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金属材料机械性能基础知识

时间：2023-09-16 08:49:51 其他范文收藏本文下载本文

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金属材料机械性能基础知识

篇1：金属材料机械性能基础知识

1．1 金属材料机械性能基础术语：

1）屈服点（σs）：

钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，此时应力不增加或开始有所下降，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点，

设Ps为屈服点s处的外力，Fo为试样断面积，则屈服点σs =Ps/Fo(MPa)，MPa称为兆帕等于N（牛顿）/mm2，（MPa=106Pa，Pa：帕斯卡=N/m2）

2）屈服强度（σ0.2）

有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2 。

3）抗拉强度（σb）

材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。它表示钢材抵抗断裂的能力大小。与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。

设Pb为材料被拉断前达到的最大拉力，Fo为试样截面面积，则抗拉强度σb= Pb/Fo （MPa）。

4）抗压强度（σlc）

材料试样受压力时，在压坏前所承受的最大应力。

5）抗弯强度（σcb）

材料试样受弯曲力时，在破坏前所承受的最大应力。

4）伸长率（δs）

材料在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。

5）屈强比（σs/σb）

钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比越大，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为0.65-0.75，合金结构钢为0.84-0.86。

6）硬度

硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。

①布氏硬度（HB）

以一定的载荷（一般3000kg）把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值（HB），单位为公斤力/mm2 （N/mm2），

②洛氏硬度（HR）

当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示：

HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。

HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。

HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。

③维氏硬度（HV）

以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值（HV）

1．2 力学性能与可成形性及使用性能的关系

要使钢板获得所需的形状，必须使其永久变形，所采取的工艺可以是局部或整体弯曲、深冲、张拉或这些成型方法的组合。

（1）薄钢板的屈服强度表示出成形后的可成形性和强度，对普通碳素钢板的成形，屈服点值过高，常常有可能发生过大的回弹、成形时容易破断，磨具磨损快以及由于塑性不良而出现缺陷。然而材料的屈服点小于140Mpa时，又可能经受不住成形过程中施加的应力，对用于较复杂或复杂成形加工或冲压加工的钢板，通常要求具有比较低的屈服强度值，而且屈服比值愈小，由钢板的成形性能愈好。

（2）中厚板的冷态可成形性与材料的屈服强度和伸长率有直接关系。屈服强度值愈低，产生永久变形所需的应力愈小；伸长率值愈高，高的延展性可以允许承受大的变形量而不致断裂。

（3）对用于建筑结构、桥梁及机械结构件的钢板，为防止构件断裂，要求钢板材料具有特点的抗拉强度，而为防止构件变形，又要求钢板材料具有一定的屈服强度，因此对这类用途的钢材都要求规定抗拉强度、屈服强度的最小值或范围值。

（4）对用于承受冲击负荷变形，例如船舶、桥梁、石油、天然气管线用钢板，为防止其使用中发生脆性断裂，又要求其具有一定足够高的冲击韧性-冲击功值。

篇2：机械性能报告

客户图号Drawing No.批次Batch No.样品状态Sample Status实验室环境Lab Environment

样品名称Sample Name热处理炉号Heat No.送样日期Sample Receive

检测日期Sample Complete

Page: Mechanical Property Test Report

委托编号Report No：项目名称Project规格型号Part No.送样单位Request Dept.样品数量Sample Qty.

12.7X2.1X540

客户名称Customer材质Material供应商Supplier

经手人Requestor

/SGCC

/26 毛坯

焊管/10.8.210.8.2

检测项目及结论 Test Item & Test Conclusion

序号No.123123123

断后伸长率

抗拉强度

Mpa

≥315

屈服强度

Mpa

≥195

检测项目Test Items

单位Unit 第一文库网标准（要求）范围

Spec.

检测结果Test Results

39039539539539539517.4

结果判定Results Judge

OKOKOKOKOKOKOKOKOK

说明（Remark）：

1、报告只对来样负责，有异议请在十个工作日内提出。

Report is only responsible of the sample tested. Any dissent please forward within 10days.

2、无主检、审核签字无效，部分复印无效。

Report only valid with signature. No partial copying allowed.

检测标准Test Standard检测设备Test Equipment备注Remark

GB/T 228-万能材料试验机

≥1516.816.6

综合结论（Conclusion）：合格OK

主检（Inspector）审核（Check）

表单编号Form No.：LFW0553 版本 Version：B

篇3：轴的常用材料与机械性能

轴的材料种类很多，选用时主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性等要求，以及为实现这些要求而采用的热处理方式，同时考虑制造工艺问题加以选用，力求经济合理，

轴的常用材料是优质碳素钢35、45、50，最常用的是45和40Cr钢。对于受载较小或不太重要的钢，也常用Q235或Q275等普通碳素钢。对于受力较大，轴的尺寸和重量受到限制，以及有某些特殊要求的轴，可采用合金钢，常用的有40Cr、40MnB、40CrNi等。

球墨铸铁和一些高强度铸铁，由于铸造性能好，容易铸成复杂形状，且减振性能好，应力集中敏感性低，支点位移的影响小，故常用于制造外形复杂的轴。

特别是我国研制成功的稀土-镁球墨铸铁，冲击韧性好，同时具有减摩、吸振和对应力集中敏感性小等优点，已用于制造汽车、拖拉机、机床上的重要轴类零件，如曲轴等。

根据工作条件要求，轴都要整体热处理，一般是调质，对不重要的轴采用正火处理。对要求高或要求耐磨的轴或轴段要进行表面处理，以及表面强化处理(如喷丸、辐压等)和化学处理(如渗碳、渗氮、氮化等)，以提高其强度（尤其疲劳强度）和耐磨、耐腐蚀等性能。

在一般工作温度下，合金钢的弹性模量与碳素钢相近，所以只为了提高轴的刚度而选用合金钢是不合适的。

轴一般由轧制圆钢或锻件经切削加工制造。轴的直径较小时，可用圆钢棒制造；对于重要的，大直径或阶梯直径变化较大的轴，多采用锻件。为节约金属和提高工艺性，直径大的轴还可以制成空心的，并且带有焊接的或者锻造的凸缘。

对于形状复杂的轴（如凸轮轴、曲轴）可采用铸造。

材料牌号

热处理毛坯直径(mm)硬度HB抗拉

强度

σb≥

屈服

强度

σs≥

弯曲疲

劳极限σ-1≥

扭转疲

劳极限

τ-1≥

许用弯曲应力备注[σ+1][σ0][σ-1]Q235-A---4402401801051257040用于不重要或载荷不大的轴20正火25≤1564202501801001257040用于载荷不大，要求韧性较高的场合。正火

回火

≤100

>100～300

>300～500

>500～700

103～156400

380

370

360

220

200

190

180

165

155

150

145

125704035正火25≤875403202301301657545用于有一定强度要求和加工塑性要求的轴。正火

回火

≤100

>100～300

>300～500

>500～750

>750～1000

149～187

143～187

137～187

520

500

480

460

440

270

260

240

230

220

210

205

190

185

175

120

115

110

105

100

1657545调质≤100

>100～300

156～207560

540

300

280

230

220

130

125

175855045正火25≤2416103602601501959555应用最广泛。正火

回火

≤100

>100～300

>300～500

>500～750

170～217

162～217

156～217

600

580

560

540

300

290

280

270

240

235

225

215

140

135

130

125

1959555调质≤200217～2556503602701552151006040Cr调质25100080048528024512070用于载荷较大，而无很大冲击的重要轴。≤100

>100～300

>300～500

>500～800

241～286

229～269

217～255

750

700

650

600

550

500

450

350

320

295

255

200

185

170

145

2451207035SiMn

42SiMn

调质2590075044525524512070性能接近40Cr，用于中小型轴。≤100

>100～300

>300～400

>400～500

229～286

217～269

217～255

196～255

800

750

700

650

520

450

400

380

355

320

295

275

205

185

170

160

2451207040MnB调质25100080048528024512070性能同40Cr，用于重要的轴。≤200241～2867505003351952451207040CrNi调质25100080048528028513075用于很重要的轴35CrMo调质2510085050028524512070性能接近40CrNi，用于重载荷的轴。≤100

>100～300

>300～500

>500～800

207～269750

700

650

600

550

500

450

400

350

320

295

270

200

185

170

155

2451207038SiMnMo调质≤100

>100～300

>300～500

>500～800

229～286

217～269

196～241

187～241

750

700

650

600

550

500

400

360

335

310

270

210

195

175

155

27512070性能接近于35CrMo。37SiMn2MoV调质25100085049528527512070用于高强度、大尺寸和重载荷的轴。≤200

>200～400

>400～600

269～302

241～286

241～269

880

830

780

700

650

600

425

395

370

245

230

215

2751207038CrMoAlA调质30229100085049528527512575用于要求耐磨、高强且热处理变形很小的(氮化)轴20Cr渗碳淬火

回火

≤60

表面HRC

56～62

850

650

550

400

375

280

215

160

21510060用于要求强度、韧性均较高的轴(如齿轮轴、蜗杆)20CrMnTi渗碳淬火

回火

15表面HRC

56～62

11008505253003651651001Cr13调质≤60187～21760042027515527513075用于腐蚀条件下工作的轴。2Cr13调质≤100197～248660450295170275130751Cr18Ni9Ti淬火≤60

>60～180

>100～200

≤192550

540

500

220

200

205

195

185

120

115

105

1657545用于在高、低温及强腐蚀条件下工作的轴。QT400-15--156～197400300145125100用于结构、形状复杂的轴QT450-10--170～207450330160140110QT500-7--187～255500380180155125QT600-3--197～269600420215185150注：1. 表中所列疲劳极限数据，均按下式计算σ-1≈0.27(σb+σs)，τ-1≈0.156(σb+σs)。

2. 其他性能，一般可取τs≈(0.55～0.62)σs，σ0≈1.4σ-1，τ0≈1.5τ-1。

3. 球墨铸铁σ-1≈0.36σb，τ-1≈0.31σb。

4. 许用静应力[σ+1]=σb/[S]b，许用疲劳应力[σ-1]≈σ-1/[S]-1。

5. 选用[σ-1]时，重要零件取小值，一般零件取大值。

轴的材料种类很多，选用时主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性等要求，以及为实现这些要求而采用的热处理方式，同时考虑制造工艺问题加以选用，力求经济合理。

在一般工作温度下，合金钢的弹性模量与碳素钢相近，所以只为了提高轴的刚度而选用合金钢是不合适的。

对于形状复杂的轴（如凸轮轴、曲轴）可采用铸造。

材料牌号

热处理毛坯直径(mm)硬度HB抗拉

强度

σb≥

屈服

强度

σs≥

弯曲疲

劳极限σ-1≥

扭转疲

劳极限

τ-1≥

许用弯曲应力备注[σ+1][σ0][σ-1]Q235-A---4402401801051257040用于不重要或载荷不大的轴20正火25≤1564202501801001257040用于载荷不大，要求韧性较高的场合。正火

回火

≤100

>100～300

>300～500

>500～700

103～156400

380

370

360

220

200

190

180

165

155

150

145

125704035正火25≤875403202301301657545用于有一定强度要求和加工塑性要求的轴。正火

回火

≤100

>100～300

>300～500

>500～750

>750～1000

149～187

143～187

137～187

520

500

480

460

440

270

260

240

230

220

210

205

190

185

175

120

115

110

105

100

1657545调质≤100

>100～300

156～207560

540

300

280

230

220

130

125

175855045正火25≤2416103602601501959555应用最广泛。正火

回火

≤100

>100～300

>300～500

>500～750

170～217

162～217

156～217

600

580

560

540

300

290

280

270

240

235

225

215

140

135

130

125

1959555调质≤200217～2556503602701552151006040Cr调质25100080048528024512070用于载荷较大，而无很大冲击的重要轴。≤100

>100～300

>300～500

>500～800

241～286

229～269

217～255

750

700

650

600

550

500

450

350

320

295

255

200

185

170

145

2451207035SiMn

42SiMn

调质2590075044525524512070性能接近40Cr，用于中小型轴，≤100

>100～300

>300～400

>400～500

229～286

217～269

217～255

196～255

800

750

700

650

520

450

400

380

355

320

295

275

205

185

170

160

>100～300

>300～500

>500～800

207～269750

700

650

600

550

500

450

400

350

320

295

270

200

185

170

155

2451207038SiMnMo调质≤100

>100～300

>300～500

>500～800

229～286

217～269

196～241

187～241

750

700

650

600

550

500

400

360

335

310

270

210

195

175

155

27512070性能接近于35CrMo。37SiMn2MoV调质25100085049528527512070用于高强度、大尺寸和重载荷的轴。≤200

>200～400

>400～600

269～302

241～286

241～269

880

830

780

700

650

600

425

395

370

245

230

215

2751207038CrMoAlA调质30229100085049528527512575用于要求耐磨、高强且热处理变形很小的(氮化)轴20Cr渗碳淬火

回火

≤60

表面HRC

56～62

850

650

550

400

375

280

215

160

21510060用于要求强度、韧性均较高的轴(如齿轮轴、蜗杆)20CrMnTi渗碳淬火

回火

15表面HRC

56～62

11008505253003651651001Cr13调质≤60187～21760042027515527513075用于腐蚀条件下工作的轴。2Cr13调质≤100197～248660450295170275130751Cr18Ni9Ti淬火≤60

>60～180

>100～200

≤192550

540

500

220

200

205

195

185

120

115

105

2. 其他性能，一般可取τs≈(0.55～0.62)σs，σ0≈1.4σ-1，τ0≈1.5τ-1。

3. 球墨铸铁σ-1≈0.36σb，τ-1≈0.31σb。

4. 许用静应力[σ+1]=σb/[S]b，许用疲劳应力[σ-1]≈σ-1/[S]-1。

5. 选用[σ-1]时，重要零件取小值，一般零件取大值。

各种发动机曲轴材料及热处理

用途

材料预备热处理最终热处理工艺硬度（HB）工艺层深（mm）硬度（HB）轿车、轻型车拖拉机45

50Mn

QT600-3

正火

调质

正火

170～228

217～277

229～302

感应淬火

氮碳共渗：570℃，180min油冷

氮碳共渗：560℃，180min油冷

2～4.5

＞0.5

≥0.1

55～63

≥500HV0.1

＞650HV

载重车及拖拉机QT600-3

正火

调质

220～260

163～196

207～241

感应淬火，自回火

2.9～3.5

3～4.5

≥3

46～58

55～63

≥55

重型载重车45

QT900-2

35CrMo

正火

正火+回火

调质

280～321

216～269

氮碳共渗

感应淬火

0.9～1.2

3～5

≥300HV10

53～58

大马力柴油机QT600-3

35CrNi3Mo

35CrMo

QT600-3

正火+回火

调质+稳定化处理

调质

正火+回火

240～300

渗氮，490℃，60h

离子渗氮，515℃，40h

渗氮，510℃，120h

≥0.3

≥0.5

≥0.7

≥600HV

≥550HV

≥600HV

各种凸轮轴材料及热处理工艺

用途

材料预备热处理最终热处理工艺硬度（HB）工艺层深（mm）硬度（HB）小拖拉机

轿车

吉普

QT600-3

合金铸铁

正火

去应力退火

调质

229～302

241～302

187～229

贝氏体等温淬火

贝氏体等温淬火氮碳共渗

感应淬火

0.1～0.15

3.0～6.0

43～50

＞700HV

颈55～63

齿45～58

载重车

拖拉机

QT600-3

正火

去应力退火

163～197

230～280

感应淬火

贝氏体等温淬火

2.5～5.5颈55～63

齿45～58

≥45

重型车20

QT600-3

去应力退火

正火

≥170渗碳、淬火回火

贝氏体等温淬火

感应淬火、回火

1.3～1.7

1.5～2.0

58～62

43～51

59～63

大马力

柴油机

船20CrMnTi正火--渗碳、淬火、回火1.7～2.256～61机车50Mn退火

去应力退火

241～285感应淬火凸轮

轴颈

2～5

1.5～4

58～62

55～62

45正火-感应淬火、回火1.3～2.550～55机床主轴材料和热处理

工作条件

材料热处理硬度原因使用实例1)与滚动轴承配合

2)轻载荷或中等载荷，转速低

3)精度要求不高

4)稍有冲击载荷，交变载荷可以忽略不计

45调质处理220～250HB1)调质后，保证主轴具有一定强度

2)精度要求不高

一般机床主轴1)与滚动轴承配合

2)轻载荷或中等载荷，转速略高

3)装配精度要求不太高

4)冲击和交变载荷可以忽略不计

45调质后局部整体淬硬42～47HRC1)有足够的强度

2)轴颈及配件装拆处得到需要的硬度

3)简化热处理操作

4)不承受较大冲击载荷

龙门铣床，立式铣床

小型立式车床等的主轴

1)与滚动轴承配合

2)轻载荷或中等载荷，转速低[PV≤150N·m/(cm2·s)]

3)精度要求不很高

4)冲击,交变载荷不大

45正火170～217HB1)正火或调质后保证主轴具有一定的强度和韧性

2)轴颈处有滑动摩擦，需要有较高的硬度

C650、C660、C8480等大重型车床主轴调质220～250HB轴颈部分表面淬硬48～53HRC1)与滚动轴承配合

2)承受中等，转速较高

3)精度要求较高

4)交变,冲击载荷较小

40Cr(42MnVB)淬硬

调质后局部淬硬

42～47HRC

或

52～57HRC

1)为保证有足够的强度，选用40Cr调质

2)轴颈和配件装拆处得到需要的硬度

3)若无冲击力，硬度要求取高值

齿轮铣床，组合车床等的主轴1)与滚动轴承配合

2)承受中等，转速较高

3)精度要求较高

4)交变,冲击载荷较小

5)工作中受冲击载荷

40Cr(42MnVB)调质220～250HB1)调质后主轴有较高的强度和韧性

2)轴颈处得到需要的硬度

铣床，龙门铣床，车床等的主轴轴颈部分表面淬硬48～53HRC1)与滑动轴承配合

2)承受中等载荷，转速较高[PV＜400N·m/(cm2·s)]

3)承受较高的交变和冲击载荷

4)精度要求较高

40Cr(42MnVB)调质处理220～250HB

或

250～280HB

1)调质后主轴有较高的强度和韧性

2)为获得良好的耐磨性选择表面淬硬

3)配件装拆部分有一定硬度

车床主轴或磨床砂轮主轴(φ80mm以下)轴颈部分表面淬火52～57HRC装拆配件处表面淬硬48～53HRC1)与滑动轴承配合

2)承受中等载荷，转速较[PV＜400N·m/(cm2·s)]提高

3)承受较高的交变和冲击载荷

4)精度要求更高

40Cr(42CrMn)调质处理表面硬度

56～61HRC

1)调质后主轴有较高的强度和韧性

2)为获得良好的耐磨性选择表面淬硬

3)配件装拆部分有一定硬度

磨床砂轮主轴轴颈部分表面淬火装拆配件处表面淬硬1)与滑动轴承配合

2)承受中等载荷或重载荷[PV＜400N·m/(cm2·s)]

3)要求轴颈有更高的耐磨性

4)精度要求较高

5)承受较高的交变，但冲击载荷较小

65Mn调质250～280HB1)调质后有较高的强度

2)表面淬硬后提高耐疲劳性能

3)获得较高的硬度，提高耐磨性

4)表面马氏体易粗大，冲击值低

磨床砂轮主轴轴颈部分表面淬硬≥59HRC装拆配件处表面淬硬50～55HRC1)与滑动轴承配合

2)承受中等载荷或重载荷[PV＜400N·m/(cm2·s)]

3)要求轴颈有更高的耐磨性

4)精度要求较高

5)承受较高的交变，但冲击载荷较小

6)表面硬度和显微组织要求更高

GCr15

9Mn2V

调质250～280HB

≥59HRC

1)获得高的表面硬度和良好的耐磨性能

2)超精磨性好，粗糙度易降低

较高精度的磨床主轴轴颈部分表面淬硬装拆配件处表面淬硬1)与滑动轴承配合

2)受重载荷，转速很高

3)精度要求极高，轴隙≤0.003mm

4)受很高的疲劳应力和冲击载荷

38CrMoAlA正火或调质250～280HB1)有很高的心部强度

2)达到很高的表面硬度，不易磨损保持精度稳定

3)优良的耐疲劳性能

4)畸变量小

高精度磨床主轴，镗床主轴、坐标镗床等的主轴渗氮≥900HV1)与滚动或滑动轴承配合，转速较低

2)受轻载荷或中等载荷

50Mn2正火192～241HB对于大直径主轴，当热处理设备或技术有困难时，可用此材料重型机床主轴1)与滑动轴承配合

2)受中等载荷心部强度不高，但转速很高

3)精度要求不太高

4)不大的冲击压力和较高的疲劳应力

20Cr

20MnVB

20Mn2B

渗碳后淬硬表面硬度

56～63HRC

1)心部强度不高，受力易扭曲畸变

2)表面硬度高，适用于高速低载荷主轴

高精度精密车床，内圆磨床等的主轴1)与滑动轴承配合

2)重载荷，高速运转

3)高的冲击力

4)很高的交变载荷

20CrMnTi

12CrNi3

渗碳后淬硬表面硬度

56～63HRC

1)很高的表面硬度冲击韧性和心部强度

2)热处理畸变比20Cr小

转塔车床、齿轮磨床、精密丝杆车床、重型齿轮铣床等的主轴半轴常用材料及技术要求

产品

钢号预处理整体调质感应淬火渗碳淬火杆部(HRC)法兰(HRC)层深(mm)硬度(HRC)层深(mm)硬度(HRC)轿车和

吉普

40Cr正火28～3228～324～650～55--40MnB正火41～47-----20CrMnTi正火----1.5～1.858～6342CrMo正火37～4122～321～250～55--载重车40Cr正火--3～649～62--12Cr2Ni4A正火----1.2～1.658～6340MnB正火187～241HB--4～752～58----40MnB调质229～269HB--4～752～63重型车40CrMnMo退火≤255HB37～44------40Cr正火--7～1050～5540CrNi退火--8～1053～60