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机械男——浅谈金属热处理原理
使用性能包括机械（力学）性能，物力性能，化学性能。
工艺性能涵盖了在制造加工过程中的各种特性。对于设计人员而言，他们接触较多的是使用性能；而对于制造人员来说，接触更多的则是工艺性能。不过，这并不意味着设计人员就不应该关注使用性能。比如说，当你设计一个铸件时，如果其结构复杂，局部纤细或者很薄，那么在这种情况下，你就不能选用流动性不好的材料。同样，在设计过程中进行加工考虑时，需要考虑各种工艺先后结合的次序。甚至，你要了解和计算相应的变形量或基体量。例如调制 X70 钢，就需要计算淬透层厚度钢材材料性能指标，接着确定最终成型尺寸能否保证淬硬层的存在。简单思考这些后，继续来讲使用性能。多数时候，设计人员会用到机械性能。然而，不能排除需要考量物理性能和化学性能的情况。例如，当面对工作温差大的环境时，需要考量材料本身的热涨影响。对于高蠕变材料，要考虑应用场合是否对尺寸有严格要求。另外，在需要考虑抗腐蚀环境时，经常会对化学性能进行严格考量。
材料机械性能在使用时，有一个图较为常用，那就是材料的拉伸试验图。例如下面的低碳钢拉伸图。
上图呈现的是典型的低碳钢拉伸的情形。对于这个图，有一些关键位置需要我们加以注意和理解。
比如，c 点是大量塑性变形开始的拉力点。b 点是小塑性变形开始的点，通常作为屈服强度的考量点。a 点是非线性弹性变形的起始点。B 点是最大抗拉强度的点，K 点是断裂点等。针对不同的区间段，就会涉及到不同的应用。
有低碳钢这样的塑性材料，也就有其他表象不同的材料。例如中高碳钢，其拉伸曲线中的屈服段很小，所以它的屈服强度是以 0.2%的微塑性变形点为考量点。还有灰口铁这种脆性材料，几乎没有塑性变形。所以，在使用中，对于不同性质的材料需要有不同的考虑。这里引入了一个考量依据，那就是屈强比，也就是屈服强度同抗拉强度的比值。这个值越高，材料的有效利用率就越高。然而，在个别场合，这个值不能太高。例如建筑用钢材，就必须使屈强比足够小，这样做的原因是，能保证在发生问题时，材料会先屈服，而不会立刻断裂，从而给正在建设中的人们留出足够的时间逃离。
插点知识点。
关于延伸率。延伸率的大小和试样尺寸存在关联。为了方便进行比较，依据标准进行固定，试验长度通常是其直径的 5 倍以及 10 倍。然而，断面收缩率和尺寸没有关系。
材料的断面存在两种形式，分别是韧断和脆断。在韧断的情况下，断口会有塑性变形。例如，低碳钢的断口呈现出星杯锥状，其缩径较为明显，心部存在显微空隙，断口呈现为纤维状，颜色为灰色且没有光泽。而在脆断时，断口没有塑性变形，断口平齐，带有金属光泽，呈现出晶状或瓷状。
刚度和弹性。
材料受力时抵抗弹性变形的能力被称为刚度。杨式模量 E 代表着刚度的大小。之前坛子里有许多关于刚度和硬度的询问帖。呵呵。实际上，那些误解都是因为对材料本身的性质理解混乱而产生的。不过在此先不进行阐述，在下面说到硬度的时候会详细叙述。
冲击韧性是冲击破坏所消耗的功与试样断口截面积的比值，其单位为焦耳/平方厘米。冲击韧性是衡量材料抵抗冲击载荷能力的重要标准。材料的显微组织、化学成分、温度以及表面质量等因素都会对材料的冲击韧性产生影响。其中，在温度方面，需要特别注意材料的冷脆性。
再有就是硬度。
硬度指的是金属表面抵御外物压入的能力。硬度并非单纯的物理量纲，它能够反映出弹性、强度以及塑性等多方面的综合性能。在此，就能够对之前提及的硬度和刚度的问题进行探讨了。硬度与弹性存在关联，但并非简单的一一对应关系。实际上可以这样理解，一旦一种材料确定下来，其刚度（弹性）也就固定不变了。这种定性使得在弹性变形范畴内，你施加的力与变形量必定是一个固定的常量，也就是 E。若用前面的材料拉伸曲线来进行说明，那就是 0a 段的斜率是固定的。不管你怎样提升 a 点的值，这个斜率都不会发生变化，即刚度是一定的。当然，这里所说的刚度一定是有前提的，即材料的形状尺寸是固定不变的。在这种情形下，你能够进行表面淬火。通过表面淬火，可以提升表面硬度，也就相当于提高了 a 点的值。然而，这样做并不会对 0a 段的斜率产生改变。从这个角度来看，是非常直观的。
继续说硬度，说硬度的几种试验测定。
1、布氏硬度。
布氏硬度通过直径为 D 的钢球在压力 P 下压入金属表面，然后观察其压痕直径的大小来判定硬度的高低。对于钢铁而言，P 等于 30 乘以 D 的平方。常用的钢球直径有 10 毫米、5 毫米、2.5 毫米。对应的 P 值分别为 3000 千克、750 千克、187.5 千克。对于有色金属，P 等于 10 乘以 D 的平方（针对铜合金）或者 P 等于 2.5 乘以 D 的平方（针对铝或轴承合金）。
洛氏硬度通过测定压痕深度来确定硬度。因为压头和压力有所不同，所以洛氏硬度分为 B 和 C 两种。洛氏 C 硬度适用于对 HRC20 以上硬度进行标定钢材材料性能指标，而对于 20 以下的硬度，就应该改用 HRB 或者布氏硬度。
维氏硬度。它是根据 136 度金刚石方锥来测定压痕对角线长度，以此判定硬度。这种硬度适用于薄构件以及渗碳层、氮化层等表面硬化层的硬度测量。
