鋼材性能
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-09-13
鋼材性能的實例教程
主題
在工作中經(jīng)常會遇到鋼材性能與材質(zhì)問題，今天小編就給大家獻上一些工廠常用鋼材型號和性能，絕對實用。
45——優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，是最常用中碳調(diào)質(zhì)鋼。
主要特征: 最常用中碳調(diào)質(zhì)鋼，綜合力學(xué)性能良好，淬透性低，水淬時易生裂紋。小型件宜采用調(diào)質(zhì)處理，大型件宜采用正火處理。應(yīng)用舉例: 主要用于制造強度高的運動件，如透平機葉輪、壓縮機活塞。軸、齒輪、齒條、蝸桿等。焊接件注意焊前預(yù)熱，焊后消除應(yīng)力退火。
Q235A（A3鋼）——最常用的碳素結(jié)構(gòu)鋼。
主要特征: 具有高的塑性、韌性和焊接性能、冷沖壓性能，以及一定的強度、好的冷彎性能。應(yīng)用舉例: 廣泛用于一般要求的零件和焊接結(jié)構(gòu)。如受力不大的拉桿、連桿、銷、軸、螺釘、螺母、套圈、支架、機座、建筑結(jié)構(gòu)、橋梁等。
40Cr——使用最廣泛的鋼種之一，屬合金結(jié)構(gòu)鋼?！ ?主要特征: 經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，具有良好的綜合力學(xué)性能、低溫沖擊韌度及低的缺口敏感性，淬透性良好，油冷時可得到較高的疲勞強度，水冷時復(fù)雜形狀的零件易產(chǎn)生裂紋，冷彎 塑性中等，回火或調(diào)質(zhì)后切削加工性好，但焊接性不好，易產(chǎn)生裂紋，焊前應(yīng)預(yù)熱到100～150℃，一般在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，還可以進行碳氮共滲和高頻表面淬 火處理。金屬加工微信內(nèi)容不錯，值得關(guān)注。
展開 更重要的是兩種鋼材按屈服強度的不同而進行的厚度分組尺寸存在較大差異，而這必將引起某些厚度的材料的許用應(yīng)力的變化。因此，簡單地將16Mn鋼的許用應(yīng)力套用在Q345鋼上是不合適的，而應(yīng)根據(jù)新的鋼材厚度分組尺寸重新確定許用應(yīng)力。
Q345鋼的主要組成元素比例與16Mn鋼基本相同，區(qū)別是增加了V、Ti、Nb微量合金元素。少量的V、Ti、Nb合金元素能細化晶粒，大大提高了鋼的韌性，鋼的綜合機械性能得到較大提高。
也正因為如此，鋼板的厚度才可以做得更大一些。因此，Q345鋼的綜合機械性能應(yīng)當(dāng)優(yōu)于16Mn鋼，特別是它的低溫性能更是16Mn鋼所不具備的。Q345鋼的許用應(yīng)力略高于16Mn鋼。
性能對比
Q345D無縫管力學(xué)性能：
抗拉強度：490-675；屈服強度：≥345；伸長率：≥22。
Q345B無縫管力學(xué)性能：
抗拉強度：490-675 ；屈服強度：≥345；伸長率：≥21。
Q345A無縫管力學(xué)性能：
抗拉強度：490-675；屈服強度：≥345 ；伸長率：≥21。
Q345C無縫管力學(xué)性能：
抗拉強度：490-675；屈服強度：≥345；伸長率：≥22。
展開 更重要的是兩種鋼材按屈服強度的不同而進行的厚度分組尺寸存在較大差異，而這必將引起某些厚度的材料的許用應(yīng)力的變化。因此，簡單地將16Mn鋼的許用應(yīng)力套用在Q345鋼上是不合適的,而應(yīng)根據(jù)新的鋼材厚度分組尺寸重新確定許用應(yīng)力。
Q345鋼的主要組成元素比例與16Mn鋼基本相同，區(qū)別是增加了V、Ti、Nb微量合金元素。少量的V、Ti、Nb合金元素能細化晶粒，大大提高了鋼的韌性，鋼的綜合機械性能得到較大提高。
也正因為如此，鋼板的厚度才可以做得更大一些。因此，Q345鋼的綜合機械性能應(yīng)當(dāng)優(yōu)于16Mn鋼，特別是它的低溫性能更是16Mn鋼所不具備的。Q345鋼的許用應(yīng)力略高于16Mn鋼。
展開 很多人做有限元分析時搞不清材料的性能，本版對鋼鐵的性能加以介紹：
1.屈服點（σs）
鋼材或試樣在拉伸時，當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限，即使應(yīng)力不再增加，而鋼材或試樣仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形，稱此現(xiàn)象為屈服，而產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的最小應(yīng)力值即為屈服點。
設(shè)Ps為屈服點s處的外力，F(xiàn)o為試樣斷面積，則屈服點σs =Ps/Fo(MPa)，MPa稱為兆帕等于N（牛頓）/mm2，（MPa=106Pa，Pa：帕斯卡=N/m2）
2.屈服強度（σ0.2）
有的金屬材料的屈服點極不明顯，在測量上有困難，因此為了衡量材料的屈服特性，規(guī)定產(chǎn)生永久殘余塑性變形等于一定值（一般為原長度的0.2%）時的應(yīng)力，稱為條件屈服強度或簡稱屈服強度σ0.2 。
3.抗拉強度（σb）
材料在拉伸過程中，從開始到發(fā)生斷裂時所達到的最大應(yīng)力值。它表示鋼材抵抗斷裂的能力大小。與抗拉強度相應(yīng)的還有抗壓強度、抗彎強度等。
設(shè)Pb為材料被拉斷前達到的最大拉力，F(xiàn)o為試樣截面面積，則抗拉強度σb= Pb/Fo （MPa）。
4.伸長率（δs）
材料在拉斷后，其塑性伸長的長度與原試樣長度的百分比叫伸長率或延伸率。
5.屈強比（σs/σb）
鋼材的屈服點（屈服強度）與抗拉強度的比值，稱為屈強比。屈強比越大，結(jié)構(gòu)零件的可靠性越高，一般碳素鋼屈強比為0.6-0.65，低合金結(jié)構(gòu)鋼為0.65-0.75合金結(jié)構(gòu)鋼為0.84-0.86。
6.硬度
硬度表示材料抵抗硬物體壓入其表面的能力。它是金屬材料的重要性能指標之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指標有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。
⑴布氏硬度（HB）
以一定的載荷（一般3000kg）把一定大?。ㄖ睆揭话銥?0mm）的淬硬鋼球壓入材料表面，保持一段時間，去載后，負荷與其壓痕面積之比值，即為布氏硬度值（HB），單位為公斤力/mm2 (N/mm2)。
展開 45——優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼
材料特性：使用最廣的中碳調(diào)質(zhì)鋼，其力學(xué)綜合性能良好，淬透性低。
使用范圍：通常用于制作強度高的運動件，如：葉輪、活塞、軸、齒輪、齒條、蝸桿等。
65Mn——彈簧鋼
使用范圍：小件彈簧、鐘表發(fā)條等各種彈簧類產(chǎn)品。
Cr12——冷沖模具鋼（美國料號D3，日本料號SKD1)
材料特性：一種被廣泛使用的冷沖模具鋼，屬高碳、高鉻類型的萊氏體鋼。具有良好的淬透性和耐磨性；但其韌性差、易碎。
使用范圍：常用來當(dāng)做沖頭、刀口、強度較好的模板使用料。
DC53——進口型模具鋼
材料特性：高強冷作模具鋼，日本大同鋼號。在進行熱處理后，具有優(yōu)良的物理特性如：高硬度、耐磨性。
使用范圍：此材料一般用于沖頭、刀口或拉伸，成型模等。
Cr12MoV——耐磨性鉻鋼（國產(chǎn)）
材料特性：在Cr12基礎(chǔ)上加入微量元素Mo、V，具有更好的淬透性、硬度和耐磨性。
使用范圍：大量使用到拉伸、沖孔、刀口、沖頭、工作模板、圓鋸、量具等。
D2——高碳、高鉻冷作鋼
材料特性：美國產(chǎn)，良好的淬透性、耐磨性，其高溫抗氧化功能好，淬火和拋光后抗銹蝕性能優(yōu)異，且熱處理變形小。
使用范圍：一般使用要求精度高、使用壽命大的沖壓模具結(jié)構(gòu)，或者一些刀具，測量儀器等。
SKD11(SLD)——耐磨性高鉻鋼
材料特性：日本產(chǎn)，其綜合性能強于Cr12MoV、D2。
使用范圍：一般用于更好的模具結(jié)構(gòu)類。
DC53——高耐性高鉻鋼
材料特性：日本產(chǎn)，熱處理后其硬度高于SKD11，可達62-63HRC。其綜合物理特性如強度、耐磨性方面遠好于SKD11，而其耐磨性則是SKD11的兩倍。
使用范圍：常使用精密級沖壓模、冷鍛模、深拉伸模等。
SKH-9——高速鋼
材料特性：日本產(chǎn)。
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Altair 解決方案
RTI 運用 Altair? HyperWorks? 全平臺工具鏈完成了銑削頭的開發(fā)與驗證：
材料驗證：
通過準靜態(tài)與動態(tài)測試多角度打印樣本，使用 Altair? HyperStudy? 驗證實體與晶格結(jié)構(gòu)的鋼材性能參數(shù)。
</p><h3 class="ql-align-center">Altair 解決方案</h3><p>RTI 運用 Altair? HyperWorks? 全平臺工具鏈完成了銑削頭的開發(fā)與驗證：</p><p><strong>材料驗證：</strong></p><p>通過準靜態(tài)與動態(tài)測試多角度打印樣本，使用 Altair? HyperStudy? 驗證實體與晶格結(jié)構(gòu)的鋼材性能參數(shù)。
對于模具而言，所要求鋼材具備的性能比宇航工業(yè)低，對冶金質(zhì)量及性能的要求可適當(dāng)降低，并為此發(fā)展了一些低鈷、無鈷、低鎳的馬氏體時效鋼，如06Ni6CrMoVTiAl鋼，從而使鋼材的成本大幅度下降。
馬氏體時效鋼是不同于常規(guī)鋼種的超高強度鋼，它不是由于碳含量而強化的，這種鋼是由于很低碳含量的馬氏體基體時效硬化時，發(fā)生金屬間化合物沉淀而強化的，強度與淬透性無關(guān)。
圖2 整體有限元模型
圖3 繞組、鐵心有限元模型
4.2 模型參數(shù)
在變壓器中，室內(nèi)的空氣參數(shù)與溫度的性能參數(shù)相差不大，硅鋼片的選擇要以鋼材熱性能作為主要參數(shù)，并對比銅線和絕緣樹脂之間的數(shù)值變化，根據(jù)比例得到熱性能參數(shù)，得到如表2所示的空氣物理特性。
首先考慮下箱體材料的不同，鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)為36?54W/(m·k)，鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)為160W/(m·k)，鋁合金比鋼材的導(dǎo)熱性能強，與仿真結(jié)果相反，因此材料導(dǎo)熱性能不是影響本文電池包隔熱保溫性能的主要原因。
其次考慮下箱體結(jié)構(gòu)的不同，剛制與鋁制電池包下箱體截面圖如下圖所示。
圖 17 梁與拱組合鋼橋
圖 18 梁與懸吊系統(tǒng)組合鋼橋
圖 19 梁與懸索+斜拉索組合鋼橋
圖 20 梁與斜拉索組合鋼橋
值得一提的是，鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁，通過兩種材料的結(jié)合，可充分發(fā)揮混凝土抗壓和鋼材抗拉性能上的優(yōu)勢，避免混凝土受拉開裂和鋼材受壓失穩(wěn)。
4.如何合理選擇連鑄坯斷面
由于鑄坯的部分低倍缺陷可通過一定的壓縮比得以減輕或消除，而且一定的壓縮比也是穩(wěn)定鋼材性能的必要措施。為保證大規(guī)格特殊鋼棒材的質(zhì)量，須采用大的鑄坯斷面，并采用初軋開坯等措施。比如，20世紀80~90年代，日本投產(chǎn)的特殊鋼連鑄機斷面均在300m㎡以上。
12×16
400×150×8×12
1500
不銹鋼高強螺栓
循環(huán)加載
JC-2
450×250×12×16
400×150×8×14
1500
不銹鋼高強螺栓
循環(huán)加載
JC-3
450×250×12×16
400×150×8×12
1500
不銹鋼環(huán)槽鉚釘
循環(huán)加載
表2 鋼材力學(xué)性能
鋼中存在一定量的殘余奧氏體時， 在裂紋擴展時可以使其沿殘余奧氏體發(fā)生偏轉(zhuǎn)， 或者因裂紋尖端的應(yīng)力集中引發(fā) “殘余奧氏體→馬氏體” 相變的TRIP 效應(yīng)而產(chǎn)生相變韌化，從而提高鋼材的止裂性能。
14．衡量鋼材塑性性能的主要指標是 伸長率 。
15．.結(jié)構(gòu)的可靠指標β越大,其失效概率越 小 。
17．冷彎性能合格是鑒定鋼材在彎曲狀態(tài)下 彎曲變形 和 抗分層性能 的綜合指標。 （需要鋼材有一定塑性與避免冶煉的分層，離析開裂等缺陷）
18． 冷彎性能 是判別鋼材塑性變形能力和鋼材質(zhì)量的綜合指標。
19．薄板的強度比厚板略 高 。
