材料冶金类科技论文中常用物理量的规范表达

第19卷第7期中国有色金属学报2009年7月Vol.19No.7TheChineseJournalofNonferrousMetalsJul.2009文章编号：1004-0609(2009)07-1350-04材料冶金类科技论文中常用物理量的规范表达龙怀中，彭超群，何学锋，李艳红，王海东(中南大学《中国有色金属学报》编辑部，长沙410083)摘要：介绍了材料冶金类科技论文中常用的物理量，如金属材料力学性能指标——强度、塑性和硬度，溶液组成的量名称——浓度、分数和比，分离科学中的液固比、相比和粒度等，分析其物理意义；依据国家标准和规范，给出各物理量的规范表达形式。关键词：科技论文；物理量；规范表达在材料冶金类科技论文的写作和编辑过程中，经常遇到金属材料力学性能指标、溶液组成的量名称以及湿法冶金中常用物理量的符号或概念的表达方式不统一的情况。由于科技论文的写作和出版必须遵守有关国家标准和规范，因此本文作者从探讨符号或概念的物理意义出发，依据国家标准和规范，给出各物理量的规范表达形式。1金属材料力学性能指标的规范表达强度、塑性和硬度是金属材料的重要力学性能。关于金属材料力学性能的物理量的昀新国家标准是GB/T228—2002。GB/T2002是在合并修订国家标准GB/T228—1987、GB/T3076—1982和GB/T6396—1986的基础上形成的，等效于国际标准ISO6892—1998。GB/T228—2002包括的技术内容和要求与原有3个标准有较大区别，尤其是在性能名称和符号、抗拉强度定义、试验速率、性能结果数值的修约方面进行了变动。1.1金属材料强度与塑性的规范表达金属材料常用的强度判据是屈服强度和抗拉强度，常用的塑性判据是断后伸长率和断面收缩率。通常采用拉伸试验测定金属材料的强度与塑性[1]。试验必须按照现行国家标准GB/T228—2002进行。与GB/T228—1987相比，新标准中屈服强度与抗拉强度的意义区别较大，而其他性能的定义无实质性差异[2]。1)屈服强度和抗拉强度屈服强度是指当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形而不增加力时的应力点。当金属材料没有明显的屈服现象时，规定试样产生一定的残留变形时材料所承受的应力作为它的屈服强度。在GB/T228—2002中，没有规定屈服强度的量符号，屈服强度泛指上、下屈服强度性能，应区分上屈服强度(ReH)和下屈服强度(ReL)。而在GB/T228—1987中，屈服强度既泛指屈服点和上屈服点(σsU)、下屈服点(σsL)性能，也特指单一屈服状态的屈服点性能(σs)。旧标准中的上屈服点和下屈服点的量符号σsU和σsL分别以新标准的上屈服点强度和下屈服点强度的量符号ReH和ReL代替。根据不同测量方法，将屈服强度分为如下3种情况：规定非比例延伸强度、规定残余延伸强度和规定总延伸强度，量符号分别为Rp、Rr和Rt。在旧标准中，σ0.2表示没有明显屈服现象的金属材料的屈服强度，下标0.2表示试样的残留变形量为试样标距长度的0.2%。这种表示方法没有标明残留变形量的测量方法，不能反映GB/T228—2002中规定的3种情况，应当予以废除，而应分别以Rp,0.2、Rr,0.2或Rt,0.2取代，下标p、r和t分别表示3种不同的测量方法，下标0.2表示试样标距部分的伸长率等于引伸标距的0.2%[2]。新标准中，抗拉强度定义为相应昀大力的应力，而昀大力是指试样在屈服阶段之后所能抵抗的昀大力。对于无明显屈服(连续屈服)的金属材料，为试验期间的昀大力。在GB/T228—1987中，抗拉强度的量符号为σb，而在GB/T228—2002中，抗拉强度的量名称不变，但量符号改为Rm。2)断后伸长率和断面收缩率断后伸长率是试样拉断后标距的伸长与原始标距基金项目：中国科协精品科技期B类资助项目收稿日期：2009-03-05；修订日期：2009-06-20通讯作者：龙怀中，高级工程师，博士研究生；电话：[phone]；E-mail:[e-mail]第19卷第7期龙怀中，等：材料冶金类科技论文中常用物理量的规范表达1351的百分比；断面收缩率是试样拉断后，缩颈处横截面积的昀大缩减量与原始横截面积的百分比。在新的国家标准GB/T228—2002中，断后伸长率与断面收缩率的量名称没有改变，但断后伸长率的量符号由δ改为A，断面收缩率的量符号由ψ改为Z。新标准定义了12种可测拉伸性能，其中10种性能的名称与修订前原标准的名称有差异。表1列出了金属材料常用力学性能的量名称和量符号的新旧标准对照[3]。表1金属材料常用力学性能的量名称与量符号的新旧标准对照[3]GB/T228—2002GB/T228—1987性能名称符号性能名称符号——屈服点σs上屈服强度ReH上屈服点σsU下屈服强度ReL下屈服点σsL规定非比例延伸强度Rp规定非比例伸长应力σp规定残余延伸强度Rr规定残余伸长应力σr规定总延伸强度Rt规定总伸长应力σt抗拉强度Rm抗拉强度σb屈服点延伸率Ae屈服点伸长率δs断后伸长率A,A11.3断后伸长率δ5,δ10断面收缩率Z断面收缩率ψ昀大力总伸长率Agt昀大力下的总伸长率δgt昀大力非比例伸长率Ag昀大力下的非比例伸长率δg断裂总伸长率At——由表1可知，对于强度性能的主符号，新标准用英文字母R代替旧标准中的σ；对于塑性性能的主符号，新标准中用字母A代替旧标准中的δ，用字母Z代替旧标准中的ψ。新标准中没有定义旧标准中的屈服点σs这一性能，因此没有相应的性能名称和符号。符号A(不标注下标)是指比例系数k=5.65的比例标距时测定的断后伸长率；而用其他比例系数的比例标距或非比例标距测定的断后伸长率时，符号A应分别标注下标以说明所使用的比例系数值和非比例标距的长度，如A11.3和A100mm。国标中采用了延伸和伸长这两个近义术语，可以理解为拉伸试验时在引伸计标距上的伸长为延伸，在试样标距上的伸长为伸长。1.2材料硬度的规范表达硬度本身不是一个单纯的物理量，它是表征材料的弹性、塑性、形变强化、强度和韧性等一系列不同物理量组合的一种综合性能指标。一般认为，硬度是在材料表面上不大体积内抵抗变形或破裂的能力[4]。随试验方法的不同材料硬度的物理意义也不同。材料硬度的试验方法主要如下：1)注入法，用于测量布氏、洛氏和维氏硬度等；2)刻划法，用于测量莫氏硬度；3)回跳法，用于测量肖氏硬度等。在机械制造业中，主要采用压入法测量材料硬度[5]。因此，金属材料力学性能中常常提到的硬度用布氏、洛氏和维氏硬度表示。GB/T230—91规定布氏硬度的符号为HB，GB4340—84规定维氏硬度的符号为HV，GB231—84规定洛氏硬度的符号为HR。GB3101—93规定“量的符号通常是单个拉丁或希腊字母，有时带有下标或其他的说明性标记。无论正文的其他字体如何，量的符号必须是斜体。”但由于硬度不是一个单纯的物理量，不应套用这个概念。而且国际科技书刊领域已广泛使用HB、HV和HR作为硬度的符号。因此，建议硬度符号还是应该由2个或3个(第3个字母表示试验条件)正体字母组成，即洛氏硬度的符号为HR(HRA、HRB和HRC，字母A、B和C为标尺)，维氏硬度的符号为HV，布氏硬度的符号为HB(HBS和HBW，S和W分别表示压头为钢球或硬质合金)。布氏硬度和维氏硬度的单位为MPa，洛氏硬度是量纲为1的量。国标规定，硬度值应放在符号的前面，符号后面是实验条件。提及材料硬度时，应具体指明布氏硬度、维氏硬度或洛氏硬度。当硬度值与量符号及试验条件同时标注时，可以不标注单位，规范化标注分别如2000HBS、5000HBW、100HV和38HRC等。但在函数图表中标注时，还是应该采用量与单位之间用“/”隔开的形式，以示自明性，即规范化标注形式应为“HB/MPa”、“HV/MPa”和“HR”。2溶液组成的规范表达由GB3102.8—1993《物理化学和分子物理学的量和单位》[6]可知，表示溶液组成标度的量可以分为3类，即浓度、分数和比。正确使用GB3102.8—1993规定的量的名称、符号及其单位是规范表达溶液组成的基础和前提。中国有色金属学报2009年7月13522.1浓度表示溶液浓度有4个法定量名称，以物质B为例，有B的浓度、溶质B的质量摩尔浓度、B的质量浓度和B的分子浓度。1)B的浓度，又称B的物质的量浓度，量符号为cB。cB是B的物质的量除以溶液的体积，SI单位为mol/m3。在实际应用中，cB常用单位为mol/L，当体积要求精确度高时用mol/dm3[7]表示。在化学反应中，B的浓度也可表示为[B]。它表示化学反应处于平衡状态下B的浓度，与cB表示的通常状态下B的浓度有所区别。摩尔浓度M、克离子浓度M、当量浓度N、克分子浓度、体积克分子浓度等这一类量名称及其符号均应废止。2)浓质B的质量摩尔浓度，又称B的质量摩尔浓度，符号为bB和mB。bB和mB的定义为溶质B的物质的量nB除以溶剂A的质量mA，即bB,mB=nB/mA。bB和mB的法定单位为mol/kg。bB和mB这两个符号均可使用。非法定量名称重量克分子浓度、重量摩尔浓度均应废止。3)B的质量浓度的符号为ρB，定义为B的质量mB与混合物的体积V之比，SI单位为kg/m3，常用单位为kg/L。重量浓度、浓度、含量为非法定量名称，均应废止。4)B的分子浓度的符号为CB，定义为B的分子数除以混合物的体积，单位为m−3，化学中常用L−1。而以往常用的分子比应废止。在GB3102.8—1993中，只有物质的量浓度与浓度是同一个量名称的两种称谓，使用中可以替换，其他的量名称都不得统称为浓度，必须指明具体的量名称。2.2分数分数主要有3个法定量，即质量分数、摩尔分数和体积分数。以物质B为例，其分类如下。1)B的质量分数。B的质量分数定义为B的物质的量nB与溶液的质量之比，符号为wB。以前使用的重量百分数、质量百分比浓度、重量百分比浓度、浓度等量名称[4]，均应称为质量分数，这些旧的量名称均应废止。2)Ｂ的摩尔分数。Ｂ的摩尔分数定义为溶质Ｂ的物质的量nB与溶液中所有物质的量的总和(ΣBnB)之比，符号为xB和yB。标准规定应优先使用量符号xB。以往使用的克分子数(又称摩尔数)、克原子数、克当量数(又称当量数)、克离子数等，以及与此相应的克分子百分数、摩尔百分数、克原子百分数、克离子分数等名称均应废止，而以指明物质B的基本单元的B的摩尔分数取代。3)B的体积分数。B的体积分数的符号为φB，其定义如下：*Am,AA*Bm,B/VxVxΣ。式中：xB和xA分别为物质B和A的摩尔分数，*Bm,V和*Am,V分别为纯物质B和A在相同温度和压力下的摩尔体积，Σ表示在全部物质范围求和。以往使用的体积百分比浓度、体积百分数、体积百分含量、浓度等名称均应废止。2.3比表示溶液组成的比主要指溶质B的摩尔比。溶质B的摩尔比的符号为rB，其定义为溶质B的物质的量nB与溶剂的物质的量nA之比，其SI单位为l。溶质B的摩尔比的替换名称为B物质的量比，以往使用的克分子比的这一名称应废止。参照文献[7]，对表示溶液组成的标准和非标准的量和单位进行对比，结果列于表2。3分离科学中几个物理量的规范表达3.1液固比液固比是指液体(多数情况下指的是浸出剂)的用量与固体(多数情况下指的是矿石、物料等)的用量之比。实验中，液体和固体的用量可用质量表示，也可用体积表示，因此，液固比既可以理解为“二者的质量之比”、“二者的体积之比”，也可以理解为“液体的体积与固体的质量之比”，如不指明，则很容易引起误解。为了消除误解，在编辑加工时，当液体用质量、固体也用质量表示时，液固比建议改写成液固质量比，其单位为g/g或kg/kg；当液体用体积、固体也用体积表示时，液固比建议改写成液固体积比，其单位为mL/cm3或L/dm3。用L/S表示液固比是不规范的[7]，因为字母L和S分别是液体和固体的英文单词的首字母，建议采用mL/mS或VL/VS的规范表达方式。3.2相比胶体及表面物理化学中“相比”(O/A)，又称为