材料性能學(xué)演示文稿

1、材料性能學(xué)課件材料性能學(xué)課件緒緒 論論一、本課程的性質(zhì)和內(nèi)容一、本課程的性質(zhì)和內(nèi)容1 1性質(zhì)：材料性能學(xué)是金屬材料專業(yè)的一門必修專業(yè)課，以材料科學(xué)性質(zhì)：材料性能學(xué)是金屬材料專業(yè)的一門必修專業(yè)課，以材料科學(xué)基礎(chǔ)、熱處理、工程力學(xué)及大學(xué)物理知識為基礎(chǔ)。基礎(chǔ)、熱處理、工程力學(xué)及大學(xué)物理知識為基礎(chǔ)。材料的性能：（材料的性能：（1 1）工藝性能：鑄造性能、壓力加工性能、焊接性能等；）工藝性能：鑄造性能、壓力加工性能、焊接性能等； （2 2）使用性能：力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能。）使用性能：力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能。從其被使用的性能特征而言分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料。從其被使用的性能特征而言分為結(jié)構(gòu)材料

2、和功能材料。結(jié)構(gòu)材料：以力學(xué)性能（一般是指強度、塑性）為主要技術(shù)指標應(yīng)用的結(jié)構(gòu)材料：以力學(xué)性能（一般是指強度、塑性）為主要技術(shù)指標應(yīng)用的材料。材料。例：鋼材：屈服強度例：鋼材：屈服強度S S、強度極限、強度極限b b、延伸率、延伸率緒緒 論論 功能材料：以物理、化學(xué)性能為主要技術(shù)指標應(yīng)用的材料。功能材料：以物理、化學(xué)性能為主要技術(shù)指標應(yīng)用的材料。例：例：電熱材料（電阻率電熱材料（電阻率）、磁性材料（磁導(dǎo)率）、磁性材料（磁導(dǎo)率、矯頑力、矯頑力HC）等。）等。金屬材料粉末冶金方向：粉末冶金材料：粉末冶金結(jié)構(gòu)材料；硬質(zhì)合金；磁性材料等。金屬材料粉末冶金方向：粉末冶金材料：粉末冶金結(jié)構(gòu)材料；硬質(zhì)合金；

3、磁性材料等。硬質(zhì)合金：燒結(jié)工藝（熱容）、鈷的含量（飽和磁化強度）、硬質(zhì)合金：燒結(jié)工藝（熱容）、鈷的含量（飽和磁化強度）、WC顆粒、硬度、矯頑力顆粒、硬度、矯頑力HC2內(nèi)容：第內(nèi)容：第111章章 力學(xué)性能：材料在靜載條件下的彈性變形、塑性變形和斷裂過程，材料的硬度、力學(xué)性能：材料在靜載條件下的彈性變形、塑性變形和斷裂過程，材料的硬度、斷裂韌性、疲勞性能、磨損性能、材料的高溫力學(xué)性能及材料的強韌化方法等；斷裂韌性、疲勞性能、磨損性能、材料的高溫力學(xué)性能及材料的強韌化方法等； 第第1214章章 物理性能：熱學(xué)性能、磁學(xué)性能、電學(xué)性能物理性能：熱學(xué)性能、磁學(xué)性能、電學(xué)性能緒緒 論論二、學(xué)完本課程后應(yīng)達

4、到的要求（學(xué)習(xí)本課程的目的）二、學(xué)完本課程后應(yīng)達到的要求（學(xué)習(xí)本課程的目的）1掌握主要力學(xué)性能和物理性能的基本概念、物理本質(zhì)、掌握主要力學(xué)性能和物理性能的基本概念、物理本質(zhì)、變化規(guī)律及性能指標的工程意義；變化規(guī)律及性能指標的工程意義；2理解各種因素對金屬材料力學(xué)性能和物理性能的影響。理解各種因素對金屬材料力學(xué)性能和物理性能的影響。即掌握環(huán)境因素和金屬材料成分、內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)因素即掌握環(huán)境因素和金屬材料成分、內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)因素對性能的影響；基本掌握提高材料性能指標、充分發(fā)對性能的影響；基本掌握提高材料性能指標、充分發(fā)揮材料性能潛力的主要途徑；揮材料性能潛力的主要途徑；3 .了解材料性能的測試原理、方

5、法及儀器設(shè)備了解材料性能的測試原理、方法及儀器設(shè)備4具有初步的材料失效分析、合理選材、用材及新材料具有初步的材料失效分析、合理選材、用材及新材料的技能。的技能。緒論三、本課程的特點及主要參考書三、本課程的特點及主要參考書物理知識要求有一定的深度。理論性較強；同時應(yīng)該是一門實驗物理知識要求有一定的深度。理論性較強；同時應(yīng)該是一門實驗檢測課。章與章之間較獨立，但內(nèi)容安排上有一定的規(guī)律性。檢測課。章與章之間較獨立，但內(nèi)容安排上有一定的規(guī)律性。第一篇 材料的力學(xué)性能第一篇 材料的力學(xué)性能1：退火低碳鋼：退火低碳鋼 1：有機玻璃：硬而脆：有機玻璃：硬而脆 2：正火中碳鋼：正火中碳鋼 2：纖維增強熱固塑料

6、：纖維增強熱固塑料：3：高碳鋼：高碳鋼 硬而強硬而強但彈性模量但彈性模量 3：尼龍：硬而韌：尼龍：硬而韌基本相同基本相同 4：聚四氟乙烯：軟而韌：聚四氟乙烯：軟而韌 第第1章章 金屬材料的彈性變形金屬材料的彈性變形 一、彈性變形力學(xué)性能指標一、彈性變形力學(xué)性能指標1、彈性模量、彈性模量E：表示材料抵抗彈性變形的能力，即材料在彈性變形：表示材料抵抗彈性變形的能力，即材料在彈性變形范圍內(nèi)，產(chǎn)生單位彈性應(yīng)變所需應(yīng)力。范圍內(nèi)，產(chǎn)生單位彈性應(yīng)變所需應(yīng)力。2、彈性極限、彈性極限e：表示材料只發(fā)生彈性變形所能承受的最大應(yīng)力。：表示材料只發(fā)生彈性變形所能承受的最大應(yīng)力。3、比例、比例極限極限p：表示材料在彈性

7、變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變成正比的最：表示材料在彈性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變成正比的最大應(yīng)力。大應(yīng)力。4、彈性比功、彈性比功e：表示金屬材料吸收變形功而又不發(fā)生永久變形的能：表示金屬材料吸收變形功而又不發(fā)生永久變形的能力，在數(shù)值上力，在數(shù)值上e=ee 2=e2 2E、剛度、剛度EA0：表示材料在外載荷作用下：表示材料在外載荷作用下抵抗彈性變形的能力。抵抗彈性變形的能力。二、影響彈性模量的因素二、影響彈性模量的因素1、鍵合方式和原子結(jié)構(gòu)、鍵合方式和原子結(jié)構(gòu)化學(xué)鍵大于物理鍵：共價鍵、金屬鍵、離子鍵大于分子鍵化學(xué)鍵大于物理鍵：共價鍵、金屬鍵、離子鍵大于分子鍵結(jié)合力強的彈性模量大。結(jié)合力強的彈性模量大。第第1章

8、章 金屬材料的彈性變形金屬材料的彈性變形2、晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)單晶體呈現(xiàn)各向異性（鎢除外），多晶體呈現(xiàn)各向同性單晶體呈現(xiàn)各向異性（鎢除外），多晶體呈現(xiàn)各向同性偽等向性偽等向性鐵的單晶體：鐵的單晶體：晶向晶向E=270000MPa 晶向晶向E=125000MPa鐵的多晶體：鐵的多晶體：E=135000MPa鎢皆為：鎢皆為： E=384600MPa3、化學(xué)成分、化學(xué)成分合金的彈性模量取決于組元的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及組元之間的結(jié)合方式、組織合金的彈性模量取決于組元的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及組元之間的結(jié)合方式、組織4、微觀組織、微觀組織合金成分不變時，組織對合金成分不變時，組織對彈性模量影響很小，晶粒大小對彈性模量無影響

9、。彈性模量影響很小，晶粒大小對彈性模量無影響。5、溫度、溫度溫度升高，原子間距增大，體積膨脹，原子間結(jié)合力下降，彈性模量下降。溫度升高，原子間距增大，體積膨脹，原子間結(jié)合力下降，彈性模量下降。第第2章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形一、塑性變形機理一、塑性變形機理1、單晶體塑性變形的主要方式：滑移和孿生、單晶體塑性變形的主要方式：滑移和孿生塑性變形塑性變形滑移滑移位錯的運動位錯的運動阻礙位錯運動的因素阻礙位錯運動的因素晶體缺陷晶體缺陷晶體缺陷：點缺陷：空位、間隙原子、置換原子晶體缺陷：點缺陷：空位、間隙原子、置換原子 線缺陷：位錯線缺陷：位錯 面缺陷：面缺陷：2、多晶體塑性變形的特征：

10、、多晶體塑性變形的特征：1）塑性變形的非同時性和非均勻性：材料的表面優(yōu)先和處于軟位向的滑移）塑性變形的非同時性和非均勻性：材料的表面優(yōu)先和處于軟位向的滑移系優(yōu)先；系優(yōu)先；2）晶界的影響和晶粒位向差的影響）晶界的影響和晶粒位向差的影響晶界對位錯運動有阻礙作用晶界對位錯運動有阻礙作用晶粒之間相互阻礙和協(xié)調(diào)晶粒之間相互阻礙和協(xié)調(diào)霍耳霍耳佩奇公式：佩奇公式：s=i+kd-1/2第第2章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形二、屈服強度和強度極限二、屈服強度和強度極限1、屈服強度、屈服強度s及條件屈服強度及條件屈服強度0.2屈服強度屈服強度s：表示材料不發(fā)生明顯的塑性變形所能承受的最大工程應(yīng)力。：表示

11、材料不發(fā)生明顯的塑性變形所能承受的最大工程應(yīng)力。條件屈服強度條件屈服強度0.2：表示材料在標距長度內(nèi)發(fā)生：表示材料在標距長度內(nèi)發(fā)生0.2%的殘余工程應(yīng)變時工程的殘余工程應(yīng)變時工程應(yīng)力。應(yīng)力。2、強度極限（抗拉強度）、強度極限（抗拉強度）b強度極限強度極限b：表示材料在拉斷前所能承受的最大工程應(yīng)力。：表示材料在拉斷前所能承受的最大工程應(yīng)力。三、塑性：材料在斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。三、塑性：材料在斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。1、塑性的意義、塑性的意義1）可使得材料通過塑性變形產(chǎn)生的應(yīng)變硬化提高抗過載能力，）可使得材料通過塑性變形產(chǎn)生的應(yīng)變硬化提高抗過載能力，2）保證材料塑性變形的順利進行）保證材料

12、塑性變形的順利進行3）塑性可判定金屬材料冶金質(zhì)量的好壞。）塑性可判定金屬材料冶金質(zhì)量的好壞。2、塑性指標、塑性指標伸長率伸長率斷面收縮率斷面收縮率第第2章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形四、影響屈服強度的因素四、影響屈服強度的因素1、晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)屈服即位錯開始運動，因此單晶體理論屈服強度屈服即位錯開始運動，因此單晶體理論屈服強度=臨界切應(yīng)力臨界切應(yīng)力切應(yīng)力取決于阻力（點陣阻力、位錯交互運動的阻力）切應(yīng)力取決于阻力（點陣阻力、位錯交互運動的阻力）1)點陣阻力：派點陣阻力：派納力納力一個位錯晶體中運動所需克服的阻力。一個位錯晶體中運動所需克服的阻力。2）位錯交互運動的阻力）位錯交互運

13、動的阻力3）位錯運動與其它缺陷的作用）位錯運動與其它缺陷的作用2、晶界和亞晶界的影響、晶界和亞晶界的影響HALL-PETCH公式公式在納米晶范圍內(nèi)仍出現(xiàn)細晶強化在納米晶范圍內(nèi)仍出現(xiàn)細晶強化3、合金元素的影響、合金元素的影響第第2章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形固溶強化固溶強化柯氏氣團強化柯氏氣團強化沉淀強化沉淀強化時效強化時效強化彌散強化彌散強化4、環(huán)境因素、環(huán)境因素1）溫度：溫度升高，屈服強度下降。）溫度：溫度升高，屈服強度下降。2）加載速度：加載速度（變形速度）越快，屈服強度增高。）加載速度：加載速度（變形速度）越快，屈服強度增高。3）應(yīng)力狀態(tài)的影響：）應(yīng)力狀態(tài)的影響：不同的加載

14、方式，屈服強度不同。不同的加載方式，屈服強度不同。第第2章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形固溶強化固溶強化柯氏氣團強化柯氏氣團強化沉淀強化沉淀強化時效強化時效強化彌散強化彌散強化4、環(huán)境因素、環(huán)境因素1）溫度：溫度升高，屈服強度下降。）溫度：溫度升高，屈服強度下降。2）加載速度：加載速度（變形速度）越快，屈服強度增高。）加載速度：加載速度（變形速度）越快，屈服強度增高。3）應(yīng)力狀態(tài)的影響：）應(yīng)力狀態(tài)的影響：不同的加載方式，屈服強度不同。不同的加載方式，屈服強度不同。第第2章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形五、影響金屬材料塑性的因素五、影響金屬材料塑性的因素1、晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)

15、2、晶粒大小、晶粒大小3、第二相的形態(tài)、大小、數(shù)量及分布、第二相的形態(tài)、大小、數(shù)量及分布4、溫度、溫度5、加載速度、加載速度6、應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)力狀態(tài)六、應(yīng)變硬化及應(yīng)變硬化指數(shù)六、應(yīng)變硬化及應(yīng)變硬化指數(shù)七、超塑性及具有超塑性的條件七、超塑性及具有超塑性的條件第第3章章 金屬材料的斷裂與斷裂韌性金屬材料的斷裂與斷裂韌性斷裂斷裂斷裂過程包括裂紋的萌生、擴展與斷裂三個階段。斷裂過程包括裂紋的萌生、擴展與斷裂三個階段。斷口及斷口分析法斷口及斷口分析法一、斷裂的類型及斷裂機理一、斷裂的類型及斷裂機理一）斷裂的類型一）斷裂的類型1.根據(jù)斷裂前塑性變化大小分為：韌性斷裂和脆性斷裂根據(jù)斷裂前塑性變化大小分為：韌性

16、斷裂和脆性斷裂韌性斷裂：韌性斷裂：指金屬斷裂前產(chǎn)生明顯的宏觀塑性變形的斷裂，這種斷裂指金屬斷裂前產(chǎn)生明顯的宏觀塑性變形的斷裂，這種斷裂有一個緩慢的撕裂過程，在裂紋擴展過程中不斷消耗能量。有一個緩慢的撕裂過程，在裂紋擴展過程中不斷消耗能量。中、低強度鋼的光滑圓柱試樣在室溫下的靜拉伸斷裂是典型的韌性斷中、低強度鋼的光滑圓柱試樣在室溫下的靜拉伸斷裂是典型的韌性斷裂。裂。 韌性斷裂的宏觀斷口同時具有上述三個區(qū)域，而脆性斷口纖韌性斷裂的宏觀斷口同時具有上述三個區(qū)域，而脆性斷口纖維區(qū)很小，剪切唇幾乎沒有。維區(qū)很小，剪切唇幾乎沒有。 脆性斷裂是突然發(fā)生的斷裂，斷裂前基本上不發(fā)生塑性變形，脆性斷裂是突然發(fā)生的

17、斷裂，斷裂前基本上不發(fā)生塑性變形，沒有明顯征兆，因此危害性很大。沒有明顯征兆，因此危害性很大。 脆性斷裂的斷裂面一般與正應(yīng)力垂直，斷口平齊而光亮，常脆性斷裂的斷裂面一般與正應(yīng)力垂直，斷口平齊而光亮，常呈放射狀或結(jié)晶狀。板狀矩形拉伸試樣斷口呈人字紋花樣。呈放射狀或結(jié)晶狀。板狀矩形拉伸試樣斷口呈人字紋花樣。第第3章章 金屬材料的斷裂與斷裂韌性金屬材料的斷裂與斷裂韌性 2.按裂紋擴展的途徑分為：穿晶斷裂與沿晶斷裂按裂紋擴展的途徑分為：穿晶斷裂與沿晶斷裂 多晶金屬斷裂時，裂紋擴展的路徑可能不同，穿晶多晶金屬斷裂時，裂紋擴展的路徑可能不同，穿晶斷裂的裂紋穿過晶粒內(nèi)，而沿晶斷裂的裂紋沿晶界斷裂的裂紋穿過晶

18、粒內(nèi)，而沿晶斷裂的裂紋沿晶界擴展。擴展。第第3章章 金屬材料的斷裂與斷裂韌性金屬材料的斷裂與斷裂韌性 3.根據(jù)斷裂機理分類：純剪切斷裂與微孔聚集型斷根據(jù)斷裂機理分類：純剪切斷裂與微孔聚集型斷裂、解理斷裂與準解理斷裂裂、解理斷裂與準解理斷裂 (1) 剪切斷裂：剪切斷裂： 金屬材料在切應(yīng)力的作用下，沿滑移面分離而造成金屬材料在切應(yīng)力的作用下，沿滑移面分離而造成的滑移面分離斷裂；的滑移面分離斷裂； 包括滑斷純剪切斷裂和微孔聚集型斷裂。包括滑斷純剪切斷裂和微孔聚集型斷裂。 微孔聚集型斷裂是通過微孔成核、長大聚合而導(dǎo)致微孔聚集型斷裂是通過微孔成核、長大聚合而導(dǎo)致材料分離。材料分離。 斷口宏觀特征：斷口宏

19、觀特征：呈暗灰色、纖維狀呈暗灰色、纖維狀 斷口微觀特征：斷口微觀特征：斷口上分布有大量韌窩。斷口上分布有大量韌窩。第第3章章 金屬材料的斷裂與斷裂韌性金屬材料的斷裂與斷裂韌性 (2) 解理斷裂：解理斷裂： 是指金屬材料在一定條件下（如低溫），當外是指金屬材料在一定條件下（如低溫），當外加正壓力達到一定數(shù)值后，由于原子間結(jié)合鍵加正壓力達到一定數(shù)值后，由于原子間結(jié)合鍵的破壞引起的以極快速率沿一定晶體學(xué)晶面產(chǎn)的破壞引起的以極快速率沿一定晶體學(xué)晶面產(chǎn)生的穿晶斷裂；生的穿晶斷裂； 由于與大理石的斷裂相似，所以稱這種晶體學(xué)由于與大理石的斷裂相似，所以稱這種晶體學(xué)平面為解理面。平面為解理面。 斷口宏觀特征：

20、斷口宏觀特征：呈極平坦的鏡面呈極平坦的鏡面 斷口宏觀特征：斷口宏觀特征：解理臺階、河流花樣、舌狀花樣。解理臺階、河流花樣、舌狀花樣。 微孔聚集型斷裂是通過微孔成核、長大聚合而微孔聚集型斷裂是通過微孔成核、長大聚合而導(dǎo)致材料分離。導(dǎo)致材料分離。 (2) 解理斷裂：解理斷裂： 是指金屬材料在一定條件下（如低溫），當外加正是指金屬材料在一定條件下（如低溫），當外加正壓力達到一定數(shù)值后，以極快速率沿一定晶體學(xué)平壓力達到一定數(shù)值后，以極快速率沿一定晶體學(xué)平面產(chǎn)生的穿晶斷裂；面產(chǎn)生的穿晶斷裂； 由于與大理石的斷裂相似，所以稱這種晶體學(xué)平面由于與大理石的斷裂相似，所以稱這種晶體學(xué)平面為解理面。為解理面。第第

21、3章章 金屬材料的扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮性能金屬材料的扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮性能 (2) 解理斷裂：解理斷裂： 是指金屬材料在一定條件下（如低溫），當外是指金屬材料在一定條件下（如低溫），當外加正壓力達到一定數(shù)值后，由于原子間結(jié)合鍵加正壓力達到一定數(shù)值后，由于原子間結(jié)合鍵的破壞引起的以極快速率沿一定晶體學(xué)晶面產(chǎn)的破壞引起的以極快速率沿一定晶體學(xué)晶面產(chǎn)生的穿晶斷裂；生的穿晶斷裂； 由于與大理石的斷裂相似，所以稱這種晶體學(xué)由于與大理石的斷裂相似，所以稱這種晶體學(xué)平面為解理面。平面為解理面。 斷口宏觀特征：斷口宏觀特征：呈極平坦的鏡面呈極平坦的鏡面 斷口微觀觀特征：斷口微觀觀特征：解理臺階、河流花樣、舌狀花樣。

22、解理臺階、河流花樣、舌狀花樣。 在淬火回火鋼中，當裂紋在晶粒內(nèi)部擴展時，在淬火回火鋼中，當裂紋在晶粒內(nèi)部擴展時，難于嚴格的沿一定晶體學(xué)平面擴展，難于嚴格的沿一定晶體學(xué)平面擴展， 斷裂路徑不再與晶粒位向有關(guān)，而主要與細斷裂路徑不再與晶粒位向有關(guān)，而主要與細小的碳化物質(zhì)點有關(guān)，其微觀形態(tài)，與解理小的碳化物質(zhì)點有關(guān)，其微觀形態(tài)，與解理河流相似，但又不是真正的解理，所以稱為河流相似，但又不是真正的解理，所以稱為準解理。準解理。第第4章章 金屬材料的扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮性能金屬材料的扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮性能 4.1 應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)值越大，表示應(yīng)力狀態(tài)越值越大，表示應(yīng)力狀態(tài)越“軟軟”，金屬越易于

23、產(chǎn)生塑性變形和韌性，金屬越易于產(chǎn)生塑性變形和韌性斷裂。斷裂。 值越小，表示應(yīng)力狀態(tài)越值越小，表示應(yīng)力狀態(tài)越“硬硬”，金屬越不易于產(chǎn)生塑性，金屬越不易于產(chǎn)生塑性變形而易于產(chǎn)生脆性斷裂。變形而易于產(chǎn)生脆性斷裂。單向拉伸的單向拉伸的為為0.5單向壓縮的單向壓縮的為為0.2扭轉(zhuǎn)的扭轉(zhuǎn)的為為0.5)( 232131maxmax最大正應(yīng)力最大切應(yīng)力第第4章章 金屬材料的扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮性能金屬材料的扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮性能 4.2 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn) 一、扭轉(zhuǎn)試驗一、扭轉(zhuǎn)試驗當圓柱試樣承受扭矩當圓柱試樣承受扭矩T進行扭轉(zhuǎn)時，試樣表面的應(yīng)力狀態(tài)如圖進行扭轉(zhuǎn)時，試樣表面的應(yīng)力狀態(tài)如圖所示，在與試樣軸線呈所示，在與試樣軸線呈

24、45的兩個斜截面上作用最大與最小的兩個斜截面上作用最大與最小正應(yīng)力正應(yīng)力1及及3，在與試樣軸線平行和垂直的，在與試樣軸線平行和垂直的截面上作用最大截面上作用最大切應(yīng)力，兩種應(yīng)力的比值接近切應(yīng)力，兩種應(yīng)力的比值接近1。在彈性變形階段，試樣橫截面上的切應(yīng)力和切應(yīng)變沿半徑方在彈性變形階段，試樣橫截面上的切應(yīng)力和切應(yīng)變沿半徑方向的分布是線性的（圖向的分布是線性的（圖2-6b）。）。當表層產(chǎn)生塑性變形后，切應(yīng)變的分布仍保持線性關(guān)系，但當表層產(chǎn)生塑性變形后，切應(yīng)變的分布仍保持線性關(guān)系，但切應(yīng)力則因塑性變形而有所降低，呈非線性分布切應(yīng)力則因塑性變形而有所降低，呈非線性分布 。第第4章章 金屬材料的扭轉(zhuǎn)、彎曲

25、、壓縮性能金屬材料的扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮性能第第4章章 金屬材料的扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮性能金屬材料的扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮性能第第4章章 金屬材料的扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮性能金屬材料的扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮性能 二、扭轉(zhuǎn)試驗測定的主要力學(xué)性能指標二、扭轉(zhuǎn)試驗測定的主要力學(xué)性能指標1. 切變模量切變模量G在彈性范圍內(nèi)，切應(yīng)力與切應(yīng)變之比，表示材料抵抗切應(yīng)變在彈性范圍內(nèi)，切應(yīng)力與切應(yīng)變之比，表示材料抵抗切應(yīng)變的能力。的能力。G第第4章章 金屬材料的扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮性能金屬材料的扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮性能2. 扭轉(zhuǎn)比例極限扭轉(zhuǎn)比例極限3.扭轉(zhuǎn)屈服強度扭轉(zhuǎn)屈服強度4.抗扭強度抗扭強度psPpTWSSTWbbbTW4.2 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn) 二

26、、扭轉(zhuǎn)試驗的特點及應(yīng)用二、扭轉(zhuǎn)試驗的特點及應(yīng)用特點：特點：(1) 應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)=0.8，比拉伸時的，比拉伸時的大，易于顯示大，易于顯示拉伸拉伸時表現(xiàn)為脆性或低塑性時表現(xiàn)為脆性或低塑性金屬金屬材料材料的塑性行為。的塑性行為。(2) 圓柱形試樣扭轉(zhuǎn)時，整個長度上塑性變形是均勻的，沒有圓柱形試樣扭轉(zhuǎn)時，整個長度上塑性變形是均勻的，沒有縮頸現(xiàn)象?？s頸現(xiàn)象。(3) 能較敏感的反映出金屬表面缺陷及表面硬化層的性能。能較敏感的反映出金屬表面缺陷及表面硬化層的性能。(4) 扭轉(zhuǎn)試驗時的最大正應(yīng)力與最大切應(yīng)力在數(shù)值上大體相等，扭轉(zhuǎn)試驗時的最大正應(yīng)力與最大切應(yīng)力在數(shù)值上大體相等，而生產(chǎn)上所用大

27、部分金屬材料的正斷抗力大于切斷抗力，所而生產(chǎn)上所用大部分金屬材料的正斷抗力大于切斷抗力，所以扭轉(zhuǎn)試驗是測定這些材料切斷抗力最可靠的方法。以扭轉(zhuǎn)試驗是測定這些材料切斷抗力最可靠的方法。應(yīng)用：應(yīng)用：將圓柱形或矩形試樣放置于一定跨距將圓柱形或矩形試樣放置于一定跨距Ls的支座上，進行三點彎曲或四點的支座上，進行三點彎曲或四點彎曲加載，通過記錄彎曲力彎曲加載，通過記錄彎曲力f和試樣撓度和試樣撓度f之間的關(guān)系曲線，就可確定金之間的關(guān)系曲線，就可確定金屬在彎曲力下的力學(xué)性能。屬在彎曲力下的力學(xué)性能。彎曲試驗主要測定脆性或低塑性材料的抗彎強度彎曲試驗主要測定脆性或低塑性材料的抗彎強度試樣彎曲至斷裂前達到的最大

28、彎曲力，按彈性彎曲應(yīng)力公式計算試樣彎曲至斷裂前達到的最大彎曲力，按彈性彎曲應(yīng)力公式計算的最大的最大彎曲應(yīng)力，稱為抗彎強度。彎曲應(yīng)力，稱為抗彎強度。三、彎曲實驗的特點及應(yīng)用三、彎曲實驗的特點及應(yīng)用(1) 彎曲試驗的試樣形狀簡單、操作方便，不存在拉伸試驗時的彎曲試驗的試樣形狀簡單、操作方便，不存在拉伸試驗時的試樣偏斜對結(jié)果的影響，可用彎曲的撓度顯示材料的塑性。試樣偏斜對結(jié)果的影響，可用彎曲的撓度顯示材料的塑性。(2) 彎曲試驗時，樣品表面應(yīng)力最大，可靈敏的反映材料表面的彎曲試驗時，樣品表面應(yīng)力最大，可靈敏的反映材料表面的缺陷。缺陷。(3)測量灰鑄鐵、硬質(zhì)合金、工具鋼的抗彎強度，評價其性能和質(zhì)測量灰

29、鑄鐵、硬質(zhì)合金、工具鋼的抗彎強度，評價其性能和質(zhì)量。量。bbbbbMW可測定的主要壓縮性能指標：可測定的主要壓縮性能指標：1.抗壓強度抗壓強度單位試樣被壓至破壞過程中的最大應(yīng)力單位試樣被壓至破壞過程中的最大應(yīng)力bc2.相對壓縮率相對壓縮率3.相對斷面擴展率相對斷面擴展率三、三、壓縮試驗的特點壓縮試驗的特點(1) 單向壓縮試驗的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)單向壓縮試驗的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)=2，比拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲，比拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲的應(yīng)力狀態(tài)都軟，所以主要用于拉伸時呈脆性的金屬材料力學(xué)性的應(yīng)力狀態(tài)都軟，所以主要用于拉伸時呈脆性的金屬材料力學(xué)性能的測定。能的測定。(2) 拉伸時塑性很好的材料，在壓縮時只發(fā)生壓縮變

30、形而不斷裂。拉伸時塑性很好的材料，在壓縮時只發(fā)生壓縮變形而不斷裂。(3) 對于接觸面處承受多向壓縮應(yīng)力的機件，如滾動軸承、套圈對于接觸面處承受多向壓縮應(yīng)力的機件，如滾動軸承、套圈與滾動體，常采用多向壓縮實驗。與滾動體，常采用多向壓縮實驗。第第5章章 金屬材料的硬度金屬材料的硬度 5.1 金屬硬度的意義及硬度試驗的特點金屬硬度的意義及硬度試驗的特點 硬度是表征材料軟硬程度的一種性能硬度是表征材料軟硬程度的一種性能 物理意義隨著試驗方法不同而不同物理意義隨著試驗方法不同而不同 壓入法是應(yīng)用最廣泛的硬度測試方法壓入法是應(yīng)用最廣泛的硬度測試方法 壓入法的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)壓入法的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)=2，在

31、這種應(yīng)力狀態(tài)，在這種應(yīng)力狀態(tài)下，幾乎所有的金屬材料都能產(chǎn)生塑性變形，所以下，幾乎所有的金屬材料都能產(chǎn)生塑性變形，所以這種方法也能測定這種方法也能測定硬質(zhì)合金、陶瓷硬質(zhì)合金、陶瓷等脆性材料的硬等脆性材料的硬度。度。5.2 布氏硬度布氏硬度 （一）試驗原理：（一）試驗原理：用直徑為用直徑為D（mm）的鋼球）的鋼球或硬質(zhì)合金球的壓頭，或硬質(zhì)合金球的壓頭，加一定的試驗力加一定的試驗力F（N），），將其壓入試樣表面（右圖將其壓入試樣表面（右圖a），），經(jīng)過規(guī)定的保持時間經(jīng)過規(guī)定的保持時間t（s）后卸除試驗力，試樣表面后卸除試驗力，試樣表面將殘留壓痕，將殘留壓痕，然后測量壓痕的平均直徑然后測量壓痕的平均直

32、徑d（mm），求得壓痕的球），求得壓痕的球形面積形面積A（mm2）。）。5.2 布氏硬度布氏硬度 布氏硬度計試驗法主要用布氏硬度計試驗法主要用于鑄鐵、鋼材、有色金屬于鑄鐵、鋼材、有色金屬及軟合金等材料的硬度測及軟合金等材料的硬度測定，定，此外還可以用于塑料、電此外還可以用于塑料、電木等某些非金屬材料硬度木等某些非金屬材料硬度的測定。的測定。適用于工廠、車間、試驗適用于工廠、車間、試驗室、大專院校和科研機構(gòu)。室、大專院校和科研機構(gòu)。1. 由于壓頭的直徑較大，所以壓痕面積較大，其硬度值能反映各由于壓頭的直徑較大，所以壓痕面積較大，其硬度值能反映各組成相的平均性能，適合于測定灰鑄鐵、軸承合金的硬度；

33、組成相的平均性能，適合于測定灰鑄鐵、軸承合金的硬度；2. 試驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性強。試驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性強。1. 對不同材料需要更換壓頭直徑和改變試驗力，壓痕直徑的測量對不同材料需要更換壓頭直徑和改變試驗力，壓痕直徑的測量較麻煩，所以不宜用于自動檢測；較麻煩，所以不宜用于自動檢測；2. 壓痕較大時不宜在成品上實驗。壓痕較大時不宜在成品上實驗。5.3 洛氏硬度洛氏硬度 （一）試驗原理：（一）試驗原理：(a) 試驗時先加初始試驗力試驗時先加初始試驗力F0，以保證壓頭與試樣表，以保證壓頭與試樣表面接觸良好，得到一個壓面接觸良好，得到一個壓痕深度痕深度h0，此時指針指零。，此時指針指零。(b) 施加主作

34、用力施加主作用力F1，壓頭，壓頭壓入深度為壓入深度為h1，表逆時針，表逆時針轉(zhuǎn)到相應(yīng)刻度位置，轉(zhuǎn)到相應(yīng)刻度位置，h1包包括彈性變形與塑性變形。括彈性變形與塑性變形。(c) F1卸除后，總變形中的卸除后，總變形中的彈性變形恢復(fù)，壓頭回升彈性變形恢復(fù)，壓頭回升一段距離（一段距離（h2-h1），此時），此時塑性變形深度即為壓痕深塑性變形深度即為壓痕深度度h，最終表盤指針所指即，最終表盤指針所指即為洛氏硬度值。為洛氏硬度值。HRS-150型數(shù)顯洛氏硬度計型數(shù)顯洛氏硬度計是機電一體化的硬度測試儀是機電一體化的硬度測試儀器。器。該機外觀新穎，采用微機控該機外觀新穎，采用微機控制，硬度值以數(shù)字直接顯示。制，

35、硬度值以數(shù)字直接顯示。升降螺桿與旋輪間自動反饋升降螺桿與旋輪間自動反饋鎖合，外接打印機，除試臺鎖合，外接打印機，除試臺升降外，完全實現(xiàn)了自動化，升降外，完全實現(xiàn)了自動化，消除了操作和讀數(shù)誤差。消除了操作和讀數(shù)誤差。該硬度計適用于黑色金屬、該硬度計適用于黑色金屬、有色金屬和非金屬材料的硬有色金屬和非金屬材料的硬度測定。度測定。 1. 操作簡便、迅速、硬度值可直接讀出；操作簡便、迅速、硬度值可直接讀出；2. 壓痕小，可在工件上直接實驗；壓痕小，可在工件上直接實驗；3. 采用不同標尺可測定各種軟硬不同的金屬或厚薄不一的試樣硬采用不同標尺可測定各種軟硬不同的金屬或厚薄不一的試樣硬度，可廣泛用于熱處理質(zhì)

36、量檢驗。度，可廣泛用于熱處理質(zhì)量檢驗。1. 壓痕較小，代表性差；壓痕較小，代表性差；2. 若材料中存在偏析及組織不均勻等缺陷，則所測硬度值重復(fù)性若材料中存在偏析及組織不均勻等缺陷，則所測硬度值重復(fù)性差，分散度大；差，分散度大；3. 用不同標尺測得的硬度值彼此沒有聯(lián)系，不能直接比較。用不同標尺測得的硬度值彼此沒有聯(lián)系，不能直接比較。 維氏硬度試驗的原理與布氏硬度相同，也是根據(jù)維氏硬度試驗的原理與布氏硬度相同，也是根據(jù)壓痕單位面積所承受的試驗力計算硬度值。壓痕單位面積所承受的試驗力計算硬度值。 不同的是試驗用的壓頭不同，是兩個相對面間夾不同的是試驗用的壓頭不同，是兩個相對面間夾角角為為136的金剛

37、石四棱錐體。的金剛石四棱錐體。 壓頭在試驗力壓頭在試驗力F（N）作用下將樣品表面壓作用下將樣品表面壓出一個四方錐形的壓出一個四方錐形的壓痕，痕， 經(jīng)一定保持時間后卸經(jīng)一定保持時間后卸除試驗力，測量壓痕除試驗力，測量壓痕對角線平均長度對角線平均長度d，d=(d1+d2)/2， 來計算壓痕的表面積來計算壓痕的表面積A（mm2）。）。HVS-50型數(shù)顯維氏硬度計是光機電一型數(shù)顯維氏硬度計是光機電一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品，具有良好的可靠體化的高新技術(shù)產(chǎn)品，具有良好的可靠性，可操作性，是小負荷維氏硬度計的性，可操作性，是小負荷維氏硬度計的升級換代產(chǎn)品。升級換代產(chǎn)品。該機采用計算機軟件編程，高倍率光學(xué)該機采用

38、計算機軟件編程，高倍率光學(xué)測量系統(tǒng)，光電傳感等技術(shù)，通過軟鍵測量系統(tǒng)，光電傳感等技術(shù)，通過軟鍵輸入，能調(diào)節(jié)測量光源的強弱，選擇測輸入，能調(diào)節(jié)測量光源的強弱，選擇測試方法與對照表、保持時間、文件號與試方法與對照表、保持時間、文件號與儲存等，在儲存等，在LCD大屏幕顯示上能顯示試大屏幕顯示上能顯示試驗方法、試驗力、測量壓痕長度、硬度驗方法、試驗力、測量壓痕長度、硬度值、試驗力保持時間，測量次數(shù)并能鍵值、試驗力保持時間，測量次數(shù)并能鍵入年、月、日期，試驗結(jié)果和數(shù)據(jù)處理入年、月、日期，試驗結(jié)果和數(shù)據(jù)處理等，通過打印輸出，并通過等，通過打印輸出，并通過RS232接口接口與計算機連網(wǎng)與計算機連網(wǎng)硬度計配可

39、選攝影裝置，能對所測壓痕硬度計配可選攝影裝置，能對所測壓痕和材料金相組織進行拍攝，適用于測量和材料金相組織進行拍攝，適用于測量微小、薄形試件、表面滲鍍處理后的零微小、薄形試件、表面滲鍍處理后的零件，是科研機構(gòu)、工廠及質(zhì)檢部門進行件，是科研機構(gòu)、工廠及質(zhì)檢部門進行研究和檢測的理想的硬度測試儀器。研究和檢測的理想的硬度測試儀器。 1. 不存在布氏硬度試驗時要求試驗力不存在布氏硬度試驗時要求試驗力F與壓頭直徑與壓頭直徑D之間所規(guī)之間所規(guī)定條件的約束，也不存在洛氏硬度實驗時不同標尺的硬度值定條件的約束，也不存在洛氏硬度實驗時不同標尺的硬度值無法統(tǒng)一的弊端；無法統(tǒng)一的弊端；2. 試驗力可以任意選擇，壓痕

40、測量精度較高，硬度值較精確。試驗力可以任意選擇，壓痕測量精度較高，硬度值較精確。需要通過測量壓痕對角線長度后才能進行計算或查表，工作需要通過測量壓痕對角線長度后才能進行計算或查表，工作效率較低。效率較低。1. 努氏硬度試驗努氏硬度試驗與顯微硬度相比有兩點不同：與顯微硬度相比有兩點不同：(1) 壓頭形狀不同（圖壓頭形狀不同（圖2-22），兩個），兩個對面角不等的四棱錐金剛石壓頭，對面角不等的四棱錐金剛石壓頭，對面角分別為為對面角分別為為17230和和130，所以試樣上得到的是長、短對角線所以試樣上得到的是長、短對角線長度比（長度比（l/w）為）為7.11的棱形壓痕。的棱形壓痕。(2) 硬度值不是

41、試驗力除以壓痕表面硬度值不是試驗力除以壓痕表面積，而是除以壓痕投影面積。積，而是除以壓痕投影面積。努氏硬度試驗由于壓痕細長，只需努氏硬度試驗由于壓痕細長，只需測量對角線的長度，所以精確度較測量對角線的長度，所以精確度較高，對于表面淬硬層或滲層、鍍層高，對于表面淬硬層或滲層、鍍層等薄層區(qū)域的硬度測定以及滲層截等薄層區(qū)域的硬度測定以及滲層截面上硬度分布的測定較為方便。面上硬度分布的測定較為方便。 肖氏硬度的原理：肖氏硬度的原理：將一定質(zhì)量的帶有金剛石圓頭或鋼球的重錘，從一定高度落將一定質(zhì)量的帶有金剛石圓頭或鋼球的重錘，從一定高度落于金屬試樣表面，根據(jù)重錘回跳的高度來表征硬度值的大小，于金屬試樣表面

42、，根據(jù)重錘回跳的高度來表征硬度值的大小，也稱為回跳硬度。也稱為回跳硬度。 里氏硬度：里氏硬度：用規(guī)定質(zhì)量的沖擊體在彈力作用下以一定速度沖擊試樣表面，用規(guī)定質(zhì)量的沖擊體在彈力作用下以一定速度沖擊試樣表面，用沖頭（碳化鎢球）的回彈速度表征金屬的硬度值。用沖頭（碳化鎢球）的回彈速度表征金屬的硬度值。第第6章章 材料的沖擊韌性與低溫脆性材料的沖擊韌性與低溫脆性沖擊：載荷以很高的速度作用于機件或物體上的現(xiàn)象。沖擊：載荷以很高的速度作用于機件或物體上的現(xiàn)象。6.1 6.1 沖擊韌性沖擊韌性一、沖擊載荷的能量性質(zhì)一、沖擊載荷的能量性質(zhì)在在tt時間內(nèi)，是一個變力，故時間內(nèi)，是一個變力，故沖擊載荷只能用能量沖擊

43、功表達沖擊載荷只能用能量沖擊功表達二、缺口沖擊試驗二、缺口沖擊試驗國家標準規(guī)定沖擊彎曲試驗用標準試樣分別為國家標準規(guī)定沖擊彎曲試驗用標準試樣分別為夏比夏比(charpy)U(charpy)U型缺口試型缺口試樣和夏比樣和夏比V V型缺口試樣型缺口試樣，兩種試樣的形狀及尺寸如圖所示。所測得的沖，兩種試樣的形狀及尺寸如圖所示。所測得的沖擊吸收功分別記為擊吸收功分別記為A AKUKU和和A AKV KV 。 另外，測量陶瓷、鑄鐵或工具鋼等另外，測量陶瓷、鑄鐵或工具鋼等脆性材料脆性材料的沖擊吸收功時，常采的沖擊吸收功時，常采用用10mm10mml0mml0mm10mm10mm的無缺口沖擊試樣。的無缺口沖

44、擊試樣。21()F tm第第6章章 材料的沖擊韌性與低溫脆性材料的沖擊韌性與低溫脆性第第6章章 材料的沖擊韌性與低溫脆性材料的沖擊韌性與低溫脆性缺口試樣一次沖擊彎曲試驗原理如缺口試樣一次沖擊彎曲試驗原理如圖上一面圖所示。試驗在擺錘式?jīng)_圖上一面圖所示。試驗在擺錘式?jīng)_擊試驗機上進行，將試樣水平放置擊試驗機上進行，將試樣水平放置于試驗機支座上，缺口位于沖擊相于試驗機支座上，缺口位于沖擊相背方向。沖擊時將具有一定質(zhì)量背方向。沖擊時將具有一定質(zhì)量G G的的擺錘舉至具有一定高度擺錘舉至具有一定高度H H1 1的位置，的位置，使其獲得一定位能使其獲得一定位能GHGH1 1。釋放擺錘沖。釋放擺錘沖斷試樣后擺錘

45、的剩余能量為斷試樣后擺錘的剩余能量為GHGH2 2，則，則擺錘沖斷試樣失去的位能為擺錘沖斷試樣失去的位能為GHGH1 1-GH-GH2 2，此即為試樣變形和斷裂所吸收的，此即為試樣變形和斷裂所吸收的功，稱為功，稱為沖擊吸收功沖擊吸收功，以，以A AK K表示，表示，單位為單位為J J。第第6章章 材料的沖擊韌性與低溫脆性材料的沖擊韌性與低溫脆性三、沖擊韌性三、沖擊韌性用試樣缺口處截面用試樣缺口處截面F FN N(cm(cm2 2) )去除去除A AKVKV(A(AKUKU) )，便得到，便得到?jīng)_擊韌度或沖擊沖擊韌度或沖擊值值KVKV( (KUKU) )，即，即KVKV( (KUKU) )是一個

46、綜合性的力學(xué)性能指標，是一個綜合性的力學(xué)性能指標，與材料的強度和塑性與材料的強度和塑性有關(guān)有關(guān)，單位為單位為J/mJ/m2 2。第第6章章 材料的沖擊韌性與低溫脆性材料的沖擊韌性與低溫脆性6.2 6.2 低溫脆性低溫脆性低溫脆性：低溫脆性：當材料的應(yīng)用溫度低于某一溫度時，當材料的應(yīng)用溫度低于某一溫度時，材料出現(xiàn)由韌性材料出現(xiàn)由韌性 狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊韌性功明顯下降的現(xiàn)象。狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊韌性功明顯下降的現(xiàn)象。低溫脆性轉(zhuǎn)變：低溫脆性轉(zhuǎn)變：這種隨溫度的降低，材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀钸@種隨溫度的降低，材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的現(xiàn)象。態(tài)的現(xiàn)象。 斷裂機理由微孔聚集變?yōu)榇┚Ы饫?，斷口特征由纖

47、維狀變?yōu)榻Y(jié)斷裂機理由微孔聚集變?yōu)榇┚Ы饫?，斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀晶狀，這就是，這就是低溫脆性低溫脆性。轉(zhuǎn)變溫度。轉(zhuǎn)變溫度t tk k稱為稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度或冷脆韌脆轉(zhuǎn)變溫度或冷脆轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度。一、材料的冷脆傾向一、材料的冷脆傾向（1 1）對于中低強度的面心立方金屬材料和大部分密排六方的金屬）對于中低強度的面心立方金屬材料和大部分密排六方的金屬材料一般沒有低溫脆性現(xiàn)象，但在材料一般沒有低溫脆性現(xiàn)象，但在20-42K20-42K極低溫度下極低溫度下奧氏體鋼奧氏體鋼及鋁合金有及鋁合金有冷脆性冷脆性。 （2 2）對于）對于高強度鋼及超高強度鋼、高強度鋁合金和鈦合金等高強度鋼及超高強度鋼、高強度鋁

48、合金和鈦合金等在很寬溫度范圍內(nèi)沖擊韌性就很低，故在很寬溫度范圍內(nèi)沖擊韌性就很低，故韌脆轉(zhuǎn)變不明顯韌脆轉(zhuǎn)變不明顯。 第第6章章 材料的沖擊韌性與低溫脆性材料的沖擊韌性與低溫脆性（3 3）對于低、中強度的鋼及鈹、鋅等材料，其低溫脆性很）對于低、中強度的鋼及鈹、鋅等材料，其低溫脆性很明顯明顯。第第6章章 材料的沖擊韌性與低溫脆性材料的沖擊韌性與低溫脆性二、韌脆轉(zhuǎn)變溫度二、韌脆轉(zhuǎn)變溫度t tk k 因為韌性是材料塑性變形和斷裂全過程吸收能量的能力，因為韌性是材料塑性變形和斷裂全過程吸收能量的能力，它是強度和塑性的綜合表現(xiàn)，因而在特定條件下，能量、強度它是強度和塑性的綜合表現(xiàn)，因而在特定條件下，能量、強

49、度和塑性都可用來表示韌性。所以，和塑性都可用來表示韌性。所以，依照試樣斷裂消耗的功、斷依照試樣斷裂消耗的功、斷裂后塑性變形的大小及斷口形貌均可以確定裂后塑性變形的大小及斷口形貌均可以確定t tk k。 目前尚無簡單的判據(jù)求韌脆轉(zhuǎn)變溫度目前尚無簡單的判據(jù)求韌脆轉(zhuǎn)變溫度t tk k。通常只是根據(jù)能。通常只是根據(jù)能量、塑性變形或斷口形貌隨溫度的變化定義量、塑性變形或斷口形貌隨溫度的變化定義t tK K。 為此，需要在不同溫度下進行沖擊彎曲試驗，根據(jù)試驗結(jié)為此，需要在不同溫度下進行沖擊彎曲試驗，根據(jù)試驗結(jié)果作出沖擊吸收功一溫度曲線、試樣斷裂后塑性變形量和溫度果作出沖擊吸收功一溫度曲線、試樣斷裂后塑性變

50、形量和溫度的關(guān)系曲線、斷口形貌中各區(qū)所占面積和溫度的關(guān)系曲線等，的關(guān)系曲線、斷口形貌中各區(qū)所占面積和溫度的關(guān)系曲線等，根據(jù)這些曲線求根據(jù)這些曲線求t tk k第第6章章 材料的沖擊韌性與低溫脆性材料的沖擊韌性與低溫脆性1.1.按能量法定義按能量法定義t tk k (1) (1)當?shù)陀谀骋粶囟炔牧衔盏臎_擊能量基本不隨溫度而變化，形成一當?shù)陀谀骋粶囟炔牧衔盏臎_擊能量基本不隨溫度而變化，形成一平臺，該能量稱為平臺，該能量稱為“低階能低階能”以低階能開始上升的溫度定義以低階能開始上升的溫度定義t tk k ，并記，并記為為NDT(nildu-ctility temperature)NDT(nild

51、u-ctility temperature)，稱為，稱為無塑性或零塑性轉(zhuǎn)變溫度無塑性或零塑性轉(zhuǎn)變溫度。這是無預(yù)先塑性變形斷裂對應(yīng)的溫度，是最易確定這是無預(yù)先塑性變形斷裂對應(yīng)的溫度，是最易確定t tk k的判據(jù)。在的判據(jù)。在NDTNDT以以下，斷口由下，斷口由100100結(jié)晶區(qū)結(jié)晶區(qū)( (解理區(qū)解理區(qū)) )組成。組成。(2)(2)高于某一溫度材料吸收的能量也基本不變，形成一個上平臺，稱為高于某一溫度材料吸收的能量也基本不變，形成一個上平臺，稱為“高階能高階能”。以高階能對應(yīng)的溫度為。以高階能對應(yīng)的溫度為t tk k，記為，記為FTP(fracture FTP(fracture transitio

52、n plastic)transition plastic)。高于。高于FTPFTP的斷裂，將得到的斷裂，將得到100100的纖維狀斷口。的纖維狀斷口。顯然，這是一種最保守定義顯然，這是一種最保守定義t tk k的方法。的方法。第第6章章 材料的沖擊韌性與低溫脆性材料的沖擊韌性與低溫脆性 (3)(3)以低階能和高階能平均值對應(yīng)的溫度定義，以低階能和高階能平均值對應(yīng)的溫度定義，并記為并記為FTE(fracture transition elasticFTE(fracture transition elastic。 (4)(4)以以A AKVKV1515尺磅尺磅(20.3N(20.3Nm)m)對應(yīng)的

53、溫度定義，并對應(yīng)的溫度定義，并記為記為V V1515TTTT。實踐表明，低碳鋼船用鋼板服役時。實踐表明，低碳鋼船用鋼板服役時若沖擊韌性大于若沖擊韌性大于1515尺磅或在尺磅或在V15TTTT 以上工作就不以上工作就不致于發(fā)生脆性斷裂。致于發(fā)生脆性斷裂。第第6章章 材料的沖擊韌性與低溫脆性材料的沖擊韌性與低溫脆性第第6章章 材料的沖擊韌性與低溫脆性材料的沖擊韌性與低溫脆性1.1.按斷口形貌定義按斷口形貌定義t tk k通常取結(jié)晶區(qū)面積占整個斷口面積通常取結(jié)晶區(qū)面積占整個斷口面積5050時的溫度為時的溫度為t tK K，并記為，并記為5050FATT(fracture appearance FAT

54、T(fracture appearance transitiontransition temperature)temperature)或或FATT50FATT50、t50t50。5050FATTFATT反映了裂紋反映了裂紋擴展變化特征，可以定性地評定材擴展變化特征，可以定性地評定材料在裂紋擴展過程中吸收能量的能料在裂紋擴展過程中吸收能量的能力。實驗發(fā)現(xiàn)，力。實驗發(fā)現(xiàn)，5050FATTFATT與斷裂韌與斷裂韌度度KIcKIc開始急速降低的溫度有較好的開始急速降低的溫度有較好的對應(yīng)關(guān)系，故得到廣泛應(yīng)用但此對應(yīng)關(guān)系，故得到廣泛應(yīng)用但此方法需要目測評定各區(qū)所占面積，方法需要目測評定各區(qū)所占面積，受人為

55、影響較大受人為影響較大第第6章章 材料的沖擊韌性與低溫脆性材料的沖擊韌性與低溫脆性三、影響材料低溫脆性的因素三、影響材料低溫脆性的因素 1.1.晶體結(jié)構(gòu)的影響晶體結(jié)構(gòu)的影響 體心立方金屬及其合金存在低溫脆性，面心立方金屬及其合金體心立方金屬及其合金存在低溫脆性，面心立方金屬及其合金一般不存在低溫脆性。一般不存在低溫脆性。 體心立方金屬的低溫脆性可能和體心立方金屬的低溫脆性可能和遲屈服現(xiàn)象遲屈服現(xiàn)象有密切關(guān)系。有密切關(guān)系。所謂遲屈服是指所謂遲屈服是指當用高于材料屈服極限的載荷以高加載速度作當用高于材料屈服極限的載荷以高加載速度作用于體心立方結(jié)構(gòu)材料時，瞬間并不屈服，需在該應(yīng)力下保持用于體心立方結(jié)

56、構(gòu)材料時，瞬間并不屈服，需在該應(yīng)力下保持一定時間后才發(fā)生屈服一定時間后才發(fā)生屈服。且溫度越低，持續(xù)的時間越長，這就。且溫度越低，持續(xù)的時間越長，這就為裂紋的發(fā)生和傳播造成有利條件。為裂紋的發(fā)生和傳播造成有利條件。中、低強度鋼的基體是體中、低強度鋼的基體是體心立方結(jié)構(gòu)的快素體，故都有明顯的低溫脆性心立方結(jié)構(gòu)的快素體，故都有明顯的低溫脆性。第第6章章 材料的沖擊韌性與低溫脆性材料的沖擊韌性與低溫脆性2.2.化學(xué)成分的影響化學(xué)成分的影響 間隙溶質(zhì)元素間隙溶質(zhì)元素含量增加，高階能下降，韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高。含量增加，高階能下降，韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高。 這是由于間隙溶質(zhì)元素溶入基體金屬品格中，通過與位借的這是由

57、于間隙溶質(zhì)元素溶入基體金屬品格中，通過與位借的交互作用偏聚于位借線附近形成柯氏氣團，致使交互作用偏聚于位借線附近形成柯氏氣團，致使s s升高，所以升高，所以鋼的脆性增大鋼的脆性增大; ; 鋼中加入鋼中加入置換型溶質(zhì)元素置換型溶質(zhì)元素(Ni(Ni、MnMn例外例外) )一般也降低高階能，一般也降低高階能，提高韌脆轉(zhuǎn)變溫度，但這種影響較間隙溶質(zhì)原子小得多。提高韌脆轉(zhuǎn)變溫度，但這種影響較間隙溶質(zhì)原子小得多。 雜質(zhì)元素雜質(zhì)元素S S、P P、PbPb、SnSn、AsAs等使鋼的韌性下降。這是由于它等使鋼的韌性下降。這是由于它們偏聚于晶界，降低晶界表面能，產(chǎn)生沿晶脆性斷裂，同時使們偏聚于晶界，降低晶界表

58、面能，產(chǎn)生沿晶脆性斷裂，同時使鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高。鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高。第第6章章 材料的沖擊韌性與低溫脆性材料的沖擊韌性與低溫脆性 3.3.晶粒大小晶粒大小 細化晶?？墒共牧享g性增加。細化晶?？墒共牧享g性增加。第第6章章 材料的沖擊韌性與低溫脆性材料的沖擊韌性與低溫脆性 4. 4.金相組織金相組織 在較低強度水平，強度相同而組織不同的鋼，其沖擊吸收功和韌脆在較低強度水平，強度相同而組織不同的鋼，其沖擊吸收功和韌脆轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度以回火索氏體最佳，貝氏體回火組織次之，片狀珠光體組以回火索氏體最佳，貝氏體回火組織次之，片狀珠光體組織最差。此外，球化處理能改善鋼的韌性。織最差。此外，球化處理能改

59、善鋼的韌性。在較高強度水平時。中、高碳鋼經(jīng)等溫淬火獲得下在較高強度水平時。中、高碳鋼經(jīng)等溫淬火獲得下貝氏體組織，其貝氏體組織，其沖擊吸收功和韌脆轉(zhuǎn)變溫度優(yōu)于同強度的淬火馬氏體并回火的組織沖擊吸收功和韌脆轉(zhuǎn)變溫度優(yōu)于同強度的淬火馬氏體并回火的組織。 在相同強度水平，典型上貝氏體的韌脆轉(zhuǎn)變溫度高于下貝氏體在相同強度水平，典型上貝氏體的韌脆轉(zhuǎn)變溫度高于下貝氏體的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。但低碳鋼低溫上貝氏體的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。但低碳鋼低溫上貝氏體(B(B1 1) )的韌性卻高于回火馬氏的韌性卻高于回火馬氏體的韌性，這是由于在低溫上貝氏體中滲碳體沿奧氏體晶界的析出體的韌性，這是由于在低溫上貝氏體中滲碳體沿奧氏體晶界的

60、析出受到抑制，減少了晶界裂紋所致。受到抑制，減少了晶界裂紋所致。第第6章章 材料的沖擊韌性與低溫脆性材料的沖擊韌性與低溫脆性 在馬氏體鋼中存在穩(wěn)定殘余奧氏體，可以抑制解理斷裂，從而顯在馬氏體鋼中存在穩(wěn)定殘余奧氏體，可以抑制解理斷裂，從而顯著改善鋼的韌性馬氏體鋼中的殘余奧氏體膜也有類似作用著改善鋼的韌性馬氏體鋼中的殘余奧氏體膜也有類似作用 鋼中碳化物及夾雜物等第二相對鋼的脆性的影響程度取決鋼中碳化物及夾雜物等第二相對鋼的脆性的影響程度取決于第二相質(zhì)點的大小、形狀、分布、第二相性質(zhì)及其與基體的于第二相質(zhì)點的大小、形狀、分布、第二相性質(zhì)及其與基體的結(jié)合力等因素一般第二相尺寸增加，材料的韌性下降韌脆結(jié)