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理想金属的物理力学性能
关闭窗口】【浏览次数: 】【发布日期:2017-06-23 16:23】【编辑:东莞市联顺金属材料有限企业】【来源:】
理想金属的物理力学性能

 

    理想金属的密度

 

    “霞光艳艳”、“瑞气腾腾”、“金光万道”、“约有斗来粗,二丈有余长”、“一万三千五百斤”,西游记中描述的金箍棒颜色鲜艳,具有金属光泽,质量一万三千五百斤,换算成国际单位制大约6750 kg。二丈长,按唐代长度换算相当于现在的6 m左右。碗口粗细,即横截面积大约0.0314 m2(圆半径为0.1 m的情况下),因此在这种状态下金箍棒的密度约为32.14 g/cm3。

 

    地球上密度最大的金属是锇(22.8 g/cm3),金箍棒的密度比锇大,然而体积是可变的,孙悟空得到金箍棒后能随意变化它的大小。根据质量守恒定律,无论其体积多大,质量不变,所以金箍棒密度是一个变值,这种现象违背了自然规律。因为密度是物质的一种特性,它只与物质的种类有关,即使金箍棒变到最小(大),组成它的物质材料没有变化,故其密度应该是一个定值。可见,金箍棒只是古代人们心目中金属的一个理想模型。

 

    理想金属的硬度和强度

 

    孙悟空曾用金箍棒与无数持刀、斧的妖怪们打斗后金箍棒毫发未损,从硬度上看,只有硬质合金能与之相媲美。硬质合金的硬度、压缩强度和耐磨性指数是模具材料中级别最高的。它是指元素周期表中IV、V、VI族中的过渡元素的碳化物和铁族元素以及其他微量元素粉末采用粉末冶金技术烧结而成的硬质材料。具有很高的硬度(HRA93[常识小贴士])和耐磨性,即使在高温下硬度依然很高。因为它具有极高的高温硬度及优良的综合性能,使其在金属切削加工业中显示出极大的优越性,在500℃以下硬度基本保持不变,600℃时的硬度超过高速钢的常温硬度,1000℃时超过碳钢的常温硬度。因此硬质合金可以加工高速钢难以加工的耐热合金、高温合金、钛合金、特硬铸铁等难加工材料,其耐磨性是高速钢的15~20倍。单一从硬度角度上来看,硬质合金算得上是个不折不扣的“金箍棒”。

 

    硬质合金的弹性模量高,通常为400~700 GPa,常温下刚性好,无明显的塑性变形。它的密度、硬度、强度、韧度取决于钴的含量和WC的粒度,合金中钴含量增加或者WC晶粒度增大时,合金硬度下降,碳化物晶粒越细,合金硬度越高,例如YG6X合金的硬度比YG6合金高1.5~2.0度。当钴含量增高至25%时,虽然硬度降低到和淬火刚相近的水平(HRC67),但耐磨性仍要高出很多。硬质合金可以大大提高工具使用寿命,切削刀具寿命提高5~80倍,量具寿命提高29~150倍,模具寿命提高50~100倍,并且它可以成倍甚至成几十倍地提高金属切削速度,大大地提高了劳动生产率。

 

    最近还出现了一种超微粒WC–Co硬质合金,其WC颗粒大小只有0.2~1.0μm,其钴含量为9%~15%,硬度达HRA90~92.5,抗弯强度2000~3500 MPa,远远高于钴含量相同的普通合金。目前,硬质合金工业已延伸到非金属陶瓷和超硬材料领域。

 

    现代的超硬质合金大都是由碳化钨和一些其他元素的碳化物用烧结的方法生产出来的。20世纪60年代初期出现的一种新型硬质合金工程材料——钢结硬质合金,它是以硬质化合物(碳化物、氮化物、硼化物等)为硬质相,以钢为黏结金属的硬质合金,它既具有碳化物的硬度和耐磨性,又具有钢的良好力学性能。在某些情况下,钢结硬质合金的耐磨性和塑性都优于硬质合金。90年代后,硬质合金的研究、生产领域对纳米、超细WC粉末,WC—Co复合粉的生产技术进行了大量的研究,并取得了显著的成绩,这一切都标志着硬质合金产品已成为工业中不可缺少的高技术产品。   

 

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