上海大學(xué)材料基礎(chǔ)史文老師演示文稿

上海大學(xué)材料基礎(chǔ)史文老師演示文稿目前一頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)（優(yōu)選）上海大學(xué)材料基礎(chǔ)史文老師目前二頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論材料在力作用下發(fā)生變形彈性變形、塑性變形、粘性變形強(qiáng)度是材料對變形的抵抗能力目前三頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論彈性變形塑性變形強(qiáng)化方式回復(fù)、再結(jié)晶塑性加工方法目前四頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論彈性變形本質(zhì)特點(diǎn)彈性模量目前五頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論彈性變形本質(zhì)原子作用勢的不對稱性r0處原子作用合力為零，勢（位）能最低，平衡目前六頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論彈性變形特點(diǎn)和描述可逆線性（Hooke定律）在正應(yīng)力下：σ=Eε在切應(yīng)力下：τ=G。E為正變彈性模量，G為切變彈性模量G=E/2(1-ν)ν稱為泊松比，金屬的ν=0.3~0.35變形量小目前七頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論彈性模量彈性模量是材料結(jié)合強(qiáng)度的標(biāo)志之一離子晶體、共價晶體的結(jié)合能最大，約幾千kJ/mol金屬晶體以過渡元素為最大，約400~800kJ/molCu,Ag,Au約300~350kJ/mol堿金屬約80~160kJ/mol范德瓦爾斯鍵的結(jié)合能最小，只有幾十kJ/mol

目前八頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)彈性、塑性和強(qiáng)度

不同材料的E值（單位：10000MPa）鋼：20～21.4鑄鐵：17.3~19.4銅及合金：10.5~15.3鋁及合金：7～8.1金剛石：102橡膠：0.001~0.01目前九頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論彈性模量工程上，彈性模量是材料剛度的度量外力一定，則E大，剛度大，彈性變形量小鋼的E為鋁的3倍，故鋼的彈性變形為鋁的1/3目前十頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論彈性模量影響因素原子結(jié)構(gòu)目前十一頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論彈性模量影響因素原子結(jié)構(gòu)：具有周期性，過渡族元素E大組織不敏感：熱處理不改變E溫度：T升高，E下降變形：冷變形有可能使E下降合金元素：少量不改變E目前十二頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論塑性變形宏觀描述微觀描述目前十三頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論塑性變形的宏觀描述工程應(yīng)力－應(yīng)變曲線塑性和強(qiáng)度真應(yīng)力和真應(yīng)變目前十四頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論塑性變形的宏觀描述工程應(yīng)力－應(yīng)變曲線伸長－載荷（力）曲線目前十五頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)力＝載荷/試樣原始橫截面積（MPa=N/mm2)應(yīng)變＝伸長量/原始長度目前十六頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)目前十七頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)彈性、塑性和強(qiáng)度

彈性變形應(yīng)力/應(yīng)變＝常數(shù)塑性變形應(yīng)力/應(yīng)變≠常數(shù)目前十八頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)彈性、塑性和強(qiáng)度

強(qiáng)度材料在外力作用下對變形的抵抗能力σs屈服強(qiáng)度對永久變形的抗力σb抗拉強(qiáng)度對斷裂的抗力目前十九頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)彈性、塑性和強(qiáng)度

強(qiáng)度彈性極限屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度斷裂強(qiáng)度目前二十頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)彈性、塑性和強(qiáng)度

塑性指材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力塑性指標(biāo)：延伸率（δ）＝伸長量/原始長度截面收縮率＝截面積差/原始截面積目前二十一頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)彈性、塑性和強(qiáng)度

塑性指標(biāo)：均勻延伸率斷裂延伸率目前二十二頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)彈性、塑性和強(qiáng)度

塑性保證了材料或零件在偶然過載時的安全性塑性保證了一些成形工藝（冷軋、冷彎、校直等）和修復(fù)工藝的進(jìn)行目前二十三頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)真應(yīng)力與真應(yīng)變真應(yīng)力σT＝載荷/試樣瞬時橫截面積真應(yīng)變εT＝伸長量/瞬時總長度σT=σ(1+ε)εT=ln(1+ε)小應(yīng)變時σT=σ(1+ε)≈σεT=ln(1+ε)≈ε目前二十四頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)工程應(yīng)力應(yīng)變曲線與真應(yīng)力真應(yīng)變曲線

目前二十五頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論塑性變形的細(xì)（微）觀描述塑性變形與滑移塑性變形與位錯運(yùn)動其他塑性變形方式目前二十六頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論塑性變形與滑移目前二十七頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論塑性變形與滑移目前二十八頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論塑性變形與滑移目前二十九頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論晶體的理論切應(yīng)力與實(shí)驗(yàn)值的比較（單位：MPa）金屬理論切應(yīng)力實(shí)驗(yàn)值切變模量Al38300.78624400Ag39800.37225000Cu64800.49040700α-Fe110002.7568950Mg26300.39316400目前三十頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論塑性變形與位錯運(yùn)動目前三十一頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論塑性變形與位錯運(yùn)動目前三十二頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論塑性變形與位錯運(yùn)動在切應(yīng)力的作用下，位錯運(yùn)動至晶體表面，產(chǎn)生塑性變形使位錯開始運(yùn)動的應(yīng)力，就是使晶體開始塑性變形的應(yīng)力，即屈服強(qiáng)度目前三十三頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論塑性變形與位錯運(yùn)動τ=F/A0cos

λcosφ當(dāng)τ

>τc

,位錯開動，則

F/A0=τc/cosλcosφ

或σS=τc/cosλcosφτc臨界分切應(yīng)力cosλcosφ施密特因子目前三十四頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論塑性變形與位錯運(yùn)動

c＝scoscos

c取決于金屬的本性，不受，的影響

s取決于coscos或＝90時，s＝

；，＝45時，s最小，晶體易滑移取向因子：coscos軟取向：值大；硬取向：值小。目前三十五頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論其他塑性變形方式－－孿生目前三十六頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論其他塑性變形方式－－孿生目前三十七頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論位錯運(yùn)動與強(qiáng)度和塑性位錯運(yùn)動困難，產(chǎn)生強(qiáng)度位錯運(yùn)動出晶體，產(chǎn)生塑性目前三十八頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論金屬強(qiáng)化方式阻止位錯運(yùn)動，提高金屬強(qiáng)度各種缺陷均阻止位錯運(yùn)動通常，提高強(qiáng)度伴隨塑性下降目前三十九頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論點(diǎn)缺陷阻止位錯運(yùn)動固溶強(qiáng)化屈服現(xiàn)象目前四十頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論點(diǎn)缺陷阻止位錯運(yùn)動固溶強(qiáng)化溶質(zhì)原子和位錯的交互作用，使強(qiáng)度上升，塑性下降釘扎位錯造成點(diǎn)陣畸變影響位錯運(yùn)動目前四十一頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論點(diǎn)缺陷阻止位錯運(yùn)動固溶強(qiáng)化純鐵中間隙原子碳和氮的存在，使位錯運(yùn)動困難，由此提高了鐵的強(qiáng)度、硬度，但塑性下降目前四十二頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論固溶強(qiáng)化目前四十三頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論固溶強(qiáng)化純鐵抗拉強(qiáng)度：200MPa淬火0.2%C鋼：1000MPa目前四十四頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)

無間隙原子鋼（Interstitial-Free鋼）極低的碳、氮含量，再加入鈦、鈮等微量合金元素，有極好的成形性目前四十五頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)

固溶強(qiáng)化一定量的碳、氮含量，加入價廉的硅、錳元素，強(qiáng)度水平為440MPa目前四十六頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論屈服現(xiàn)象鐵素體中的C、N間隙原子釘扎位錯（柯氏氣團(tuán)）目前四十七頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論屈服現(xiàn)象鐵素體中的C、N間隙原子釘扎位錯（柯氏氣團(tuán)）目前四十八頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論線缺陷阻止位錯運(yùn)動加工硬化（形變強(qiáng)化）劇烈冷加工的晶體ρs

=

1016m-2充分退火的金屬晶體ρs

=

108～1012m-2精心制備超純半導(dǎo)體ρs=106m-2目前四十九頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論線缺陷阻止位錯運(yùn)動加工硬化目前五十頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論線缺陷阻止位錯運(yùn)動加工硬化奧氏體不銹鋼未變形的強(qiáng)度：600MPa40％變形后：800～1000MPa目前五十一頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論面缺陷（晶界）阻止位錯運(yùn)動室溫高溫目前五十二頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論面缺陷（晶界）阻止位錯運(yùn)動目前五十三頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論面缺陷（晶界）阻止位錯運(yùn)動細(xì)晶強(qiáng)化（Hall-Petch公式）σs=σ0+Kd-1/2

目前五十四頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論體缺陷（第二相）阻止位錯運(yùn)動析出強(qiáng)化位錯繞過第二相粒子目前五十五頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論體缺陷（第二相）阻止位錯運(yùn)動位錯繞過第二相粒子目前五十六頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論體缺陷（第二相）阻止位錯運(yùn)動位錯切過第二相粒子目前五十七頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)塑性變形對材料組織和性能的影響

一對組織結(jié)構(gòu)的影響晶粒拉長;1形成纖維組織雜質(zhì)呈細(xì)帶狀或鏈狀分布。目前五十八頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)塑性變形對材料組織和性能的影響

一對組織結(jié)構(gòu)的影響2形成形變織構(gòu)（1）形變織構(gòu)：多晶體材料由塑性變形導(dǎo)致的各晶粒呈擇優(yōu)取向的組織。

絲織構(gòu)：某一晶向趨于與拔絲方向平行。（拉拔時形成）（2）類型板織構(gòu)：某晶面趨于平行于軋制面，某晶向趨于平行于主變形方向。（軋制時形成）

目前五十九頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)塑性變形對材料組織和性能的影響

一對組織結(jié)構(gòu)的影響2形成形變織構(gòu)力學(xué)性能：利:深沖板材變形控制;弊：制耳。（3）對性能的影響(各向異性)

物理性能:硅鋼片{100}[100]織構(gòu)可減少鐵損。

目前六十頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)塑性變形對材料組織和性能的影響

一對組織結(jié)構(gòu)的影響3形成位錯胞變形量位錯纏結(jié)位錯胞（大量位錯纏結(jié)在胞壁，胞內(nèi)位錯密度低。)目前六十一頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)塑性變形對材料組織和性能的影響

二對性能的影響1對力學(xué)性能的影響（加工硬化）（1）加工硬化（形變強(qiáng)化、冷作強(qiáng)化）：隨變形量的增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高而塑韌性下降的現(xiàn)象。目前六十二頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)塑性變形對材料組織和性能的影響

二對性能的影響

1對力學(xué)性能的影響（加工硬化）

強(qiáng)化金屬的重要途徑；利提高材料使用安全性；（2）利弊材料加工成型的保證。弊變形阻力提高，動力消耗增大；脆斷危險性提高。

目前六十三頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)塑性變形對材料組織和性能的影響

二對性能的影響

2對物理、化學(xué)性能的影響導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率下降，比重、熱導(dǎo)率下降；結(jié)構(gòu)缺陷增多，擴(kuò)散加快；化學(xué)活性提高，腐蝕加快。

目前六十四頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)塑性變形對材料組織和性能的影響

三

殘余應(yīng)力（約占變形功的10％）

第一類殘余應(yīng)力（Ⅰ）：宏觀內(nèi)應(yīng)力，由整個物體變形不均勻引起。1分類

第二類殘余應(yīng)力（Ⅱ）：微觀內(nèi)應(yīng)力，由晶粒變形不均勻引起。

第三類殘余應(yīng)力（Ⅲ）：點(diǎn)陣畸變，由位錯、空位等引起。80-90%。Ⅰ目前六十五頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)塑性變形對材料組織和性能的影響

三

殘余應(yīng)力（約占變形功的10％）

利：預(yù)應(yīng)力處理，如汽車板簧的生產(chǎn)。2利弊

弊：引起變形、開裂,如黃銅彈殼的腐蝕開裂。

3消除：去應(yīng)力退火。6h目前六十六頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論回復(fù)、再結(jié)晶冷變形后加熱發(fā)生的組織變化目前六十七頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論回復(fù)、再結(jié)晶目前六十八頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論回復(fù)、再結(jié)晶冷變形后性能目前六十九頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論回復(fù)、再結(jié)晶目前七十頁\總數(shù)七十七頁\編于二十二點(diǎn)金屬強(qiáng)度理論回復(fù)、再結(jié)晶性能變化1力學(xué)性能回復(fù)階段：強(qiáng)度、硬度略有下降，塑性略有