金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能

金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能1第1頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2

材料科學(xué)研究的主要目的是使材料能夠發(fā)揮自身最大的潛力并安全使用，因此我們?cè)诓煌瑘?chǎng)合就要求選用具有不同性能的材料。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，材料的選擇是按結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能來(lái)進(jìn)行選擇的。材料的力學(xué)性能即材料抵抗外力的能力。其主要表現(xiàn)為：在靜載荷下，動(dòng)載荷下，特殊狀態(tài)載荷下的各種力學(xué)行為和力學(xué)性能指標(biāo)。第2頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3第一章金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能單向靜拉伸試驗(yàn)：在特定溫度、加載方式、加載速度條件下的拉伸試驗(yàn)。目的：揭示力學(xué)行為：彈性變形、塑性變形及斷裂等測(cè)定力學(xué)性能指標(biāo)：屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后延伸率及斷面收縮率等第3頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4

靜載拉伸試樣一般為光滑圓柱試樣或板狀試樣。若采用光滑圓柱試樣，試樣工作長(zhǎng)度（標(biāo)長(zhǎng)）l0=5d0

或l0=10d0

，d0

為原始直徑。光滑圓柱試樣第4頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5第一節(jié)拉伸力—伸長(zhǎng)曲線和應(yīng)力—應(yīng)變曲線第二節(jié)彈性變形第三節(jié)塑性變形第四節(jié)金屬的斷裂

第5頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6第一節(jié)拉伸力—伸長(zhǎng)曲線和應(yīng)力—應(yīng)變曲線一、拉伸力—伸長(zhǎng)曲線定義：試驗(yàn)過(guò)程中拉伸力F和試樣伸長(zhǎng)量△L的關(guān)系Oe—彈性變形AC—不均勻屈服塑性變形(屈服)

CB—均勻塑性變形(明顯塑性變形)Bk—不均勻集中塑性變形k—斷裂第6頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7第7頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8二、工程應(yīng)力—應(yīng)變曲線

應(yīng)力：材料受外力加載荷作用時(shí)單位截面面積上的內(nèi)力即為應(yīng)力

應(yīng)變：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度（或面積）上的伸長(zhǎng)（或收縮）稱為應(yīng)變

工程應(yīng)力和工程應(yīng)變：基于式樣初始截面和初始長(zhǎng)度定義的應(yīng)力、應(yīng)變。又稱條件應(yīng)力和條件應(yīng)變。第8頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月9=F/A0=△L/L0和F-△L曲線相似變形時(shí)的力學(xué)行為力學(xué)性能指標(biāo)：強(qiáng)度和塑性兩大類視屏第9頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月10三、真實(shí)應(yīng)力—應(yīng)變曲線真實(shí)應(yīng)力：載荷除以試件某一變形瞬間的截面積。S=F/A真實(shí)應(yīng)變：在拉伸過(guò)程中，某一瞬間當(dāng)拉伸力增加dF時(shí)，式樣延長(zhǎng)dL，則瞬時(shí)真應(yīng)變?yōu)閐e=dL/L，e即為真應(yīng)變：第10頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月11主要力學(xué)性能指標(biāo)強(qiáng)度指標(biāo)屈服強(qiáng)度：開始塑性變形時(shí)的應(yīng)力值抗拉強(qiáng)度（b

）:材料的極限承載能力。實(shí)際斷裂強(qiáng)度（SK）：拉伸斷裂時(shí)的載荷除以斷口處的真實(shí)截面積所得的應(yīng)力值。塑性指標(biāo)延伸率（k

）：斷裂后試樣標(biāo)距的延長(zhǎng)量與原始標(biāo)距比值的百分?jǐn)?shù)。斷面收縮率（k）：拉伸時(shí)試樣的截面積減小率第11頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12材料的分類脆性材料：拉伸斷裂前只發(fā)生彈性變形。塑性材料：拉伸斷裂前發(fā)生塑性變形。高塑性材料：拉伸斷裂前不僅產(chǎn)生均勻的伸長(zhǎng)，而且發(fā)生頸縮現(xiàn)象，且塑性變形量大。低塑性材料：拉伸斷裂前只發(fā)生均勻伸長(zhǎng)，不發(fā)生頸縮，且塑性變形量較小。第12頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月13一、彈性變形及其實(shí)質(zhì)定義：當(dāng)外力去除后，能恢復(fù)到原來(lái)形狀和尺寸的變形。特點(diǎn)：?jiǎn)握{(diào)、可逆、變形量很小(<0.5~1.0%)?！猌r-BMG物理本質(zhì)：金屬原子間結(jié)合力抵抗外力的宏觀表現(xiàn)。第二節(jié)彈性變形第13頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月14F引力項(xiàng)斥力項(xiàng)A、B分別為與原子特性和晶格類型有關(guān)的常數(shù)第14頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月15二、胡克定律1、簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)的胡克定律(1)單向拉伸(2)剪切和扭轉(zhuǎn)(3)E、G和ν的關(guān)系在彈性狀態(tài)下應(yīng)力與應(yīng)變之間的線性關(guān)系。加載方向上的伸長(zhǎng)，必然導(dǎo)致與加載方向垂直的方向上的收縮第15頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月162、廣義胡克定律(復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài))第16頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月17三、彈性模量1、物理意義：材料對(duì)彈性變形的抗力。工程上E稱做材料的剛度。其值越大，則在相同應(yīng)力下產(chǎn)生的彈性變形越小。零件的剛度與材料的剛度不同，它除了決定于材料的剛度外，還與零件的截面尺寸與形狀，以及載荷作用方式有關(guān)。單晶體的不同晶體學(xué)方向表現(xiàn)出不同的彈性模量即彈性各向異性。但是多晶體材料的各個(gè)晶體方向是隨機(jī)的，因此表現(xiàn)出了為各向同性。2、用途：計(jì)算梁或其他構(gòu)件撓度時(shí)必須用之。重要的力學(xué)性能之一。第17頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月183、影響因素主要取決于金屬原子本性和晶格類型。金屬的彈性模量是一個(gè)組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)，合金化、熱處理(顯微組織)、冷塑性變形對(duì)E值影響不大；大部分材料的彈性模量可以簡(jiǎn)單的認(rèn)為和材料的熔點(diǎn)有遞增關(guān)系(表2-4)。但這不是絕對(duì)的。第18頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月19第19頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月20第20頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月21四、彈性比功ae又稱彈性比能、應(yīng)變比能，是指材料吸收變形功而不發(fā)生永久變形的能力，它標(biāo)志著單位體積材料所吸收的最大彈性變形功。aeeE第21頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月22彈性極限e理論上：彈性極限的測(cè)定應(yīng)該是通過(guò)不斷加載與卸載，直到能使變形完全恢復(fù)的極限載荷。實(shí)際上：彈性極限的測(cè)定是以規(guī)定某一少量的殘留變形(如0.01%)為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)此殘留變形的應(yīng)力即為彈性極限。彈性極限是材料對(duì)微量塑性變形的抗力。是對(duì)組織敏感的力學(xué)性能指標(biāo)。實(shí)際意義彈簧零件要求其在彈性范圍內(nèi)(彈性極限以下)有盡可能高的彈性比功。理想的彈簧材料：應(yīng)有高的σe和低的E。成分和熱處理對(duì)σe影響大，對(duì)E影響不大。儀表彈簧因要求無(wú)磁性，鈹青銅，磷青銅等軟彈簧材料，其σe較高，E較低，ae較高。第22頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月23五、滯彈性定義：在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，隨時(shí)間延長(zhǎng)產(chǎn)生附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象(即應(yīng)變落后于應(yīng)力現(xiàn)象)。產(chǎn)生原因：可能與金屬中點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)有關(guān)。因此，材料組織越不均勻，滯彈性傾向越大。第23頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月24彈性滯后環(huán)加載和卸載的開始階段，應(yīng)變落后于應(yīng)力，使得加載線和卸載線不重合,從而形成一個(gè)閉合的滯后回線，這個(gè)回線稱為彈性滯后環(huán)。滯后環(huán)的面積表示被金屬吸收的變形功的大小被稱為金屬的內(nèi)耗或循環(huán)韌性第24頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月25金屬的循環(huán)韌性定義：金屬材料在交變載荷(或振動(dòng))下吸收不可逆變形功的能力，也稱為金屬的內(nèi)耗或消振性。意義：循環(huán)韌性越高，機(jī)件依靠自身的消振能力越好，所以高循環(huán)韌性對(duì)于降低機(jī)器的噪聲，抑制高速機(jī)械的振動(dòng)，防止共振導(dǎo)致疲勞斷裂意義重大。對(duì)儀表和精密機(jī)械，選用重要傳感元件的材料時(shí)，要求循環(huán)韌性低，以保證儀表有足夠的精度和靈敏度。樂(lè)器(簧片、琴弦等)所用金屬材料的循環(huán)韌性越小，音質(zhì)越好。第25頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月26六、包申格效應(yīng)材料經(jīng)過(guò)預(yù)先加載并產(chǎn)生少量塑性變形(殘余應(yīng)變?yōu)?%~4%)，卸載后再同向加載，屈服強(qiáng)度增加，反向加載，屈服強(qiáng)度降低的現(xiàn)象。包申格應(yīng)變?cè)诮o定應(yīng)力下，正向加載與反向加載兩應(yīng)力—應(yīng)變曲線之間的應(yīng)變差。度量包申格效應(yīng)的指標(biāo)第26頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月27微觀本質(zhì)：預(yù)塑性變形，位錯(cuò)增殖、運(yùn)動(dòng)、纏結(jié)；同向加載，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，屈服強(qiáng)度增加；反向加載，位錯(cuò)被迫作反向運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)容易屈服強(qiáng)度降低。意義：對(duì)于承受疲勞載荷作用的機(jī)件壽命很重要；工程上通過(guò)加工成型工藝制造的構(gòu)件需要考慮包申格效應(yīng)。包申格效應(yīng)的危害及防止方法：危害：交變載荷情況下，顯示循環(huán)軟化(強(qiáng)度極限下降)。預(yù)防：預(yù)先進(jìn)行較大的塑性變形，或在第二次反向受力前先使金屬材料回復(fù)或再結(jié)晶退火。第27頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月28第三節(jié)塑性變形塑性變形是指外力移去后不能恢復(fù)的變形；塑性是指材料經(jīng)受此種變形而不破壞的能力。塑性變形和形變強(qiáng)化是金屬材料區(qū)別于其它工業(yè)材料的重要特征。第28頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月29一、金屬材料的塑性變形機(jī)制與特點(diǎn)塑性變形的方式滑移：最主要的變形機(jī)制孿生：重要的變形機(jī)制，一般發(fā)生在低溫形變或快速形變時(shí)；晶界滑動(dòng)和擴(kuò)散性蠕變：只在高溫時(shí)才起作用形變帶：滑移和孿生都不能進(jìn)行的情況下才起作用。第29頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月30

滑移是晶體在切應(yīng)力作用下沿一定的晶面和晶向進(jìn)行切變的過(guò)程，如面心立方結(jié)構(gòu)的（111）面[101]方向等。一般的滑移系統(tǒng)越多，材料的塑性越大，但還受其他因素的影響。視屏第30頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月31

孿生是發(fā)生在金屬晶體內(nèi)局部區(qū)域的一個(gè)沿一定的晶面和晶向進(jìn)行切變過(guò)程，切變區(qū)域?qū)挾容^小，切變后形成的變形區(qū)的晶體取向與未變形區(qū)成鏡面對(duì)稱關(guān)系，點(diǎn)陣類型相同。孿生可以提供的變形量是有限的，如鎘孿生變形只提供約7.4%的變形量，而滑移變形量可達(dá)300%。但是，孿生可以改變晶體取向，以便啟動(dòng)新的滑移系統(tǒng)，或者使難于滑移的取向變?yōu)橐子诨频娜∠?。?1頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月32各晶粒塑性變形的不同時(shí)性和不均勻性

多晶合金中的晶粒不是統(tǒng)一發(fā)生滑移變形的，而是有的晶粒先發(fā)生有的后發(fā)生滑移變形。

原因：多晶合金中各晶粒的取向不同，有的取向有利于滑移的啟動(dòng)，優(yōu)先發(fā)生滑移變形。在繼續(xù)增加外力時(shí)滑移變形才能傳播到相鄰的晶粒使得各晶粒各晶粒塑性變形的相互協(xié)調(diào)性 為保證材料整體的統(tǒng)一，變形要求各晶粒變形時(shí)相互協(xié)調(diào)。各晶粒進(jìn)行多滑移。Hcp的獨(dú)立滑移系只有3個(gè)少于5個(gè)，因此hcp結(jié)構(gòu)材料的塑性較差，如Mg、Ti等。多晶體金屬塑性變形的特點(diǎn)第32頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月33二、屈服現(xiàn)象和屈服點(diǎn)(屈服強(qiáng)度)屈服現(xiàn)象定義：在金屬塑性變形的開始階段，外力不增加、甚至下降的情況下，而變形繼續(xù)進(jìn)行的現(xiàn)象。上下屈服點(diǎn)、屈服延伸(呂德斯帶擴(kuò)展)第33頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月34呂德斯帶定義：拉伸試樣上與外力成一定角度(45°)的變形條紋。危害：拉伸和深沖過(guò)程中工件表面不平整。解決：1)應(yīng)用應(yīng)變時(shí)效原理將薄板在沖壓前進(jìn)行一道微量冷軋工序。2)鋼中加入少量的Ti、Al等與C、N形成化合物，以消除屈服點(diǎn)，隨后冷壓成型。第34頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月35屈服機(jī)理外應(yīng)力作用下，晶體中位錯(cuò)萌生、增殖和運(yùn)動(dòng)過(guò)程。塑性變形應(yīng)變速率柏氏矢量的模可動(dòng)位錯(cuò)密度位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)平均速率所需外加切應(yīng)力單位速率所需切應(yīng)力應(yīng)力敏感指數(shù)啟動(dòng)：小，要求大，要求大變形：升高，要降低，使減小，表現(xiàn)出屈服第35頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月36屈服強(qiáng)度不連續(xù)屈服：s=Fs/A0，(su,sl)連續(xù)屈服：以規(guī)定發(fā)生一定的殘留變形為標(biāo)準(zhǔn)，通常為0.2%殘留變形的應(yīng)力作為屈服強(qiáng)度0.2。第36頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月37第37頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月38屈服強(qiáng)度不連續(xù)屈服：s=Fs/A0，(su,sl)連續(xù)屈服：以規(guī)定發(fā)生一定的殘留變形為標(biāo)準(zhǔn)，通常為0.2%殘留變形的應(yīng)力作為屈服強(qiáng)度0.2。屈服強(qiáng)度是工程上從靜強(qiáng)度角度選擇韌性材料的依據(jù)。第38頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月39單向載荷：許用≤s/2復(fù)雜受力：屈雷斯加最大應(yīng)力判據(jù)：米塞斯畸變能判據(jù)：第39頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月40屈服強(qiáng)度不連續(xù)屈服：s=Fs/A0，(su,sl)連續(xù)屈服：以規(guī)定發(fā)生一定的殘留變形為標(biāo)準(zhǔn)，通常為0.2%殘留變形的應(yīng)力作為屈服強(qiáng)度0.2。屈服強(qiáng)度是工程上從靜強(qiáng)度角度選擇韌性材料的依據(jù)。希望有高屈服強(qiáng)度，機(jī)件不易產(chǎn)生塑性變形；但過(guò)高，又不利于某些應(yīng)力集中部位的應(yīng)力重新分布，容易引起脆性斷裂。第40頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月41三、影響屈服強(qiáng)度的因素1、影響屈服強(qiáng)度的內(nèi)在因素(1)金屬本性及晶格類型位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力：晶格阻力(P-N力)、位錯(cuò)交互作用產(chǎn)生的阻力（平行位錯(cuò)間交互作用；運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)與林位錯(cuò)交互作用）。可動(dòng)位錯(cuò)密度柏氏矢量的模泊松比晶面間距剪切模量位錯(cuò)寬度第41頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月42(2)晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)晶粒大小—晶界的數(shù)量晶界是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙。位錯(cuò)不能通過(guò)晶界，只能使相鄰晶粒中的位錯(cuò)源開動(dòng)，必須加大外應(yīng)力。Hall-Petch公式：細(xì)化晶粒，可以提高材料的強(qiáng)度。亞結(jié)構(gòu)的實(shí)質(zhì)就是小角度晶界，因此它對(duì)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)的作用與晶界相似第42頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月43第43頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月44(3)溶質(zhì)元素形成晶格畸變，塑性變形抗力增大—固溶強(qiáng)化間隙固溶體的強(qiáng)化效果高于置換固溶體。置換固溶——Fleischer固溶強(qiáng)化理論溶質(zhì)和溶劑原子尺寸相差越大或固溶度越小，固溶強(qiáng)化越明顯。第44頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月45(4)第二相第二相的存在影響位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)——第二相強(qiáng)化不可變形的第二相：位錯(cuò)繞過(guò)機(jī)制。可變形的第二相：位錯(cuò)切過(guò)機(jī)制。第二相的作用，還與其尺寸、形狀、數(shù)量及分布有關(guān)；同時(shí)，第二相與基體的晶體學(xué)匹配程度也有關(guān)。第45頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月462、影響屈服強(qiáng)度的外在因素溫度提高，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)容易，σs↓。各種材料的溫度敏感性不同，bcc中派—納力高且為主要阻力，短程力對(duì)溫度敏感。應(yīng)變速率提高，σs↑——應(yīng)變速率硬化應(yīng)力狀態(tài)：分切應(yīng)力τ↑，σs↓。

扭轉(zhuǎn)<拉伸<彎曲只是表現(xiàn)的力學(xué)行為不同，材料本質(zhì)沒(méi)有變第46頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月47四、應(yīng)變硬化(形變強(qiáng)化)1、基本概念定義：隨變形量的增加，金屬的強(qiáng)度、硬度上升，塑性、韌性下降的現(xiàn)象?；蚍Q形變硬化，加工硬化。原因：位錯(cuò)增殖、纏結(jié)、運(yùn)動(dòng)受阻——位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)困難第47頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月482、意義形變強(qiáng)化可使金屬零件具有抵抗偶然過(guò)載的能力，保證安全。形變強(qiáng)化是工程上強(qiáng)化材料的重要手段。18-8型不銹鋼的s=196MPa，經(jīng)冷軋后，s=800MPa以上形變強(qiáng)化性能可以保證某些冷成形工藝的順利進(jìn)行。冷拔線材：利用塑性變形，沒(méi)有形變強(qiáng)化，屈服時(shí)斷裂深沖加工：利用塑性變形，如果沒(méi)有，深沖后都將稱為碎片第48頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月493、應(yīng)變硬化指數(shù)

式中k是常數(shù)，n：應(yīng)變硬化指數(shù)；n的大小反映了金屬材料抵抗均勻塑性變形的能力。n=1，理想彈性體；n=0，S為常數(shù)，材料無(wú)硬化能力。應(yīng)變硬化指數(shù)，常用直線作圖法求得。均勻塑性變形階段：Hollomon關(guān)系式

也可以用待定系數(shù)法求n：取兩點(diǎn)的值代入H關(guān)系式第49頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月504、影響應(yīng)變硬化的因素晶體結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)變硬化有較大的影響。第50頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月51另外，屬于hcp結(jié)構(gòu)的Zr、Ti及其合金的加工硬化指數(shù)不到0.1fcc>bcc>hcp第51頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月524、影響應(yīng)變硬化的因素晶體結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)變硬化有較大的影響。層錯(cuò)能對(duì)材料應(yīng)變硬化的影響；第52頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月53層錯(cuò)能低的材料，在塑性變形過(guò)程中，其位錯(cuò)不易產(chǎn)生交滑移應(yīng)力集中水平較高，因此應(yīng)變硬化能力強(qiáng)第53頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月544、影響應(yīng)變硬化的因素晶體結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)變硬化有較大的影響。層錯(cuò)能對(duì)材料應(yīng)變硬化的影響；冷熱變形、合金元素以及微觀組織低碳鋼在500回火，n=0.1，700回火，n=0.19第54頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月55五、縮頸現(xiàn)象和抗拉強(qiáng)度1、縮頸現(xiàn)象和意義現(xiàn)象：試樣局部截面積減小的現(xiàn)象。意義：尋找失穩(wěn)的臨界條件，有利于機(jī)件設(shè)計(jì)。應(yīng)變硬化(物理因素)和截面減小(幾何因素)共同作用的結(jié)果。第55頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月562、縮頸判據(jù)縮頸判據(jù)：第56頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月57第57頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月582、縮頸判據(jù)縮頸判據(jù)：縮頸判據(jù)：第58頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月59第59頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月602、縮頸判據(jù)縮頸判據(jù)：縮頸判據(jù)：縮頸判據(jù)：第60頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月613、縮頸頸部應(yīng)力修正發(fā)生縮頸后，材料的單向拉伸應(yīng)力狀態(tài)被破壞——試驗(yàn)真應(yīng)力與材料本身的真實(shí)應(yīng)力有差別Bridgmen關(guān)系式：修正第61頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月624、抗拉強(qiáng)度意義：韌性材料不能作為設(shè)計(jì)參數(shù)，但可以用作產(chǎn)品規(guī)格說(shuō)明或質(zhì)量控制指標(biāo)。脆性材料可以作為設(shè)計(jì)參數(shù)(抗拉強(qiáng)度=屈服強(qiáng)度)。s/b對(duì)材料成型加工非常重要——反映了加工硬化情況——對(duì)成型加工（沖壓成型）有影響?？梢猿趼杂?jì)算布氏硬度和疲勞極限。定義：韌性金屬試樣拉斷過(guò)程中最大力所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力（工程應(yīng)力）。第62頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月63六、塑性1、塑性與塑性指標(biāo)塑性：金屬材料斷裂前發(fā)生不可逆永久(塑性)變形的能力。塑性指標(biāo)：衡量塑性好壞的參數(shù)，斷后延伸率和斷面收縮率第63頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月64斷面收縮率ψ

：斷后伸長(zhǎng)率δ：斷裂前最大塑變冶金因素的影響ψ>δ：縮頸ψδ：不縮頸第64頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月65塑性指標(biāo)的選用：?jiǎn)我粦?yīng)力條件下的長(zhǎng)形零件，選擇δ對(duì)于非長(zhǎng)形工件，在拉伸時(shí)有縮頸的用ψ影響因素：合金成分：固溶元素減低塑性微觀組織：晶粒尺寸、形狀以及分布方式第二相的添加：硬脆相降低塑性，軟相增加塑性

雙相鋼的塑性隨著馬氏體的分?jǐn)?shù)增加而降低溫度：升高溫度增加塑性晶條鋯=40%，Zr-2.5Nb≤20%等軸晶粒一般大于板條狀晶粒30%等軸晶TC4≥15%,板條TC4≤5%第65頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月662、塑性的意義材料的設(shè)計(jì)中，不僅要求材料的強(qiáng)度，而且對(duì)材料的塑性也有要求。緩和應(yīng)力集中以避免突然斷裂，保證安全。塑性是制定壓力加工和成型工藝的基礎(chǔ)（成形能力）。反映冶金質(zhì)量的好壞第66頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月67韌性是指材料在斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力。韌度是度量材料韌性的力學(xué)性能指標(biāo)。對(duì)靜力拉伸來(lái)說(shuō)，靜力韌度可以理解為應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的面積因此，只有在強(qiáng)度和塑性有較好的配合時(shí)，才能獲得較好的韌性。七、靜力韌度第67頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月68工程上采用近似計(jì)算方法，對(duì)韌性材料，靜力韌度靜力韌度對(duì)于按屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)，而在服役中有可能遇到偶爾過(guò)載的機(jī)件，如鏈條、起重吊鉤等是必須考慮的重要指標(biāo)。第68頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月69第69頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月70第四節(jié)金屬的斷裂一、斷裂的類型不完全斷裂：材料內(nèi)部產(chǎn)生裂紋但是還沒(méi)有完全分開的現(xiàn)象完全斷裂：材料完全破斷分開為兩個(gè)部分以上的現(xiàn)象。斷裂不僅出現(xiàn)在高應(yīng)力和高應(yīng)變條件下，也可能發(fā)生在低應(yīng)力和無(wú)明顯塑性變形條件下。斷裂的基本過(guò)程：裂紋的形成和擴(kuò)展第70頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月711、韌性斷裂和脆性斷裂(宏觀)1）、韌性斷裂斷裂特點(diǎn)：斷裂前產(chǎn)生明顯宏觀變形；過(guò)程緩慢；斷裂面一般平行于最大切應(yīng)力，并與主應(yīng)力約成45°。斷口特征：纖維狀、灰暗色。第71頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月72韌性斷裂過(guò)程韌性斷裂斷口分區(qū)纖維區(qū)：裂紋形成和緩慢擴(kuò)展。顏色灰暗，如山脊。放射區(qū)：裂紋快速擴(kuò)展。表面光亮平坦，細(xì)放射條紋。剪切唇：試樣邊緣，剪切斷裂，表面光滑一般試樣的強(qiáng)度提高，塑性降低時(shí)，斷口中放射區(qū)的比列增大第72頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月732)、脆性斷裂斷裂特點(diǎn)：斷裂前基本不發(fā)生塑性變形，無(wú)明顯前兆；斷口與正應(yīng)力垂直。第73頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月74實(shí)際上，金屬的脆性斷裂與韌性斷裂并無(wú)明顯的界限，一般脆性斷裂前也會(huì)產(chǎn)生微量塑性變形。因此，一般規(guī)定光滑拉伸試樣的斷面收縮率小于5％者為脆性斷裂；大于5％者為韌性斷裂。由此可見金屬的韌性與脆性是根據(jù)一定條件下的塑性變形量來(lái)決定的第74頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月752、穿晶斷裂與沿晶斷裂(微觀)沿晶斷裂是由于晶界分布第二相或夾雜物破壞界面的連續(xù)性，或者元素偏聚到界面引起的，多數(shù)是脆性斷裂；穿晶斷裂可以是韌性或脆性斷裂。兩者有時(shí)可混合發(fā)生。第75頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月763、純剪切斷裂與微孔聚集型斷裂、解理斷裂(機(jī)理)剪切斷裂：材料在切應(yīng)力作用下沿滑移面滑移分離而造成的斷裂（滑斷、微孔聚集型斷裂）純金屬及單晶體——純剪切斷裂普通常用金屬——微孔聚集型斷裂解理斷裂在正應(yīng)力作用下，由于原于間結(jié)合鍵的破壞引起的沿特定晶面發(fā)生的脆性穿晶斷裂解理面一般是指低指數(shù)晶面或表面能量低的晶面。bcc的Fe——{001}hcp的Mg——{0001}或fcc金屬一般不發(fā)生解理斷裂。解理斷裂總是脆性斷裂第76頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月77二、解理斷裂1、解理裂紋的形成和擴(kuò)展裂紋的萌生，擴(kuò)展。材料斷裂前總會(huì)產(chǎn)生一定的塑性變形，而塑性變形與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有關(guān)。因此首先從位錯(cuò)入手提出解理斷裂的理論機(jī)制第77頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月781)甄納—斯特羅位錯(cuò)塞積理論位錯(cuò)塞積頭處，應(yīng)力集中，超過(guò)材料的強(qiáng)度極限。∴裂紋形成。第78頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月79應(yīng)用位錯(cuò)塞積引起的漸進(jìn)應(yīng)力場(chǎng)理論，可知，最大應(yīng)力發(fā)生在θ＝-70.5°處，且有滑移面上的有效切應(yīng)力晶粒直徑塞積頭到裂紋形成點(diǎn)的距離第79頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月802)Cottrell位錯(cuò)反應(yīng)理論位錯(cuò)反應(yīng)，形成新的位錯(cuò)，能量降低，∴有利于裂紋形核。第80頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月81裂紋的穿晶擴(kuò)展第81頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月82屈服時(shí)產(chǎn)生解理斷裂的判據(jù)：晶粒尺寸——斷裂應(yīng)力晶粒尺寸較大時(shí)，c<s，材料發(fā)生脆性斷裂晶粒尺寸小于臨界尺寸時(shí)，c>s，材料屈服后斷裂對(duì)于有第二相存在的合金，式中d表示的是質(zhì)點(diǎn)之間的距離第82頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月832、解理斷裂的微觀斷口特征1）解理斷口河流花樣舌狀花樣第83頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月84河流花樣的形成過(guò)程：第84頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月85舌狀花樣的形成過(guò)程：第85頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月86特點(diǎn)：似河流但有不是真正的河流原因：解理裂紋起源于晶內(nèi)硬質(zhì)處點(diǎn)，形成從晶內(nèi)某點(diǎn)發(fā)源的放射狀河流花樣。準(zhǔn)解理不是獨(dú)立的斷裂機(jī)制，是解理斷裂的變種。2）準(zhǔn)解理斷口第86頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月87三、微孔聚集型斷裂1、微孔形核和長(zhǎng)大(1)微孔形核位錯(cuò)環(huán)使界面分離，形成微孔(2)微孔長(zhǎng)大位錯(cuò)向微孔運(yùn)動(dòng)，使其長(zhǎng)大(3)微孔聚合長(zhǎng)大成裂紋并與新微孔連接，向前推進(jìn)。第87頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月882、微孔聚集斷裂的微觀斷口特征韌窩—微孔聚集斷裂的斷口特征韌窩形狀等軸韌窩：正應(yīng)力⊥微孔的平面，形成等軸韌窩；拉長(zhǎng)韌窩：扭轉(zhuǎn)、或雙向不等應(yīng)力狀態(tài)；切應(yīng)力，形成拉長(zhǎng)韌窩；撕裂韌窩：拉、彎應(yīng)力狀態(tài)。第88頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8