帶你認識金屬材料的機械效能

金屬材料的效能一般分為工藝效能和使用效能兩類。所謂工藝效能是指HRef="https://gkfwb.com/tags-6kkr-0.html" target="_blank" >機械零件在加工製造過程中，金屬材料在所定的冷、熱加工條件下表現出來的效能。金屬材料工藝效能的好壞，決定了它在製造過程中加工成形的適應能力。由於加工條件不同，要求的工藝效能也就不同，如鑄造效能、可焊性、可鍛性、熱處理效能、切削加工性等。所謂使用效能是指機械零件在使用條件下，金屬材料表現出來的效能，它包括機械效能、物理效能、化學效能等。金屬材料使用效能的好壞，決定了它的使用範圍與使用壽命。

在機械製造業中，一般機械零件都是在常溫、常壓和非強烈腐蝕性介質中使用的，且在使用過程中各機械零件都將承受不同載荷的作用。金屬材料在載荷作用下抵抗破壞的效能，稱為機械效能（或稱為力學效能）。

金屬材料的機械效能是零件的設計和選材時的主要依據。外載入荷性質不同（例如拉伸、壓縮、扭轉、衝擊、迴圈載荷等），對金屬材料要求的機械效能也將不同。常用的機械效能包括：強度、塑性、硬度、衝擊韌性、多次衝擊抗力和疲勞極限等。下面將分別討論各種機械效能。

1． 強度

強度是指金屬材料在靜荷作用下抵抗破壞（過量塑性變形或斷裂）的效能。由於載荷的作用方式有拉伸、壓縮、彎曲、剪下等形式，所以強度也分為抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度等。各種強度間常有一定的聯絡，使用中一般較多以抗拉強度作為最基本的強度指標。

2． 塑性

塑性是指金屬材料在載荷作用下，產生塑性變形（永久變形）而不破壞的能力。

3． 硬度

硬度是衡量金屬材料軟硬程度的指標。目前生產中測定硬度方法最常用的是壓入硬度法，它是用一定幾何形狀的壓頭在一定載荷下壓入被測試的金屬材料表面，根據被壓入程度來測定其硬度值。

常用的方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和維氏硬度（HV）等方法。

4． 疲勞

前面所討論的強度、塑性、硬度都是金屬在靜載荷作用下的機械效能指標。實際上，許多機器零件都是在迴圈載荷下工作的，在這種條件下零件會產生疲勞。

5． 衝擊韌性

以很大速度作用於機件上的載荷稱為衝擊載荷，金屬在衝擊載荷作用下抵抗破壞的能力叫做衝擊韌性。

退火---淬火---回火

一．退火的種類

1． 完全退火和等溫退火

完全退火又稱重結晶退火，一般簡稱為退火，這種退火主要用於亞共析成分的各種碳鋼和合金鋼的鑄，鍛件及熱軋型材，有時也用於焊接結構。一般常作為一些不重工件的最終熱處理，或作為某些工件的預先熱處理。

2． 球化退火

球化退火主要用於過共析的碳鋼及合金工具鋼（如製造刃具，量具，模具所用的鋼種）。其主要目的在於降低硬度，改善切削加工性，併為以後淬火作好準備。

3． 去應力退火

去應力退火又稱低溫退火（或高溫回火），這種退火主要用來消除鑄件，鍛件，焊接件，熱軋件，冷拉件等的殘餘應力。如果這些應力不予消除，將會引起鋼件在一定時間以後，或在隨後的切削加工過程中產生變形或裂紋。

二．淬火時，最常用的冷卻介質是鹽水，水和油。鹽水淬火的工件，容易得到高的硬度和光潔的表面，不容易產生淬不硬的軟點，但卻易使工件變形嚴重，甚至發生開裂。而用油作淬火介質只適用於過冷奧氏體的穩定性比較大的一些合金鋼或小尺寸的碳鋼工件的淬火。

三．鋼回火的目的

1． 降低脆性，消除或減少內應力，鋼件淬火後存在很大內應力和脆性，如不及時回火往往會使鋼件發生變形甚至開裂。

2． 獲得工件所要求的機械效能，工件經淬火後硬度高而脆性大，為了滿足各種工件的不同效能的要求，可以通過適當回火的配合來調整硬度，減小脆性，得到所需要的韌性，塑性。

3． 穩定工件尺寸

4． 對於退火難以軟化的`某些合金鋼，在淬火（或正火）後常採用高溫回火，使鋼中碳化物適當聚集，將硬度降低，以利切削加工。

爐型的選擇

爐型應依據不同的工藝要求及工件的型別來決定

1．對於不能成批定型生產的，工件大小不相等的，種類較多的，要求工藝上具有通用性、 多用性的，可選用箱式爐。

2．加熱長軸類及長的絲桿，管子等工件時，可選用深井式電爐。

3．小批量的滲碳零件，可選用井式氣體滲碳爐。

4．對於大批量的汽車、拖拉機齒輪等零件的生產可選連續式滲碳生產線或箱式多用爐。

5．對衝壓件板材坯料的加熱大批量生產時，最好選用滾動爐，輥底爐。

6．對成批的定型零件，生產上可選用推杆式或傳送帶式電阻爐（推杆爐或鑄帶爐）

7．小型機械零件如：螺釘，螺母等可選用振底式爐或網帶式爐。

8．鋼球及滾柱熱處理可選用內螺旋的迴轉管爐。

9．有色金屬錠坯在大批量生產時可用推杆式爐，而對有色金屬小零件及材料可用空氣迴圈加熱爐。

　加熱缺陷及控制

一、過熱現象

我們知道熱處理過程中加熱過熱最易導致奧氏體晶粒的粗大，使零件的機械效能下降。

1.一般過熱：加熱溫度過高或在高溫下保溫時間過長，引起奧氏體晶粒粗化稱為過熱。粗大的奧氏體晶粒會導致鋼的強韌性降低，脆性轉變溫度升高，增加淬火時的變形開裂傾向。而導致過熱的原因是爐溫儀表失控或混料（常為不懂工藝發生的）。過熱組織可經退火、正火或多次高溫回火後，在正常情況下重新奧氏化使晶粒細化。

2.斷口遺傳：有過熱組織的鋼材，重新加熱淬火後，雖能使奧氏體晶粒細化，但有時仍出現粗大顆粒狀斷口。產生斷口遺傳的理論爭議較多，一般認為曾因加熱溫度過高而使MnS之類的雜物溶入奧氏體並富集於晶介面，而冷卻時這些夾雜物又會沿晶介面析出，受衝擊時易沿粗大奧氏體晶界斷裂。

3.粗大組織的遺傳：有粗大馬氏體、貝氏體、魏氏體組織的鋼件重新奧氏化時，以慢速加熱到常規的淬火溫度，甚至再低一些，其奧氏體晶粒仍然是粗大的，這種現象稱為組織遺傳性。要消除粗大組織的遺傳性，可採用中間退火或多次高溫回火處理。

二、過燒現象

加熱溫度過高，不僅引起奧氏體晶粒粗大，而且晶界區域性出現氧化或熔化，導致晶界弱

化，稱為過燒。鋼過燒後效能嚴重惡化，淬火時形成龜裂。過燒組織無法恢復，只能報廢。因此在工作中要避免過燒的發生。

三、脫碳和氧化

鋼在加熱時，表層的碳與介質（或氣氛）中的氧、氫、二氧化碳及水蒸氣等發生反應，降低了表層碳濃度稱為脫碳，脫碳鋼淬火後表面硬度、疲勞強度及耐磨性降低，而且表面形成殘餘拉應力易形成表面網狀裂紋。

加熱時，鋼表層的鐵及合金與元素與介質（或氣氛）中的氧、二氧化碳、水蒸氣等發生反應生成氧化物膜的現象稱為氧化。高溫（一般570度以上）工件氧化後尺寸精度和表面光亮度惡化，具有氧化膜的淬透性差的鋼件易出現淬火軟點。

為了防止氧化和減少脫碳的措施有：工件表面塗料，用不鏽鋼箔包裝密封加熱、採用鹽浴爐加熱、採用保護氣氛加熱（如淨化後的惰性氣體、控制爐內碳勢）、火焰燃燒爐（使爐氣呈還原性）

四、氫脆現象

高強度鋼在富氫氣氛中加熱時出現塑性和韌性降低的現象稱為氫脆。出現氫脆的工件通過除氫處理（如回火、時效等）也能消除氫脆，採用真空、低氫氣氛或惰性氣氛加熱可避免氫脆。