機械工程材料(第2章)

1、第二章第二章 材料的性能與力學行為材料的性能與力學行為2.1 2.1 材料的靜態(tài)力學性能材料的靜態(tài)力學性能2.1.1 材料的強度與塑性材料的強度與塑性2.1.2 材料的硬度材料的硬度2.22.2材料的動態(tài)力學性能材料的動態(tài)力學性能2.2.1 材料的沖擊韌度材料的沖擊韌度2.2.2材料的多沖抗力材料的多沖抗力2.2.3 材料的疲勞強度材料的疲勞強度2.2.4 材料的斷裂韌度材料的斷裂韌度2.3 2.3 材料的物理化學性能材料的物理化學性能2.3.1 材料的物理性能材料的物理性能2.3.2 材料的化學性能材料的化學性能2.42.4材料的工藝性能材料的工藝性能2.5 2.5 金屬的塑性變形及強化金屬

2、的塑性變形及強化材料的性能材料的性能 材料的性能一般分為材料的性能一般分為使用性能使用性能和和工藝性能工藝性能。 使用性能：使用性能：力學：靜態(tài)力學：靜態(tài)-強度、硬度、塑性、耐磨性強度、硬度、塑性、耐磨性 動態(tài)動態(tài)-沖擊韌度、疲勞特性等沖擊韌度、疲勞特性等 物理：密度、熔點、導熱性、熱斷裂性、電、磁、物理：密度、熔點、導熱性、熱斷裂性、電、磁、光性光性 化學：耐腐蝕、抗氧化性化學：耐腐蝕、抗氧化性 工藝性能：工藝性能：鑄造性、可鍛性、可焊性、切削加工性鑄造性、可鍛性、可焊性、切削加工性材料的力學性能材料的力學性能材料的力學性能材料的力學性能是指是指材料在外力或能量以及環(huán)境因材料在外力或能量以及

3、環(huán)境因素（溫度、介質等）作用下表現(xiàn)出的素（溫度、介質等）作用下表現(xiàn)出的變形變形和和破裂破裂的特性。的特性。通常把外力或能量稱為載荷或負荷。通常把外力或能量稱為載荷或負荷。1 1、強度強度4 4、沖擊韌性沖擊韌性3 3、硬度硬度2 2、塑性塑性彈性極限彈性極限(e)比例極限比例極限(p)屈服強度屈服強度s抗拉強度抗拉強度b名義名義(條件條件)屈服強度屈服強度0.2彈性彈性5 5、斷裂韌度斷裂韌度6 6、疲勞特性疲勞特性7 7、耐磨耐磨性性2.1 材料的靜態(tài)力學性能材料的靜態(tài)力學性能 力學載荷、熱載荷、環(huán)境載荷、多種載荷的疊加力學載荷、熱載荷、環(huán)境載荷、多種載荷的疊加 根據(jù)載荷性質可分為靜載荷和動

4、載荷。根據(jù)載荷性質可分為靜載荷和動載荷。 靜載荷：靜載荷：逐漸而緩慢地作用在工件上的力，一般逐漸而緩慢地作用在工件上的力，一般作用在機械零件上的靜載荷有：拉伸、壓縮、剪作用在機械零件上的靜載荷有：拉伸、壓縮、剪切、扭轉、彎曲等多種形式，并導致各種形式的切、扭轉、彎曲等多種形式，并導致各種形式的變形。變形。 材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為變形。為變形。 外力去處后能夠恢復的變形稱為外力去處后能夠恢復的變形稱為彈性變形彈性變形。 外力去處后不能恢復的變形稱為外力去處后不能恢復的變形稱為塑性變形塑性變形。 材料的材料的靜態(tài)力學性能靜態(tài)力學性能是

5、指是指材料在靜載荷作用下，材料在靜載荷作用下，抵抗抵抗變形變形或或斷裂斷裂的能力。的能力。 主要強度指標有：強度、塑性、硬度等主要強度指標有：強度、塑性、硬度等2.1.1 材料的強度與塑性 強度指標：反映材料對塑性變形和斷裂抗力的指標。 加載方式不同，指標不同：抗拉強度，抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度、抗扭強度等。 塑性指標：反映材料塑性變形能力的指標。（一）拉伸試驗及曲線：（一）拉伸試驗及曲線： 拉伸試驗拉伸試驗是測定材料力學性能最常用的方法。是測定材料力學性能最常用的方法。沿試樣軸向沿試樣軸向緩慢施加載荷緩慢施加載荷，使其發(fā)生拉伸變形，使其發(fā)生拉伸變形直至斷裂。直至斷裂。長試樣：長試樣：L0

6、=10d0短試樣：短試樣：L0=5d01.拉伸試樣（拉伸試樣（GB6397-86）拉伸試驗拉伸試驗機機拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象繪制出繪制出載荷載荷P與試樣與試樣伸長量伸長量L之間的關系曲線，之間的關系曲線，并可測定并可測定應力應力（）與與應變（應變（）關系：關系：(1)應力應力：單位面積上試樣承受的載荷。用試樣承受的載荷(N)(N)除以試樣的原始橫截面積原始橫截面積S S0 0(mm(mm2 2) )表示: =F/S0 (MPa)(2)應變應變：單位長度的伸長量。用試樣的伸長伸長量量l(mm)l(mm)除以試樣的原始標距原始標距l(xiāng) l0 0(mm)(mm)表示: =l/l0 (3)

7、應力應力- -應變曲線應變曲線(-(-曲線曲線) ):形狀和拉伸曲線相同，單位不同bse低碳鋼低碳鋼 (20 (20鋼鋼) )拉伸的應力拉伸的應力- -應變曲線應變曲線( (-曲線曲線) ) op段：段： 比例比例彈性變形階段彈性變形階段；pe段：段：非比例非比例彈性變形階段彈性變形階段；平臺或鋸齒（平臺或鋸齒（es段段）：）：屈服階段屈服階段；sb段：段：均勻均勻塑性變形階段塑性變形階段，強化強化階段階段。b點點：形成了：形成了“縮頸縮頸”。bk段：段：非均勻非均勻變形階段變形階段，承載下，承載下降，降，到到k點斷裂。點斷裂。l F Fbbk Fss o gl bl ul fe Fep Fp

8、斷裂總伸長為斷裂總伸長為Of，其中其中塑形變形塑形變形Og(試樣斷后測得試樣斷后測得的伸長的伸長)，彈性伸長彈性伸長gf。 研究表明研究表明,低碳鋼在外加載荷作用下的變形過程低碳鋼在外加載荷作用下的變形過程,一般分為一般分為三三個階段：個階段： 彈性變形彈性變形 塑性變形塑性變形 斷裂。斷裂。指材料在外力作用下指材料在外力作用下產(chǎn)生變形產(chǎn)生變形, ,外力去除后外力去除后能夠恢復的能夠恢復的變形稱為變形稱為彈性變形彈性變形。外力去除后外力去除后不能恢復的不能恢復的殘余變形量殘余變形量稱為稱為塑性變形塑性變形。五萬噸水壓機五萬噸水壓機（1）彈性與剛度）彈性與剛度彈性：彈性：指材料在外力作用下指材料

9、在外力作用下不發(fā)生永久變形的能力。不發(fā)生永久變形的能力。比例極限比例極限(p):指指A處應力與處應力與應變之比。應變之比。（Mpa)彈性極限彈性極限(e):指材料在外力指材料在外力作用下不產(chǎn)生永久變形的作用下不產(chǎn)生永久變形的最大應力。最大應力。（Mpa)彈性模量彈性模量E(楊氏模量楊氏模量):指材料指材料在彈性范圍內在彈性范圍內, ,其應力其應力與應變的比值。與應變的比值。標志標志材料抵抗彈性變形的能力材料抵抗彈性變形的能力,用以用以表示材料的表示材料的剛度剛度指標指標. E值的大小值的大小,主要取決于主要取決于材料的本性材料的本性,反映了材料內部原子反映了材料內部原子結合鍵的強弱結合鍵的強弱

10、。 E值愈大值愈大,即剛度愈大即剛度愈大,材料愈不容易產(chǎn)生彈性材料愈不容易產(chǎn)生彈性變形變形. E鐵鐵=196000,E塑料塑料=2004000影響因素：影響因素：溫度。溫度。隨溫度升高而逐漸降低隨溫度升高而逐漸降低,而一些處理方而一些處理方法法(如熱處理、冷加工、微合金化等如熱處理、冷加工、微合金化等)對它的影響很小。對它的影響很小。材料的剛度材料的剛度不等于不等于機件的剛度機件的剛度 機件的剛度與結構因素有關機件的剛度與結構因素有關,如如橫截面積橫截面積、截面形狀截面形狀.滯彈性滯彈性與與彈性滯后彈性滯后的概念的概念 鈹青銅有極高的彈性極限和低彈性模量鈹青銅有極高的彈性極限和低彈性模量）（M

11、PatgE (2) 強度強度:指材料在外力作用下抵抗指材料在外力作用下抵抗塑性變形塑性變形和和破斷破斷的的能力。能力。屈服強度屈服強度ss：試樣試樣屈服時屈服時的最小應力的最小應力 ,即即B點對應的應力值，點對應的應力值，或稱為屈服極限。所謂或稱為屈服極限。所謂屈服屈服是指是指應力不增加而應變卻繼續(xù)增加應力不增加而應變卻繼續(xù)增加的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 名義名義( (條件條件) )屈服強度屈服強度0.20.2：當試樣產(chǎn)生的殘余塑性變形量為標當試樣產(chǎn)生的殘余塑性變形量為標距長度的距長度的0.2%時所對應的應力值。時所對應的應力值。屈服強度屈服強度是工程設計與選材的重要依據(jù)之一。是工程設計與選材的重要依據(jù)

12、之一。如湘江三大橋的緊固螺栓各種如湘江三大橋的緊固螺栓各種機械零部件的設計，特別是結構零件機械零部件的設計，特別是結構零件抗拉強度抗拉強度b b：材料材料在拉伸條件下在拉伸條件下, ,破裂前所受的最大應力破裂前所受的最大應力?；蚍Q為或稱為強度極限強度極限, ,它表示它表示材料抵抗材料抵抗斷裂斷裂的能力的能力?？估瓘姸瓤估瓘姸萣是零件設計的重要依據(jù)；也是評定金屬強度的重要指標之一。是零件設計的重要依據(jù)；也是評定金屬強度的重要指標之一。對于那些變形要求不高的機件，無須靠對于那些變形要求不高的機件，無須靠s來控制產(chǎn)品的變形量，常將來控制產(chǎn)品的變形量，常將b作為設計與選材的依據(jù)。作為設計與選材的依據(jù)。

13、0.2:試樣產(chǎn)生試樣產(chǎn)生0.2%殘余塑性變形時的應力殘余塑性變形時的應力應用：應用：s和和0.2常作為零件選材和設計的依據(jù)。常作為零件選材和設計的依據(jù)。屈強比，越大，越能發(fā)揮材料潛力，減少自重。0.20.20.2%L0試樣有長短兩種：標注方法。試樣有長短兩種：標注方法。長試樣長試樣l=10d ,其伸長率寫為其伸長率寫為10;短試樣短試樣l=5d,其伸長率寫為其伸長率寫為5對于不同材料，對于不同材料，值值5值不能比較。值不能比較。（3 3）塑性）塑性：是指材料在載荷作用下是指材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不產(chǎn)生塑性變形而不被破壞被破壞的能力。也即的能力。也即材料斷裂前發(fā)生永久變形的能力。材料斷裂

14、前發(fā)生永久變形的能力。塑性大小用拉伸斷裂后伸長率塑性大小用拉伸斷裂后伸長率與斷面收縮率與斷面收縮率表示。表示。%100s%100001001sslll斷后伸長率斷后伸長率斷面收縮率斷面收縮率 值值值越大值越大,材料的塑性越好。材料的塑性越好。 值表示塑性更接近材料真實應變。值表示塑性更接近材料真實應變。材料應具有一定的塑性才能進行各種變形加工。材料應具有一定的塑性才能進行各種變形加工。(4)(4)不同材料的拉伸曲線不同材料的拉伸曲線退火低碳鋼退火低碳鋼低、中回火鋼低、中回火鋼淬火鋼及鑄鐵淬火鋼及鑄鐵中碳調質鋼中碳調質鋼不同材料的應力應變曲線不同材料的應力應變曲線（a）銅）銅OO（c）天然橡膠）

15、天然橡膠O（b）鑄鐵）鑄鐵壓縮壓縮拉伸拉伸O（d）塑料）塑料14321-強而韌，尼龍，聚氯乙烯強而韌，尼龍，聚氯乙烯2-硬而脆，有機玻璃硬而脆，有機玻璃3-硬而強，纖維增強熱固性塑料硬而強，纖維增強熱固性塑料4-軟而韌，伸長率大，有增塑劑的聚氯乙烯。軟而韌，伸長率大，有增塑劑的聚氯乙烯。練習題練習題一一 1.拉力試樣的原標距長度為拉力試樣的原標距長度為50mm50mm，直徑為，直徑為10mm10mm，經(jīng)拉力試驗，經(jīng)拉力試驗后，將已斷裂的試樣對接起來測量，若最后的標距長度為后，將已斷裂的試樣對接起來測量，若最后的標距長度為71mm71mm，頸縮區(qū)的最小直徑為，頸縮區(qū)的最小直徑為4.9mm4.9m

16、m，試求該材料的伸長率和，試求該材料的伸長率和斷面收縮率的值？斷面收縮率的值？ 解：解： =（71-5071-50）/50/50100%=42%100%=42% S S0 0=3.14x(10/2)=3.14x(10/2)2 2=78.5(mm=78.5(mm2 2) ) S S1 1=3.14x(4.9/2)=3.14x(4.9/2)2 2=18.85(mm=18.85(mm2 2) ) =(S=(S0 0-S-S1 1)/S)/S0 0 100%=24%100%=24% 2.某工廠買回一批材料某工廠買回一批材料,要求要求:s230MPa；b410MPa；523%；50%做短試樣（做短試樣（

17、0=50；0=10mm）拉伸試驗，結果如下：）拉伸試驗，結果如下：Fs=19KN，F(xiàn)b=34.5KN；l1=63.1mm；d1=6.3mm;問買回的材料合格嗎？問買回的材料合格嗎？ 解：解： 根據(jù)試驗結果計算如下：根據(jù)試驗結果計算如下：sFss(191000)/(3.1452 )=242 230MPa b Fb s(34.51000)/(3.1452 )=439.5 410MPa 5 ll 0100% (63.1-50)/50100%=26.2% 23% SS 0100% 60.31% 50% 材料的各項指標均合格，因此買回的材料合格材料的各項指標均合格，因此買回的材料合格。2.1.2 硬度：

18、硬度：是衡量材料軟硬程度的指標，是衡量材料軟硬程度的指標，反映材料表面反映材料表面抵抗微區(qū)塑性變形抵抗微區(qū)塑性變形的能力的能力 硬度值硬度值是由起始塑性變形抗力起始塑性變形抗力和繼續(xù)塑性變形抗力繼續(xù)塑性變形抗力決定的,材料的強度越高,塑性變形抗力越高,硬度值也就越高。硬度分為： 壓入硬度。壓入硬度。主要用于金屬材料，測定方法是用一定的載荷將規(guī)定的壓頭壓入被測材料，以材料表面局部塑性變形的以材料表面局部塑性變形的大小比較被測材料的軟硬。大小比較被測材料的軟硬。由于壓頭、載荷以及載荷持續(xù)時間的不同，壓入硬度有多種，主要有布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和顯微硬度等幾種。硬度值表示材料表面抵抗另一物體壓

19、入時所引起的塑性變形的能力。 回跳硬度?；靥捕?。主要用于金屬材料，測定方法是使一特制的小錘從一定高度自由下落沖擊被測材料的試樣，通過測定小錘的回跳高度 (試樣在沖擊過程中儲存繼而釋放應變能的多少)確定材料的硬度。主要有肖氏硬度、里氏硬度,硬度值代表金屬彈性變形功能的大小。 劃痕硬度。劃痕硬度。主要用于比較不同礦物的軟硬程度，方法是選一根一端硬一端軟的棒，將被測材料沿棒劃過，根據(jù)出現(xiàn)劃痕的位置確定被測材料的軟硬。定性地說，硬物體劃出的劃痕長，軟物體劃出的劃痕短。 刻劃法刻劃法測量硬度，硬度值表示金屬抵抗表面局部破裂的能力。 早在1822年，F(xiàn)riedrich Mohs提出摩氏硬度計摩氏硬度計。

20、按照他們的軟硬程度分為十級： 1 1）滑石滑石 2 2）石膏石膏 3 3）方解石方解石 4 4）螢石螢石 5 5）磷灰石磷灰石 6 6）正長石正長石 7 7）石英石英 8 8）黃玉黃玉 9 9）剛玉剛玉 1010）金剛石金剛石 簡單記憶方法：滑石方、螢磷長、石英、黃玉、剛、金剛。 各級之間硬度的差異不是均等的，等級之間只表示硬度的相對大小。 （1 1）布氏硬度布氏硬度 （2 2）洛氏硬度洛氏硬度 （3）維氏硬度）維氏硬度 （4）肖氏硬度）肖氏硬度(HS) （5）莫氏硬度）莫氏硬度2. 應用應用3. 優(yōu)缺點優(yōu)缺點4. 實驗（錄像）實驗（錄像）1. 原理原理1.布氏硬度布氏硬度（HB）：由瑞典工程

21、師由瑞典工程師J.B.Brinell于于1900年提出。年提出。 一般省略單位，一般省略單位，HBS一般簡寫為一般簡寫為HB,適宜測量較軟的金屬，不宜測試成品適宜測量較軟的金屬，不宜測試成品 a、選用淬火鋼球時，選用淬火鋼球時，HBS450 150HBS10/1000/30b、選用硬質合金球時選用硬質合金球時,HBW(450650)500HBW5/750 國標規(guī)定:球體直徑D有五種,而P/D2有七種)22(2dDDDPAPHB凹（N/mm2)適用范圍適用范圍:v 450HBS;v 650HBW;1. 原理原理壓痕大，測量準確，但不能測量成品件。壓痕大，測量準確，但不能測量成品件。布氏硬度計布氏

22、硬度計 符號符號HBS或或HBW之前的數(shù)字表示硬度值之前的數(shù)字表示硬度值, ,符號后面的數(shù)字符號后面的數(shù)字按順序分別表示按順序分別表示球體直徑球體直徑、載荷載荷及載荷及載荷保持時間保持時間. .如如: :120HBS10/1000/30表示表示直徑為直徑為10mm的的鋼球鋼球在在1000kgf約約9.807kN載荷載荷作用下作用下保持保持30s測得的測得的布氏硬度值為布氏硬度值為120。 布氏硬度的優(yōu)點：布氏硬度的優(yōu)點：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。 缺點：缺點：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。適于測量適于測量退

23、火、正火、調質鋼退火、正火、調質鋼, ,鑄鐵及有色金屬的硬度。鑄鐵及有色金屬的硬度。 材料的材料的 b b與與HBHB之間的經(jīng)驗關系：之間的經(jīng)驗關系： 對于低碳鋼對于低碳鋼: : b b(MPa)(MPa)3.6HB3.6HB 對于高碳鋼：對于高碳鋼： b b(MPa)(MPa)3.4HB3.4HB 對于鑄鐵：對于鑄鐵： b b(MPa)(MPa)1HB1HB或或 b b(MPa(MPa) ) 0.6(HB-40) 0.6(HB-40)HB b(MPa)鋼黃銅球墨鑄鐵2.洛氏硬度洛氏硬度（HRC）：）： 該測試方法是由美國的兩個洛克威爾（該測試方法是由美國的兩個洛克威爾（S.P.Rockwel

24、l)和（和（H.M.Rockwell)1911年提出。以壓痕的深度年提出。以壓痕的深度h來來計算硬度值。計算硬度值。HRC1/h HR=HR=k k-( -(h h1 1- -h h0 0)/0.002)/0.002h1-h0 洛氏硬度計洛氏硬度計洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度測試示意圖洛氏洛氏硬度硬度壓頭壓頭總載荷總載荷（kgf)測量范圍測量范圍 應用應用HRA120金剛石金剛石圓錐體圓錐體6070HRA高硬度材料高硬度材料硬質合金硬質合金零件表面硬化零件表面硬化層層(表淬層和滲碳層表淬層和滲碳層)等等HRB1.588鋼球鋼球10025100HRB低低硬度材料硬度材料銅合金等有色金屬和退銅合金等

25、有色金屬和退火、正火鋼等軟鋼火、正火鋼等軟鋼HRC120金剛石金剛石圓錐體圓錐體1502067HRC中中等硬度材料等硬度材料調質鋼、調質鋼、淬火鋼等零件淬火鋼等零件洛氏硬度與布氏硬度的換算關系：HRC0.1HB應用范圍應用范圍:根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個標尺，根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個標尺，常用的標尺為常用的標尺為A A、B B、C C。適宜測量較硬的金屬（成品）適宜測量較硬的金屬（成品）常用洛氏硬度標度的試驗范圍常用洛氏硬度標度的試驗范圍 優(yōu)點：操作簡便、迅速，效率高，壓痕小，可直接測量成品件優(yōu)點：操作簡便、迅速，效率高，壓痕小，可直接測量成品件及高硬度及高硬度 的材料。適用

26、范圍廣。的材料。適用范圍廣。 缺點：壓痕小缺點：壓痕小,測量結果分散度大測量結果分散度大,測量不準確測量不準確,需多次測量。需多次測量。鋼球壓頭與鋼球壓頭與金剛石壓頭金剛石壓頭洛氏硬度壓痕洛氏硬度壓痕試驗返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁加初載荷加初載荷加主載荷加主載荷卸除主載荷卸除主載荷讀硬度值讀硬度值 采用一相對面為采用一相對面為136的金剛石正的金剛石正四棱錐體壓頭，在規(guī)定載荷四棱錐體壓頭，在規(guī)定載荷P作用下壓作用下壓入被測材料表面，保持一定時間后卸入被測材料表面，保持一定時間后卸除載荷，然后再再測量壓痕投影的兩除載荷，然后再再測量壓痕投影的兩對角線的平均長度對角線的平均長度

27、d，如圖如圖1-10所示，所示，并計算出壓痕的面積并計算出壓痕的面積S，最后求出壓痕最后求出壓痕表面積上平均壓（表面積上平均壓（P/S），），以此作為被以此作為被測金屬的維氏硬度值（測金屬的維氏硬度值（HV）：）：2028544. 168sin2dPdPSPHV 適用于各種適用于各種軟硬金屬，尤其是表面硬軟硬金屬，尤其是表面硬化層，化層，如化學熱處理滲層、電鍍層等，如化學熱處理滲層、電鍍層等，此法壓痕清晰、測試精度高此法壓痕清晰、測試精度高（3）維氏硬度：）維氏硬度：由英國史密斯由英國史密斯（R.L Smith)和桑德蘭德和桑德蘭德（G.E.Sandland）于于1925年提出的。年提出的。維

28、氏硬度試驗原理維氏硬度試驗原理維氏硬度計維氏硬度計維氏硬度壓痕維氏硬度壓痕根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測定方法根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測定方法維氏硬度試驗維氏硬度試驗 、小負荷維氏硬度試驗小負荷維氏硬度試驗、顯微維氏硬度試驗顯微維氏硬度試驗。 維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點。維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點。 適用范圍適用范圍: : 測量薄板類測量薄板類 ; HVHBS ;小負荷維氏硬度計小負荷維氏硬度計顯微維氏硬度計顯微維氏硬度計工工 件件(4)肖氏硬度肖氏硬度 HS (drop hardness )254mm2.5gh12hhKHS 適宜于在現(xiàn)場對大型試件（如機床床身，大

29、型齒輪等）進行適宜于在現(xiàn)場對大型試件（如機床床身，大型齒輪等）進行硬度測量硬度測量（5）莫氏硬度：）莫氏硬度：劃痕硬度，主要用于陶瓷和礦物材料劃痕硬度，主要用于陶瓷和礦物材料的硬度測量，從軟到硬，共分的硬度測量，從軟到硬，共分10級級.一般來說，材料的硬度值越高，其強度值也越高（4）肖氏硬度）肖氏硬度(HS)： 金剛石的沖金剛石的沖頭頭h1高度自由下落回高度自由下落回跳跳 h22.2 2.2 材料的動態(tài)力學性能材料的動態(tài)力學性能 動載荷：動載荷：隨時間而變化的載荷，包括交變載荷、沖擊載荷等。 交變載荷：交變載荷：載荷大小或方向隨時間而發(fā)生變化的載荷。 沖擊載荷：沖擊載荷：以很大速度作用于機件上

30、的載荷稱為。 材料動態(tài)力學性能材料動態(tài)力學性能：是指材料在動載荷作用下，抵抗材料在動載荷作用下，抵抗變形和斷裂的能力。變形和斷裂的能力。 主要指標有：沖擊韌度沖擊韌度、疲勞強度疲勞強度和斷裂韌度斷裂韌度等。TITANIC建造中的建造中的Titanic Titanic 號號TITANICTITANIC的沉沒與的沉沒與船體材料的質量有船體材料的質量有直接關系。直接關系。Titanic Titanic 號鋼板號鋼板（左圖）（左圖）和近代船用鋼板和近代船用鋼板（右（右圖）的沖擊試驗結果圖）的沖擊試驗結果Titanic近代船用鋼板近代船用鋼板韌性斷口韌性斷口脆性解理斷口脆性解理斷口2.2.1 2.2.1

31、 材料的沖擊韌度材料的沖擊韌度a ak k 材料在塑性變形和斷裂過程中材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量吸收能量的的能力能力稱為稱為韌性、韌性、 1.1.定義定義: :材料在材料在沖擊載荷沖擊載荷作用下抵抗作用下抵抗變形變形和和斷裂斷裂的能力。的能力。即材料抵抗沖擊載荷作用而即材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞不破壞的能力稱為的能力稱為沖擊韌度沖擊韌度 2.2.沖擊韌性的測定原理：沖擊韌性的測定原理：試樣被沖斷過程中吸收的能量試樣被沖斷過程中吸收的能量即沖擊吸收功即沖擊吸收功( (A Ak k) )等于擺錘沖擊試樣前后的勢能差。等于擺錘沖擊試樣前后的勢能差。沖擊吸收功沖擊吸收功 Ak=GH1GH2

32、（J）沖擊韌度值沖擊韌度值SAakk(J/mm2)式中式中：S 缺口截面積缺口截面積3.脆性材料：脆性材料：ak低，斷裂前無明顯塑性變形低，斷裂前無明顯塑性變形,斷口平整斷口平整,呈結晶狀呈結晶狀,有金屬光澤有金屬光澤韌性材料韌性材料： ak高高,斷裂前有明顯塑性變形斷裂前有明顯塑性變形,斷口呈纖維斷口呈纖維狀狀,無光澤無光澤.擺錘一次沖擊試驗，測定材料的沖擊韌度值擺錘一次沖擊試驗，測定材料的沖擊韌度值 沖擊韌度值一般只能作為選材的參考沖擊韌度值一般只能作為選材的參考, ,而不能作為定量性能指標用于設計而不能作為定量性能指標用于設計, , 對抵抗少數(shù)幾次大能量沖擊的設計有一定參考意義.如裝甲板

33、.沖擊試樣和沖擊試驗示意圖沖擊試樣和沖擊試驗示意圖4 4、冷脆轉變冷脆轉變溫度溫度T,則韌度則韌度 ak;材料由韌性材料由韌性脆性脆性,這種轉變稱為冷脆轉變這種轉變稱為冷脆轉變,冷脆轉變溫度冷脆轉變溫度TkTk：冷脆轉變時相應的溫度稱為冷脆轉變冷脆轉變時相應的溫度稱為冷脆轉變溫度溫度Tk。Tk越低越低,低溫沖擊韌度越好低溫沖擊韌度越好.TkTak圖 冷脆轉變溫度沖擊試驗對材料組織非常敏感沖擊試驗對材料組織非常敏感, ,能靈敏地顯示冶金因素能靈敏地顯示冶金因素對材料的損傷對材料的損傷, ,如回火如回火 過熱等過熱等. .而靜載荷試驗方法對而靜載荷試驗方法對此無能為力此無能為力. .2.2.2 2

34、.2.2 材料的多沖抗力材料的多沖抗力 實際生產(chǎn)中,機械零件很少是受到一次大能量沖擊而損壞,大多數(shù)是在小能量多次沖擊載荷下工作的,如,鑿巖機風鎬上的活塞,沖模的沖頭等, 采用小能量多次沖擊小能量多次沖擊的抗力指標抗力指標作為評定材料質量及選材的依據(jù)。 破壞過程：裂紋產(chǎn)生和擴展的過程。是每次沖擊損傷積累發(fā)展的結果。與一次沖擊有本質區(qū)別。 一次沖擊試驗的沖擊韌度值高的材料，小能量多次沖擊抗力不一一次沖擊試驗的沖擊韌度值高的材料，小能量多次沖擊抗力不一定高定高，反之亦然。如孕育鑄鐵。 大能量沖擊載荷作用時，沖擊抗力主要取決于，沖擊韌度的大小，而在小能量多次沖擊條件下，其多沖抗力不但要求具備一定強度，

35、同時要求有適當?shù)乃苄浴Ｊ遣牧蠌姸群退苄缘木C合體現(xiàn)。 實踐證明， 沖擊能量高時，依賴于塑性，沖擊能量低時，依賴于強度。2.2.3 材料的疲勞強度材料的疲勞強度fatigue strength疲勞特性疲勞特性1 ）疲勞：疲勞：工程上有一些長時間承受工程上有一些長時間承受交變應力交變應力或或循環(huán)應力循環(huán)應力的的機件，在工作應力低于制造材料的屈服強度機件，在工作應力低于制造材料的屈服強度 s s時就發(fā)生了斷時就發(fā)生了斷裂，稱為裂，稱為疲勞斷裂疲勞斷裂。2）疲勞極限）疲勞極限-1(疲勞強度疲勞強度)：指：指材材料能經(jīng)受無限次料能經(jīng)受無限次( (或或達到規(guī)定循達到規(guī)定循環(huán)次數(shù)環(huán)次數(shù)) )應力交變應力交變,

36、而不發(fā)生斷裂而不發(fā)生斷裂的最大應力。的最大應力。鋼材的鋼材的疲勞強度疲勞強度與與抗拉強度抗拉強度之間之間的關系的關系: -1 =(0.45(0.450.55)0.55)b3 ）條件疲勞極限：條件疲勞極限：工程上常規(guī)工程上常規(guī)定循環(huán)周次定循環(huán)周次N=107或或108周次時的周次時的最大應力最大應力.有色金屬的循環(huán)基數(shù)有色金屬的循環(huán)基數(shù)一般取一般取 N = 108鋼材的循環(huán)基數(shù)鋼材的循環(huán)基數(shù)一般取一般取 N = 107腐蝕介質作用下的循環(huán)基數(shù)腐蝕介質作用下的循環(huán)基數(shù)一般取一般取 N = 1064）高周與低周疲勞）高周與低周疲勞 高周疲勞：高周疲勞：交變應力低于材料的屈服強度，斷裂循環(huán)周次多 （N1

37、07）。 低周疲勞：低周疲勞：交變應力高于材料的屈服強度，斷裂循環(huán)周次少 （N107）。 零件疲勞斷裂過程可表述為疲勞裂紋零件疲勞斷裂過程可表述為疲勞裂紋產(chǎn)生產(chǎn)生、疲勞裂紋疲勞裂紋擴展擴展和瞬時和瞬時斷裂斷裂三個階段三個階段疲勞強度疲勞強度( fatigue strength ):( fatigue strength ): 疲勞強度與選用材料的疲勞強度與選用材料的成分成分及及組織組織等本質有關外等本質有關外,還與零件的還與零件的表面結構形狀表面結構形狀及及狀態(tài)狀態(tài)有關。有關。 機件疲勞斷裂機件疲勞斷裂產(chǎn)生根源產(chǎn)生根源 ：表面應力集中處或內部缺陷處：表面應力集中處或內部缺陷處 解決辦法：通過通過

38、改善或改善或選擇合理的選擇合理的材料的形狀結構材料的形狀結構,提高表面提高表面光潔度光潔度,減少表面缺陷減少表面缺陷和損傷和損傷,進行表面強化進行表面強化處理處理(如如噴丸、滾壓、噴丸、滾壓、表面淬火、滲碳表面淬火、滲碳等等)等方法可提高材料疲勞抗力。等方法可提高材料疲勞抗力。軸的疲勞斷口軸的疲勞斷口疲勞輝紋（掃描電鏡照片疲勞輝紋（掃描電鏡照片）六、斷裂韌性六、斷裂韌性油輪斷裂和北極星導彈油輪斷裂和北極星導彈發(fā)動機殼體爆炸與材料發(fā)動機殼體爆炸與材料中存在缺陷有關中存在缺陷有關 1943年美國年美國T-2油輪發(fā)生斷裂油輪發(fā)生斷裂北極星導北極星導彈彈裂紋擴展的基本形式裂紋擴展的基本形式2.2.4

39、.2.2.4 .斷裂斷裂韌度韌度K Kcc1）低應力脆性斷裂：低應力脆性斷裂：指一些高強度鋼制造的機件和中、低指一些高強度鋼制造的機件和中、低強度鋼制造的大尺寸機件，經(jīng)常出現(xiàn)在工作應力低于屈服強度鋼制造的大尺寸機件，經(jīng)常出現(xiàn)在工作應力低于屈服強度強度s時發(fā)生斷裂。時發(fā)生斷裂。原因：存在裂紋、裂紋尖端處應力集中、快速擴展乃至斷裂原因：存在裂紋、裂紋尖端處應力集中、快速擴展乃至斷裂形成一個尖端應力場。形成一個尖端應力場。 2）應力場強度因子應力場強度因子K KaYK=(MPam1/2) Kc是材料的固有力學性能指標，反映了是材料的固有力學性能指標，反映了有裂紋存在時材有裂紋存在時材料抵抗脆性斷裂的

40、能力料抵抗脆性斷裂的能力，是強度和韌性的綜合體現(xiàn)。，是強度和韌性的綜合體現(xiàn)。 Kc的高低一定與的高低一定與材料的成分、材料的成分、內部組織內部組織、晶粒大小晶粒大小及及非金非金屬夾雜物屬夾雜物的數(shù)量及分布形式的數(shù)量及分布形式有關。有關。）（aYK /當機件的最大工作應力當機件的最大工作應力則帶有長度小于則帶有長度小于2a裂紋的機件就不會發(fā)生斷裂。裂紋的機件就不會發(fā)生斷裂。，可見材料的可見材料的斷裂韌度斷裂韌度也是工程設計中防止低應力脆性斷裂也是工程設計中防止低應力脆性斷裂的重要力學依據(jù)。的重要力學依據(jù)。 3 3）斷裂斷裂韌度韌度KcKc：當應力強度因子當應力強度因子K增大到某一臨增大到某一臨界

41、值時，就能使裂紋突然擴展，材料快速斷裂，這界值時，就能使裂紋突然擴展，材料快速斷裂，這個個應力強度因子應力強度因子K K的臨界值的臨界值，或稱為，或稱為斷裂韌性斷裂韌性。比強度比強度 ( specific strength ): 材料的強度值與密度值之比材料的強度值與密度值之比。名稱名稱密度密度(g / cm3)強度強度( Mpa )比強度比強度純鋁純鋁2.7801003037純鐵純鐵7.871802802336純鈦純鈦4.5405500901116、耐磨耐磨性性：是指材料對磨損的抵抗能力。一個零件相是指材料對磨損的抵抗能力。一個零件相對另一個零件摩擦的結果引起摩擦表面對另一個零件摩擦的結果引

42、起摩擦表面有微小顆粒分離出來，使接觸面尺寸變有微小顆粒分離出來，使接觸面尺寸變化、質量損失，這種現(xiàn)象稱為化、質量損失，這種現(xiàn)象稱為磨損。磨損。增加材料的耐磨性方法有增加材料的耐磨性方法有降低材料的摩擦系數(shù)降低材料的摩擦系數(shù)提高材料的硬度提高材料的硬度maxmaxm m作業(yè) 熟悉拉伸曲線 掌握掌握強度及塑性指標強度及塑性指標，了解這些指，了解這些指標在工程上的應用標在工程上的應用 課后習題P21：、2.3 材料的物理化學性能材料的物理化學性能2.3.1 2.3.1 材料的物理性能材料的物理性能1、密度：單位體積的質量。、密度：單位體積的質量?？估瓘姸扰c密度之比，稱為比強度?？估瓘姸扰c密度之比，稱

43、為比強度。2、熔點：材料在緩慢加熱時由固態(tài)轉變?yōu)橐簯B(tài)的轉變溫度。、熔點：材料在緩慢加熱時由固態(tài)轉變?yōu)橐簯B(tài)的轉變溫度。3、熱膨脹性：熱膨脹性：線脹系數(shù)：溫度上升線脹系數(shù)：溫度上升1時，單位長度的伸時，單位長度的伸長量。長量。4、導電性：、導電性：電阻率電阻率5、導熱性、導熱性 導熱現(xiàn)象：熱能從高溫到低溫傳輸。導熱現(xiàn)象：熱能從高溫到低溫傳輸。熱導率：物體內的溫度梯度為熱導率：物體內的溫度梯度為1/m時，在單位時間、單位時，在單位時間、單位面積的傳熱量。面積的傳熱量。6、磁性、磁性2.3.2 2.3.2 材料的化學性能材料的化學性能 1. 耐腐蝕性：指材料抵抗各種介質侵蝕耐腐蝕性：指材料抵抗各種介質

44、侵蝕的能力。的能力。 2. 抗氧化性：金屬與空氣中的抗氧化性：金屬與空氣中的O2作用形作用形成氧化物成氧化物 3. 化學穩(wěn)定性：耐腐蝕性和抗氧化性統(tǒng)化學穩(wěn)定性：耐腐蝕性和抗氧化性統(tǒng)稱為材料的化學穩(wěn)定性，高溫下的則為稱為材料的化學穩(wěn)定性，高溫下的則為熱化學穩(wěn)定性。如，汽輪機，飛機發(fā)動熱化學穩(wěn)定性。如，汽輪機，飛機發(fā)動機，工業(yè)鍋爐機，工業(yè)鍋爐 2.4 材料的工藝性能材料的工藝性能 1、鑄造性：、鑄造性：鑄造工藝中液體金屬充滿鑄型并鑄造工藝中液體金屬充滿鑄型并獲得優(yōu)良鑄件獲得優(yōu)良鑄件的能力。的能力。包括包括流動性流動性、收縮率收縮率、偏析偏析傾向，熔點及吸氣性等。傾向，熔點及吸氣性等。 2、鍛造性、

45、鍛造性（塑性加工性）鍛造工藝中獲得優(yōu)良鍛件的能力。（塑性加工性）鍛造工藝中獲得優(yōu)良鍛件的能力。塑性變形能力塑性變形能力和和變形抗力變形抗力，材料的塑性高，變形抗力小，鍛，材料的塑性高，變形抗力小，鍛造性好。造性好。 3、焊接性、焊接性：是否易于焊接并：是否易于焊接并獲得優(yōu)良焊縫的能力。獲得優(yōu)良焊縫的能力?；瘜W成化學成分分、工藝條件工藝條件是主要影響因素。低碳鋼具有良好的焊接性，是主要影響因素。低碳鋼具有良好的焊接性， 4、切削加工性：材料被切削加工成形的難以程度，包括切、切削加工性：材料被切削加工成形的難以程度，包括切削速度、表面粗糙度，刀具使用壽命等，與材料的削速度、表面粗糙度，刀具使用壽命

46、等，與材料的化學成分化學成分、顯微組織顯微組織及及力學性能力學性能等因素有關。等因素有關。有利于切削加工的硬度為有利于切削加工的硬度為160230HB 如如45鋼鋼 5、熱處理性能：、熱處理性能：材料進行材料進行熱處理熱處理獲得優(yōu)良產(chǎn)品的能力，獲得優(yōu)良產(chǎn)品的能力，包包括淬透性、淬硬性、熱處理變形，開裂傾向，氧化與脫碳傾括淬透性、淬硬性、熱處理變形，開裂傾向，氧化與脫碳傾向等。向等。金屬材料的加工工藝手段材材料料毛毛坯坯零零件件鑄造鑄造鍛壓鍛壓焊接焊接粉末冶金粉末冶金切削加工切削加工型材型材熱處理熱處理鑄造鑄造 熔煉金屬，制造鑄熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后澆入

47、鑄型，凝固后獲得一定形狀和性獲得一定形狀和性能鑄件的成形方法，能鑄件的成形方法，稱為稱為鑄造鑄造。鍛壓鍛壓 鍛壓是對坯料施加外力，使其鍛壓是對坯料施加外力，使其產(chǎn)生塑性變形、改變尺寸、形產(chǎn)生塑性變形、改變尺寸、形狀及改善性能，用以制造機械狀及改善性能，用以制造機械零件、工件或毛坯的成形加工零件、工件或毛坯的成形加工方法。它是方法。它是鍛造與沖壓鍛造與沖壓的總稱，的總稱，屬于壓力加工的范疇屬于壓力加工的范疇。焊接結構焊接結構 焊接的實質是使兩個分離的焊接的實質是使兩個分離的物體通過加熱或加壓，或兩物體通過加熱或加壓，或兩者并用，在用或不用填充材者并用，在用或不用填充材料的條件下借助于原子間或料的

48、條件下借助于原子間或分子間的聯(lián)系與質點的分子間的聯(lián)系與質點的擴散擴散作用作用形成一個整體的過程形成一個整體的過程。2.5 金屬的塑性變形及強化金屬的塑性變形及強化 金屬在外力作用下會發(fā)生金屬在外力作用下會發(fā)生彈性變形彈性變形和和塑性變形塑性變形。 塑性變形是強化金屬的重要手段之一（加工硬化）。塑性變形是強化金屬的重要手段之一（加工硬化）。 金屬材料，熔煉金屬材料，熔煉-澆注成鑄錠澆注成鑄錠-各種壓力加工各種壓力加工 軋制、擠壓、冷拔、鍛造軋制、擠壓、冷拔、鍛造及及沖壓沖壓等。等。2-9所示。所示。 壓力加工，壓力加工，改變形狀和尺寸改變形狀和尺寸，改變材料組織和性能改變材料組織和性能。 冷塑性

49、變形，產(chǎn)生冷塑性變形，產(chǎn)生組織組織和和性能性能變化。變化。 加熱過程中組織發(fā)生加熱過程中組織發(fā)生回復回復、再結晶再結晶和和晶粒長大晶粒長大等一系等一系列變化。列變化。 了解這些過程的實質，了解各種影響因素及規(guī)律，了解這些過程的實質，了解各種影響因素及規(guī)律， 有助于發(fā)揮金屬的性能潛力，正確確定加工工藝有助于發(fā)揮金屬的性能潛力，正確確定加工工藝. . 掌握和改進金屬材料壓力掌握和改進金屬材料壓力加工工藝加工工藝，控制材料的，控制材料的組織組織和性能和性能。金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形 不同材料有不同結構，因而具有不同的性能，不同材料有不同結構，因而具有不同的性能， 不同性能的材料相應就有不

50、同的應用范圍不同性能的材料相應就有不同的應用范圍機加工（車床刨床銑床等機械加工）機加工（車床刨床銑床等機械加工）線切割線切割焊接焊接鑄造鑄造鍛造鍛造軋制軋制沖壓成型（熱沖壓、冷沖壓）沖壓成型（熱沖壓、冷沖壓）粉末冶金等粉末冶金等 鑄鐵鑄鐵 碳鋼碳鋼 高分子材料高分子材料相應的不同材料有不同的成型方法：相應的不同材料有不同的成型方法：結構結構決定決定性能性能金屬材料得到廣泛的應用金屬材料得到廣泛的應用重要原因就是在重要原因就是在具有較高具有較高強度和韌性強度和韌性的同時還的同時還具有具有良好的塑性良好的塑性。學習本章的意義學習本章的意義 知道知道材料性能材料性能后可得出材料在各種后可得出材料在各

51、種使用場合使用場合下的下的使用狀態(tài)使用狀態(tài)。（如，如，長度長度/ /體積體積/ /形狀形狀的變化及是否處于各種的變化及是否處于各種危險狀態(tài)危險狀態(tài)等等） 在材料力學里表現(xiàn)為參數(shù)：彈性模量在材料力學里表現(xiàn)為參數(shù)：彈性模量E E 如：一根長為如：一根長為5m，直，直徑徑為為3mm的鋁線，已知鋁的彈性模量的鋁線，已知鋁的彈性模量為為70GPa，求在，求在200N的的拉力作用下鋁線總長。拉力作用下鋁線總長。 這屬這屬材料力學材料力學的計算問題。的計算問題。 材料成型過程中如何確定材料的變形程度？（材料成型過程中如何確定材料的變形程度？（冷冷變形度變形度 、熱熱變形度變形度 ）如鍛造、沖壓成型等，）如鍛

52、造、沖壓成型等，其依據(jù)是什么？這里體現(xiàn)為其依據(jù)是什么？這里體現(xiàn)為材料的塑性，材料的塑性， 材料的塑性變形對材料性能也是有影響的。材料的塑性變形對材料性能也是有影響的。（意義）（意義） 故而掌握故而掌握塑性變形塑性變形的的過程過程、變形的、變形的實質實質以及以及變形變形對對金屬金屬組織組織的的影響影響；組織變化組織變化對金屬對金屬性能性能的影響，的影響， 對金屬的合理使用，如何對金屬的合理使用，如何利用利用其性能，其性能，改變改變性能、性能、提高提高產(chǎn)品產(chǎn)品質量、質量、降低降低生產(chǎn)成本，生產(chǎn)成本，提高提高市場競爭力意義重大。市場競爭力意義重大。 因為材料是由因為材料是由多晶體多晶體組成的，當材料

53、組成的，當材料宏觀宏觀變形時，變形時，從從微觀微觀看每個看每個晶粒晶粒都參與了變形。所以分析多晶都參與了變形。所以分析多晶體的塑性變形可以從研究單晶的體的塑性變形可以從研究單晶的塑性變形規(guī)律塑性變形規(guī)律來來著手。著手。 宏觀現(xiàn)象：宏觀現(xiàn)象：材料的塑性變形：伸長、縮短、彎曲、材料的塑性變形：伸長、縮短、彎曲、扭轉扭轉 微觀本質：微觀本質：單晶體的塑性變形：滑移與孿生（以單晶體的塑性變形：滑移與孿生（以滑移為主）滑移為主） 看問題一定要看問題一定要從現(xiàn)象到本質從現(xiàn)象到本質，抓住現(xiàn)象與本質間的聯(lián)系才可以依據(jù)現(xiàn)象來分析問，抓住現(xiàn)象與本質間的聯(lián)系才可以依據(jù)現(xiàn)象來分析問題。下面將介紹題。下面將介紹2.5.

54、1 2.5.1 單晶體金屬的塑性變形單晶體金屬的塑性變形 單晶體受力后，外力在任何晶面上都可分單晶體受力后，外力在任何晶面上都可分解為解為正應力正應力和和切應力切應力。正應力只能引起彈。正應力只能引起彈性變形及解理斷裂。性變形及解理斷裂。 單晶體單晶體只有在只有在切應力切應力作用下才能產(chǎn)生作用下才能產(chǎn)生塑性塑性變形。變形。 塑性變形的形式：塑性變形的形式：滑移和孿生?；坪蛯\生。 金屬常以金屬常以滑移滑移方式發(fā)生塑性變形。方式發(fā)生塑性變形。1.1.滑移、滑移帶、滑移系滑移、滑移帶、滑移系的概念的概念 滑移滑移：當應力超過材料的當應力超過材料的彈性極限彈性極限后，后，晶體的一晶體的一部分沿部分沿

55、晶面和晶向晶面和晶向相對于另一部分發(fā)生滑動相對于另一部分發(fā)生滑動位移位移的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 這種位移這種位移(即塑性變形即塑性變形) 在應力去除后不能恢在應力去除后不能恢復。復。 宏觀現(xiàn)象宏觀現(xiàn)象:金屬經(jīng)過滑移變形后金屬經(jīng)過滑移變形后,其表面會留其表面會留下變形的下變形的痕跡。痕跡。即即滑移帶滑移帶.他們在顯微鏡甚至在肉眼他們在顯微鏡甚至在肉眼下就可以觀察下就可以觀察到。如圖到。如圖6-1（1 1）滑移帶）滑移帶在分辨率很高的電子顯微鏡下觀在分辨率很高的電子顯微鏡下觀察察每一條滑移帶每一條滑移帶可以發(fā)現(xiàn)他們是可以發(fā)現(xiàn)他們是由由很多相互平行的滑移很多相互平行的滑移線線組成組成，如圖，如圖6-2從圖

56、從圖6-2可以看出：可以看出：1 ;2 ;3 ;4 .滑移帶間有一滑移帶間有一定間距，且?guī)У暮穸炔坏?，表明晶體滑移定間距，且?guī)У暮穸炔坏龋砻骶w滑移變形是不均勻的它只是發(fā)生在某些晶面上。變形是不均勻的它只是發(fā)生在某些晶面上?；茖?0nm滑移量120nm滑移帶滑移線滑移帶及滑移線銅拉伸試樣表面滑移帶銅拉伸試樣表面滑移帶（2）滑移變形的特點1）滑移變形只能在切應力作用下才會發(fā)生。臨界切應力。2）滑移變形實質上是晶體內部的晶體內部的位錯在切應力作用下運動的結果位錯在切應力作用下運動的結果。3）滑移時，晶體兩部分的相對滑移時，晶體兩部分的相對位移量（位移量（總變形量總變形量）一定是滑移方向上原子間

57、距原子間距的整數(shù)倍整數(shù)倍?；苹频慕Y果在晶體表面形成臺階，稱的結果在晶體表面形成臺階，稱滑移滑移線線，若干條滑移線組成一個，若干條滑移線組成一個滑移帶滑移帶。4）滑移常沿晶體中原子密度最）滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。大的晶面和晶向發(fā)生。4 4）滑移系與晶體結構之間的關系）滑移系與晶體結構之間的關系沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做滑移面滑移面和和滑移方向滑移方向。一個滑移面和該面上的一個滑移方向構成一個一個滑移面和該面上的一個滑移方向構成一個滑移系滑移系。它表示一。它表示一個空間位向個空間位向. .滑移面滑移面通常是原子密度最大的晶面通常是原子密

58、度最大的晶面( (最密排面最密排面) ) why why？滑移方向滑移方向通常也是滑移面上原子密度最大的方向通常也是滑移面上原子密度最大的方向( (最密排方向最密排方向) ) whywhy？因原子密度最大的晶面和晶向之間原子間距最大，結合力最弱，產(chǎn)生滑移所需因原子密度最大的晶面和晶向之間原子間距最大，結合力最弱，產(chǎn)生滑移所需切應力最小。切應力最小。因而：不同材料其晶體結構（即晶格）因而：不同材料其晶體結構（即晶格）不同，導致其滑移系個數(shù)也不一樣。不同，導致其滑移系個數(shù)也不一樣。（具體例證見下表（具體例證見下表6-16-1） 通常情況下，通常情況下，晶體的滑移系越多，可供滑移的空晶體的滑移系越多

59、，可供滑移的空間位向也越多，金屬的塑性變形能力也就越大間位向也越多，金屬的塑性變形能力也就越大。 這是為什么？后面關于晶體受到的應力與滑移之間的關系將要介紹到的。這是為什么？后面關于晶體受到的應力與滑移之間的關系將要介紹到的。 滑移系的多少取決于金屬的晶體結構滑移系的多少取決于金屬的晶體結構。由前述可知由前述可知 1 Fe 2 Cu Al Ag Au 3 Zn Mg1 Fe 2 Cu Al Ag Au 3 Zn Mg 面心立方（面心立方（f.c.cf.c.c）Cu Cu 、AlAl：12個滑移系=4個滑移面111*3個滑移方向 比比 體心立方（體心立方（b.c.cb.c.c）Fe Fe ：12

60、個滑移系=6個滑移面110*2個滑移方向滑移系個數(shù)都為滑移系個數(shù)都為1212，但前者塑性要好的多。，但前者塑性要好的多。（whywhy？）？）因為在考慮滑移系的個數(shù)的同時還要考慮到滑移面的面密度及滑移方向上因為在考慮滑移系的個數(shù)的同時還要考慮到滑移面的面密度及滑移方向上的線密度?；品较驅扑鸬淖饔帽然泼娲蟮亩嗟木壒省Ｏ旅嫖覀兊木€密度?；品较驅扑鸬淖饔帽然泼娲蟮亩嗟木壒?。下面我們介紹一下介紹一下 滑移系滑移系越越多多，金屬，金屬發(fā)生滑移發(fā)生滑移的的可能性可能性越越大大，塑性，塑性也也越越好好，其中，其中滑移方向滑移方向對塑性的貢獻對塑性的貢獻比比滑移面滑移面更大。更大。因而金屬