基础3 一般材料（钢铁）的性能与应用常识
快过年了，也空了一些，继续写这个系列。
之前简单的介绍过采矿和炼铁，可能这些东西俺讲的太过无趣，挺少人看，但俺还是想把这个系列讲完，也算有始有终。
反复强调，材料是工业的基础，设计基础理论搞的再好，就算把应力场，变形算出花来。没有那个材料，都是白搭。而努力有了那个材料，还要经历不断的尝试与探索，才能应用于工程，机械设计是与材料科学两者都是在不断相互促进中成长的。
钢运用于机械设备或者是运载工具，都需要其拥有一定的性能，不同的部位有不同的要求和侧重点。而这些性能的基础是钢的成分，然后是组织。进一步的讲是由冶金、热加工、冷加工和热处理保证。
冶金保证的是材料的化学成分，只有达到了一定的化学成分要求，才能通过热处理或者控制冷却来得到想要的组织。而热加工，比如热锻和轧制，就是在冷却的过程中来“调整”晶体的宏观组织架构。冷加工更多的是零件成形，当然也会有冷作效应，在某些场合是相当有利的。
比如一根传动轴，其需要传递扭矩，亦或是承受弯矩，因此这根轴所用钢材一定要有相应的机械性能。所谓机械强度和刚度等等。其中强度是最常提到的，强度值来衡量这种材料抵抗“外界力学作用”破坏的能力。讲通俗一点就是你用多大力能把材料试样破坏掉，每一种强度值的测定试验都有详细的标准。不管是ISO,ASTM或者DIN都有，这样就有对比衡量的标准。
插一句关于单位和试验体制的，工程上，公制就是ISO，而DIN是德制，ISO是脱胎于DIN。英制又分英制和美规英制，美国用的是美规英制。
还有，这根轴如果是用在一个周期性载荷或者随机载荷的工况下，那么其抗疲劳性能是相当重要的。疲劳是什么？疲劳就是你用的力远低于材料的强度限制，但你上千次上万次的作用，材料也会失效。有点不恰当的例子是掰铁丝。举个例子，越野车辆的底盘，那个车架就是受到随机载荷作用，这个随机载荷就是路面作用，当然也有其统计特性。如果局部超过其疲劳限制，可能就会有局部裂纹，和其他因素结合进一步发展，就可能造成构件断裂，对行车安全危害极大，特别是重型越野车辆，比如多轴导弹发射车。
材料的机械性能并不是一个独立其他物理参数而存在的东西。比如，在高温下，一般钢的强度将大大下降，这在普通设备上或许不那么重要。但在发动机、航空发动机、汽轮机上就变成了问题的关键，针对这一需求，冶金上发展了一系列的耐热钢，还有耐高温超合金。其主要就是保证了材料在高温下依旧保持足够的机械性能。再举个例子，高强度的辐射环境下，钢材会变脆。等等，在分析一个材料的应用时，一定要从各个角度来考量才不会遗漏。
其他属性还有热性能，电性能，光学性能，化学性能/耐腐蚀性能。提一下耐腐蚀性能。这个对于装备来讲是很关键的，大部分的武器都是需要在野外露天环境下工作的，这就对其耐腐蚀能力提出了要求，一般都采用保护镀层和涂漆来保护材料本体，也针对这一特性，开发了专用的耐蚀钢。美国钢铁公司在比兹堡的大楼外墙就是由耐候钢制成。对于装备来说，腐蚀是另一个隐形的敌人。
下面举几个材料应用的例子回顾一下
EX 1：
下图是苏制T62坦克的履带部件，履带工作时大部分试验受到沿着履带编织方向的拉力，当其被压于负重轮之下时，也受到来自垂直方向的压力。
销轴由一侧装入履带板的通孔中，由自身的轴端台阶定位。装入到位后，在靠近轴端的凹槽中装入卡环，来限制销轴在通孔里的轴向窜动。
从外形上来看，这个履带板是典型的铸造件，截面较大，联接销轴为受剪切部件。两者都需要在最恶劣的泥潭雪地中工作，这时这两个部件的主要性能就是机械与耐腐蚀。一般，销轴所用的材料要优于履带板，可能是热轧棒材加工得到。延伸一点，保养对于延长武器寿命很关键，车辆在海水中使用后，使用淡水来清洗，将大大降低一些类型的腐蚀发生的风险。
EX 2：
下图是一种直升机的桨毂，就来看上面一圈布置的桨叶根部联接螺栓，你会发现螺栓头部都有一条白线，这个是螺栓拧紧完毕后涂上的胶，其作用是标示螺栓拧紧位置，一旦发现记号错动，那就说明螺栓有松动的迹象，防患于未然，在这里疲劳特性和应力松弛就是螺栓联接设计的重点之一，要保证在高频的振动下，不易松动，松弛少。
EX 3：
下图是潜射型美制战斧巡航导弹外护套，注意看其中间有一条焊缝，发射出水过程中其将解体为两半。
这个部件由2219铝制成。首先是制造2219锻件，然后整块上CNC，加工成型最后用激光焊接在一起。
现代航空器和导弹的构件大部分都由高强度铝合金制成，不仅强度高，重量轻，也有优秀的耐腐蚀能力。
之前简单的介绍过采矿和炼铁，可能这些东西俺讲的太过无趣，挺少人看，但俺还是想把这个系列讲完，也算有始有终。
反复强调，材料是工业的基础，设计基础理论搞的再好，就算把应力场，变形算出花来。没有那个材料，都是白搭。而努力有了那个材料，还要经历不断的尝试与探索，才能应用于工程，机械设计是与材料科学两者都是在不断相互促进中成长的。
钢运用于机械设备或者是运载工具，都需要其拥有一定的性能，不同的部位有不同的要求和侧重点。而这些性能的基础是钢的成分，然后是组织。进一步的讲是由冶金、热加工、冷加工和热处理保证。
冶金保证的是材料的化学成分，只有达到了一定的化学成分要求，才能通过热处理或者控制冷却来得到想要的组织。而热加工，比如热锻和轧制，就是在冷却的过程中来“调整”晶体的宏观组织架构。冷加工更多的是零件成形，当然也会有冷作效应，在某些场合是相当有利的。
比如一根传动轴，其需要传递扭矩，亦或是承受弯矩，因此这根轴所用钢材一定要有相应的机械性能。所谓机械强度和刚度等等。其中强度是最常提到的，强度值来衡量这种材料抵抗“外界力学作用”破坏的能力。讲通俗一点就是你用多大力能把材料试样破坏掉，每一种强度值的测定试验都有详细的标准。不管是ISO,ASTM或者DIN都有，这样就有对比衡量的标准。
插一句关于单位和试验体制的，工程上，公制就是ISO，而DIN是德制，ISO是脱胎于DIN。英制又分英制和美规英制，美国用的是美规英制。
还有，这根轴如果是用在一个周期性载荷或者随机载荷的工况下，那么其抗疲劳性能是相当重要的。疲劳是什么？疲劳就是你用的力远低于材料的强度限制，但你上千次上万次的作用，材料也会失效。有点不恰当的例子是掰铁丝。举个例子，越野车辆的底盘，那个车架就是受到随机载荷作用，这个随机载荷就是路面作用，当然也有其统计特性。如果局部超过其疲劳限制，可能就会有局部裂纹，和其他因素结合进一步发展，就可能造成构件断裂，对行车安全危害极大，特别是重型越野车辆，比如多轴导弹发射车。
材料的机械性能并不是一个独立其他物理参数而存在的东西。比如，在高温下，一般钢的强度将大大下降，这在普通设备上或许不那么重要。但在发动机、航空发动机、汽轮机上就变成了问题的关键，针对这一需求，冶金上发展了一系列的耐热钢，还有耐高温超合金。其主要就是保证了材料在高温下依旧保持足够的机械性能。再举个例子，高强度的辐射环境下，钢材会变脆。等等，在分析一个材料的应用时，一定要从各个角度来考量才不会遗漏。
其他属性还有热性能，电性能，光学性能，化学性能/耐腐蚀性能。提一下耐腐蚀性能。这个对于装备来讲是很关键的，大部分的武器都是需要在野外露天环境下工作的，这就对其耐腐蚀能力提出了要求，一般都采用保护镀层和涂漆来保护材料本体，也针对这一特性，开发了专用的耐蚀钢。美国钢铁公司在比兹堡的大楼外墙就是由耐候钢制成。对于装备来说，腐蚀是另一个隐形的敌人。
下面举几个材料应用的例子回顾一下
EX 1：
下图是苏制T62坦克的履带部件，履带工作时大部分试验受到沿着履带编织方向的拉力，当其被压于负重轮之下时，也受到来自垂直方向的压力。
销轴由一侧装入履带板的通孔中，由自身的轴端台阶定位。装入到位后，在靠近轴端的凹槽中装入卡环，来限制销轴在通孔里的轴向窜动。
从外形上来看，这个履带板是典型的铸造件，截面较大，联接销轴为受剪切部件。两者都需要在最恶劣的泥潭雪地中工作，这时这两个部件的主要性能就是机械与耐腐蚀。一般，销轴所用的材料要优于履带板，可能是热轧棒材加工得到。延伸一点，保养对于延长武器寿命很关键，车辆在海水中使用后，使用淡水来清洗，将大大降低一些类型的腐蚀发生的风险。
EX 2：
下图是一种直升机的桨毂，就来看上面一圈布置的桨叶根部联接螺栓，你会发现螺栓头部都有一条白线，这个是螺栓拧紧完毕后涂上的胶，其作用是标示螺栓拧紧位置，一旦发现记号错动，那就说明螺栓有松动的迹象，防患于未然，在这里疲劳特性和应力松弛就是螺栓联接设计的重点之一，要保证在高频的振动下，不易松动，松弛少。
EX 3：
下图是潜射型美制战斧巡航导弹外护套，注意看其中间有一条焊缝，发射出水过程中其将解体为两半。
这个部件由2219铝制成。首先是制造2219锻件，然后整块上CNC，加工成型最后用激光焊接在一起。
现代航空器和导弹的构件大部分都由高强度铝合金制成，不仅强度高，重量轻，也有优秀的耐腐蚀能力。
总纲
http://tieba.baidu.com/p/3742177566?pid=67933382946&cid=0#67933382946
零-基础常识
http://tieba.baidu.com/p/3763725768?pid=68416605893&cid=0#68416605893
一-采矿闲侃
http://tieba.baidu.com/p/3999118868?pid=74525179006&cid=0#74525179006
二-炼铁
http://tieba.baidu.com/p/4171144708?pid=79355989557&cid=0#79355989557
http://tieba.baidu.com/p/3742177566?pid=67933382946&cid=0#67933382946
零-基础常识
http://tieba.baidu.com/p/3763725768?pid=68416605893&cid=0#68416605893
一-采矿闲侃
http://tieba.baidu.com/p/3999118868?pid=74525179006&cid=0#74525179006
二-炼铁
http://tieba.baidu.com/p/4171144708?pid=79355989557&cid=0#79355989557