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化工设计课件-2金属的力学性能目录CONTENTS•金属的力学性能概述•金属的强度与硬度•金属的韧性•金属的疲劳性能•金属的腐蚀与防护01金属的力学性能概述定义与分类定义金属的力学性能是指金属材料在受到外力作用时所表现出来的性能分类主要包括弹性、塑性、韧性、强度、硬度等金属的力学性能的重要性保障设备安全关系产品质量金属材料的力学性能直接关系到设备金属材料的力学性能是保证产品质量的使用寿命和安全性,对于化工设备的重要因素,如强度、硬度等指标对而言尤为重要产品的性能和使用寿命有直接影响影响工艺性能金属的力学性能对材料的加工工艺性能也有很大影响,如冲压、焊接、切削等金属的力学性能的测试方法拉伸试验弯曲试验冲击试验硬度试验通过拉伸试验可以测定弯曲试验可以测定金属冲击试验可以测定金属硬度试验可以测定金属金属的弹性模量、屈服的弯曲强度和韧性等指材料的冲击韧性和脆性材料的硬度等级和抗磨强度、抗拉强度等指标标转变温度等损性能等02金属的强度与硬度强度强度概述影响因素金属的强度是指金属材料在受金属的强度受到多种因素的影到外力作用时抵抗变形和断裂响,如材料的纯度、晶粒大小、的能力热处理工艺等强度指标应用场景常用的金属强度指标包括屈服金属的强度决定了其在使用过强度、抗拉强度和抗压强度等程中的安全性和可靠性,对于机械、建筑、航空航天等领域至关重要硬度硬度概述硬度指标金属的硬度是指金属材料表面抵抗被常用的金属硬度指标包括布氏硬度、压入或刻划的能力,是衡量金属材料洛氏硬度和维氏硬度等软硬程度的重要指标影响因素应用场景金属的硬度受到金属内部的晶格结构、金属的硬度在材料加工、表面处理和原子间相互作用力以及合金元素的影质量控制等方面具有重要应用价值响金属的强度与硬度的关系原因分析金属的强度和硬度都与其内部原子强度与硬度的关系间的相互作用力有关,原子间相互作用力越大,金属的强度和硬度就金属的强度和硬度在一定程度上越高存在相关性,一般来说,强度高的金属材料其硬度也较高应用指导在工程应用中,需要根据具体需求选择具有适当强度和硬度的金属材料,以达到最佳的性能和安全效果03金属的韧性韧性定义01韧性是指金属材料在受到外力冲击时抵抗断裂的能力它是衡量金属材料机械性能的重要指标之一02韧性好的金属材料在受到冲击时不易断裂,能够吸收更多的能量,表现出良好的抗冲击性能影响金属韧性的因素温度应变速率材料的内部结构金属材料的韧性随温度的降低而应变速率越高,金属材料的韧性金属材料的内部结构对其韧性也降低在低温环境下,金属材料越差在高应变速率下,金属材有很大的影响晶粒的大小、相的韧性会明显下降,容易发生脆料容易发生脆性断裂的组成、材料的微观缺陷等都会性断裂影响金属的韧性提高金属韧性的方法合金化通过添加合金元素,改变金属材料的内部结构,提高其韧性例如,在钢中加入镍、铬等元素可以提高其韧性热处理通过控制热处理工艺,调整金属材料的内部结构,提高其韧性例如,对钢材进行淬火和回火处理可以提高其韧性形变强化通过塑性变形提高金属材料的韧性通过对金属材料进行轧制、拉拔等处理,使其内部晶粒细化,从而提高其韧性04金属的疲劳性能疲劳定义010203疲劳疲劳断裂疲劳极限金属在循环应力或应变作疲劳断裂是金属在交变应在一定条件下,金属在无用下,经过长时间或反复力或应变下发生的断裂,限多次交变应力或应变循加载后,发生断裂的现象通常在应力或应变较小的环下不发生疲劳断裂的最情况下发生大应力或应变幅值疲劳的分类高周疲劳低周疲劳热疲劳高周疲劳是指金属在较高低周疲劳是指金属在较低热疲劳是由于温度变化引应力或应变幅值下发生的应力或应变幅值下发生的起的热应力或热应变循环,疲劳断裂,交变应力或应疲劳断裂,交变应力或应导致金属发生疲劳断裂的变循环次数通常较高变循环次数通常较低现象影响金属疲劳性能的因素金属材料应力集中不同金属材料的疲劳性能存在差异,材料金属构件上的缺口、孔洞、台阶等应力集的成分、组织结构、热处理状态等都会影中区域容易引发应力集中,导致疲劳裂纹响其疲劳性能的萌生和扩展温度环境因素温度对金属的疲劳性能有较大影响,高温腐蚀、氧化、湿度等环境因素会在金属表下金属的蠕变和松弛现象会加剧,降低其面形成损伤,降低其疲劳性能疲劳极限提高金属疲劳性能的方法改善材料成分和组织结构通过合理的合金设计和热处理工艺,改善金属材料的成分和组织结构,提高其疲劳性能降低应力集中对金属构件进行合理的结构设计和加工工艺优化,降低应力集中程度,提高其疲劳性能表面强化处理对金属表面进行喷丸、碾压、渗碳淬火等强化处理,提高其表面硬度和抗疲劳性能环境防护采取有效的环境防护措施,如涂装、密封、防锈等,防止环境因素对金属表面的损伤,提高其疲劳性能05金属的腐蚀与防护腐蚀定义腐蚀定义金属材料与环境介质发生化学或电化学反应而遭受破坏的现象腐蚀的本质金属原子被氧化,生成金属氧化物腐蚀的危害导致设备失效、能源浪费、环境污染和安全事故等腐蚀的类型化学腐蚀电化学腐蚀金属与环境介质直接发生化学反应,生成金属与电解质溶液发生电化学反应,导致氧化物例如,铁在干燥的空气中的氧化金属的损失例如,钢铁在潮湿的空气中的腐蚀疲劳腐蚀应力腐蚀金属在交变应力和腐蚀介质共同作用下发金属在特定的腐蚀介质和应力作用下发生生的腐蚀例如,航空发动机叶片在含硫的脆性断裂例如,高强度钢在含氯离子燃料的燃烧产物中发生的疲劳腐蚀的水中发生的应力腐蚀开裂腐蚀的防护方法01020304表面涂层电化学保护缓蚀剂控制环境因素通过涂覆防腐涂料、金属镀层通过外加电流或牺牲阳极的方在腐蚀介质中添加少量缓蚀剂,通过控制环境湿度、温度、等,将金属与环境介质隔离,法,改变金属表面的电位,从能够显著降低金属的腐蚀速率pH值等,降低金属的腐蚀速防止腐蚀而抑制腐蚀率。