理论教育 金属材料基础知识解析

金属材料基础知识解析

时间:2023-10-03 理论教育 版权反馈
【摘要】:Q235A钢所对应的旧标准牌号是A3钢。Q235A的含意是:Q表示钢材的屈服点;235表示钢材屈服点的数值为235MPa;A表示质量等级代号。强度与Q235A钢相比提高47%,耐大气腐蚀提高20%~38%,低温冲击韧性也优越。Q235A钢和Q345钢属于典型的塑性材料。常用牌号为ZAlSi9Mg或ZAlSi5Cu1Mg,其合金代号分别为ZL104和ZL105,属于铝硅合金系列。在这个临界点的材料单位截面上所能承受的外力大小称为材料的弹性极限。脆性材料在脆断前几乎见不到弹性变形。

金属材料基础知识解析

1.钢材

钢是以铁和碳为主要成分的铁碳合金。按碳的质量分数的高低,碳钢分为低碳钢(碳的质量分数低于0.25%)、中碳钢(碳的质量分数高于0.25%~0.60%)和高碳钢(碳的质量分数高于0.60%~1.35%)。随着含碳量的增加,钢的硬度和强度增加,但是脆性加大,焊接性能变差。

钢中所含其他元素如Cr(铬)、Mn(锰)、Cu(铜)、Ni(镍)、Mo(钼)、Mg(镁)、Si(硅)、Al(铝)、S(硫)和P(磷)等,除S(硫)使钢材在高温下变脆,具有热脆性,P(磷)使钢材在低温下变脆,具有冷脆性,属于杂质之外,适量地掺入其他元素可获得不同性能的合金钢。因此在冶炼过程须严格控制硫、磷含量,普通碳素钢w(S)≤0.055%,w(P)≤0.045%;优质碳素钢w(S)≤0.045%,w(P)≤0.040%。

吊篮的钢结构件一般采用普通碳素结构钢Q235A或低合金钢Q345(原16Mn)制造。Q235A钢所对应的旧标准牌号是A3钢。Q235A的含意是:Q表示钢材的屈服点;235表示钢材屈服点的数值为235MPa;A表示质量等级代号。质量等级共分A、B、C、D四个级别,A级最低。Q235A钢强度较低、塑性一般、焊接性好、价格低廉,常用于一般用途的结构上。重要的焊接结构则采用B、C、D级钢。

Q345(原16Mn)钢的Q和345的含意与Q235相同。其综合力学性能、焊接性、韧性及冲压、切削性均好。强度与Q235A钢相比提高47%,耐大气腐蚀提高20%~38%,低温冲击韧性也优越。但与Q235A钢相比,缺口敏感性较大,焊接性略差,价格较高,通常应用在承受动载荷的重要结构或对自重要求较轻的结构上。

Q235A钢和Q345钢属于典型的塑性材料。

2.铝材及铸铝件

铝材与钢材相比较,最突出的优点是:自重轻(其相对密度为2.7,钢材的相对密度为7.85),表面耐蚀性强,外观漂亮。其不足之处是:价格比钢材高,硬度、刚度和强度比钢材低,焊接难度较大。合金铝板材和型材多用在要求较高的吊篮悬吊平台上。

铝合金因其质量轻、外观美、耐腐蚀以及加工成型工艺简单,普遍应用在吊篮提升机的外壳上。常用牌号为ZAlSi9Mg或ZAlSi5Cu1Mg,其合金代号分别为ZL104和ZL105,属于铝硅合金系列。其中字母Z表示铸造,Al表示铝,Si表示平均含硅量的百分比,Cu表示平均含铜量的百分比,Mg表示含镁量的百分比。铸铝件属于脆性材料。(www.daowen.com)

3.材料的力学性能

(1)强度 任何物体在外力(也称载荷)作用下均会产生变形,当外力大到使组成物体的材料承受不住的极限时,材料便发生断裂、压馈或永久变形,即被外力破坏。强度是材料抵抗(或承受)外力破坏的能力。钢材比木材抵抗外力破坏的能力大,即钢材比木材强度高。

由于外力作用,在材料的不同部位或不同方向,会引起材料发生不同形式的变形和破坏。根据外力的性质不同,材料抵抗破坏的能力即强度的形式也不同。一般分为抗拉强度抗压强度、抗剪强度、抗弯强度和抗扭强度五种基本形式。

(2)刚度 任何物体在外力作用下均会产生变形。刚度是材料抵抗变形的能力。在相同外力作用下,不同材料的物体变形程度是不相同的。在相同尺寸的钢板与木板的相同部位作用一个完全相等的力,则钢板的变形比木板变形小得多,即钢板比木板刚度大。

(3)弹性 材料在外力作用下发生变形,而在外力消失后,材料的变形也消失并且恢复原状的性能称为材料的弹性。当外力加大到一定程度时,在外力消失后,材料不能完全恢复原状。在这个临界点的材料单位截面上所能承受的外力大小称为材料的弹性极限。不同材料的弹性极限是不同的。对于塑性材料而言,强度高的材料,其弹性极限高。

(4)塑性 塑性是材料在外力作用下,其变形超过弹性极限,但仍可继续变形而不立即断裂的性质。钢材的塑性用其材料延伸率和断面收缩率来表示。

塑性好的材料称为塑性材料,如钢材、铝型材等。低碳钢的塑性比高碳钢好;低合金钢的塑性比高合金钢的塑性好。塑性好的材料不易脆断,而且焊接性能也好。

塑性差的材料称为非塑性材料(或脆性材料),如铸铁、铸铝等。脆性材料在脆断前几乎见不到弹性变形。脆性材料的抗冲击性能差,焊接性能差。但其铸造工艺性能好,吸振、耐磨不易变形,所以被广泛应用于机器底座、机身和壳体类零件。

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