金屬材料的性能

金屬材料的性能決定著材料的適用范圍及應(yīng)用的合理性。金屬材料的性能主要分為四個(gè)方面，即：機(jī)械性能、化學(xué)性能、物理性能、工藝性能。

3.1機(jī)械性能

（一）應(yīng)力的概念,物體內(nèi)部單位截面積上承受的力稱為應(yīng)力。由外力作用引起的應(yīng)力稱為工作應(yīng)力，在無外力作用條件下平衡于物體內(nèi)部的應(yīng)力稱為內(nèi)應(yīng)力（例如組織應(yīng)力、熱應(yīng)力、加工過程結(jié)束后留存下來的殘余應(yīng)力…等等）。

（二）機(jī)械性能,金屬在一定溫度條件下承受外力（載荷）作用時(shí)，抵抗變形和斷裂的能力稱為金屬材料的機(jī)械性能（也稱為力學(xué)性能）。金屬材料承受的載荷有多種形式，它可以是靜態(tài)載荷，也可以是動(dòng)態(tài)載荷，包括單獨(dú)或同時(shí)承受的拉伸應(yīng)力、壓應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、剪切應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，以及摩擦、振動(dòng)、沖擊等等，因此衡量金屬材料機(jī)械性能的指標(biāo)主要有以下幾項(xiàng)：

3.1.1.強(qiáng)度

這是表征材料在外力作用下抵抗變形和破壞的 能力，可分為抗拉強(qiáng)度極限（σb）、抗彎強(qiáng)度極限（σbb）、抗壓強(qiáng)度極限（σbc）等。由于金屬材料在外力作用下從變形到破壞有一定的規(guī)律可循，因而通常采用拉伸試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定，即把金屬材料制成一定規(guī)格的試樣，在拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸，直至試樣斷裂，測(cè)定的強(qiáng)度指標(biāo)主要有：

（1）強(qiáng)度極限：材料在外力作用下能抵抗斷裂的 應(yīng)力，一般指拉力作用下的抗拉強(qiáng)度極限，以σb表示，如拉伸試驗(yàn)曲線圖中 點(diǎn)b對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度極限，常用單位為兆帕（MPa），換算關(guān)系有：1MPa=1N/m2=(9.8)-1Kgf/mm2或1Kgf/mm2=9.8MPa。

（2）屈服強(qiáng)度極限：金屬材料試樣承受的外力超過材料的彈性極限時(shí)，雖然應(yīng)力不再增加，但是試樣仍發(fā)生明顯的塑性變形，這種現(xiàn)象稱為屈服，即材料承受外力到一定程度時(shí)，其變形不再與外力成正比而產(chǎn)生明顯的塑性變形。產(chǎn)生屈服時(shí)的應(yīng)力稱為屈服強(qiáng)度極限，用σs表示，相應(yīng)于拉伸試驗(yàn)曲線圖中的S點(diǎn)稱為屈服點(diǎn)。對(duì)于塑性高的材料，在拉伸曲線上會(huì)出現(xiàn)明顯的屈服點(diǎn)，而對(duì)于低塑性材料則沒有明顯的屈服點(diǎn)，從而難以根據(jù)屈服點(diǎn)的外力求出屈服極限。因此，在拉伸試驗(yàn)方法中，通常規(guī)定試樣上的標(biāo)距長(zhǎng)度產(chǎn)生0.2%塑性變形時(shí)的應(yīng)力作為條件屈服極限，用σ0.2表示。屈服極限指標(biāo)可用于要求零件在工作中不產(chǎn)生明顯塑性變形的設(shè)計(jì)依據(jù)。但是對(duì)于一些重要零件還考慮要求屈強(qiáng)比（即σs/σb）要小，以提高其可靠性，不過此時(shí)材料的利用率也較低了。

（3）彈性極限：材料在外力作用下將產(chǎn)生變形，但是去除外力后仍能恢復(fù)原狀的能力稱為彈性。金屬材料能保持彈性變形的 應(yīng)力即為彈性極限，相應(yīng)于拉伸試驗(yàn)曲線圖中的e點(diǎn)，以σe表示，單位為兆帕（MPa）：σe=Pe/Fo式中Pe為保持彈性時(shí)的 外力（或者說材料 彈性變形時(shí)的載荷）。

（4）彈性模數(shù)：這是材料在彈性極限范圍內(nèi)的應(yīng)力σ與應(yīng)變?chǔ)模ㄅc應(yīng)力相對(duì)應(yīng)的單位變形量）之比，用E表示，單位兆帕（MPa）：E=σ/δ=tgα式中α為拉伸試驗(yàn)曲線上o-e線與水平軸o-x的夾角。彈性模數(shù)是反映金屬材料剛性的指標(biāo)（金屬材料受力時(shí)抵抗彈性變形的能力稱為剛性）。

3.1.2.塑性,

金屬材料在外力作用下產(chǎn)生 變形而不破壞的 能力稱為塑性，通常以拉伸試驗(yàn)時(shí)的試樣標(biāo)距長(zhǎng)度延伸率δ（%）和試樣斷面收縮率ψ（%）延伸率δ=[(L1-L0)/L0]x，這是拉伸試驗(yàn)時(shí)試樣拉斷后將試樣斷口對(duì)合起來后的標(biāo)距長(zhǎng)度L1與試樣原始標(biāo)距長(zhǎng)度L0之差（增長(zhǎng)量）與L0之比。在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，同一材料但是不同規(guī)格（直徑、截面形狀-例如方形、圓形、矩形以及標(biāo)距長(zhǎng)度）的拉伸試樣測(cè)得的延伸率會(huì)有不同，因此一般需要特別加注，例如常用的圓截面試樣，其初始標(biāo)距長(zhǎng)度為試樣直徑5倍時(shí)測(cè)得的延伸率表示為δ5，而初始標(biāo)距長(zhǎng)度為試樣直徑10倍時(shí)測(cè)得的延伸率則表示為δ10。斷面收縮率ψ=[(F0-F1)/F0]x，這是拉伸試驗(yàn)時(shí)試樣拉斷后原橫截面積F0與斷口細(xì)頸處小截面積F1之差（斷面縮減量）與F0之比。實(shí)用中對(duì)于常用的圓截面試樣通?？赏ㄟ^直徑測(cè)量進(jìn)行計(jì)算：ψ=[1-(D1/D0)2]x，式中：D0-試樣原直徑；D1-試樣拉斷后斷口細(xì)頸處小直徑。δ與ψ值越大，表明材料的塑性越好。

在 產(chǎn)業(yè)政策的指引下，鍍鋅鋼管被逐出給水管道市場(chǎng)，各種形式的新型管材得到了蓬勃發(fā)展，特別是塑料管材（包括鋁塑復(fù)合管、鋼塑復(fù)合管、PPR管等）以其價(jià)格低、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)得到較為廣泛的應(yīng)用。但是塑料管材在耐溫性、衛(wèi)生環(huán)保及使用壽命上，存在著自身不可克服的缺陷。塑料管的各種改性劑，助劑、添加劑等，這些統(tǒng)稱為引起人體致變的環(huán)境因子，對(duì)人體臟器等引起影響因素正有待于人類深入研究探討。在這種情況下，銅水管、不銹鋼水管等金屬管材開始進(jìn)入人們的視野。其中，薄壁不銹鋼管以優(yōu)越的可靠、衛(wèi)生環(huán)保、經(jīng)濟(jì)適用等特點(diǎn)，逐漸成為給水管材的新選擇。不銹鋼材料是一種公認(rèn)的可以植入人體的材料，以不銹鋼為材料制造水管在發(fā)達(dá) 已經(jīng)有許多年成功的應(yīng)用記錄，并已成為目前世界潮流和發(fā)展方向。不銹鋼水管被稱為“21世紀(jì)真正的綠色管材”。

一、

不銹鋼材料是可以植入人體的材料，所以對(duì)供水管來說，選用不銹鋼管道是有利的。浸泡水試驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合 有關(guān)飲用水標(biāo)準(zhǔn)要求。不銹鋼管道內(nèi)壁光滑，長(zhǎng)期使用不會(huì)積垢，不易被細(xì)菌粘污，無須擔(dān)心水質(zhì)受影響，更能杜絕水的二次污染。

二、免維護(hù)，使用年限可達(dá)100年

不銹鋼表面薄而致密的富鉻氧化膜，使得不銹鋼水管在包括軟水在內(nèi)的所有水質(zhì)中都具有良好的耐腐蝕性，即使埋地使用也有優(yōu)良的耐蝕性；實(shí)地腐蝕試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，不銹鋼水管的使用壽命可達(dá)100年，壽命周期內(nèi)幾乎不需要維護(hù)，避免了管道更換的費(fèi)用和麻煩。

三、拒絕漏水，爆裂

不銹鋼可以在-270℃—400℃的溫度下長(zhǎng)期工作，無論是高溫還是低溫，都不會(huì)析出有害物質(zhì)，材料性能相當(dāng)穩(wěn)定；不銹鋼水管抗拉強(qiáng)度大于530N/mm,而且具有良好的延展性和韌性。不銹鋼水管的高強(qiáng)度，極大地降低了受外力影響漏水的可能性，顯著降低了水的滲漏率，使水資源得到有效的保護(hù)和利用。

四、節(jié)能環(huán)保

不銹鋼管道內(nèi)壁光滑，水阻非常小，減少了壓力損失，降低了輸送成本。由于不銹鋼的熱膨脹系數(shù)低，在熱水管道中有效的降低了熱能損耗。不銹鋼材料是可以再生的材料，不會(huì)給環(huán)境造成公害。

五、經(jīng)濟(jì)實(shí)用

自人類在20世紀(jì)發(fā)明不銹鋼以來，不銹鋼目前已是普遍材料了。目前在各種材料水管的性能價(jià)格比重中， 是不銹鋼水管。這與不銹鋼材料耐腐蝕、高強(qiáng)度，抗沖力強(qiáng)等的優(yōu)越性能有關(guān)。其使用壽命可以說與建筑物同壽命。一次投入，終生受益，可謂是“一勞永逸”。