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工程師聯(lián)盟科普系列| 工程師必須知道的10種材料特性

 昵稱2472300 2016-10-12

對于工科學生來說,可能并不是很清楚材料特性的意義。工程,我們考慮的材料特性可以用來描述材料的

例如,當我們尋找桿的時候,有很多特性可以幫我們,準確的決定使用哪種類型的剛,以及如何使用。其中一個就是硬度。如果太硬,不便于加工并且需要退火處理;如果太軟,在使用之前,必須回火處理。這個角度來說,硬度參數(shù)能更好的幫我們做出選擇。

以下10非常重要的材料性能參數(shù)。如果你熟悉這些參數(shù)意義知道如何使用,在你設計過程中更好幫助您材料做出選擇。


1 硬度

硬度,物理學專業(yè)術(shù)語,材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力稱為硬度。固體對外界物體入侵的局部抵抗能力,是比較各種材料軟硬的指標。由于規(guī)定了不同的測試方法,所以有不同的硬度標準。各種硬度標準的力學含義不同,相互不能直接換算,但可通過試驗加以對比。


 

硬度分為:①劃痕硬度。主要用于比較不同礦物的軟硬程度,方法是選一根一端硬一端軟的棒,將被測材料沿棒劃過,根據(jù)出現(xiàn)劃痕的位置確定被測材料的軟硬。定性地說,硬物體劃出的劃痕長,軟物體劃出的劃痕短。②壓入硬度。主要用于金屬材料,方法是用一定的載荷將規(guī)定的壓頭壓入被測材料,以材料表面局部塑性變形的大小比較被測材料的軟硬。由于壓頭、載荷以及載荷持續(xù)時間的不同,壓入硬度有多種,主要是布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度顯微硬度等幾種。③回跳硬度。主要用于金屬材料,方法是使一特制的小錘從一定高度自由下落沖擊被測材料的試樣,并以試樣在沖擊過程中儲存(繼而釋放)應變能的多少(通過小錘的回跳高度測定)確定材料的硬度。

某些材料硬度可能比另一些高,但是可以通過熱處理等其他方式,改變材料硬度性能。

設計工程師來說,硬度非常重要。比如,工程師必須指出最小硬度,錘子。


2 剛度

剛度是指材料或結(jié)構(gòu)在受力時抵抗彈性變形的能力。是材料或結(jié)構(gòu)彈性變形難易程度的表征。材料的剛度通常用彈性模量E來衡量。剛度與物體的材料性質(zhì)、幾何形狀、邊界支持情況以及外力作用形式有關(guān)。材料的彈性模量和剪切模量(見材料的力學性能)越大,則剛度越大。


 

比如對橋梁,在大載荷作用下,必須保持形狀不變。設計師,在設計的時候,必須指定彈性模量,確保不會變形。


3 熱膨脹系數(shù)

物體因溫度改變而發(fā)生的膨脹現(xiàn)象叫熱膨脹。膨脹的程度用膨脹系數(shù)示。


 

在高溫應用中,比如發(fā)動機,這是非常重要的,所有零件必須設計以適應高溫環(huán)境。


4 導熱系數(shù)

導熱系數(shù)指出了材料導熱性能。是指在穩(wěn)定傳熱條件下,1m厚的材料,兩側(cè)表面的溫差為1度(K,℃),在1秒鐘內(nèi)(1S),通過1平方米面積傳遞的熱量,單位為瓦/米·度 (W/(m·K)


 

設計散熱器時,這是非常重要的參數(shù)。導性的材料更適合散熱器


5 剪切強度

剪切強度是指材料承受剪切力的能力。以平方毫米為單位,在這個面積里所受到的單位壓力稱為剪切強度。千牛頓除單位面積

比如,如果板材液壓成型,就必須選擇剪切強度高的材料。


6 抗拉強度

如果零件承受很大的張力,那么必須選擇抗拉強度大的材料。


 

很多零件在外力作用下,沒有變形就已經(jīng)斷裂,有些可以承受很大的塑形變形。

抗拉強度在所有的應用中都是非常重要的一個參數(shù),比如旋轉(zhuǎn)渦輪部件。


7 抗壓強度

抗壓強度(compressive strength),指外力施壓力時的強度極限。

在設計復合材料構(gòu)件時,抗壓強度是一個非常重要的參數(shù)。例如,太纖維有很高的抗拉強度,但是受壓很容易彎曲?;谶@個原因,選擇受壓材料時,必須非常仔細。


8 屈服強度

受應力作用,多數(shù)材料會用彈性變形,這意味著當應力消除后,會回到初始形狀。然而,當達到某一個點時,將開始塑形變形,意味著不會恢復到初始形狀。這個點承受的應力值,就材料的屈服強度。


 

屈服強度可以通過熱處理、合鑄等方式改變。


9 表面粗糙度

很多加工工藝對于零件表面有獨特的效果。例如沙鑄工藝造成零件有砂紙一樣的表面。為了控制這種狀況,表面粗糙度用在草圖中。


 

指定表面粗糙度范圍有助于控制磨損、表面破裂等。一般使用表面光度儀測量粗糙度。


10 熔點

當設計高溫應用時,考慮熔點是非常重要的。




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