機(jī)械工程材料課件(從塑性變形和再結(jié)晶開始)

1、軋制軋制模鍛模鍛拉拔拉拔第三章第三章 金屬的塑性變形與再結(jié)晶金屬的塑性變形與再結(jié)晶第一節(jié)第一節(jié) 金屬的變形過程金屬的變形過程第二節(jié)第二節(jié) 塑性變形對金屬組織塑性變形對金屬組織第三節(jié)第三節(jié) 金屬的回復(fù)與再結(jié)晶金屬的回復(fù)與再結(jié)晶第四節(jié)第四節(jié) 金屬的熱加工金屬的熱加工第五節(jié)第五節(jié) 金屬的斷裂金屬的斷裂與性能的影響與性能的影響材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為化，稱為變形變形。外力去除后外力去除后能夠恢復(fù)能夠恢復(fù)的的變形稱為變形稱為彈性變形彈性變形。外力去除后外力去除后不能恢復(fù)不能恢復(fù)的的變形稱為變形稱為塑性變形塑性變形。第一節(jié)第一節(jié) 金屬的變形過程金屬的

2、變形過程一、金屬的彈性變形一、金屬的彈性變形PPPP原子間作用力與原子間距的關(guān)系原子間作用力與原子間距的關(guān)系金屬彈性變形主要的三個(gè)特點(diǎn)：金屬彈性變形主要的三個(gè)特點(diǎn)：1、可逆性；、可逆性；2、變形量??；、變形量??；3、應(yīng)力應(yīng)變呈線性關(guān)系：、應(yīng)力應(yīng)變呈線性關(guān)系：=E=E. .彈性模量取決于原子間結(jié)合力彈性模量取決于原子間結(jié)合力二、金屬的塑性變形二、金屬的塑性變形鋅單晶的拉伸照片鋅單晶的拉伸照片光滑試樣在拉伸光滑試樣在拉伸過程中，表面會(huì)過程中，表面會(huì)出現(xiàn)許多相平行出現(xiàn)許多相平行的傾斜線條的痕的傾斜線條的痕跡，稱跡，稱滑移帶?；茙??；疲阂徊糠只疲阂徊糠志w沿著某一晶體沿著某一晶面和晶向相晶面和晶

3、向相對于另一部分對于另一部分晶體滑動(dòng)晶體滑動(dòng),滑移滑移帶間的晶體結(jié)帶間的晶體結(jié)構(gòu)未發(fā)生改變。構(gòu)未發(fā)生改變。1、外力在單晶體任何晶、外力在單晶體任何晶面上都可分解為面上都可分解為正應(yīng)正應(yīng)力力和和切應(yīng)力切應(yīng)力。正應(yīng)力正應(yīng)力引起彈性變形引起彈性變形及解理斷裂。及解理斷裂。切應(yīng)力切應(yīng)力的作用下金屬的作用下金屬晶體產(chǎn)生塑性變形。晶體產(chǎn)生塑性變形。外力在晶面上的分解外力在晶面上的分解鋅單晶的拉伸照片鋅單晶的拉伸照片滑移變形特點(diǎn)：滑移變形特點(diǎn)：2、滑移常沿晶體中、滑移常沿晶體中原子密度原子密度最大的晶面和晶向最大的晶面和晶向發(fā)生。發(fā)生。沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做滑移滑移

4、面面和和滑移方向滑移方向。通常是晶體中的密排面和。通常是晶體中的密排面和密排方向。密排方向。 一個(gè)滑移面和一個(gè)滑移面和其上的一個(gè)滑其上的一個(gè)滑移方向構(gòu)成一移方向構(gòu)成一個(gè)個(gè)滑移系滑移系。體心立方晶格體心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格密排六方晶格110111110111晶格晶格滑移面滑移面滑移滑移方向方向滑移系滑移系三種典型金屬晶格的滑移系三種典型金屬晶格的滑移系滑移系越多，金屬發(fā)生滑移的可能性越大，塑滑移系越多，金屬發(fā)生滑移的可能性越大，塑性也越好。性也越好。金屬的塑性，面心立方晶格好于體心立方晶格金屬的塑性，面心立方晶格好于體心立方晶格, 體心立方晶格好于密排六方晶格。體心立方晶

5、格好于密排六方晶格。3、滑移的結(jié)果在晶體表面形成臺(tái)階，稱、滑移的結(jié)果在晶體表面形成臺(tái)階，稱滑滑移線移線，若干條滑移線組成一個(gè)，若干條滑移線組成一個(gè)滑移帶滑移帶。 銅拉伸試樣表面滑移帶銅拉伸試樣表面滑移帶壓縮時(shí)晶體滑移轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖4、兩部分晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)、兩部分晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的原因：晶體滑移后使正應(yīng)力分量和切應(yīng)力分轉(zhuǎn)動(dòng)的原因：晶體滑移后使正應(yīng)力分量和切應(yīng)力分量組成了力偶。量組成了力偶。A0A1FF晶體通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生滑移時(shí)，只在位錯(cuò)中心的少晶體通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生滑移時(shí)，只在位錯(cuò)中心的少數(shù)原子發(fā)生移動(dòng)，它們移動(dòng)的距離遠(yuǎn)小于一個(gè)原子數(shù)原子發(fā)生移動(dòng)，它們移動(dòng)的距離遠(yuǎn)小于一個(gè)原子間距，因而所需臨界切應(yīng)力小，這種

6、現(xiàn)象稱作間距，因而所需臨界切應(yīng)力小，這種現(xiàn)象稱作位錯(cuò)位錯(cuò)的易動(dòng)性的易動(dòng)性?；频臋C(jī)理滑移的機(jī)理PP刃位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)晶體滑移所需的晶體滑移所需的最小切應(yīng)力最小切應(yīng)力實(shí)際是滑移面內(nèi)實(shí)際是滑移面內(nèi)位錯(cuò)移動(dòng)時(shí)所需的力位錯(cuò)移動(dòng)時(shí)所需的力，又稱，又稱位錯(cuò)移動(dòng)的臨界位錯(cuò)移動(dòng)的臨界應(yīng)力。應(yīng)力。單晶體的位錯(cuò)移動(dòng)臨界應(yīng)力取決于：單晶體的位錯(cuò)移動(dòng)臨界應(yīng)力取決于：金屬本金屬本性性（原子間結(jié)合力和晶體結(jié)構(gòu)類型等）、（原子間結(jié)合力和晶體結(jié)構(gòu)類型等）、位位錯(cuò)數(shù)量錯(cuò)數(shù)量、位錯(cuò)與點(diǎn)缺陷和線缺陷的相互作用位錯(cuò)與點(diǎn)缺陷和線缺陷的相互作用。多晶體金屬的塑性變形多晶體金屬的塑性變形晶界的影響晶界的影響位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶界附近時(shí)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶界附近

7、時(shí),受到晶界的阻礙而堆積起受到晶界的阻礙而堆積起來來,稱稱位錯(cuò)的塞積位錯(cuò)的塞積。要使變形繼續(xù)進(jìn)行要使變形繼續(xù)進(jìn)行, 則必須則必須增加外力增加外力, 從而使金屬的變從而使金屬的變形抗力提高。形抗力提高。Cu-4.5Al合金晶界的合金晶界的位錯(cuò)塞積位錯(cuò)塞積金屬的晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度和硬度越高。金屬的晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度和硬度越高。晶粒大小與金屬強(qiáng)度關(guān)系晶粒大小與金屬強(qiáng)度關(guān)系金屬的晶粒越細(xì)，其塑性和韌性也越高。金屬的晶粒越細(xì)，其塑性和韌性也越高。第二節(jié)第二節(jié) 塑性變形對金屬組織與性能的影響塑性變形對金屬組織與性能的影響 一、晶粒沿變形方向拉長，性能趨于各向異性一、晶粒沿變形方向拉長，性能趨于各向異性金屬在較

8、大的塑性變形后，金屬在較大的塑性變形后，內(nèi)部晶粒會(huì)被拉長成為細(xì)內(nèi)部晶粒會(huì)被拉長成為細(xì)條狀或纖維狀，這種組織條狀或纖維狀，這種組織稱稱纖維狀組織纖維狀組織。性能各向異性。性能各向異性。如：縱向強(qiáng)度和塑如：縱向強(qiáng)度和塑性遠(yuǎn)大于橫向。性遠(yuǎn)大于橫向。(a) 正火態(tài)正火態(tài)(c) 變形變形80%(b) 變形變形40%位錯(cuò)密度增加，導(dǎo)致金屬強(qiáng)度和硬度的提高，塑位錯(cuò)密度增加，導(dǎo)致金屬強(qiáng)度和硬度的提高，塑性和韌性下降，稱為性和韌性下降，稱為加工硬化加工硬化或或形變強(qiáng)化形變強(qiáng)化。二、位錯(cuò)密度增加，產(chǎn)生加工硬化二、位錯(cuò)密度增加，產(chǎn)生加工硬化冷塑性變形量，%屈服強(qiáng)度，MPa1040鋼(0.4%C)黃銅銅冷塑性變形量，

9、%伸長率，%1040鋼(0.4%C)黃銅銅v產(chǎn)生加工硬化的原因是產(chǎn)生加工硬化的原因是:1.隨變形量增加，位錯(cuò)密度增加，由于位錯(cuò)之間隨變形量增加，位錯(cuò)密度增加，由于位錯(cuò)之間的交互作用的交互作用(堆積、纏結(jié)堆積、纏結(jié))，使變形抗力增加，使變形抗力增加. 變形變形20%純鐵中的位錯(cuò)純鐵中的位錯(cuò)未變形純鐵未變形純鐵v2. 隨變形量增加，亞結(jié)構(gòu)細(xì)化隨變形量增加，亞結(jié)構(gòu)細(xì)化v3. 隨變形量增加，隨變形量增加， 空位密度增加空位密度增加v4. 幾何硬化：由晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)引起幾何硬化：由晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)引起加工硬化使一些壓力加工硬化使一些壓力加工工藝得以實(shí)現(xiàn)。加工工藝得以實(shí)現(xiàn)。加工硬化不利的一面：加工硬化不利的一面：1、增

10、加繼續(xù)變形的動(dòng)力；、增加繼續(xù)變形的動(dòng)力；2、冷變形過程中需中間處理工藝，增加、冷變形過程中需中間處理工藝，增加生產(chǎn)周期；生產(chǎn)周期；3、改變物化性能，如電阻增加，抗腐蝕、改變物化性能，如電阻增加，抗腐蝕能力減弱。能力減弱。板織構(gòu)板織構(gòu)絲織構(gòu)絲織構(gòu)形變織構(gòu)示意圖形變織構(gòu)示意圖由于晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)塑性變形達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)由于晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)塑性變形達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)使絕大部分晶粒的某一位向與變形方向趨于一致，使絕大部分晶粒的某一位向與變形方向趨于一致，這種現(xiàn)象稱這種現(xiàn)象稱變形織構(gòu)變形織構(gòu)或或擇優(yōu)取向擇優(yōu)取向。三、織構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生三、織構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生形變織構(gòu)使金屬呈現(xiàn)形變織構(gòu)使金屬呈現(xiàn)各向異性各向異性，在深

11、沖零件時(shí)，易，在深沖零件時(shí)，易產(chǎn)生產(chǎn)生“制耳制耳”現(xiàn)象，使零件邊緣不齊，厚薄不勻?，F(xiàn)象，使零件邊緣不齊，厚薄不勻。各向異性導(dǎo)致的銅板各向異性導(dǎo)致的銅板 “制耳制耳”有有無無v殘余內(nèi)應(yīng)力：塑性變形時(shí)，各部分不均勻變形殘余內(nèi)應(yīng)力：塑性變形時(shí)，各部分不均勻變形引起的應(yīng)力。引起的應(yīng)力。第一類內(nèi)應(yīng)力平衡于表面與心部之間第一類內(nèi)應(yīng)力平衡于表面與心部之間 (宏觀內(nèi)應(yīng)宏觀內(nèi)應(yīng)力力)；第二類內(nèi)應(yīng)力平衡于晶粒之間或晶粒內(nèi)不同區(qū)域第二類內(nèi)應(yīng)力平衡于晶粒之間或晶粒內(nèi)不同區(qū)域之間之間 (微觀內(nèi)應(yīng)力微觀內(nèi)應(yīng)力)；第三類內(nèi)應(yīng)力是由晶格缺陷引起的畸變應(yīng)力。第三類內(nèi)應(yīng)力是由晶格缺陷引起的畸變應(yīng)力。 四、殘余內(nèi)應(yīng)力四、殘余內(nèi)應(yīng)力

12、第三節(jié)第三節(jié) 金屬的回復(fù)與再結(jié)晶金屬的回復(fù)與再結(jié)晶加熱溫度加熱溫度 黃銅黃銅金屬經(jīng)冷變形后，金屬經(jīng)冷變形后， 組織處于不穩(wěn)定狀態(tài)，組織處于不穩(wěn)定狀態(tài)， 有有自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。加熱可使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)生加熱可使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大?；貜?fù)、再結(jié)晶和晶粒長大。v回復(fù)回復(fù)是指在加熱溫度較低時(shí)，由于金屬中的點(diǎn)是指在加熱溫度較低時(shí)，由于金屬中的點(diǎn)缺陷及位錯(cuò)近距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化。缺陷及位錯(cuò)近距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化。 內(nèi)應(yīng)力顯著降低；點(diǎn)缺陷顯著減少；位錯(cuò)密度內(nèi)應(yīng)力顯著降低；點(diǎn)缺陷顯著減少；位錯(cuò)密度變化小，但排列向

13、穩(wěn)定階段過渡。變化小，但排列向穩(wěn)定階段過渡?；貜?fù)回復(fù)點(diǎn)陣畸變消除點(diǎn)陣畸變消除，內(nèi)應(yīng)力顯著，內(nèi)應(yīng)力顯著降低，強(qiáng)度和硬度略有降低。降低，強(qiáng)度和硬度略有降低?；貜?fù)退火又稱回復(fù)退火又稱去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火，常用于去除冷加工金屬件內(nèi)常用于去除冷加工金屬件內(nèi)的殘余內(nèi)應(yīng)力。的殘余內(nèi)應(yīng)力。 再結(jié)晶再結(jié)晶鐵素體變形鐵素體變形80%670加熱加熱650加熱加熱變形金屬被加熱到較變形金屬被加熱到較高溫度時(shí)，由于高溫度時(shí)，由于原子原子活動(dòng)能力增大活動(dòng)能力增大，晶粒，晶粒的形狀開始發(fā)生變的形狀開始發(fā)生變化，由破碎拉長的晶化，由破碎拉長的晶粒變?yōu)橥暾牡容S晶粒變?yōu)橥暾牡容S晶粒。粒。這種冷變形組織在加這種冷變形組織在加熱

14、時(shí)重新徹底改變的熱時(shí)重新徹底改變的過程稱過程稱再結(jié)晶再結(jié)晶。再結(jié)晶也是一個(gè)晶核形成再結(jié)晶也是一個(gè)晶核形成和長大的過程，但不是相和長大的過程，但不是相變過程，再結(jié)晶前后變過程，再結(jié)晶前后新舊新舊晶粒的晶格類型和成分完晶粒的晶格類型和成分完全相同全相同。冷變形奧氏體不銹鋼加熱冷變形奧氏體不銹鋼加熱時(shí)的再結(jié)晶形核時(shí)的再結(jié)晶形核SEM-再結(jié)晶晶粒在原再結(jié)晶晶粒在原變形組織晶界上形核變形組織晶界上形核TEM-再結(jié)晶晶粒形核再結(jié)晶晶粒形核于高密度位錯(cuò)基體上于高密度位錯(cuò)基體上與結(jié)晶區(qū)別：沒有新相生成。與結(jié)晶區(qū)別：沒有新相生成。由于再結(jié)晶后組織的復(fù)由于再結(jié)晶后組織的復(fù)原，因而金屬的強(qiáng)度、原，因而金屬的強(qiáng)度、硬

15、度下降，塑性、韌性硬度下降，塑性、韌性提高，加工硬化消失。提高，加工硬化消失。冷變形黃銅組織性能隨溫度的變化冷變形黃銅組織性能隨溫度的變化 冷變形冷變形(變形量為變形量為38%)黃銅黃銅580C保溫保溫15分后的的再結(jié)晶組織分后的的再結(jié)晶組織再結(jié)晶后的晶粒長大再結(jié)晶后的晶粒長大黃銅再結(jié)晶后晶粒的長大黃銅再結(jié)晶后晶粒的長大580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織580C580C保溫保溫1515分后的組織分后的組織700C700C保溫保溫1010分后的組織分后的組織再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)升再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)升高加熱溫度或延長保溫時(shí)高加熱溫度或延長保溫時(shí)間，將發(fā)生晶粒長大，這間，將發(fā)生晶粒長大，這是一

16、個(gè)自發(fā)的過程。是一個(gè)自發(fā)的過程。晶粒的長大是晶粒的長大是通過晶界遷移通過晶界遷移進(jìn)行的，是大晶粒吞進(jìn)行的，是大晶粒吞并小晶粒的過程。晶粒粗大會(huì)使金屬的強(qiáng)度，尤并小晶粒的過程。晶粒粗大會(huì)使金屬的強(qiáng)度，尤其是塑性和韌性降低其是塑性和韌性降低 。原子穿過原子穿過晶界擴(kuò)散晶界擴(kuò)散晶界遷晶界遷移方向移方向黃銅再結(jié)晶和晶粒長大各個(gè)階段的金相照片黃銅再結(jié)晶和晶粒長大各個(gè)階段的金相照片冷變形量為冷變形量為38的組織的組織580C保溫保溫3秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫4秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫15分后的組織分后的組織 700C保溫保溫10分后的組織分后的

17、組織再結(jié)晶溫度再結(jié)晶不是一個(gè)恒溫過程，它是自某一溫度再結(jié)晶不是一個(gè)恒溫過程，它是自某一溫度開始，在一個(gè)溫度范圍內(nèi)連續(xù)進(jìn)行的過程，開始，在一個(gè)溫度范圍內(nèi)連續(xù)進(jìn)行的過程，發(fā)生再結(jié)晶的最低溫度稱發(fā)生再結(jié)晶的最低溫度稱再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度。或變形量或變形量70%以上的金屬，以上的金屬，1h保溫后能夠保溫后能夠完全再結(jié)晶的溫度。完全再結(jié)晶的溫度。T再再與與的關(guān)系的關(guān)系影響再結(jié)晶溫度的因素影響再結(jié)晶溫度的因素l純金屬的最低再結(jié)晶溫度純金屬的最低再結(jié)晶溫度與其熔點(diǎn)之間的近似關(guān)系與其熔點(diǎn)之間的近似關(guān)系: T再再0.35-0.4T熔熔 （絕對溫度）（絕對溫度）l金屬熔點(diǎn)越高金屬熔點(diǎn)越高, T再再也越高也越高.T

18、再再 = (T熔熔+273)0.4273，如，如Fe的的T再再=(1538+273)0.4273=4511、金屬的預(yù)先變形程度、金屬的預(yù)先變形程度金屬預(yù)先變形程度越大，金屬預(yù)先變形程度越大， 再結(jié)晶溫度越低。當(dāng)變再結(jié)晶溫度越低。當(dāng)變形度達(dá)到一定值后，再結(jié)晶溫度趨于某一最低形度達(dá)到一定值后，再結(jié)晶溫度趨于某一最低值，稱值，稱最低再結(jié)晶溫度最低再結(jié)晶溫度。2、金屬的純度、金屬的純度金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素，尤其高熔點(diǎn)元金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素，尤其高熔點(diǎn)元素起阻礙擴(kuò)散和晶界遷移作用，使再結(jié)晶溫度素起阻礙擴(kuò)散和晶界遷移作用，使再結(jié)晶溫度顯著提高顯著提高.3、再結(jié)晶加熱速度和加熱時(shí)間、再結(jié)晶加熱速

19、度和加熱時(shí)間l提高加熱速度提高加熱速度會(huì)使再結(jié)晶推遲到會(huì)使再結(jié)晶推遲到較高溫度較高溫度發(fā)生；發(fā)生； 延長加熱時(shí)間延長加熱時(shí)間, 使原子擴(kuò)散充分使原子擴(kuò)散充分, 再結(jié)晶溫度降低再結(jié)晶溫度降低。l生產(chǎn)中，把消除加工硬化的熱處理稱為生產(chǎn)中，把消除加工硬化的熱處理稱為再結(jié)晶退再結(jié)晶退火火。再結(jié)晶退火溫度比再結(jié)晶溫度高。再結(jié)晶退火溫度比再結(jié)晶溫度高100200。 黃銅黃銅580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織黃銅黃銅580C保溫保溫15分后的組織分后的組織影響再結(jié)晶退火后晶粒度的因素 1、加熱溫度加熱溫度和保溫時(shí)間和保溫時(shí)間加熱溫度越高加熱溫度越高，保溫時(shí)間越，保溫時(shí)間越長，金屬的長，金屬的晶粒越粗大晶

20、粒越粗大，加，加熱溫度的影響尤為顯著。熱溫度的影響尤為顯著。再結(jié)晶退火溫度對晶粒度的影響再結(jié)晶退火溫度對晶粒度的影響預(yù)先變形度的影響，實(shí)質(zhì)是變形均勻程度的影響。預(yù)先變形度的影響，實(shí)質(zhì)是變形均勻程度的影響。預(yù)先變形度對再結(jié)晶晶粒度的影響預(yù)先變形度對再結(jié)晶晶粒度的影響2、預(yù)先變形度、預(yù)先變形度當(dāng)變形達(dá)到當(dāng)變形達(dá)到2-10%2-10%時(shí)，時(shí)，只有部分晶粒變形，變只有部分晶粒變形，變形極不均勻，再結(jié)晶晶形極不均勻，再結(jié)晶晶粒大小相差懸殊，易互粒大小相差懸殊，易互相吞并和長大相吞并和長大, ,再結(jié)晶再結(jié)晶后晶粒特別粗大，這個(gè)后晶粒特別粗大，這個(gè)變形度稱變形度稱臨界變形度臨界變形度。變形度很小時(shí)，晶格畸變

21、小，不足以引起再結(jié)晶。變形度很小時(shí)，晶格畸變小，不足以引起再結(jié)晶。當(dāng)超過臨界變形度后，當(dāng)超過臨界變形度后，隨變形程度增加，變隨變形程度增加，變形越來越均勻，再結(jié)晶形越來越均勻，再結(jié)晶時(shí)形核量大而均勻，時(shí)形核量大而均勻，使再結(jié)晶后晶粒細(xì)而均使再結(jié)晶后晶粒細(xì)而均勻，達(dá)到一定變形量勻，達(dá)到一定變形量之后，晶粒度基本不變。之后，晶粒度基本不變。 3%變形后變形后經(jīng)經(jīng)550退退火火6%變形后變形后經(jīng)經(jīng)550退退火火9%變形后變形后經(jīng)經(jīng)550退退火火12%變形變形后經(jīng)后經(jīng)550退火退火15%變形變形后經(jīng)后經(jīng)550退火退火冷加工變形度對再結(jié)晶后晶粒大小的影響（純鋁片試樣）冷加工變形度對再結(jié)晶后晶粒大小的影響

22、（純鋁片試樣）第四節(jié)第四節(jié) 金屬的熱加工金屬的熱加工 一、冷加工與熱加工的區(qū)別一、冷加工與熱加工的區(qū)別隨溫度升高，金屬的強(qiáng)度、硬度下降，而塑性升高。隨溫度升高，金屬的強(qiáng)度、硬度下降，而塑性升高。模鍛模鍛拉拔拉拔冷熱加工的界限是以再結(jié)晶溫度來劃分的。冷熱加工的界限是以再結(jié)晶溫度來劃分的。低于再低于再結(jié)晶溫度的加工稱為結(jié)晶溫度的加工稱為冷加工冷加工，而高于再結(jié)晶溫度的，而高于再結(jié)晶溫度的加工稱為加工稱為熱加工熱加工。如如 Fe 的再結(jié)晶溫度為的再結(jié)晶溫度為451，其在，其在400 以以下的加工仍為冷加工。而下的加工仍為冷加工。而 Sn 的再結(jié)晶溫度為的再結(jié)晶溫度為-71，則其在室溫下的加工為熱加工

23、。，則其在室溫下的加工為熱加工。熱加工時(shí)產(chǎn)生的熱加工時(shí)產(chǎn)生的加工硬化很快被再結(jié)晶產(chǎn)生的軟加工硬化很快被再結(jié)晶產(chǎn)生的軟化所抵消化所抵消，因而熱加工不會(huì)帶來加工硬化效果。，因而熱加工不會(huì)帶來加工硬化效果。巨型自由鍛件巨型自由鍛件熱加工對金屬組織和性能的影響熱加工對金屬組織和性能的影響 v1、熱加工可使鑄態(tài)金屬與合金中的氣孔焊、熱加工可使鑄態(tài)金屬與合金中的氣孔焊合，使粗大的樹枝晶或柱狀晶破碎，從而合，使粗大的樹枝晶或柱狀晶破碎，從而使使組織致密、成分均勻、晶粒細(xì)化，使金屬性組織致密、成分均勻、晶粒細(xì)化，使金屬性能呈現(xiàn)各向異性能呈現(xiàn)各向異性。 鍛壓鍛壓熱加工動(dòng)態(tài)再熱加工動(dòng)態(tài)再結(jié)晶示意圖結(jié)晶示意圖2、熱

24、加工使鑄態(tài)金屬、熱加工使鑄態(tài)金屬中的中的非金屬夾雜沿變非金屬夾雜沿變形方向拉長形方向拉長，形成彼，形成彼此平行的宏觀條紋，此平行的宏觀條紋，稱作稱作流線流線，由這種流，由這種流線體現(xiàn)的組織稱線體現(xiàn)的組織稱纖維纖維組織組織。 它使鋼產(chǎn)生各向異性，它使鋼產(chǎn)生各向異性，制定加工工藝時(shí)，應(yīng)制定加工工藝時(shí)，應(yīng)使流線盡量與拉應(yīng)力使流線盡量與拉應(yīng)力方向一致。方向一致。 滾壓成型后螺紋內(nèi)部的纖維分布滾壓成型后螺紋內(nèi)部的纖維分布吊鉤中的纖維組織吊鉤中的纖維組織v在加工亞共析鋼時(shí)，在加工亞共析鋼時(shí)，發(fā)現(xiàn)鋼中的發(fā)現(xiàn)鋼中的F與與P呈呈帶狀分布，這種組織帶狀分布，這種組織稱稱帶狀組織帶狀組織。l降低強(qiáng)度和韌性，降低強(qiáng)度

25、和韌性，可通過多次正火或可通過多次正火或擴(kuò)散退火消除擴(kuò)散退火消除.正火組織正火組織帶狀組織帶狀組織v熱加工能量消耗小，熱加工能量消耗小，但鋼材表面易氧化。但鋼材表面易氧化。一般用于截面尺寸大、一般用于截面尺寸大、變形量大、在室溫下變形量大、在室溫下加工困難的工件。加工困難的工件。v而冷加工一般用于而冷加工一般用于截面尺寸小、塑性好、截面尺寸小、塑性好、尺寸精度及表面光潔尺寸精度及表面光潔度要求高的工件。度要求高的工件。蒸汽蒸汽- -空氣錘空氣錘金屬的冷熱加工模鍛模鍛自由鍛自由鍛軋制軋制正擠壓正擠壓反擠壓反擠壓拉拔拉拔沖壓沖壓第五節(jié)第五節(jié) 金屬的斷裂金屬的斷裂根據(jù)材料斷裂前所產(chǎn)生的宏觀塑性變形量

26、大小確根據(jù)材料斷裂前所產(chǎn)生的宏觀塑性變形量大小確定斷裂類型，分為定斷裂類型，分為韌性斷裂韌性斷裂與與脆性斷裂脆性斷裂。根據(jù)裂紋擴(kuò)展路徑，分為根據(jù)裂紋擴(kuò)展路徑，分為穿晶斷裂穿晶斷裂與與沿晶斷裂沿晶斷裂。韌性斷裂的特征是斷裂前發(fā)生明顯宏觀塑性變形，韌性斷裂的特征是斷裂前發(fā)生明顯宏觀塑性變形，斷口斷口呈暗灰色纖維狀呈暗灰色纖維狀。脆性斷裂的特征是無明顯宏觀塑性變形，斷口平脆性斷裂的特征是無明顯宏觀塑性變形，斷口平齊而光亮，常齊而光亮，常呈人字紋或放射花樣呈人字紋或放射花樣。韌性斷口韌性斷口脆性解理斷口脆性解理斷口韌性斷口：暗灰色纖韌性斷口：暗灰色纖維狀。維狀。脆性斷口：呈人字紋脆性斷口：呈人字紋或放

27、射花樣。或放射花樣。TITANIC建造中的建造中的Titanic 號(hào)號(hào)TITANIC的沉沒的沉沒與船體材料的質(zhì)量與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān)直接有關(guān)Titanic 號(hào)鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗(yàn)結(jié)果Titanic近代船用鋼板近代船用鋼板第四章第四章 評價(jià)金屬材料在應(yīng)力、評價(jià)金屬材料在應(yīng)力、介質(zhì)作用下的性能指標(biāo)介質(zhì)作用下的性能指標(biāo)v零件工作條件：應(yīng)力零件工作條件：應(yīng)力(載荷載荷)、介質(zhì)及溫度。、介質(zhì)及溫度。v載荷：靜載荷、動(dòng)載荷、沖擊載荷及摩擦。載荷：靜載荷、動(dòng)載荷、沖擊載荷及摩擦。v結(jié)構(gòu)強(qiáng)度：指零件短時(shí)承載能力及長期的使用壽結(jié)構(gòu)強(qiáng)度：指零件短時(shí)承載能力及長期的使用壽命，受結(jié)構(gòu)、材料

28、、加工工藝等因素影響。命，受結(jié)構(gòu)、材料、加工工藝等因素影響。第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料在靜載荷作用下的金屬材料在靜載荷作用下的第二節(jié)第二節(jié) 金屬材料在其它載荷金屬材料在其它載荷第三節(jié)第三節(jié) 金屬的缺口效應(yīng)與性能指標(biāo)金屬的缺口效應(yīng)與性能指標(biāo)第四節(jié)第四節(jié) 金屬的磨損與接觸疲勞金屬的磨損與接觸疲勞第五節(jié)第五節(jié) 應(yīng)力腐蝕與氫脆應(yīng)力腐蝕與氫脆作用下的性能指標(biāo)作用下的性能指標(biāo)性能指標(biāo)性能指標(biāo)第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料在靜載荷作用下的性能指標(biāo)金屬材料在靜載荷作用下的性能指標(biāo)靜載荷靜載荷是指作用于材料上的載荷方向與作用時(shí)是指作用于材料上的載荷方向與作用時(shí)間無關(guān)的載荷。間無關(guān)的載荷。單向單向的拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等。

29、的拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等。靜載荷作用下，金屬材料將發(fā)生靜載荷作用下，金屬材料將發(fā)生彈性變形彈性變形、塑塑性變形性變形及及斷裂斷裂三個(gè)基本過程。三個(gè)基本過程。機(jī)械性能機(jī)械性能是指材料在外力作用時(shí)是指材料在外力作用時(shí)抵抗變形和破抵抗變形和破壞的能力壞的能力。剛性剛性(剛度剛度)、彈性彈性、強(qiáng)度強(qiáng)度和和塑性塑性等。等。低碳鋼的應(yīng)力低碳鋼的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線拉伸試驗(yàn)機(jī)拉伸試驗(yàn)機(jī)應(yīng)力應(yīng)力 = P/F0應(yīng)變應(yīng)變 = (l-l0)/l0長試樣：長試樣：L0=10d0短試樣：短試樣：L0=5d01、剛度、剛度v剛度剛度：材料受力時(shí)抵抗彈：材料受力時(shí)抵抗彈性變形的能力。性變形的能力。剛度指標(biāo)剛度指標(biāo)為

30、彈性模量為彈性模量E E。 e(2)(2)增加橫截面積或減小長度可提高零件剛度。增加橫截面積或減小長度可提高零件剛度。 (1)(1)彈性模量的大小主要取決于彈性模量的大小主要取決于材料的本性材料的本性，除，除隨隨溫度升高而逐漸降低溫度升高而逐漸降低外，其他強(qiáng)化手段如熱處理、外，其他強(qiáng)化手段如熱處理、冷熱加工、合金化等對彈性模量的影響很小。冷熱加工、合金化等對彈性模量的影響很小。）（MPatgE 0 00 00 00 0L LF FE EL LF FL LP PQ Q2、彈性、彈性v彈性彈性：材料在載荷作：材料在載荷作用下產(chǎn)生變形，載荷用下產(chǎn)生變形，載荷去除后，變形可消失去除后，變形可消失而恢復(fù)

31、原狀的性能。而恢復(fù)原狀的性能。 ev彈性指標(biāo)彈性指標(biāo)為彈性極限或?yàn)閺椥詷O限或比例極限比例極限 P P( (材料承受最材料承受最大彈性變形時(shí)的應(yīng)力。大彈性變形時(shí)的應(yīng)力。) )(0MPaFPpPp彈性極限彈性極限e e：開始產(chǎn)生塑性：開始產(chǎn)生塑性變形的抗力。變形的抗力。國標(biāo)規(guī)定彈性極限國標(biāo)規(guī)定彈性極限0.010.01：殘殘余伸長率余伸長率為為0.01%0.01%的應(yīng)力。的應(yīng)力。)(0MPaFPee3、強(qiáng)度、強(qiáng)度強(qiáng)度（塑變抗力）強(qiáng)度（塑變抗力）：材料在載：材料在載荷作用下抵抗變形和破壞的能荷作用下抵抗變形和破壞的能力。包括：力。包括：屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度和和抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度s屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度 s：材料發(fā)

32、生微量塑性變形時(shí)的應(yīng)力值。：材料發(fā)生微量塑性變形時(shí)的應(yīng)力值。拉伸過程中，出現(xiàn)載荷不增加或開始下降，而試樣拉伸過程中，出現(xiàn)載荷不增加或開始下降，而試樣還繼續(xù)伸長的現(xiàn)象稱還繼續(xù)伸長的現(xiàn)象稱屈服現(xiàn)象。屈服現(xiàn)象。屈服時(shí)對應(yīng)的應(yīng)力為屈服時(shí)對應(yīng)的應(yīng)力為屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)或或屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度，又稱，又稱屈服屈服極限極限。條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度 0.2：殘余變形量為殘余變形量為0.2%時(shí)的應(yīng)力值時(shí)的應(yīng)力值)(0MPaFPSS0.2抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 b：材料斷裂前：材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力值。所承受的最大應(yīng)力值。s拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象)(0MPaFPbb抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度的物理意義的物理意義：表征材

33、料對最：表征材料對最大均勻變形的抗力，是材料在拉伸條大均勻變形的抗力，是材料在拉伸條件下所能承受的最大載荷的應(yīng)力值。件下所能承受的最大載荷的應(yīng)力值。試樣斷裂時(shí)的載荷為試樣斷裂時(shí)的載荷為斷裂載荷斷裂載荷Pk，此，此時(shí)的斷面面積為時(shí)的斷面面積為Fk。)(MPaFPSkkk塑性塑性：材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。：材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。 伸長率：伸長率：%100001 lll %100010 FFF 斷面收縮率：斷面收縮率：斷裂后斷裂后指標(biāo)為：指標(biāo)為：4、塑性、塑性說明：說明： 用面縮率表示塑性比伸長率更接近真實(shí)變形。用面縮率表示塑性比伸長率更接近真實(shí)變形。 直徑直徑d0

34、 相同時(shí)，相同時(shí)，l0 ， 。只有當(dāng)。只有當(dāng)l0/d0 為為 常數(shù)時(shí)，塑性值才有可比性。常數(shù)時(shí)，塑性值才有可比性。當(dāng)當(dāng)l0=10d0 時(shí)，伸長率用時(shí)，伸長率用 10 表示；表示；當(dāng)當(dāng)l0=5d0 時(shí)，伸長率用時(shí)，伸長率用 5 表示。顯然表示。顯然 5 10 時(shí)，無頸縮，為脆性材料表征時(shí)，無頸縮，為脆性材料表征 時(shí)，有頸縮，為塑性材料表征時(shí)，有頸縮，為塑性材料表征除剛度外，均為組織敏感性指標(biāo)。除剛度外，均為組織敏感性指標(biāo)。靜載荷還包括其他的指標(biāo)。靜載荷還包括其他的指標(biāo)?？箟簭?qiáng)度抗壓強(qiáng)度扭轉(zhuǎn)比例極限扭轉(zhuǎn)比例極限扭轉(zhuǎn)屈服極限扭轉(zhuǎn)屈服極限扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限硬度硬度：材料抵抗外來物體嵌入的能力，或

35、抵抗表面：材料抵抗外來物體嵌入的能力，或抵抗表面局部塑性變形的能力。局部塑性變形的能力。常用檢測方法：常用檢測方法：布氏硬度布氏硬度、洛氏硬度洛氏硬度和和維氏硬度維氏硬度。布氏硬度計(jì)布氏硬度計(jì)5、硬度、硬度v布氏硬度布氏硬度HBHB 布氏硬度壓痕布氏硬度壓痕)(2102. 022dDDDPHB v壓頭為壓頭為鋼球鋼球時(shí)，布氏硬度用符號(hào)時(shí)，布氏硬度用符號(hào)HBS表示表示;v壓頭為壓頭為硬質(zhì)合金球硬質(zhì)合金球時(shí)，用符號(hào)時(shí)，用符號(hào)HBW表示。表示。符號(hào)符號(hào)HBS或或HBW之前的數(shù)字表示硬度值之前的數(shù)字表示硬度值, 符號(hào)符號(hào)后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載

36、荷保持時(shí)間。載荷保持時(shí)間。如如:120HBS10/1000/30 表表示直徑為示直徑為10mm的鋼的鋼球在球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持）載荷作用下保持30s測測得的布氏硬度值為得的布氏硬度值為120。v布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。v缺點(diǎn)：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及缺點(diǎn)：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。比壓頭還硬的材料。v適于測量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼，適于測量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼， 鑄鐵及有色鑄鐵及有色金屬的硬度。金屬的硬度。v材料的材料的 b與與HB之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系： 對于低碳鋼對于低碳鋼:

37、 b(MPa)0.36HB 對于高碳鋼：對于高碳鋼： b(MPa)0.34HB洛氏硬度h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計(jì)洛氏硬度計(jì)v洛氏硬度用符號(hào)洛氏硬度用符號(hào)HR表示表示v根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個(gè)標(biāo)尺，常根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個(gè)標(biāo)尺，常用的標(biāo)尺為用的標(biāo)尺為A、B、C。 v符號(hào)符號(hào)HR前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺。前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺。lHRA用于測量高硬度材料用于測量高硬度材料, 如如硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。lHRB用于測量低硬度材料用于測量低硬度材料, 如如有色金屬和退火有色金屬和退火、正火鋼等。正

38、火鋼等。lHRC用于測量中等硬度材料，用于測量中等硬度材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。l洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：操作簡便，操作簡便，壓痕小，適用范圍廣。壓痕小，適用范圍廣。l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：測量結(jié)果分散度大。測量結(jié)果分散度大。鋼球壓頭與鋼球壓頭與金剛石壓頭金剛石壓頭洛氏硬度壓痕洛氏硬度壓痕維氏硬度維氏硬度計(jì)維氏硬度計(jì)維氏硬度試驗(yàn)原理維氏硬度試驗(yàn)原理維氏硬度壓痕維氏硬度壓痕v維氏硬度用符號(hào)維氏硬度用符號(hào)HV表示，符號(hào)前的數(shù)字為硬表示，符號(hào)前的數(shù)字為硬度值，后面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及度值，后面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時(shí)間。載荷保持時(shí)間。v根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了

39、三種測定方法根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測定方法維氏硬度試驗(yàn)維氏硬度試驗(yàn) 、小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)、顯微、小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)、顯微維氏硬度試驗(yàn)。維氏硬度試驗(yàn)。v維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)。維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)。 指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。指標(biāo)為指標(biāo)為沖擊韌性值沖擊韌性值ak(通過沖擊實(shí)驗(yàn)測得通過沖擊實(shí)驗(yàn)測得)。第二節(jié)第二節(jié) 金屬材料在其他載荷作用下的性能指標(biāo)金屬材料在其他載荷作用下的性能指標(biāo)一、沖擊載荷作用下的性能指標(biāo)一、沖擊載荷作用下的性能指標(biāo)沖擊載荷作用與靜載荷作用相比：沖擊載荷作用與靜載荷作用相比：與靜載荷作用類

40、似：材料表現(xiàn)出彈性變形、與靜載荷作用類似：材料表現(xiàn)出彈性變形、塑性變形和斷裂。塑性變形和斷裂。與靜載荷作用差別：加速度大，塑性變形不與靜載荷作用差別：加速度大，塑性變形不充分，有脆斷傾向。充分，有脆斷傾向。韌性韌性代表材料在破壞或斷裂時(shí)在單位體積內(nèi)所能代表材料在破壞或斷裂時(shí)在單位體積內(nèi)所能吸收的能量大小。吸收的能量大小。)/(/2cmJFAkkk韌脆轉(zhuǎn)變溫度v材料的沖擊韌性隨材料的沖擊韌性隨溫度下降而下降。溫度下降而下降。韌發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱韌脆轉(zhuǎn)變韌脆轉(zhuǎn)變溫度溫度。材料的。材料的使用溫度應(yīng)高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度。使用溫度應(yīng)高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度。在某一溫度范圍內(nèi)沖在某一溫度

41、范圍內(nèi)沖擊韌性值急劇下降的擊韌性值急劇下降的現(xiàn)象稱現(xiàn)象稱韌脆轉(zhuǎn)變韌脆轉(zhuǎn)變。材料在低于屈服極限材料在低于屈服極限 s的重復(fù)的重復(fù)交變應(yīng)力交變應(yīng)力作用下發(fā)作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象稱生斷裂的現(xiàn)象稱疲勞疲勞。二、交變載荷作用下的性能指標(biāo)二、交變載荷作用下的性能指標(biāo)s特點(diǎn)特點(diǎn)1、疲勞破壞的應(yīng)力低。甚至低于彈性極限。、疲勞破壞的應(yīng)力低。甚至低于彈性極限。2、在交變應(yīng)力下產(chǎn)生。若干次的交變應(yīng)力下完成。、在交變應(yīng)力下產(chǎn)生。若干次的交變應(yīng)力下完成。3、宏觀脆性斷裂，需用特殊的探傷設(shè)備檢測。、宏觀脆性斷裂，需用特殊的探傷設(shè)備檢測。4、局部組織發(fā)生變化。、局部組織發(fā)生變化。5、疲勞斷口分為兩部分。、疲勞斷口分為兩部分。

42、光滑的疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)光滑的疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)最后突然斷裂區(qū)最后突然斷裂區(qū)6、循環(huán)應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力造成局部塑性變形而引起開裂；造成局部塑性變形而引起開裂；拉伸應(yīng)力拉伸應(yīng)力促進(jìn)裂紋擴(kuò)展。促進(jìn)裂紋擴(kuò)展。7、疲勞斷裂三階段：、疲勞斷裂三階段：裂紋形成裂紋形成、裂紋擴(kuò)展裂紋擴(kuò)展和和最終失穩(wěn)擴(kuò)展最終失穩(wěn)擴(kuò)展。8、在應(yīng)力對稱系數(shù)相同時(shí)，應(yīng)力振幅越大，、在應(yīng)力對稱系數(shù)相同時(shí)，應(yīng)力振幅越大，斷前循環(huán)次數(shù)越少。斷前循環(huán)次數(shù)越少。循環(huán)次數(shù)循環(huán)次數(shù)/N疲勞曲線示意圖疲勞曲線示意圖當(dāng)應(yīng)力低于一定值，應(yīng)當(dāng)應(yīng)力低于一定值，應(yīng)力交變到無數(shù)次也不發(fā)力交變到無數(shù)次也不發(fā)生疲勞斷裂，此應(yīng)力為生疲勞斷裂，此應(yīng)力為材料的疲勞極限材料的疲勞極限

43、-1-1，即即疲勞抗力的性能指標(biāo)。疲勞抗力的性能指標(biāo)。曲線傾斜部分表明了材料的曲線傾斜部分表明了材料的過負(fù)載持久值過負(fù)載持久值。曲線傾斜越陡峭，過負(fù)載持久值越大，負(fù)載曲線傾斜越陡峭，過負(fù)載持久值越大，負(fù)載抗力越大?？沽υ酱?。第三節(jié)第三節(jié) 金屬的缺口效應(yīng)與斷裂韌性金屬的缺口效應(yīng)與斷裂韌性缺口尺寸小于臨界值缺口尺寸小于臨界值asc時(shí)：缺口試樣的抗時(shí)：缺口試樣的抗拉強(qiáng)度拉強(qiáng)度 bn大于屈服極大于屈服極限限 s，試樣表現(xiàn)宏觀，試樣表現(xiàn)宏觀塑性斷裂。塑性斷裂。缺口尺寸大于臨界值缺口尺寸大于臨界值asc時(shí)：時(shí)： bn小小于屈服極于屈服極限限 s，試樣不產(chǎn)生宏試樣不產(chǎn)生宏觀塑性斷裂。觀塑性斷裂。缺口為降低材

44、料韌性的一個(gè)脆化因素。缺口為降低材料韌性的一個(gè)脆化因素。缺口改變受力條件，引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂紋出缺口改變受力條件，引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)、擴(kuò)展和最后斷裂?，F(xiàn)、擴(kuò)展和最后斷裂。缺口越大，斷裂所需的應(yīng)力越小。缺口越大，斷裂所需的應(yīng)力越小。造成兩向或三向應(yīng)力造成兩向或三向應(yīng)力yxz、 x z yPP材料強(qiáng)度越高，材料強(qiáng)度越高，缺口頂端愈尖，缺口頂端愈尖，愈容易產(chǎn)生脆性愈容易產(chǎn)生脆性斷裂。斷裂。缺口試樣的拉伸試驗(yàn)缺口試樣的拉伸試驗(yàn)評價(jià)材料對缺口的敏感程度：評價(jià)材料對缺口的敏感程度：在光滑拉伸試樣的基礎(chǔ)上開一個(gè)缺口進(jìn)行拉伸在光滑拉伸試樣的基礎(chǔ)上開一個(gè)缺口進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。試驗(yàn)。NSR1 b用缺口試樣的

45、用缺口試樣的抗拉強(qiáng)抗拉強(qiáng)度度 bn與光滑試樣的與光滑試樣的抗抗拉強(qiáng)度拉強(qiáng)度 b之比來表示。之比來表示。NSR= bn/ b斷裂韌性斷裂韌性大尺寸的構(gòu)件和零件會(huì)發(fā)生低應(yīng)力脆斷，而大尺寸的構(gòu)件和零件會(huì)發(fā)生低應(yīng)力脆斷，而導(dǎo)致災(zāi)難性后果。導(dǎo)致災(zāi)難性后果。其原因：內(nèi)部存在裂紋及類似裂紋的缺陷。其原因：內(nèi)部存在裂紋及類似裂紋的缺陷。 1943年美國年美國T-2油輪發(fā)生斷裂油輪發(fā)生斷裂北極星導(dǎo)彈北極星導(dǎo)彈aYKCICYac2/1)(12/1)( ac斷裂韌性斷裂韌性KIC：材料抵抗內(nèi)材料抵抗內(nèi)部裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。部裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。含裂紋試樣含裂紋試樣實(shí)際斷裂應(yīng)力實(shí)際斷裂應(yīng)力C C低于無裂紋試樣低于無裂

46、紋試樣。裂紋擴(kuò)展的基本形式裂紋擴(kuò)展的基本形式對于特定工藝狀態(tài)下的對于特定工藝狀態(tài)下的材料：材料：對于選定的材料，裂紋大小（對于選定的材料，裂紋大小（a）一定，）一定，Y值一定，值一定，此時(shí)此時(shí)KIC越大，越大，C C越大，材料越不易發(fā)生脆斷。越大，材料越不易發(fā)生脆斷。第四節(jié)第四節(jié) 金屬的磨損與接觸疲勞金屬的磨損與接觸疲勞一、金屬的磨損一、金屬的磨損相互接觸的零件間產(chǎn)生摩擦，由于表面產(chǎn)生物相互接觸的零件間產(chǎn)生摩擦，由于表面產(chǎn)生物理、化學(xué)及力的作用，導(dǎo)致零件形狀和尺寸的理、化學(xué)及力的作用，導(dǎo)致零件形狀和尺寸的變化，從而產(chǎn)生磨損。變化，從而產(chǎn)生磨損。產(chǎn)生磨損的過程：產(chǎn)生磨損的過程：摩擦是磨損的起因，

47、磨損是摩擦的必然結(jié)果。摩擦是磨損的起因，磨損是摩擦的必然結(jié)果。按磨損的破壞機(jī)理，磨損可分為：按磨損的破壞機(jī)理，磨損可分為：粘著磨損粘著磨損、磨粒磨損磨粒磨損和和腐蝕磨損。腐蝕磨損。1、粘著磨損、粘著磨損(咬合磨損咬合磨損)粘著點(diǎn)的形成和破壞造成了粘粘著點(diǎn)的形成和破壞造成了粘著磨損。著磨損。齒輪表面的粘著磨損齒輪表面的粘著磨損條件：接觸應(yīng)力大、無潤滑或條件：接觸應(yīng)力大、無潤滑或潤滑條件差。潤滑條件差。2、磨粒磨損、磨粒磨損(磨料磨損磨料磨損)條件：摩擦副硬度相差較大或兩摩擦面間存在硬條件：摩擦副硬度相差較大或兩摩擦面間存在硬度大的顆粒。度大的顆粒。特征：接觸面上有明顯的切削痕跡。特征：接觸面上有

48、明顯的切削痕跡。齒輪表面的磨粒磨損齒輪表面的磨粒磨損白色塊狀為白色塊狀為WC質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)磨粒磨損表面形貌磨粒磨損表面形貌3、腐蝕磨損、腐蝕磨損條件：存在摩擦面與腐蝕環(huán)境條件：存在摩擦面與腐蝕環(huán)境的交互作用。的交互作用。兩個(gè)階段：兩個(gè)階段：(1)兩摩擦表面和環(huán)境反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)果是在兩個(gè)兩摩擦表面和環(huán)境反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)果是在兩個(gè)摩擦表面形成結(jié)合較弱的反應(yīng)物；摩擦表面形成結(jié)合較弱的反應(yīng)物；(2)摩擦表面相互接觸時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物受力而形成摩擦表面相互接觸時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物受力而形成裂紋，最后被磨去。裂紋，最后被磨去。齒輪表面的腐蝕磨損齒輪表面的腐蝕磨損利用利用耐磨性耐磨性評價(jià)材料磨損性能的好壞。評價(jià)材料磨損性能的好壞。耐磨性用耐磨性用磨損量磨損量表示。表示。磨損量可為試樣表面的磨損量可為試樣表面的磨損厚度磨損厚度，也可用，也可用體體積或重量的減少量積或重量的減少量表示。表示。滾動(dòng)軸承、齒輪等機(jī)器零件相互接觸時(shí)，表面滾動(dòng)軸承、齒輪等機(jī)器零