材料力學性能課件

材料力學性能1精選課件ppt教師姓名：李永華電話：辦公室：CLA323

2精選課件ppt緒論材料分類與材料性能課程意義課程內容與要點晶體結構基礎知識位錯理論基礎知識學習方法參考文獻3精選課件ppt1材料分類與材料性能1.1材料的種類

類型：金屬；無機非金屬；高分子材料；復合材料

用途：結構材料；功能材料1.2材料的性能

力學性能:強度、塑性、韌性等

、δ、HB、KIC；

物理性能:聲、光、電、磁ρ、Tm、Cp、磁導等；

化學性能:可燃性、反應性、抗氧化性等；

工藝性能:熱加工(鑄鍛焊)、冷加工性能(車銑磨)；

生物性能:生物反應性、生物相容性等。4精選課件ppt1.3材料的力學性能

定義材料的力學行為：材料在外加載荷作用下,或在載荷、加載速率和環(huán)境因素的聯合作用下表現出的行為.

材料的力學性能：材料在力作用下,所顯示出的與彈性和非彈性反應相關或涉及應力應變關系的性能.5精選課件ppt影響材料力學性能的主要因素內因：晶體學特性;化學成分;顯微組織;內部缺陷;殘余應力等.外因：溫度;周圍介質；加載方式;加載速率等.不同外因(即服役工況)時,材料的力學性能將改變.6精選課件ppt2課程意義工程設計理論力學、材料力學機器零部件設計依據：許用應力[

]=

s/ns

強度校核=N/A[

]新材料研發(fā)強度、韌性、經濟性、工藝性、實用性等失效分析原因分析：力學性能、組織結構、成分等7精選課件ppt“泰坦尼克”號美國國家技術監(jiān)督局：遭遇冰山；救生小船不足;連接船體部分的固定鉚釘,竟然用摻有礦渣的劣質金屬制成.08年初南方暴雪、高鐵8精選課件ppt實際尺寸各異，一般不能實驗設備成本限制模擬實際工況受力狀態(tài)類比試樣；比例、規(guī)范、標準實驗方法結果分析9精選課件ppt3課程內容與要點3.1內容材料的彈性、塑性、屈服與硬化、斷裂、硬度、疲勞、蠕變等性能;各項力學性能指標的本質、物理含義、微觀機理(結構與狀態(tài));材料力學性能的主要影響因素,提高性能的措施;材料力學性能的測試技術

10精選課件ppt3.2課程要點金屬靜力學性能.不同加載方式下的力學性能.環(huán)境對力學性能及其性能指標的影響.不同種類材料的力學性能.11精選課件ppt重視基本概念重視基本計算問題12精選課件ppt4晶體結構基礎知識4.1晶體與非晶體4.1.1、晶體凡原子按一定規(guī)律排列的固態(tài)物質，稱晶體.(如:金剛石、石墨和金屬)1）原子在三維空間呈有規(guī)則的周期性重復排列.2）固定熔點如鐵熔點1538℃.3）晶體性能隨原子排列方位而改變，即單晶體具有各向異性.4.1.2、非晶體及其特性

(如:塑料、玻璃、瀝青)1)內部質點無規(guī)則的堆積在一起的物質稱為非晶體;2)

無固定熔點；各向同性13精選課件ppt晶體金剛石、金屬

等非晶體：蜂蠟、玻璃等14精選課件ppt4.2晶格、晶胞、晶格常數晶格:假設原子剛性球,利用幾何線條連接構成空間格架抽象描述

晶格中的點稱結點.不同方位的原子面稱晶面.晶胞:晶格的最基本幾何單元.晶格常數晶胞的棱邊長為a、b、c和棱邊夾角α、β、γ15精選課件pptXYZabc晶格常數a，b，c

16精選課件ppt體心立方晶格bcc-Fe、W、V、Mo等4.3常見金屬晶格類型晶格常數：a=b=c；

===9017精選課件ppt面心立方晶格fcc-Fe、Cu、Ni、Al、Au、Ag等晶格常數：a=b=c；

===9018精選課件ppt

密排六方晶格hcpMg、Zn等晶格常數底面邊長a底面間距c側面間角120側面與底面夾角9019精選課件ppt5位錯理論基礎知識

5.1

位錯的基本概念定義:晶體中某處若干列原子有規(guī)律的錯排.意義:對材料的力學行為如塑性變形、強度、斷裂等起決定性作用.

5.2位錯的類型

根據原子滑移方向和位錯線取向的幾何特征不同:位錯分為刃型位錯、螺型位錯、混合位錯.20精選課件ppt5.3

刃型位錯模型滑移面/半原子面/位錯線（位錯線┻晶體滑移方向,位錯線┻位錯運動方向,晶體滑移方向//位錯運動方向.21精選課件ppt5.4螺型位錯模型位錯線//晶體滑移方向，位錯線┻位錯運動方向，晶體滑移方向┻位錯運動方向22精選課件ppt5.5位錯的運動位錯運動的本質是塑性變形.主要有滑移、攀移.位錯的滑移：位錯在外力作用下在滑移面上的運動，導致永久形變.滑移面應是晶面間距最大的密排面，滑移方向應是原子密排方向.23精選課件ppt螺型位錯的滑移24精選課件ppt位錯的攀移

在熱缺陷作用下,位錯在垂直滑移方向的運動，刃位錯除了滑移外,還可攀移運動.

實質是多余半原子面的伸長或縮短.螺位錯無多余半原子面,無攀移運動.

25精選課件ppt5.6位錯的觀察DislocationsinNickel(TEM)26精選課件ppt6學習方法理論聯系實際:

實用性強;某些力學性能指標根據理論定義,更多指標則按工程實用要求定義.重視實驗:

掌握力學性能的測試原理、測試技術,了解測試設備,理解力學性能指標的物理意義與實用意義.多做練習;加深理解――鞏固所學的知識.27精選課件ppt考試基本概念、基本原理、基本技能—計算分析考試70-80%實驗10%平時10-20%學位課、考試課（30理論+2實驗）28精選課件ppt7參考文獻束德林.金屬力學性能.機械工業(yè)出版社.劉瑞堂等.工程材料力學性能.哈爾濱工業(yè)大學出版社.鄭修麟.材料的力學性能.西北工業(yè)大學出版社.何肇基.金屬力學性能實驗.冶金工業(yè)出版社.侯旭明.金屬力學性能.機械工業(yè)出版社.王叢曾.材料性能學.北京工業(yè)大學出版社.29精選課件ppt第一章*

金屬在單向靜拉伸載荷下的力學性能1.1引言1.2應力-應變曲線1.3彈性變形1.4塑性變形1.5金屬的斷裂

30精選課件ppt1.1引言單向靜拉伸試驗特點最廣泛使用的力學性能檢測手段;試驗應力狀態(tài)、加載速率、溫度、試樣等嚴格規(guī)定(方法:GB/T228-2002;試樣:GB/T6397-1986);

最基本的力學行為(彈性、塑性、斷裂等);

可測力學性能指標：強度(

)、塑性(

、

)等.31精選課件ppt工程應用,拉伸性能是結構靜強度設計的主要依據之一;預測其它力學性能參量,如疲勞、斷裂性能;研究新材料,合理使用材料和改善力學性能,測定拉伸性能.拉伸性能的作用32精選課件ppt拉伸試樣的形狀和尺寸常用拉伸試樣:為比較不同尺寸試樣的塑性,要求試樣幾何相似,L0/A01/2要為一常數．(A0初始橫截面積)光滑圓柱試樣:試樣標距長度L0比直徑d0要大得多;通常L0=5d0或L0=10d0板狀試樣:試樣標距長度L0應滿足:L0=5.65A01/2或11.3A01/2

；33精選課件ppt34精選課件ppt1.2應力-應變曲線**

1.2.1拉伸力—伸長曲線彈性變形:e點以內的變形.塑性變形:e點以外.不均勻的屈服塑性變形:AC.均勻塑性變形:CB段.不均勻集中塑性變形:Bk段.斷裂:k以下.B點塑性變形:△Lg.k點塑性變形:△Lk35精選課件ppt1.2.2幾種常見材料的拉伸力-伸長曲線36精選課件ppt正火、退火碳素結構鋼和低合金結構鋼:

類似的拉伸力-伸長曲線退火低碳鋼在低溫下、灰鑄鐵在室溫下:

只有彈性變形階段冷拔鋼:彈性變形和不均勻集中塑性變形階段面心立方金屬在低溫和高應變速率下:

只有彈性變形和不均勻屈服塑性變形階段不同材料的拉伸力-伸長曲線特點37精選課件ppt1.2.3工程應力-應變曲線****拉伸條件下力學性能:應變ε及應力

e(彈性極限)

s(屈服強度)

b(抗拉強度)

k(斷裂強度).38精選課件ppt斷后伸長率

=[(L-L0)/L0]

100%

斷面收縮率

=[(A0-A)/A0]

100%

39精選課件ppt油壓式拉伸試驗機40精選課件ppt傳感器式拉伸試驗機41精選課件ppt高溫拉伸試驗機42精選課件ppt真實應力—真實應變***真實應力真實應變43精選課件ppt設L0=100，L=110，則=[(110-100)/100]100%若設L0=100,L1＝101,L2＝102,…L10=110則

1=1%,

2=0.99%,

3=0.98%,…

10=0.917%

1+

2+

3＋……＋

10<10%44精選課件ppt拉伸：L=110,L0=100=[(110-100)/100]100%=10%e=ln(110/100)=ln1.1壓縮:L0=110,L=100=[(100-110)/110]100%=-9.09%e=ln(100/110)=-ln1.145精選課件ppt1.2.4真實應力-應變曲線按拉伸試樣的真實斷面A和真實長度L計算應力和應變.46精選課件ppt在彈-塑性變形階段,只有真應力-真應變曲線才能描述材料的力學形為.多數金屬在室溫下屈服后,要使塑性變形繼續(xù)進行,必須不斷增大應力,所以真應力-真應變曲線表現為流變應力不斷上升.稱形變強化.47精選課件ppt48精選課件ppt單位應力(強度):MPa106Pa應變:無單位.49精選課件ppt1.3彈性變形1.3.1彈性變形定義

外力去除,能恢復到原來形狀或尺寸的變形.特點:單調、可逆、變形量很小(0.5~1.0%)1.3.2物理本質金屬原子間結合力抵抗外力的宏觀表現.50精選課件ppt

1.3.1

胡克定律簡單應力狀態(tài)胡克定律

剪切和扭轉

單向拉伸

E、G和的關系51精選課件ppt1.3.2彈性模量E＊單純彈性變形過程中應力與應變的比值

物理意義:

材料對彈性變形的抗力.

用途:工程上稱材料的剛度;計算梁等構件撓度時用到.重要的力學性能之一.

數值:

2.1105MPa或210GPa52精選課件ppt彈性模量是對組織不敏感的力學性能指標*影響小:晶體學特性;溶質原子;顯微組織;合金化;溫度;加載速率.單晶體:各向異性多晶體:各向同性(各晶粒統計平均值)影響彈性模量的因素53精選課件ppt彈性極限:彈性過渡到彈塑性變形時的應力(0.01%)彈性比功:或彈性比能、應變比能.物理意義:吸收彈性變形功的能力.幾何意義:應力-應變曲線中彈性階段的面積.1.3.3彈性極限、彈性比功用途:制造彈簧的材料要求彈性比功大54精選課件ppt1.4塑性變形定義:外載荷卸去后,不能恢復的變形.(永久不可逆)性質:材料受力,應力超過屈服點后,仍能繼續(xù)變形而不發(fā)生斷裂的性質.

斷后伸長率，

斷面收縮率.δ

100%:稱為超塑性55精選課件ppt塑性變形的方式滑移:主要變形機制:切應力下金屬沿滑移面和滑移方向運動切變過程.孿生:重要變形機制,低溫或快速形變時；晶界滑動和擴散性蠕變只在高溫；形變帶滑移和孿生都不能進行才起作用.1.4.1塑性變形的方式及特點56精選課件ppt滑移面：原子最密排面；滑移方向：原子最密排方向.滑移系：滑移面和滑移向的組合.滑移系越多,材料的塑性越好.晶體結構的影響較大.

fcc＞bcc＞hcp滑移bccfcc57精選課件ppt孿晶:外形對稱.好象兩個相同晶體對接起來;內部原子排列呈鏡面對稱于結合面.孿晶可分為:自然孿晶和形變孿晶.孿生特點：比滑移困難;時間短;變形量小;孿晶層僅為狹窄一層.孿生與滑移交互作用,促進金屬塑性變形.孿生58精選課件ppt由點陣畸變而使晶體表面出現的彎曲區(qū)域,由于該區(qū)域貫穿整個試樣截面成帶狀,故稱形變帶.

相鄰滑移帶的交互作用.多個滑移系同時動作,正常的滑移不能進行,產生點陣彎曲,形成形變帶.

三種變形機制的比較

滑移:相鄰部分滑動,變形前后晶體內部原子排列不變.孿生:變形部分相對未變形部分發(fā)生取向變化.形變帶:晶體點陣畸變.形變帶59精選課件ppt

各晶粒變形的不同時性和不均勻性

晶粒取向有利先滑移；不利則彈性變形后增加外力繼續(xù)滑移；

變形的局部性,內應力,晶粒中可能有裂紋,斷裂.

變形的相互協調性

整體,不允許晶粒僅在一個滑移系中變形,否則晶界開裂.

塑性變形的特點60精選課件ppt標志:拉伸時的屈服現象是開始宏觀塑性變形的標志.定義:塑性變形開始階段,外力不增加、甚至下降時,而變形繼續(xù)進行的現象,稱屈服.上屈服點:試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最大應力下屈服點:不計初始瞬時效應時屈服階段中的最小應力1.4.2屈服與屈服強度***屈服61精選課件ppt呂德斯帶62精選課件ppt63精選課件ppt64精選課件ppt呂德斯帶特點屈服塑性變形不均勻.低碳鋼沖壓件表面產生皺褶現象.影響外觀質量.在1~2%壓下量下預軋一次,消除屈服現象,無明顯屈服點的鋼板.再沖壓,表面質量好.65精選課件ppt外力作用下,晶體中位錯萌生、增殖和運動過程

(1)柯氏氣團

位錯與溶質原子交互作用,位錯被釘扎.溶質原子聚集在位錯線的周圍,形成氣團.提高外應力,位錯才能運動;繼續(xù)發(fā)生塑性變形所需的外應力降低.屈服機理66精選課件ppt（2）位錯塞積群

n個位錯同向運動受阻,形成塞積群,導致材料要繼續(xù)塑性變形必須加大外力;一旦障礙被沖破,繼續(xù)塑性變形所需的外力降低.

67精選課件ppt金屬塑性變形的應變速率與位錯密度、位錯運動速率及柏氏矢量成正比.即：

位錯增值ρ↑，↑

提高外應力

,↑,

↑晶體結構變化b↑,

↑（3）應變速率與位錯密度、位錯運動速率的關系68精選課件ppt屈服強度

s拉伸曲線有明顯屈服平臺,塑性變形硬化不連續(xù),屈服平臺所對應的應力即為屈服強度:

s=Ps/A0拉伸曲線無屈服平臺,塑性變形硬化過程連續(xù),屈服強度定義為產生0.2%殘余伸長時應力:

s=

0.2=P0.2/A01.4.3強度***69精選課件ppt工程上從靜強度角度選擇韌性材料的依據.提高屈服強度,機件不易產生塑性變形,減輕重量、體積和尺寸；但過高,最大屈強比(

s/b),又不利于某些應力集中部位的應力重新分布,容易引起脆性斷裂.降低

s有利于材料冷成形加工和改善焊接性能.低碳鋼:冷成形性能和焊接性能好.s

選取屈服強度70精選課件ppt（一）內因

（1）金屬本性及晶格類型位錯運動阻力:晶格阻力(P-N力);位錯交互作用產生的阻力.

P-N力:fcc位錯寬度大,位錯易運動.

bcc反之.

交互產生的阻力:平行位錯間交互作用產生的阻力;運動位錯與林位錯交互作用產生的阻力.（2）溶質原子和點缺陷形成晶格畸變(間隙固溶,空位)影響屈服強度的因素71精選課件ppt（3）晶粒大小和亞結構

晶界是位錯運動的障礙。

要使相鄰晶粒中的位錯源開動，必須加大外應力.

霍爾---派奇關系式

s=

i+Kyd-1/2***細化晶粒,可以提高材料的強度.

（4）第二相

不可變形的第二相,位錯只能繞過它運動.可變形的第二相,位錯可以切過.

還與其尺寸、形狀、數量及分布有關.72精選課件ppt（二）外因

溫度提高.位錯運動容易.

s

***

應變速率提高.

s

***應力狀態(tài):切應力

，s

-20002004006008005604202801400NiMo0.1110100100010000350300250200150

b

s屈服強度與溫度關系屈服強度與應變速率關系73精選課件ppt1.4.4應變硬化(形變強化、加工硬化)工程應力-應變曲線真實應力-應變曲線應力應變外力超過

s后,塑性變形并不象屈服平臺連續(xù)流變下去,而需要增加外力才能繼續(xù).金屬阻止繼續(xù)塑性變形的能力稱應變硬化性能.(位錯增殖、運動受阻)塑性應變是硬化的原因硬化是塑性應變的結果74精選課件ppt意義應變硬化和塑性變形適當配合,可使金屬進行均勻塑性形變.使構件具有一定的抗偶然過載能力.強化金屬.提高力學性能.提高低碳鋼的切削加工性能.75精選課件ppt應變硬化機理

a)易滑移階段:單系滑移

hcp金屬(Mg、Zn)不能產生多系滑易.滑移段長.

b)線性硬化階段:多系滑移

位借交互作用,形成割階、面角位錯、胞狀結構等;位錯運動阻力增大.

c)拋物線硬化階段:交滑移,雙交滑移

刃型位錯不能產生交滑移.

多晶體:一開動便是多系滑移.無易滑移階段.76精選課件ppt

Hollomon關系式：S=ken(真應力與真應變關系)

n—應變硬化指數;k—硬化系數

n反映了金屬材料抵抗繼續(xù)塑性變形的能力.

n=1.理想彈性體;n=0材料無硬化能力.

層錯能低的材料應變硬化程度大;

高Mn鋼.層錯能力低.n大.

通常0.1

n

0.5

應變硬化指數，常用直線作圖法求得應變硬化指數77精選課件pptlgS=lgk+nlgeS=(1+

)

e=ln(1+

)-2-101lgklgSlge78精選課件ppt應變硬化指數n大,機件服役時承受偶然過載的能力大,阻止薄弱部位繼續(xù)塑性變形.n對板材冷變形工藝如沖壓性能有重要影響.n大,應變硬化,變形均勻,增大極限變形程度,不易開裂.不能熱處理強化的金屬,可用應變硬化方法強化.表面局部應變硬化,如滾壓,提高強度.工程意義*79精選課件ppt（1）縮頸的現象和意義韌性金屬拉伸時變形集中于局部區(qū)域;應變硬化和截面減小的共同結果.b點:最大力點;拉伸失穩(wěn)點;塑性失穩(wěn)點1.4.5縮頸現象80精選課件ppt（2）縮頸判據失穩(wěn)的臨界條件:dF=0某瞬間:F=SA.dF=Ads+SdA=0體積不變:V=ALAdL+LdA=081精選課件ppt縮頸判據Hollomon關系即82精選課件ppt應變硬化指數等于最大真實均勻塑性變量時,縮頸便產生*.頸部三向拉應力狀態(tài)83精選課件ppt1.4.6抗拉強度

b

韌性金屬拉斷過程中對應的最大承載能力.

表征金屬對最大均勻塑性變形的抗力試樣斷裂前所能承受的最大應力,又稱強度極限.最大載荷,除以原始截面積,即抗拉強度:

b=Pmax／A0=Fb/A084精選課件ppt易于測定.重現性好.韌性材料不能作為設計參數.脆性材料可用作設計參數.

s/

b對材料成形加工極為重要.

b≈1/3HB;淬火鋼

-1≈1/2

b意義85精選課件ppt1.4.7塑性***定義:金屬斷裂前發(fā)生塑性變形(不可逆永久變形)的能力.塑性變形:均勻塑性變形、不均勻集中塑性變形.韌性金屬:前者比后者小得多.小于50%.如高強鋼:均勻塑變量僅占5-10%即:拉伸縮頸后,塑性變形主要集中于試樣縮頸附近.86精選課件ppt伸長率***拉伸前試樣標距L0，拉斷后標距為Lk=[(Lk-L0)/L0]100%斷面收縮率ψ***評定材料塑性的主要指標=[(A0-Ak)/A0]100%87精選課件ppt比例試樣：L0=5d0或L0=10d0

多數材料的集中塑性變形量大于均勻變形量故δ5>δ10(斷后伸長率)Ψ>δ金屬拉伸時產生縮頸***;反之,不產生Ψ反映了斷裂前的最大塑性變形量.而δ則不能顯示材料的最大塑性變形.88精選課件ppt冶金因素對

的影響更突出.

比

對組織變化更敏感最大力下的總伸長率與原始標距的百分比δgt.實際上是金屬材料拉伸時產生的最大均勻塑性變形(工程應變量)eB=ln(1+δgt)δgt對于評定沖壓用板材的成型能力非常有用.89精選課件ppt

塑性的意義和影響因素

意義：

a）不直接用于構件設計,因塑性與服役無直接關系.b）安全，防止產生突然破壞；

c）緩和應力集中；

d）軋制、擠壓等冷熱塑性加工變形；

影響因素：

（a）細化晶粒，塑性↑；

（b）溫度提高，塑性↑；（c）軟的第二相塑性↑；

（d）固溶、硬的第二相等，塑性↓.90精選課件ppt塑性的綜合性能指標

s/

b

(屈強比)↓.材料的塑性↑.

b/V(體積比強度)↑.減輕構件的重量.91精選課件ppt韌性:材料斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力J/m2.

靜力韌度:靜拉伸時,單位體積材料斷裂所吸收的功.J/m3

UT=

b或U

T=(s+b)/2靜力韌度對按屈服強度設計,可能偶然過載的機件必須考慮.

靜力韌度92精選課件ppt拉伸力學行為用胡克定律描述.在彈性階段:應力與應變成正比.即

=E·

低溫下的脆性金屬，拉伸斷裂前只有彈性變形.而無塑性變形.脆性材料的拉伸力學行為93精選課件ppt拉伸時,試樣軸向伸長、橫向收縮?？v向應變

l與橫(徑)向應變

2之負比值稱為泊松比(Poisson’sratio),

=-

2/

l,是材料彈性常數。脆性材料拉伸的力學性能：

彈性模量和脆性斷裂強度。94精選課件ppt1.5金屬的斷裂材料破斷為兩個部分以上的現象,叫斷裂(材料失去完整性)機件三大失效形式之一斷裂出現在高應力、應變條件下，而且發(fā)生在低應力和無明顯塑性變形條件下.1.5.1斷裂的基本類型斷裂前塑性變形大小分類:脆性斷裂;韌性斷裂斷裂面取向分類:正斷;切斷裂紋擴展途徑分類:穿晶斷裂;沿晶斷裂斷裂機理分類:解理斷裂;微孔聚集型斷裂;純剪切斷裂

95精選課件ppt96精選課件ppt韌性斷裂（宏觀）

特點:斷裂前產生明顯宏觀變形;過程緩慢;

斷裂面平行于最大切應力,并與主應力成45o角.

斷口特征

斷口呈纖維狀,灰暗色.杯—錐狀.

斷口特征三要素:纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇

纖維區(qū):裂紋快速擴展.撕裂時塑性變形量大,放射線粗.

剪切唇:切斷.

危害:不及脆性斷裂,斷裂前機件已變形失效.1.5.2斷裂及斷口特征97精選課件ppt脆性斷裂

斷裂特點

斷裂前基本不發(fā)生塑性變形,無明顯前兆;斷口與正應力垂直。

斷口特征

平齊光亮,常呈放射狀或結晶狀;

人字紋花樣的放射方向與裂紋擴展方向平行.

韌性與脆性行為會隨環(huán)境條件而改變.

例如:T

、脆性

.一般變形>75%為韌性斷裂.98精選課件ppt穿晶斷裂與沿晶斷裂（微觀）特點:穿晶斷裂:裂紋穿過晶界.韌性或脆性斷裂;有時混合發(fā)生.沿晶斷裂:裂紋沿晶擴展.穿晶斷裂,多數脆性斷裂.99精選課件ppt純剪切斷裂，微孔聚集型斷裂，解理斷裂（機理）

純剪切斷裂

沿滑移面分離而造成的分離斷裂。

微孔聚集型斷裂

微孔形核、長大、聚合導致材料分離。

解理斷裂

以極快速率沿一定晶體學面,產生穿晶斷裂。解理面一般是指低指數晶面或表面能量低的晶面。

fcc金屬一般不發(fā)生解理斷裂。

解理斷裂總是脆性斷裂100精選課件ppt解理斷裂的微觀斷口特征電鏡觀察（1）河流狀解理臺階，匯合臺階高度足夠大形成河流狀花樣。

裂紋跨越若干相互平行的而且位于不同高度的解理面。

解理臺階是沿兩個高度不同的平行解理面上擴展的解理裂紋相交時形成的。其方式為：解理裂紋與螺位錯相交形成；通過二次解理成撕裂形成。101精選課件ppt晶界對解理斷口的影響。

(a)小角度傾斜晶界裂紋能越過晶界，“河流”可延續(xù)到相鄰晶粒內。

(b)扭轉晶界（位向差大）

裂紋不能直接穿過晶界，必須重新形核。

裂紋將沿若干組新的相互平等的解理面擴展，形成新的“河流”。102精選課件ppt(2)舌狀花樣解理裂紋沿孿晶界擴展留下的舌狀凹坑或凸臺.

(3)準解理

由于晶體內存在彌散硬質點,解理裂紋起源于晶內硬質處點,形成從晶內某點發(fā)源的放射狀河流花樣.準解理不是獨立的斷裂機制.是解理斷裂的變種.103精選課件ppt微孔聚集斷裂機理和微觀斷口特征1、斷裂機理

（1）微孔形核

點缺陷聚集；第二相質點碎裂或脫落；

位錯引起的應力集中，不均勻塑性形變。

（2）微孔長大

滑移面上的位錯向微孔運動，使其長大。

（3）微孔聚合

應力集中處，裂紋向前推進一定長度。104精選課件ppt

2、微觀斷口特征

韌窩（火山口式，圓形，橢圓形（1）韌窩形狀

（a）正應力⊥微孔的平面，形成等軸韌窩；

拉伸試樣中心纖維區(qū)就是等軸韌窩。

（b）拉長韌窩扭轉、或雙向不等應力狀態(tài)；切應力，形成拉長韌窩；

（c）撕裂韌窩拉、彎應力狀態(tài)；（2）影響韌窩大小因數

基體材料的塑性變形能力和應變硬化指數；

第二相質點的大小和密度。

注意：微觀上出現韌窩，宏觀上不一定是韌性斷裂。105精選課件ppt106精選課件ppt斷裂理論的意義屈服時產生解理斷裂的判據霍爾---派奇關系107精選課件ppt(q應力狀態(tài)系數)定性分析降低金屬脆斷傾向的措施提高G、

s、q

外因:

q

、T

降低i、d、ky

內因:其他左項小于右項:裂紋可形成但不能擴展左項大于右項:裂紋形成后自動擴展108精選課件pptG(切變模量):熱處理、合金化、冷熱變形影響小目前常用方法很難改變G.韌化金屬

s由表面能和塑性變形功構成,即有效表面能.后者與有效滑移系數目及可動位錯數目有關.如bcc金屬滑移系多.可動位錯少.易脆斷.

fcc金屬滑移系和可動位錯多.易塑性變形.環(huán)境因素如腐蝕介質會降低表面能.變脆.109精選課件ppt本章小結低碳鋼拉伸工程應力應變曲線工程應力應變、真實應力應變計算強度、塑性的影響因素斷裂類型110精選課件ppt第二章

金屬在其他靜載荷下的力學性能

引言2.1應力狀態(tài)軟性系數2.2壓縮2.3彎曲2.4扭轉2.5硬度2.6帶缺口試樣靜載荷試驗111精選課件ppt引言力學性能

壓縮、彎曲、扭轉、硬度和帶缺口試樣力學性能。

原因機件在使用中承受不同類型外力；內部存在不同的應力狀態(tài)。112精選課件ppt2.1應力狀態(tài)軟性系數塑性或脆性并非絕對*應力狀態(tài)軟性系數

:外力狀態(tài)對塑性變形影響.以便選擇檢測方法.

例如：鑄鐵壓→韌;拉→脆113精選課件ppt

應力狀態(tài)軟性系數α定義為：

max按最大切應力理論計算,

max=(

1-

3)/2

1,

3分別為最大和最小主應力最大正應力

max按最大正應力理論計算，即,

ν——泊松系數應力狀態(tài)軟性系數

114精選課件ppt單向拉伸

=1/2

扭轉

=1/(1+

)≈0.8

單向壓縮

=1/(2

)≈2

應力狀態(tài)軟性系數

：材料塑性變形的難易。

越大：該應力狀態(tài)下切應力分量越大,越易塑性變形.

值較大：軟應力狀態(tài),

值較?。河矐顟B(tài).115精選課件ppt單向拉伸、三向不等拉伸:塑性材料彎曲、扭轉:脆性材料116精選課件ppt

為什么？試驗對象是什么？特點是什么？怎么試驗？結果分析性能指標117精選課件ppt2.2壓縮原因實際工況為壓縮狀態(tài)

材料內部為壓縮應力狀態(tài)拉伸時無塑性.直接拉斷.無法反映其特點118精選課件ppt試驗對象脆性金屬：鑄鐵、某些鑄造合金等.119精選課件ppt

試驗方法圓形或正方形試樣：L=2.5~3.5d120精選課件ppt壓縮特點

應力狀態(tài)系數

=2

即應力狀態(tài)軟易塑性變形

軟鋼

易壓縮成腰鼓狀、扁餅狀

鑄鐵

拉伸時斷口為正斷；壓縮時沿45o方向切斷

塑性變形小的材料或工況為壓縮的材料：壓縮實驗121精選課件ppt

σ～ε曲線與拉伸曲線形式相同

力學性能指標：σbc，E，ψbc等壓縮實驗122精選課件ppt抗壓強度**

bc=Fbc/A0壓縮屈服強度

sc123精選課件ppt2.3彎曲原因彎曲工況工件內部彎曲應力狀態(tài)拉伸或壓縮不能完全反映實際狀況試驗對象*鑄鐵、工具鋼等脆性與低塑性材料韌性材料一般不作彎曲強度檢測.

124精選課件ppt彎曲試驗的特點**

主要為正應力.分布不均.方向變化.

彎曲力學行為與單純拉伸或壓縮行為不同.設計或選材依據:承受彎曲載荷時彎曲試驗.試樣形狀簡單、操作方便.撓度表示塑性.試樣表面應力最大.靈敏反映表面缺陷.鑒別表面熱處理試樣的質量和性能.

125精選課件ppt彎曲試驗（1）抗彎強度

或σpc0.01、σpc0.2

試樣：矩形截面h

b(55)L=16h126精選課件ppt三點彎曲

彎矩

M=PL/4四點彎曲

M=PL/2撓度：試樣斷裂之前被壓下的最大距離

記錄彎曲力F和試樣撓度f間關系，求斷裂時抗彎強度和最大撓度，表示強度和塑性

韌性材料一般不作彎曲強度檢測127精選課件ppt

彎曲曲線撓度試樣斷裂之前被壓下的最大距離記錄彎曲力F和試樣撓度f.

fbbFbb0b彎曲力---撓度曲線128精選課件ppt抗彎強度**：

bb=M/W=3FbbL/2bh2

彎曲模量塑性**：fbb129精選課件ppt2.4扭轉原因彎曲工況工件內部彎曲應力狀態(tài)拉伸、壓縮、彎曲不能完全反映實際狀況為熱加工工藝如軋制、鍛造等提供依據130精選課件ppt試驗對象：塑性較低的金屬扭轉特點檢測在拉伸時呈脆性的材料的塑性性能

=0.8

長度方向的塑性變形均勻.無縮頸.

能敏感反映材料表面缺陷及性能.

斷口的特征最明顯131精選課件ppt切斷、正斷、木紋狀斷口132精選課件ppt試驗方法試樣d0=10.L0=50或100mm扭矩T.相對轉動扭角

133精選課件ppt

切變模量**

G=

/

扭轉屈服點**

s

=Ts/W

扭轉強度**

b

=Tb

/W性能指標

Tb

扭矩—扭角曲線134精選課件ppt2.5缺口試樣靜載荷試驗試驗原因內部存在裂紋或體積大的缺陷.零件：螺紋、鍵槽、退刀槽，焊縫等溝槽.缺口應力集中

三向拉應力狀態(tài),使材料脆化.應變集中.缺口附近的應變速率增高.135精選課件ppt缺口試樣靜拉伸試驗對象高強度鋼鋼和鈦的氫脆高溫合金的缺口敏感性缺口試樣靜拉伸試驗136精選課件ppt缺口試樣137精選課件ppt試驗方法軸向拉伸偏斜拉伸拉伸和彎曲復合作用138精選課件ppt結果分析缺口試樣的抗拉強度**

bn缺口敏感性**NSR=bn/b(安全性指標)NSR越大.敏感性越小.塑性越好缺口抗拉強度（偏斜）139精選課件ppt

缺口試樣靜彎曲試驗試驗方法101055缺口：2mmU或V型

140精選課件ppt試驗對象評定或比較結構鋼的缺口敏感度和裂紋敏感度141精選課件ppt結果分析

記錄試驗力F—撓度f關系曲線142精選課件ppt曲線包圍的面積:試樣從變形到斷裂的總功.

(1)只發(fā)生彈性變形的彈性功I;

(2)發(fā)生塑性變形的變形功以面積II表示；

(3)在達到最大載荷Pmax時試樣即出現裂紋.迅速擴展，直至試樣完全破斷以面積Ⅲ表示.叫作撕裂功.

可用斷裂功,或Fmax/F1來表示材料的缺口敏感度.

F1—試樣發(fā)生斷裂所對應的作用力.Fmax/F1=1時，缺口敏感度最大.143精選課件ppt小結應力狀態(tài)軟性系數（軟硬）各種試驗的性能指標***壓縮、彎曲、扭轉、缺口試樣靜拉伸試、缺口試樣靜彎曲試驗144精選課件ppt2.6硬度破壞性檢驗：拉伸、壓縮、彎曲、扭轉、缺口拉伸、缺口彎曲無(少)損檢驗：硬度145精選課件ppt表征材料軟硬程度的一種性能2.6.1硬度定義與分類

壓入法:布氏、洛氏、維氏、努氏.

表征材料的塑性變形抗力及應變硬化能力應力狀態(tài)軟性系數最大(α>2)幾乎所有的材料都能產生塑性變形.

劃痕法:莫氏硬度.表征材料對切斷的抗力.

回跳法:肖氏硬度.表征金屬彈性變形功的大小.146精選課件ppt2.6.2布氏硬度試驗原理：鋼球或硬質合金球為壓頭,試驗力F壓入試樣表面,經規(guī)定保持時間,卸載.試樣表面留下壓痕.力F除以壓痕球形表面積A的商.147精選課件ppt保持時間:黑色金屬10秒;有色金屬30秒;HB＜35的材料60秒.F/D2=常數d=0.24~0.6D148精選課件pptd—壓痕直徑單位NKgf壓痕直徑越大,布氏硬度值越低,即變形抗力越小;

反之,布氏硬度值越高.149精選課件ppt布氏硬度種類試驗用壓頭直徑D有10，5，2.5，1mm四種150精選課件ppt布氏硬度的特點優(yōu)點：大范圍反映材料平均性能.數據穩(wěn)定,重復性好,應用廣泛.

缺點：屬輕微有損檢測;不能連續(xù)檢測.

為數據可靠，需根據材料種類和試樣厚薄更換壓頭.d=0.24~0.6D151精選課件ppt布氏硬度表示方法***①硬度值;②符號HBW或HBS;HBW為硬質合金；HBS為鋼球③球直徑;④試驗力;⑤試驗力保持時間(10-15s不標注)后三項用斜線隔開350HBW5/750表示用直徑5mm的硬質合金球在7.355KN試驗力保持10-15S測得的布氏硬度值為350600HBW1/30/20表示用直徑1mm的硬質合金球在294.2N試驗力保持20S測得的布氏硬度值為600152精選課件ppt淬火鋼球作壓頭.測定HB＜450的材料硬度.硬質合金球作壓頭.測定硬度可達650HB．153精選課件ppt

抗拉強度與硬度的關系

b1/3HBW低碳鋼b=0.360HBW高碳鋼b=0.340HBW調質合金鋼b=0.325HBW灰鑄鐵b

=0.100HBWQ23500.20.40.60.81.0300200100C%HB

154精選課件ppt155精選課件ppt原理壓頭留下的壓痕深度表示硬度值.

壓痕深度h越大硬度值越低.壓頭

=120o的圓錐或四面錐.

直徑

=1.588mm(1/16英寸)的鋼球或硬質合金球.洛氏硬度156精選課件ppt為符合思維習慣，即數值越大越硬.規(guī)定：不同壓頭,k值不同；金剛石k=0.2；鋼球k=0.26

157精選課件ppt試驗方法先加預壓力,再加主壓力.不同壓頭和不同總壓力,組成不同的洛氏硬度標尺.A、B、C、D、E、F、G、H、K共9種A、B、C標尺常用158精選課件pptHRC用金剛石壓頭加10kgf預載,壓入表面深度h0,表盤指針指向零點再加主載荷，壓入深度為h1，指針逆時針轉卸主載荷,彈性部分回復,壓頭回升一段距離,即(h1-h),表盤指針回轉試件表面留下殘余壓痕深度為h.159精選課件ppt洛氏硬度試驗示意圖160精選課件ppt洛氏硬度表示方法硬度值;符號HR;標尺字母60HRC：C標尺測得洛氏硬度值為60B標尺有兩種壓頭:HRBS(鋼球)和HRBW(硬質合金).161精選課件ppt洛氏硬度應用

標尺符號應用AHRA硬質合金、硬化、薄鋼板、表面薄層硬化鋼BHRB低碳鋼、鐵素體可鍛鑄鐵、銅合金CHRC淬火鋼、高硬度鑄件、珠光體可鍛鑄鐵162精選課件ppt表面洛氏硬度普通洛氏硬度的壓力大,不宜于極薄工件和表面硬化層.表面洛氏硬度HR15N，HR30N，HR45N，HR15T，HR30T，HR45T163精選課件ppt表面洛氏硬度主要特點預載荷為3kgf(29.42N).總載荷較小,分別為15kgf,30kgf和45kgf(441.3N)取h＝0.1mm時的洛氏硬度為零.深度每增大0.001mm,表面洛氏硬度降低一個單位.164精選課件ppt表面洛氏硬度表示方法①硬度值;②符號HR;③總試驗力;④標尺70HR30N表示用總試驗力為294.2N的30N標尺測得的表面洛氏硬度值為70.165精選課件ppt洛氏硬度的優(yōu)缺點優(yōu)點硬度值可表盤直接讀出,簡便迅速,工效高;試件表面損傷較小,可用于成品質檢;預載荷可消除表面輕微不平度對試驗結果的影響.166精選課件ppt缺點不同標尺的洛氏硬度值無法相互比較.由于壓痕小.洛氏硬度對材料組織不均勻性敏感,測試結果分散,重復性差.167精選課件ppt168精選課件ppt維氏硬度原理與布氏硬度相同.根據壓痕單位面積承受的試驗力計算硬度值.不同:壓頭為=136o的金剛石四棱錐體.載荷小.169精選課件ppt壓頭壓入試件表面,保持一定時間卸載,表面留下壓痕.載荷F.測得壓痕兩對角線長度后取平均值d.計算維氏硬度值，單位kgf/mm2(不標注)HV=0.102F/A=0.204Fsin(136o/2)/d2

170精選課件ppt171精選課件ppt普通維氏硬度的載荷為5、10、20、30、50、100kgf等6種小負荷維氏硬度的載荷為0.2、0.3、0.5、1、2、3Kgf等6種172精選課件ppt硬度值;符號;球直徑;試驗力;試驗力保持時間(與布氏硬度相同)640HV30／20:試驗力294.2N下保持20S測得維氏硬度值為640.維氏硬度表示方法**173精選課件ppt顯微維氏硬度**實質:小載荷維氏硬度試驗.原理相同.仍用HV表示.試驗力為0.01、0.015、0.02、0.025、0.05、0.1Kgf174精選課件ppt顯微維氏硬度表示方法***340HV0.1表示試驗力0.9807N下保持10~15S測得顯微維氏硬度為340.340HV0.05表示用試驗力0.49N保持10~15S測得的顯微維氏硬度為340.175精選課件ppt維氏硬度特點四棱錐體壓頭.壓痕幾何相似.載荷任選.所得硬度值均相同.不受布氏法載荷P和壓頭D的規(guī)定條件的約束.測量范圍寬:軟硬材料都可.壓痕為輪廓清晰的正方形.對角線長度易于精確測量.故精度高.硬度小于450HV時.維氏硬度與布氏硬度值大致相同.176精選課件ppt177精選課件ppt采用四棱錐,對面角分別為172o30’和130o.

力F除以壓痕投影面積之商.

測量值精確。

努氏硬度（顯微硬度）178精選課件ppt動載荷試驗法

原理：金剛石或鋼球沖頭從高度h0自由下落到試樣表面，彈性變形回跳到高度h，用高度比值計算肖氏硬度:

HS=Kh/h0

K為系數

肖氏硬度(回跳硬度)179精選課件ppt特點:屈服強度越高,彈性變形功越大,則金屬越硬.優(yōu)點:方便;可在現場測大型工件的硬度.

缺點:精度和準確度較差;在彈性模量相同時才可進行比較.180精選課件ppt硬度表示法工程實際：HBW450HRC50181精選課件ppt肖氏硬度計182精選課件ppt里氏硬度動載荷試驗法碳化物沖頭在彈力作用下以某速度沖擊試樣表面,沖頭的會談速度為硬度值.HL手提式里氏硬度計,方便,現場測量大型工件硬度.183精選課件ppt小結

布氏、洛氏、維氏硬度各自原理表示方法的含義***顯微硬度***各種硬度的特點184精選課件ppt測驗請說明下列符號的含義500HBW1/30/2055HRBW65HR30N280HV0.1185精選課件ppt第三章金屬在沖擊載荷下的力學性能3.1引言3.2沖擊載荷下金屬變形和斷裂的特點3.3沖擊彎曲和沖擊韌性3.4低溫脆性及韌脆轉變溫度3.5影響沖擊韌性和韌脆轉變溫度的因素186精選課件ppt3.1引言

沖擊載荷作用.如飛機起降:飛機起落架壓力加工:模鍛(模具、鍛件、壓機)

金屬具有承受沖擊載荷的能力金屬在沖擊載荷下的力學行為187精選課件ppt沖擊載荷:加載速率大.載荷施加于工件速率形變速率提高.用形變速率間接表示加載速率.相對形變速率.應變速率.

靜拉伸試驗應變速率10-5~10-2S-1沖擊應變速率102~104S-1.力學性能變化顯著.3.2沖擊載荷下金屬變形和斷裂的特點188精選課件ppt應變速率增大.脆性增加溫度降低.脆性增加189精選課件ppt不均勻的塑性變形導致屈服強度和抗拉強度提高.40080012001600010203040沖擊靜載荷190精選課件ppt沖擊時間短,應力測不準確假定沖擊能全部轉化成彈性能,再按能量守恒法計算.(能量)為反映加載速率和缺口效應對金屬韌性的影響.需要缺口試樣沖擊彎曲試驗.可測定金屬的沖擊韌性3.3沖擊彎曲和沖擊韌性191精選課件ppt缺口試樣沖擊彎曲試驗原理**試樣彈性變形、塑性變形、裂紋、擴展、斷裂192精選課件ppt缺口試樣沖擊彎曲試驗原理**擺錘式沖擊試驗機將試樣放在試驗機支座上.缺口位于沖擊背向方向.將質量為m的擺錘舉到一定高度H1.位能為mgH1.釋放擺錘沖斷試樣.剩余能量mgH2.擺錘沖斷試樣損失的能量mg(H1-H2).

即試樣變形和斷裂消耗功.稱沖擊吸收功Ak

(J)193精選課件ppt沖擊試樣夏比U型缺口夏比V型缺口55×10×10mm，試樣跨距45mm110×20×20mm，跨距70mm脆性材料試樣無缺口194精選課件ppt195精選課件ppt沖擊韌性沖擊韌性:材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力.可用沖擊吸收功AKU和AKV表示(J).沖擊韌度(aKU):AKU除以沖擊試樣缺口底部截面積的商.工程實際中應用較多(J/m2).AK(aK)>27J20#71J45#31J196精選課件ppt誤差:10~30%原因:擺錘軸線與缺口中心線不一致時,機身振動、空氣阻力等消耗功.因此應注明試驗條件.數據比較.

197精選課件ppt脆性材料:沖擊彎曲試驗的試樣不開缺口缺口試樣的沖擊值太低,難以比較差異.

198精選課件ppt沖擊彎曲試驗用途AK對組織變化敏感；試驗簡便；應用廣泛冶金質量和熱加工的產品質量的控制指標.測定AK和斷口分析可分析夾雜、氣泡、偏析等冶金缺陷;檢查過熱、過燒、回火脆性等缺陷測定韌脆轉變溫度.用于抗脆斷設計.199精選課件ppt沖擊彎曲試驗:

大能量一次沖擊破壞.實際工況:

小能量多次重復沖擊而破壞.材料選擇:

小能量多次重復沖擊,主要取決于強度,不要求過高的沖擊韌性,壽命長.例如:球墨鑄鐵的沖擊韌性較低.

只要強度足夠,可制造柴油機曲軸.200精選課件ppt3.4低溫脆性及韌脆轉變溫度

低溫脆性現象***:

bcc或hcp結構金屬.中低強度結構鋼.低于溫度tk時,會由韌性狀態(tài)轉變?yōu)榇嘈誀顟B(tài),沖擊吸收功明顯下降,斷口由纖維狀變?yōu)榻Y晶狀.~

韌脆轉變溫度:轉變溫度tk201精選課件ppt低溫脆性的影響低溫脆性對壓力容器、橋梁、船舶、低溫下服役的機件影響顯著.低溫脆性:材料屈服強度隨溫度降低而急劇增加的結果.T>Tk先屈服后斷裂

韌性斷裂T<Tk

脆性斷裂

c

s

ttk0202精選課件ppt韌脆轉變溫度**溫度降低.屈服強度(

s或0.2)急劇增大,而塑性(、)和沖擊吸收功(AK)急劇減小.韌脆轉變溫度:屈服強度急劇升高,或伸長率、斷面收縮率、沖擊功急劇減小的溫度.~靜拉伸試驗、沖擊彎曲試驗可顯示低溫脆性傾向,測定韌性轉變溫度.

203精選課件ppt韌脆轉變溫度的測定低溫下進行系列缺口試樣沖擊彎曲試驗測定試樣斷裂消耗的功,或斷后塑性變形量,或斷口形貌隨溫度變化的曲線,確定tk.定義tk的方法:能量法和斷口形貌.204精選課件ppt能量法T<tk時,金屬吸收的沖擊能量基本不隨溫度變化,“平臺”稱“低階能”.將低階能開始上升的溫度為tk.記為NDT(無塑性轉變溫度)T>tk時,吸收能量基本不變,“平臺”,稱“高階能”.對應的溫度為tk記為FTP.低階能和高階能的平均值對應的溫度為tk(FTE)205精選課件ppt斷口形貌法沖擊斷口形貌:纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇.

206精選課件ppt各區(qū)相對面積:溫度下降,纖維區(qū)面積突然減少;結晶區(qū)面積突然增大,材料由韌變脆.FATT50或t50:隨溫度降低,結晶區(qū)面積百分比增大,材料變脆.結晶狀斷口面積50％時的溫度:韌脆轉化溫度tk.

207精選課件ppt208精選課件ppt韌性指標:

AKtk(FTE、FATT50、NDT等)安全性指標:tk是選材的韌性依據之一.抗脆斷設計.不直接用于零件的結構設計.209精選課件ppt最低工作溫度應高于韌-脆轉化溫度.這是韌性的溫度儲備.大小取決于機件的重要程度.低溫下服役的工件,根據tk確定最低使用溫度.韌性溫度儲備:=t0-tk=40-60

oC.沖擊載荷作用=60oC;不受沖擊=20oC210精選課件ppt3.5影響沖擊韌性和韌脆轉變溫度的因素

晶體結構體心立方金屬如普通中、低強度鋼存在低溫脆性.

化學成分基體中的間隙溶質原子阻礙位錯運動.提高

s.提高韌脆轉變溫度.Ni和Mn提高低溫韌性,降低韌脆轉變溫度.

雜質元素S、P、As、Sn、Sb降低韌性.偏聚于晶界并產生沿晶斷裂.211精選課件ppt顯微組織***

細化晶粒使材料韌性增加,降低韌脆轉變溫度

類似于霍爾—派奇關系800-40tkd1/2212精選課件ppt金相組織韌性:馬氏體高溫回火>貝氏體回火>片狀珠光體

(球化處理)韌性:下貝氏體>上貝氏體韌性:貝氏體和馬氏體混合組織好于單一組織213精選課件ppt

e.溫度***溫度下降韌性降低

f.加載速率***

加載速率↑,脆性↑,韌脆轉變溫度tk↑g.試樣形狀帶缺口、無缺口214精選課件ppt00.20.40.60.81.01.21.4c%

HB

bak215精選課件ppt小結概念:

沖擊韌性;沖擊韌度;低溫脆性;韌脆轉變溫度原理:缺口試樣沖擊彎曲試驗.***韌脆轉變溫度:確定方法韌脆轉變溫度的影響因素***韌性:Aktk(FTE、FATT50、NDT)216精選課件ppt測驗說明以下力學性能指標的含義

s

0.2

bc

bb

bnNSRHBs

bAKUFATT50

217精選課件ppt第四章金屬的斷裂韌度4.1引言4.2裂紋擴展的基本形式4.3金屬斷裂韌度4.4斷裂韌度KIC的測試4.5影響KIC的因素4.6斷裂韌度的應用218精選課件ppt金屬的失效形式:

斷裂、磨損、腐蝕斷裂:脆性斷裂最危險.特點:（a）突然性或不可預見性；（b）低于屈服強度發(fā)生斷裂；（c）宏觀裂紋擴展引起.4.1引言219精選課件ppt機械設計:強度校核、剛度校核附加:塑性、韌度、缺口敏感度實際:高強度、中等強度鋼的構件發(fā)生低應力脆性斷裂.原因:宏觀裂紋改變應力狀態(tài)和分布,擴展220精選課件ppt工程上:常加大安全系數;浪費材料.

過于加大材料體積，不能防止斷裂

傳統力學

斷裂力學斷裂力學:裂紋尖端的應力和應變分析;建立新的斷裂判據;斷裂力學參量的計算與實驗測定,斷裂機制和提高材料斷裂韌性的途徑等.221精選課件ppt線彈性斷裂力學分析裂紋的方法應力應變分析方法:裂紋尖端的應力場強度,得到斷裂K判據*.能量分析方法:裂紋擴展時系統能量變化,轉化平衡,得到斷裂G判據.222精選課件ppt4.2裂紋擴展的基本形式張開型(I)**y

xz拉應力垂直于裂紋擴展面裂紋尖端三向拉應力.

最小.硬.最危險如軸的橫向裂紋在軸向拉力作用下的擴展容器縱向裂紋在內壓力下的擴展223精選課件ppt滑開型(II)切應力平行于裂紋面，與裂紋垂直如花鍵根部裂紋沿切向力的擴展

zxy224精選課件ppt撕開型(III)切應力平行于裂紋面,與裂紋線平行如軸的縱、橫裂紋在扭矩作用下的擴展y

xz225精選課件ppt裂紋尖端附近應力場無限大板

I型裂紋線彈性體226精選課件ppt平面應力

z=0平面應變

z=

(

x+

y)227精選課件ppt裂紋尖端應力場、應力分析在裂紋延長線上

拉應力分量最大；切應力分量為0；裂紋最易沿X軸方向擴展.228精選課件ppt應力場強度因子KI***裂紋尖端附近的應力場與強度因子KI有關.KI各應力分量表示應力場的強弱程度,稱應力場強度因子.Y裂紋形狀系數,無量綱.1~2KI是決定于和a的復合力學參量或a.KI

229精選課件pptKI的單位:或230精選課件ppt4.3

金屬斷裂韌度KICKI決定應力場強弱的復合力學參量,推動裂紋擴展的動力,建立裂紋失穩(wěn)擴展的力學判據和斷裂韌度.KI增大到臨界值時,裂紋尖端的應力達到了材料的斷裂強度,裂紋便失穩(wěn)擴展而導致斷裂.

該臨界或失穩(wěn)狀態(tài)的KI稱KIC231精選課件ppt在臨界狀態(tài)下對應的平均應力,稱斷裂應力或斷裂強度,

c對應的裂紋尺寸稱臨界裂紋尺寸,ac如果KIC則c或ac難以斷裂KIC為材料抵抗斷裂的能力232精選課件pptKI和

KIC的關系當應力增大到臨界值

s時,材料發(fā)生屈服現象,s為屈服點.當應力場強度因子KI增大到臨界值KIC時,材料斷裂,KIC為斷裂韌度.KI和對應,都是力學參量,只和載荷與試樣尺寸有關,而和材料無關.KIC和s對應,都是力學性能指標,只和材料成分、組織結構有關,而和載荷與試樣尺寸無關.233精選課件ppt斷裂K判據***裂紋失穩(wěn)擴展脆斷的斷裂K判據

KI<KIC有裂紋，但不會擴展KI=KIC臨界狀態(tài)KI>KIC發(fā)生裂紋擴展，直至斷裂234精選課件pptII、III型裂紋的應力場強度因子235精選課件ppt有效裂紋及KI的修正

裂紋尖端塑性區(qū)存在,相當于增加裂紋長度,采用虛擬有效裂紋代替實際裂紋.當/s0.7時,KI變化明顯,需要進行修正236精選課件ppt大件表面半橢圓裂紋平面應力平面應變KI的修正值公式237精選課件ppt裂紋擴展能量釋放率G及斷裂韌度GIC從能量轉化角度討論斷裂能量判據、斷裂韌度(a)裂擴展時能量轉換關系238精選課件ppt(b)裂紋擴展能量釋放率GI物理意義:GI為裂紋擴展單位長度時系統勢能的變化率裂紋擴展單位面積時系統釋放勢能的數值稱為裂紋擴展能量釋放率.239精選課件ppt斷裂韌度GIC和斷裂GI判據失穩(wěn)擴展而斷裂,對應的平均應力σc;對應的裂紋尺寸acGI

GIC裂紋失穩(wěn)擴展條件EaGICcc2sp=平面應力平面應變240精選課件pptGIC與KIC的關系241精選課件ppt4.4斷裂韌度KIC的測試(1)試樣(標準嚴格):三點彎曲、緊湊拉伸、C型拉伸、圓形緊湊拉伸試樣242精選課件ppt裂紋尖端:平面應變和小范圍屈服狀態(tài)243精選課件ppt缺口：線切割預制裂紋：高頻疲勞試驗機l0.025W0.45a/W0.55244精選課件ppt(2)方法:彎曲、拉伸；傳感器測量，繪出有關曲線.

(3)結果處理245精選課件ppt斷裂韌度與常規(guī)力學性能指標的關系斷裂韌度KIC與強度的關系規(guī)律:KIC隨著強度的升高而降低.

斷裂韌度與沖擊韌性的關系

規(guī)律：KIC