合金为工业纯铁，碳的质量分数小于0.02%~2.11%铁碳合金为钢，含碳量2.11~6.69%的铁碳合金为铸铁。碳的质量分数小于2.11%，并且含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质元素的铁碳合金称为碳素钢，简称碳钢。为了提高某些性能，在碳钢的基础上加入一些元素，就成为合金钢，加入的元素称为合金元素。其中，硅和锰是有益元素，而硫和磷是有害元素。1）碳钢的分类（1）根据钢中碳的质量分数不同可分为：低碳钢、中碳钢和高碳钢三类。①低碳钢：碳的质量分数小于或等于0.25%；大于0.02%②中碳钢：碳的质量分数为0.25～0.60%；③高碳钢：碳的质量分数大于0.60%，小于2.11%。（2）根据钢中有害杂质元素硫、磷的质量分数的多少可分为三类：①普通质量钢；②优质钢；③高级优质钢。2）结构钢结构钢按其主要用途一般分为工程结构用钢和机械制造用钢（或机械结构用钢）两大类。工程结构用钢主要用于各种工程结构（如建筑、桥梁、船舶、石油化工、压力容器等）和机械产品中要求不高的结构零件，他们大多数是普通质量钢，其冶炼较简单，成本低廉、工艺性能优良、可满足工程结构用钢量大的需要。机械制造用钢主要用于制造各种机械零件（如轴、齿轮、弹簧、轴承等），他们通常是优质钢或高级优质钢，性能要求一般比工程结构钢高，通常需经热处理后使用。此类钢按其主要用途、热处理和性能特点不同，可分为表面硬化钢、调质钢、滚动轴承钢和超高强度钢等。调质钢•Ⅰ.性能要求：根据一般调质零件的工件条件，调质钢应具有良好的综合力学性能。此外，还应具有良好的淬透性，以保证零件整个截面上性能均匀一致。•Ⅱ.成分特点：一般碳的质量分数为0.25～0.50%。主加元素有Mn、Cr、Ni、B等，主要用于提高钢的淬透性；辅加元素有W、Mo、V、Ti等，主要用于细化晶粒和提高钢的耐回火性。•淬透性：指在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。即钢淬火时得到淬硬层深度大小的能力，它表示钢接受淬火的能力。•Ⅲ.常用钢号：40Cr、40MnVB、30CrMnSi、40CrNiMo等。•Ⅳ.应用举例：合金调质钢常用于制造各类齿轮件、轴类件、杆类件等重要的机械零件。例如：40Cr钢常用于制造汽车半轴。弹簧钢•