工程材料學(xué)塑變

工程材料學(xué)塑變第一頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日1．單晶體的塑性變形當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限時(shí)，金屬將產(chǎn)生塑性變形。為了方便起見，我們首先研究單晶體的塑性變形，而多晶體的塑性變形與各個(gè)晶粒的變形行為相關(guān)聯(lián)，掌握了單晶體的變形規(guī)律，將有助于了解多晶體的塑性變形本質(zhì)。單晶體的變形有“滑移”和“孿生”兩種方式，我們重點(diǎn)研究滑移方式。第二頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日滑移：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿著一定的晶面（滑移面）和一定的方向（滑移方向）發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的過程。（書P23圖2-1）由圖可知：外力P在一定的晶面上分解為兩種應(yīng)力：σ；

τ（a）正應(yīng)力σ使晶格發(fā)生彈性變形（由c—c’，a—a’）或斷裂（b）切應(yīng)力τ使晶格發(fā)生彈性歪扭或塑性變形（c）大量晶面的滑移，最終使試樣被拉長(zhǎng)變細(xì)（d）塑性變形的實(shí)質(zhì)——原子移動(dòng)到新的穩(wěn)定位置第三頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日總結(jié)①滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生；②一些概念：1、滑移面：發(fā)生滑移的晶面，叫做滑移面；2、滑移方向：晶體在滑移面上發(fā)生滑移的晶向；3、滑移系：一個(gè)滑移面和此面上的一個(gè)滑移方向結(jié)合起來，組成一個(gè)滑移系。（它表示金屬晶體在發(fā)生滑移時(shí)滑移動(dòng)作可采取的空間位向，滑移系越多，滑移時(shí)可供采用的空間位向也越多，所以該金屬的塑性也越好，而且滑移方向的作用大于滑移面的作用。）第四頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日一般說來：滑移面總是原子最密排面，滑移方向也總是原子最密排方向。（因?yàn)樵谧蠲芘琶嫔?，原子的結(jié)合力最強(qiáng)，而面與面之間的距離卻最大，所以最密排面之間的原子間的結(jié)合力最弱，滑移阻力最小，因而最易滑移；同理，滑移方向也總是原子最密排方向。）幾種常見金屬的滑移面和滑移方向：

書P24表2-1第五頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日第六頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日④晶體在滑移的同時(shí)，由于正應(yīng)力組成的力偶的作用，會(huì)推動(dòng)晶體轉(zhuǎn)動(dòng)，力圖使滑移面轉(zhuǎn)向與外力方向平行。③取金屬單晶體試樣，表面經(jīng)磨制拋光，然后進(jìn)行拉伸，當(dāng)試樣經(jīng)適量塑性變形后，在金相顯微鏡下觀察，則可在表面見到許多相互平行的線條，稱之為滑移帶；如進(jìn)一步在電子顯微鏡下觀察，便會(huì)發(fā)現(xiàn)任一條滑移帶實(shí)際上是由許多密集在一起的相互平行的滑移線所組成，這些滑移線表現(xiàn)為在塑性變形后在晶體表面產(chǎn)生的一個(gè)個(gè)小臺(tái)階。書P24圖2-2。第七頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日⑤滑移的位錯(cuò)機(jī)制：若晶體中沒有任何缺陷，原子排列得十分整齊時(shí)，經(jīng)理論計(jì)算，在切應(yīng)力的作用下，晶體的上下兩部分沿滑移面作整體剛性的滑移時(shí)，此時(shí)所需的臨界切應(yīng)力τK（即滑移所需的最小切應(yīng)力）與實(shí)測(cè)相差十分懸殊。（例如：銅的理論計(jì)算值τK=6400N/mm2，而實(shí)測(cè)值τK=1.0N/mm2），為此，導(dǎo)致了位錯(cuò)學(xué)說的誕生。第八頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日理論與實(shí)驗(yàn)都已證明，在實(shí)際晶體中存在著位錯(cuò)，晶體的滑移是通過位錯(cuò)在切應(yīng)力的作用下沿滑移面逐步移動(dòng)的結(jié)果。如書P24圖2-3所示，一個(gè)刃型位錯(cuò)在切應(yīng)力的作用下在滑移面上的運(yùn)動(dòng)過程，就象接力賽跑一樣，位錯(cuò)中心的原子逐一遞進(jìn)，由一個(gè)平衡位置轉(zhuǎn)移到另一個(gè)平衡位置，通過一根位錯(cuò)線從滑移面的一側(cè)到另一側(cè)的運(yùn)動(dòng)便造成一個(gè)原子間距的滑移。當(dāng)位錯(cuò)線移到晶體表面時(shí)，就會(huì)在晶體表面上留下一個(gè)原子間距的滑移臺(tái)階，因而造成滑移線的產(chǎn)生。第九頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日滑移的實(shí)現(xiàn)——借助于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)第十頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)測(cè)的τK遠(yuǎn)小于理論的τK的原因：所示，位錯(cuò)雖然移動(dòng)了一個(gè)原子間距，但位錯(cuò)中心附近的少數(shù)原子只作遠(yuǎn)小于一個(gè)原子間距的彈性偏移，而其他區(qū)域的原子仍處于正常位置，所以這樣的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)只需一個(gè)很小的切應(yīng)力即可實(shí)現(xiàn)，故，實(shí)測(cè)的τK遠(yuǎn)小于理論的τK。第十一頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日第十二頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日多晶體金屬的塑性變形與單晶體的本質(zhì)是一致的，即每個(gè)晶粒的塑性變形仍以滑移方式進(jìn)行，但多晶體是由許多形狀、大小、取向各不相同的晶粒組成。所以，多晶體的塑變過程又比單晶體的相對(duì)復(fù)雜許多。2．多晶體的塑性變形第十三頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日（一）晶界對(duì)塑性變形的影響晶界原子排列較不規(guī)則，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使變形抗力增大。晶粒小→晶界多→變形抗力大→強(qiáng)度，硬度↑（細(xì)晶強(qiáng)化）晶粒小→變形分散，應(yīng)力集中小→塑性↑，韌性↑第十四頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日在多晶體金屬中，由于各晶粒的位向不同，則各滑移系的取向（滑移面和滑移方向的分布）也不同，所以在外力的作用下，每個(gè)滑移系上所受的分切應(yīng)力就不同。如果：在受拉伸時(shí)，滑移系與外力P成45o，則τ為最大；滑移系與外力P平行或垂直，則τ為最小。（二）

晶粒取向?qū)λ苄宰冃蔚挠绊懙谑屙?yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日軟位向：凡滑移面和滑移方向處于或接近與外力成45o的夾角的晶粒必先滑移，處于這種位向的晶粒為處于軟位向。

硬位向：滑移面或滑移方向處于或接近于與外力平行或垂直的晶粒，處于硬位向，則難以滑移。如圖所示，以A→B→C的順序分批滑移。第十六頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日

在外力作用下，金屬中處于“軟位向”的晶粒中的位錯(cuò)首先滑移，產(chǎn)生變形，但是這種變形要受到鄰近尚未產(chǎn)生滑移的晶粒的制約。這些晶粒要以彈性變形來協(xié)調(diào)，所以，多晶體中“軟位向”晶粒的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所需的外力較單晶體所需的外力大另外，分正應(yīng)力組成一力偶，促使晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，所以隨著滑移的發(fā)生，軟位可轉(zhuǎn)移到硬位向，硬位向可轉(zhuǎn)到軟位向。多晶體的塑性變形總是逐批滑移，從不均勻變形逐步發(fā)展到比較均勻的變形。第十七頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日

3冷態(tài)塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響（一）加工硬化現(xiàn)象在塑性變形過程中，隨著變形程度的增加，金屬的強(qiáng)度、硬度增加，而塑性、韌性下降，這一現(xiàn)象就是加工硬化，或形變強(qiáng)化。第十八頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日加工硬化（形變強(qiáng)化——強(qiáng)化材料的手段之一）金屬在冷變形時(shí)，強(qiáng)度、硬度↑，塑性、韌性↓。P21，圖1-17第十九頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)際意義：⑴優(yōu)點(diǎn)：a、廣泛用來提高金屬材料的強(qiáng)度；（例如：自行車鏈條的鏈板的制作）b、有利于金屬進(jìn)行均勻變形；（例如：冷拔鋼絲）c、可以提高工件在使用過程中的安全性。⑵缺點(diǎn)：會(huì)給金屬進(jìn)一步加工造成困難，為此中間需進(jìn)行再結(jié)晶退火處理。第二十頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日(二)冷加工后的金屬組織1.位錯(cuò)密度增加，晶粒破碎，亞結(jié)構(gòu)增加塑性變形→位錯(cuò)密度增加，相互纏結(jié)(亞晶界)，運(yùn)動(dòng)阻力加大→變形抗力↑→加工硬化第二十一頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日晶粒拉長(zhǎng)，纖維組織變形10%100×變形40%100×變形80%纖維組織100×工業(yè)純鐵

不同變形度

的顯微組織2. 晶粒拉長(zhǎng)，纖維組織織構(gòu)第二十二頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日織構(gòu)絕大部分晶粒的某一位向與外力方向趨于一致，性能出現(xiàn)各向異性?！飨虍愋?沿纖維方向的強(qiáng)度、塑性最大）晶粒拉長(zhǎng)，但未出現(xiàn)織構(gòu)。晶粒拉長(zhǎng)，且出現(xiàn)織構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)：利用它所形成的各向異性；（例如：制造變壓器鐵芯的硅鋼片）

缺點(diǎn)：也是因?yàn)樗纬傻母飨虍愋裕唬ɡ纾褐贫F(xiàn)象)第二十三頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日第二十四頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日3.

殘余內(nèi)應(yīng)力——由金屬內(nèi)部不均勻變形引起3.1宏觀內(nèi)應(yīng)力（第一類內(nèi)應(yīng)力）：由于表層與心部的變形量不同所引起的，它是在整個(gè)物體范圍內(nèi)處于平衡的力。（例如：冷拉圓鋼）3.2微觀內(nèi)應(yīng)力（第二類內(nèi)應(yīng)力）：由于晶粒之間或晶內(nèi)不同區(qū)域變形量不同引起的，它是在晶粒或晶內(nèi)不同區(qū)域內(nèi)處于平衡的力。3.3晶格畸變力（第三類內(nèi)應(yīng)力）位錯(cuò)等晶格缺陷的大量增加引起缺陷附近晶格畸變產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。它是在晶界、滑移面等附近不多的原子群范圍內(nèi)維持平衡的。它是金屬?gòu)?qiáng)化的主要原因，也是變形金屬中的主要內(nèi)應(yīng)力。

殘余內(nèi)應(yīng)力的危害引起零件加工過程變形、開裂。耐蝕性↓

第二十五頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日在變形金屬中，由于晶粒破碎拉長(zhǎng)及位錯(cuò)等晶格缺陷大量增加，使其內(nèi)能增加，在熱力學(xué)上處于不穩(wěn)定的亞穩(wěn)狀態(tài)。所以，一旦對(duì)其進(jìn)行加熱使原子有了足夠高的活動(dòng)能力，那么，形變金屬就能從亞穩(wěn)狀態(tài)向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變，從而引起一系列組織和性能的變化。

第二節(jié)冷加工金屬在加熱時(shí)的變化第二十六頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日一、回復(fù)、再結(jié)晶與晶粒長(zhǎng)大1．回復(fù)2．再結(jié)晶3．晶粒長(zhǎng)大第二十七頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日1、回復(fù)

T回復(fù)=（0.25～～０.3）T熔點(diǎn)顯微組織無明顯變化，位錯(cuò)和點(diǎn)缺陷大大↓.回復(fù)使塑變后金屬的強(qiáng)度和硬度略有下降，塑性增高，但殘余應(yīng)力大大降低。變化應(yīng)用工業(yè)上利用回復(fù)過程對(duì)變形金屬進(jìn)行去應(yīng)力退火來降低殘余應(yīng)力，保留加工硬化效果。塑性變形后的金屬在低溫加熱時(shí)，變形金屬中的一些點(diǎn)缺陷和位錯(cuò)的遷移而引起某些晶內(nèi)變化稱為回復(fù)

第二十八頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日第二十九頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日2、再結(jié)晶

T再=（0.35～～０.4）T熔點(diǎn)

變形后金屬在較高溫度加熱時(shí)，由于原子擴(kuò)散能力增大，變形和破碎的晶粒通過重新生核、長(zhǎng)大變成新的均勻、細(xì)小的等軸晶粒，該過程稱為再結(jié)晶。變化再結(jié)晶使塑變后金屬的強(qiáng)度和硬度明顯降低，塑性和韌性大大提高，殘余應(yīng)力完全消除，加工硬化現(xiàn)象被消除。，應(yīng)用工業(yè)上利用再結(jié)晶過程對(duì)變形后金屬進(jìn)行再結(jié)晶退火來消除加工硬化現(xiàn)象，恢復(fù)金屬的塑性和韌性。以利于后面的變形加工。第三十頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日再結(jié)晶退火：對(duì)發(fā)生了加工硬化（冷變形）的金屬，在再結(jié)晶溫度以上一定溫度加熱，適當(dāng)保溫的熱處理工藝，稱為再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火的溫度經(jīng)常定為最低再結(jié)晶溫度以上100~200℃。書P29表2-2，幾種常見金屬及合金的最低再結(jié)晶溫度和再結(jié)晶退火溫度。第三十一頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日3.晶粒長(zhǎng)大變形80%工業(yè)純鐵再結(jié)晶退火顯微照片100×變形80%600℃退火8小時(shí)

變形80%400℃退火8小時(shí)加熱溫度T和保溫時(shí)間t↑

→晶界遷移、晶粒合并長(zhǎng)大。第三十二頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日類型：

⑴正常長(zhǎng)大：隨著溫度的升高或保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒均勻連續(xù)的長(zhǎng)大。（因?yàn)榫ЯｉL(zhǎng)大是一個(gè)表面能降低的過程，所以晶粒長(zhǎng)大是一個(gè)自發(fā)過程，但長(zhǎng)大速度不大。）⑵異常長(zhǎng)大：經(jīng)嚴(yán)重冷變形的金屬，在較高溫度退火時(shí)，少數(shù)晶粒優(yōu)先長(zhǎng)大，逐漸吞食周圍大量小晶粒而形成粗大晶粒的過程，叫二次再結(jié)晶。特點(diǎn)：不是重新生核與長(zhǎng)大，而是在一次再結(jié)晶完成之后，某些特殊晶粒長(zhǎng)大形成的；是不連續(xù)、不均勻的長(zhǎng)大，故叫反常長(zhǎng)大如圖形成機(jī)理：第二相或夾雜物質(zhì)點(diǎn)的影響第三十三頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日（一）金屬的再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度（T再）：通常再結(jié)晶溫度是指再結(jié)晶開始的溫度，它與金屬的變形程度和純度等因素有關(guān)；但需注意的是再結(jié)晶過程不是一個(gè)恒溫過程，而是在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的過程。二、影響再結(jié)晶溫度和晶粒大小的因素第三十四頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日影響再結(jié)晶溫度的因素：⑴金屬的預(yù)變形度：金屬的預(yù)變形度越大，晶體缺陷就越多，則組織就越不穩(wěn)定，再結(jié)晶溫度就越低。如書P29圖2-7，從圖中可以看出，當(dāng)變形程度達(dá)到一定程度后，再結(jié)晶溫度趨于某一最低值，這一溫度稱為最低再結(jié)晶溫度。大量實(shí)驗(yàn)證明：最低再結(jié)晶溫度TR純金屬TR=（0.4~0.35）T0

合金TR=（0.5~0.7）T0溫度單位：絕對(duì)溫度(K)預(yù)變形度對(duì)TR的影響第三十五頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日⑵金屬的純度：金屬的純度越低，金屬中的微量元素或合金元素，尤其是高熔點(diǎn)元素，常常趨向于位錯(cuò)、晶界處偏聚，因此會(huì)阻礙原子擴(kuò)散和晶界的遷移，從而再結(jié)晶溫度顯著提高。⑶加熱速度和保溫時(shí)間：因?yàn)樵俳Y(jié)晶的形核和長(zhǎng)大都需要時(shí)間，所以加熱速度越大，在不同的溫度下停留的時(shí)間短，使之來不及形核和長(zhǎng)大，而推遲到更高的溫度下才會(huì)發(fā)生再結(jié)晶；保溫時(shí)間越長(zhǎng)，原子的擴(kuò)散能力越大，再結(jié)晶溫度就越低。

第三十六頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日

變形金屬經(jīng)再結(jié)晶退火后，晶粒的大小對(duì)其力學(xué)性能有著非常重要的影響，只有獲得細(xì)晶粒金屬，才能獲得較高的強(qiáng)度、硬度和良好的塑性、韌性。了解決定再結(jié)晶退火后晶粒度的因素就可以控制變形金屬的再結(jié)晶退火后的質(zhì)量。(二）再結(jié)晶退火后的晶粒度第三十七頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日1.加熱溫度T

↑→晶粒直徑

D↑

再結(jié)晶時(shí)，加熱溫度越高，原子的活動(dòng)能力越強(qiáng)，越有利于晶界的遷移，所以，退火后晶粒越粗大；同時(shí)，在加熱溫度一定時(shí)，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，晶粒越粗大。第三十八頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日

當(dāng)變形度很小時(shí)，晶粒度仍保持原樣；（因?yàn)樽冃味刃。兡苄。蛔阋砸鹪俳Y(jié)晶）當(dāng)變形度在2%~10%時(shí)，再結(jié)晶后的晶粒特別粗大。（金屬中僅有部分晶粒發(fā)生變形，變形極不均勻，再結(jié)晶時(shí)的生核數(shù)目少，所以再結(jié)晶后的晶粒度極不均勻，晶粒極易相互吞并長(zhǎng)大）我們將此范圍的變形度稱為“臨界變形度”，生產(chǎn)上應(yīng)盡量避免在此范圍內(nèi)變形。

2.預(yù)變形度的影響

它的影響實(shí)際上是變形均勻程度的問題。

當(dāng)變形大于臨界變形度后，隨著變形的增加，變形便越趨于均勻，再結(jié)晶時(shí)的形核數(shù)目越多，故晶粒就越細(xì)小均勻。當(dāng)變形度大于90%以上時(shí)，某些金屬還會(huì)出現(xiàn)晶粒的異常長(zhǎng)大。第三十九頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日臨界變形度的危害：第四十頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日第四十一頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日1．熱加工對(duì)組織和性能的影響熱加工——在TR以上溫度進(jìn)行的變形加工.

如鋼材的熱鍛和熱軋,但熱加工后不產(chǎn)生加工硬化。熱加工時(shí)，塑性變形引起的加工硬化效應(yīng)隨即被再結(jié)晶過程的軟化作用所消除.熱加工過程實(shí)際上是加工硬化與回復(fù)、再結(jié)晶相互制約，相互平衡的過程。第三節(jié)金屬的熱加工（自學(xué)）第四十二頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日熱加工的應(yīng)用及組織和性能特點(diǎn)1）打碎柱狀晶、樹枝晶，形成等軸晶，機(jī)械性能改善。2）壓合鑄件中的疏松、氣孔等缺陷，提高組織致密度和機(jī)械性能。3）產(chǎn)生流線分布——非金屬夾雜物沿變形方向分布，引起各向異性。鍛造曲軸切削加工曲軸第四十三頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日２．冷加工對(duì)組織和性能的影響冷加工——在TR以下溫度進(jìn)行的變形加工，如低碳鋼的冷拔、冷沖。冷加工后產(chǎn)生加工硬化。思考題：其原因是什么？冷加工對(duì)金屬組織和性能的影響：※

能產(chǎn)生加工硬化，提高強(qiáng)度和硬度，塑性和韌性下降。是重要的強(qiáng)化手段，對(duì)不能熱處理強(qiáng)化的合金尤其重要。但增加繼續(xù)塑性變形的抗力。第四十四頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日熱加工與冷加工的比較熱加工時(shí)，由于再結(jié)晶可以及時(shí)與加工硬化動(dòng)態(tài)平衡，使金屬具有很高的塑性而容易加工。熱加工變形量大，不需要穿插中間退火，因而流程短，效率高。節(jié)省金屬。缺點(diǎn)：需要加熱，不如冷加工簡(jiǎn)單易行。制品的組織性能不如冷加工均勻和易于控制。制品不如冷加工尺寸精確，表面粗糙度值大。對(duì)于薄或細(xì)的加工制品，由于降溫快，尺寸精度差，不宜采用熱加工。第四十五頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日第四節(jié)

基本內(nèi)容和要求常見的幾種力學(xué)性能指標(biāo)1.了解力學(xué)性能的種類、概念及指標(biāo)。2.了解拉伸實(shí)驗(yàn)過程及相關(guān)指標(biāo)概念和意義。3.了解各種硬度實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法和應(yīng)用范圍。4.了解沖擊實(shí)驗(yàn)方法和所測(cè)指標(biāo)的意義。第四十六頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日一、金屬材料的機(jī)械性能

是指金屬材料在外力作用時(shí)表現(xiàn)出來的性能。機(jī)械性能—外力形式：拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)等。載荷形式：靜載荷、沖擊載荷、交變載荷等。指標(biāo)：強(qiáng)度、剛度、硬度、塑性、韌性和疲勞強(qiáng)度等。強(qiáng)度金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。

單位:MPa(MN/mm2)

分：抗拉強(qiáng)度σb、抗壓σbc、抗彎σbb、抗剪τb、抗扭τt。第四十七頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日靜載單向靜拉伸應(yīng)力――應(yīng)變曲線介紹拉伸實(shí)驗(yàn)：彈性變形階段屈服階段強(qiáng)化階段縮頸階段試樣斷裂第四十八頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日5靜載單向靜拉伸應(yīng)力――應(yīng)變曲線介紹拉伸實(shí)驗(yàn)：ob彈性變形階段bcd屈服階段db強(qiáng)化階段Bk縮頸階段k試樣斷裂第四十九頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日1.材料的結(jié)構(gòu)與性能1.2金屬材料的性能

單元36根據(jù)拉伸實(shí)驗(yàn)確定一些強(qiáng)度指標(biāo)①?gòu)椥詷O限σe（elasticlimit）

材料拉伸時(shí)保持彈性變形，不發(fā)生永久變形的最大應(yīng)力。

彈性極限：σe=Fe/Ao=E

剛度—

表示材料彈性變形抗力的大小。

彈性模量E—是衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的指標(biāo)。E愈大，使其產(chǎn)生一定量彈性變形的應(yīng)力也應(yīng)愈大。E=σ/ε楊氏彈性模量

,應(yīng)力應(yīng)變的比值。單位MPaε第五十頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日②屈服極限σs（屈服強(qiáng)度或屈服點(diǎn)）

金屬材料開始發(fā)生微量塑性變形的抗力。σs=Fs/Ao

條件屈服強(qiáng)度σ0.2

—產(chǎn)生0.2%殘余塑性變形的抗力的極限應(yīng)力值。用于無屈服點(diǎn)的中高碳鋼。脆性材料：σb=σs

灰口鑄鐵③抗拉強(qiáng)度σb

（強(qiáng)度極限）是試樣被拉斷前的最大承載能力，

σb=Fb/Ao（MPa）（MPa）材料抵抗外力而不致斷裂的極限應(yīng)力值

屈強(qiáng)比——

σs與σb的比值。

屈強(qiáng)比愈小，工程構(gòu)件的可靠性愈高，

屈強(qiáng)比太小，則材料強(qiáng)度的有效利用率太低。延伸率拉伸試樣斷裂后，標(biāo)距長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)量占原來標(biāo)距長(zhǎng)度的百分?jǐn)?shù)，成為材料在拉伸時(shí)的斷后伸長(zhǎng)率，用表示。第五十一頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日3.硬度

①布氏硬度材料抵抗另一更硬物體壓入其內(nèi)的能力。

硬度測(cè)量能夠給出金屬材料軟硬程度的數(shù)量概念，

硬度試驗(yàn)簡(jiǎn)單易行，又無損于零件，而且可以近似的推算出材料的其它機(jī)械性能，因此在生產(chǎn)和科研中應(yīng)用廣泛。硬度試驗(yàn)方法很多，機(jī)械工業(yè)普遍采用壓入法來測(cè)定硬度，壓入法又分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等。

布氏硬度值HB是以試樣單位壓痕球形面積上所承擔(dān)的載荷數(shù)表示。即單位面積所承受的壓力

。

第五十二頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日布氏硬度測(cè)定的原理—是把一定直徑的淬火鋼球，以規(guī)定的載荷P壓入被測(cè)材料表面，保持一定時(shí)間后卸除載荷，測(cè)出壓痕直徑d，求出壓痕面積F計(jì)算出平均應(yīng)力值，以此為布氏硬度值的計(jì)量指標(biāo)，并用符號(hào)HB表。

第五十三頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日布氏硬度測(cè)定主要適用于各種未經(jīng)淬火的鋼、退火、正火狀態(tài)的鋼；結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)件；鑄鐵、有色金屬、質(zhì)地輕軟的軸承合金等原材料。標(biāo)注：D/P/T如120HB/10/3000/10，即表示此硬度值120在D=10mm，P=3000kgf，T=10秒的條件下得到的。簡(jiǎn)單標(biāo)注：200～230HB或300～330HBS布氏硬度試驗(yàn)只可用來測(cè)定小于HB450的金屬材料，

第五十四頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日②洛氏硬度（HR）

基本原理—洛氏硬度屬壓入法用一個(gè)頂角為120°的金鋼石圓錐為壓印頭，先將98N初載使壓印頭與試樣的表面接觸良好，此時(shí)將硬度儀刻度盤上的指針對(duì)準(zhǔn)零點(diǎn)，然后加上1373N主載荷，金剛石圓錐壓入試樣表面一定時(shí)間后，卸去主載，材料回彈少許，此時(shí)壓痕的深度作為測(cè)量硬度的依據(jù)，通過換算，此時(shí)的硬度可由刻度盤上直接讀出。

第五十五頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日布氏硬度實(shí)驗(yàn)第五十六頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日硬度符號(hào)壓頭總載荷（kgf）表盤上刻度顏色常用硬度值范圍使用范圍HRA金鋼石圓錐60黑

色70~85碳化物、硬質(zhì)合金表面淬火等HRB100紅

色25~100有色金屬、退火及正火鋼等HRC金鋼石圓錐150黑

色20~67調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等洛氏硬度測(cè)定僅產(chǎn)生很小壓痕，并不損壞零件，因而適合于成品檢驗(yàn)

設(shè)備簡(jiǎn)單，操作迅速方便。但測(cè)一點(diǎn)無代表性，不準(zhǔn)確，需多點(diǎn)測(cè)量，然后取平均值。洛氏硬度雖可用來測(cè)定各種金屬材料的硬度。第五十七頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日③維氏硬度（HV）為了從軟到硬的各種金屬材料有一個(gè)連續(xù)一致的硬度標(biāo)度，因而制定了維氏硬度試驗(yàn)法。維氏硬度試驗(yàn)法是壓入試驗(yàn)法中較精確的一種，它與布氏硬度試驗(yàn)法相同，是用一種頂角為136°的金鋼石角錐壓頭，在載荷F（kgf）作用下，試樣表面壓出一個(gè)四方錐形壓痕，測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度D（mm）。HV為壓痕單位面積上所受的壓力，可根據(jù)測(cè)得的D平均值，從手冊(cè)中的有關(guān)表格上查出維氏硬度值。維氏硬度值表示方法為HV硬度數(shù)值，有時(shí)為反映試驗(yàn)條件，在硬度數(shù)值前用下標(biāo)加上負(fù)荷，例如HV20232，20為加載負(fù)荷。維氏硬度試驗(yàn)主要用來測(cè)定金屬鍍層、薄片金屬以及化學(xué)熱處理（如氮化、滲碳等）后的表面硬度。維氏硬度的壓力一般可選5，10，20，30，50，100，120kg等，小于10kg的壓力可以測(cè)定顯微組織硬度。第五十八頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日單元34.沖擊韌性（Ak或ak

）

韌性：材料斷裂前吸收變形能量的能力----韌度沖擊韌性（Ak）

：沖擊載荷下材料抵抗變形和斷裂的能力。單位為焦耳/厘米2（J/cm2）ak=沖擊破壞所消耗的功Ak/標(biāo)準(zhǔn)試樣斷口截面積Fak值低的材料叫做脆性材料，斷裂時(shí)無明顯變形，金屬光澤，呈結(jié)晶狀。ak值高，明顯塑變，斷口呈灰色纖維狀，無光澤，韌性材料。Ak=mg(h1-h2)第五十九頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日沖擊韌性實(shí)驗(yàn)Ak=h1-h2第六十頁(yè)，共六十六頁(yè)，2022年，8月28日5.疲勞強(qiáng)度σ-1

80%的斷裂由疲勞造成

疲勞：機(jī)件在遠(yuǎn)低于該材料的屈服強(qiáng)度的教變應(yīng)力的長(zhǎng)時(shí)間作用下，在沒有明顯的塑性變形征兆下所發(fā)生的一種破壞形式。承受載荷的大小和方同隨時(shí)間作周期性變化，交變應(yīng)力作用下，往往在遠(yuǎn)小于強(qiáng)度極限，甚至小于屈服極限的應(yīng)力下發(fā)生