工程材料與熱處理--第2次課 材料的性能

1、 第一章 金屬材料的力學(xué)性能化學(xué)工業(yè)出版社本章導(dǎo)讀v金屬材料在現(xiàn)代工業(yè)中的廣泛應(yīng)用主要是由于其能滿足各種工程構(gòu)件或機(jī)械零件所需的力學(xué)性能和工藝性能要求，所以掌握各種金屬材料的力學(xué)性能及其變化規(guī)律，根據(jù)工作條件及力學(xué)性能選擇材料，充分發(fā)揮其性能潛力，是保證構(gòu)件或零件質(zhì)量的基礎(chǔ)。v使用性能：材料在使用過程中所表現(xiàn)的性能。包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。v工藝性能：材料在加工過程中所表現(xiàn)的性能。包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理和切削性能等。概 述 v金屬材料的力學(xué)性能是指在承受各種外加載荷（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊、交變應(yīng)力等）時，對變形與斷裂的抵抗能力及發(fā)生變形的能力。概 述v材料在外力的作用下

2、將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為變形。為變形。v外力去除后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形。外力去除后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形。v外力去除后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。外力去除后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。 力學(xué)性能v材料在力的作用下，諸如不同載荷所造成的彈性變形、塑性變形、斷裂（脆性斷裂、韌性斷裂、疲勞斷裂等）以及金屬抵抗變形和斷裂能力的衡量指標(biāo)。v常用的力學(xué)性能有：強(qiáng)度、剛度、彈性、塑性、硬度、沖擊韌性及疲勞極限等。1.1 強(qiáng)度與塑性v強(qiáng)度是指金屬材料在靜載荷作用下，抵抗塑性變形和斷裂的能力。v塑性是指金屬材料在靜載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不致引起破壞的能力。

3、v金屬材料的強(qiáng)度和塑性的判據(jù)可通過拉伸試驗測定。 一、拉伸實驗一、拉伸實驗（GB/T228-2002）1. 拉伸試樣拉伸試樣2. 力力伸長曲線伸長曲線（以低碳鋼試樣為例）（以低碳鋼試樣為例）3. 脆性材料的拉伸曲線脆性材料的拉伸曲線返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁1. 拉伸試樣（拉伸試樣（GB6397-86）長試樣：長試樣：L0=10d0短試樣：短試樣：L0=5d0返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁 萬能材料試驗機(jī) a) WE系列液壓式 b) WDW系列電子式2. 力伸長曲線力伸長曲線彈性變形階段彈性變形階段屈服階段屈服階段頸縮現(xiàn)象頸縮現(xiàn)象拉伸試驗拉伸試驗中得出的拉伸

4、力與伸長量的關(guān)系曲線。中得出的拉伸力與伸長量的關(guān)系曲線。強(qiáng)化階段強(qiáng)化階段返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁 (a)試樣 (b)伸長 (c)產(chǎn)生縮頸 (d)斷裂拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象LF0 03. 脆性材料的拉伸曲線（與低碳鋼試樣相對比）脆性材料的拉伸曲線（與低碳鋼試樣相對比）脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象。脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象。 返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁應(yīng)力應(yīng)力 = P/F0應(yīng)變應(yīng)變 = (l-l0)/l0二、剛度v剛度是指材料抵抗彈性變形的能力，金屬材料剛度的大小一般用彈性模量E表示。v在拉伸曲線上，彈性模量就是直線（OP）部

5、分的斜率。對于材料而言，彈性模量E越大，其剛度越大。）（MPatgE彈性模量的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升高而逐漸降低外，其他強(qiáng)化材料的手段如熱處理、冷熱加工、合金化等對彈性模量的影響很小?？梢酝ㄟ^增加橫截面積或改變截面形狀來提高零件的剛度。 材 料彈性模量E/105MPa彈性極限e/MPa中 碳 鋼2.1310彈 簧 鋼2.1965硬 鋁0.724125銅1.127.5鈹 青 銅1.2588磷 青 銅1.01450v結(jié)構(gòu)的剛度除取決于組成材料的彈性模量外，還同其幾何形狀 、截面尺寸等因素以及外力的作用形式有關(guān)，在彈性模量E一定時，零件或構(gòu)件的截面尺寸越大，其剛度越高。v對于一些須嚴(yán)格

6、限制變形的結(jié)構(gòu)（如機(jī)翼、高精度的裝配件等），須通過剛度分析來控制變形。許多結(jié)構(gòu)（如建筑物、船體結(jié)構(gòu)等）也要通過控制剛度以防止發(fā)生振動、顫振或失穩(wěn)。 彈性極限彈性極限e e 彈性極限是指在產(chǎn)生完全彈性變形時材料所能承受彈性極限是指在產(chǎn)生完全彈性變形時材料所能承受的最大應(yīng)力，即：的最大應(yīng)力，即： 式中式中FeFe試樣完全彈性變形時所能承受的最大載荷，試樣完全彈性變形時所能承受的最大載荷，N N ； AoAo試樣原始截面積，試樣原始截面積，mmmm2 2。oeeAF 在實際工程應(yīng)用中，在最大許用應(yīng)力條件下是在實際工程應(yīng)用中，在最大許用應(yīng)力條件下是否產(chǎn)生或產(chǎn)生多大微量塑性變形是重要的，具有實否產(chǎn)生或產(chǎn)

7、生多大微量塑性變形是重要的，具有實際意義。際意義。三、強(qiáng)度三、強(qiáng)度v強(qiáng)度是指金屬材料抵抗塑性變形和斷裂的能力，是工程技術(shù)上重要的力學(xué)性能指標(biāo)。v按照載荷的性質(zhì)，材料強(qiáng)度有靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度等；按照環(huán)境條件，材料強(qiáng)度有常溫強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度等，高溫強(qiáng)度又包括蠕變極限和持久強(qiáng)度。v除了上述材料強(qiáng)度外，還有機(jī)械零件和構(gòu)件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。v工程上常用的強(qiáng)度指標(biāo)有強(qiáng)度指標(biāo)有屈服強(qiáng)度、規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等。v材料強(qiáng)度的大小通常用單位面積上所承受的力來表示，其單位為N/m2(Pa)，但Pa這個單位太小，所以實際工程中常用MPa（MPa=106Pa）作為強(qiáng)度的單位。v一般鋼材的屈服強(qiáng)度在2002000MPa 之

8、間，如建造2008年北京奧運會主體育場“鳥巢”外部鋼結(jié)構(gòu)的Q460E鋼，其屈服強(qiáng)度為460MPa。1.屈服強(qiáng)度（1） 屈服現(xiàn)象v在金屬拉伸試驗過程中，當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限后，變形增加較快，此時除了彈性變形外，還產(chǎn)生部分塑性變形。當(dāng)外力增加到一定數(shù)值時突然下降，隨后，在外力不增加或上下波動情況下，試樣繼續(xù)伸長變形，在力伸長曲線出現(xiàn)一個波動的小平臺，這便是屈服現(xiàn)象。（2）屈服強(qiáng)度v在拉伸曲線上，與上、下屈服點相對應(yīng)的應(yīng)力稱為上、下屈服強(qiáng)度，分別用ReH和ReL表示。ReH和ReL的計算公式如下：0eLeL0HHSFRSFRee（3） 規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度 v對于高碳淬火鋼、鑄鐵等材料，在拉伸試驗中沒有明

9、顯的屈服現(xiàn)象，無法確定其屈服強(qiáng)度。v國標(biāo)GB228-2002規(guī)定，一般規(guī)定以試樣達(dá)到一定殘余伸長率對應(yīng)的應(yīng)力作為材料的屈服強(qiáng)度，稱為規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度，通常記作Rr。例如Rr0.2表示殘余伸長率為0.2%時的應(yīng)力。v例如Rr0.2 表示規(guī)定殘余延伸率為0.2時的應(yīng)力。 其計算公式為： Rr0.2F0.2 / S0 （N/ mm2）式中：F0.2殘余延伸率達(dá)0.2時的載荷（N）； S0試樣原始橫截面積（mm2）。 LF0 0F0.20.2%L0F0.2S0Rr0.2=v工程上各種構(gòu)件或機(jī)器零件工作時均不允許發(fā)生過量塑性變形，因此屈服強(qiáng)度ReL和規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度Rr是工程技術(shù)上重要的力學(xué)性能指標(biāo)之一

10、，也是大多數(shù)機(jī)械零件選材和設(shè)計的依據(jù)。vReL 和Rr 常作為零件選材和設(shè)計的依據(jù)。v傳統(tǒng)的強(qiáng)度設(shè)計方法，對韌性材料，以屈服強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定許用應(yīng)力= ReL /n，安全系數(shù)n一般取2或更大。2. 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 材料在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力，用符號材料在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力，用符號Rm m表表示。示。Rm=FbS0計算公式計算公式v抗拉強(qiáng)度Rm的物理意義是塑性材料抵抗大量均勻塑性變形的能力。v鑄鐵等脆性材料拉伸過程中一般不出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，抗拉強(qiáng)度就是材料的斷裂強(qiáng)度。v斷裂是零件最嚴(yán)重的失效形式，所以，抗拉強(qiáng)度也是機(jī)械工程設(shè)計和選材的主要指標(biāo)，特別是對脆性材料來講。3.強(qiáng)度的意義

11、 v強(qiáng)度是指金屬材料抵抗塑性變形和斷裂的能力，一般鋼材的屈服強(qiáng)度在2001000MPa 之間。v強(qiáng)度越高，表明材料在工作時越可以承受較高的載荷。當(dāng)載荷一定時，選用高強(qiáng)度的材料，可以減小構(gòu)件或零件的尺寸，從而減小其自重。v因此，提高材料的強(qiáng)度是材料科學(xué)中的重要課題，稱之為材料的強(qiáng)化。四、塑性（二）衡量指標(biāo)（二）衡量指標(biāo)金屬材料斷裂前發(fā)生永久變形的能力。金屬材料斷裂前發(fā)生永久變形的能力。斷面收縮率：斷面收縮率：伸長率：伸長率：試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長與原始標(biāo)距的百分比。試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長與原始標(biāo)距的百分比。試樣拉斷后，頸縮處的橫截面積的縮減量與試樣拉斷后，頸縮處的橫截面積的縮減量與原始橫截面積的

12、百分比。原始橫截面積的百分比。返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁（一）（一） 定義定義斷后伸長率（斷后伸長率（ A ）l1-l0l0100%A=l1試樣拉斷后的標(biāo)距試樣拉斷后的標(biāo)距,mm;l0試樣的原始標(biāo)距試樣的原始標(biāo)距,mm。返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁v同一材料的試樣長短不同，測得的斷后伸長率略有不同。v由于大多數(shù)韌性金屬材料的集中塑性變形量大于均勻塑性變形量，因此，比例試樣的尺寸越短，其斷后伸長率越大，用短試樣（L05d0）測得的斷后伸長率A略大于用長試樣（L010d0）測得的斷后伸長率A11.3。 斷面收縮率（斷面收縮率（ Z ）S0-S1S0Z=100%

13、S0試樣原始橫截面積試樣原始橫截面積,mm2；S1頸縮處的橫截面積頸縮處的橫截面積,mm2 。返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁三、塑性的意義v任何零件都要求材料具有一定的塑性。很顯然，斷后伸長率A和斷面收縮率Z越大，說明材料在斷裂前發(fā)生的塑性變形量越大，也就是材料的塑性越好。v意義： a）安全，防止產(chǎn)生突然破壞； b）緩和應(yīng)力集中； c）軋制、擠壓等冷熱加工變形。v強(qiáng)度與塑性是一對相互矛盾的性能指標(biāo)。在金屬材料的工程應(yīng)用中，要提高強(qiáng)度，就要犧牲一部分塑性。反之，要改善塑性，就必須犧牲一部分強(qiáng)度。v正所謂“魚和熊掌二者不能兼得”。但通過細(xì)化金屬材料的顯微組織，可以同時提高材料的強(qiáng)度

14、和塑性。通常情況下金屬的伸長率不超過90% ，而有些金屬及其合金在某些特定的條件下，最大伸長率可高達(dá)1000%2000% ，個別的可達(dá)6000% ，這種現(xiàn)象稱為超塑性。由于超塑性狀態(tài)具有異常高的塑性，極小的流動應(yīng)力，極大的活性及擴(kuò)散能力，在壓力加工、熱處理、焊接、鑄造、甚至切削加工等很多領(lǐng)域被中應(yīng)用。 GB/T 228-2002新標(biāo)準(zhǔn) GB/T 228-1987舊標(biāo)準(zhǔn)名稱符號名稱符號屈服強(qiáng)度屈服點s上屈服強(qiáng)度ReH上屈服點sU下屈服強(qiáng)度ReL下屈服點sL規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度Rr規(guī)定殘余延伸應(yīng)力r抗拉強(qiáng)度Rm抗拉強(qiáng)度b斷后伸長率A或A11.3斷后伸長率5或10斷面收縮率Z斷面收縮率1.2 硬硬 度度

15、v材料抵抗表面局部塑性變形的能力。材料抵抗表面局部塑性變形的能力。（一）布氏硬度（一）布氏硬度（二）洛氏硬度（二）洛氏硬度1. 原理原理2. 應(yīng)用應(yīng)用3. 優(yōu)缺點優(yōu)缺點 1. 原理原理2. 應(yīng)用應(yīng)用3. 優(yōu)缺點優(yōu)缺點4. 實驗（錄像）實驗（錄像）4. 實驗（錄像）實驗（錄像）返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁（一）布氏硬度 布氏硬度試驗是指用一定直徑的 硬質(zhì)合金球以相應(yīng)的試驗力壓入式樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后卸除試驗力，用測量的表面壓痕直徑計算硬度的一種壓痕硬度試驗。返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁布氏硬度試驗原理圖1. 原理原理布氏硬度布氏硬度= F S凹凹=2FDD

16、-（D-d ）（一）布氏硬度（一）布氏硬度返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁v布氏硬度實際測試時，硬度值是不用計算的，利用刻度放大鏡測出壓痕直徑d，根據(jù)值d查平面布氏硬度表即可查出硬度值（詳見附表B）。v目前，金屬布氏硬度試驗方法執(zhí)行時GB/T231-2002標(biāo)準(zhǔn)，用符號HBW表示，布氏硬度試驗范圍上限為650HBW。 測量比較軟的材料。測量比較軟的材料。測量范圍測量范圍 650650HBW的金的金屬材料。屬材料。3. 優(yōu)缺點優(yōu)缺點2. 應(yīng)用應(yīng)用 壓痕大，測量準(zhǔn)確，壓痕大，測量準(zhǔn)確，但不能測量成品件。但不能測量成品件。返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁4. 實驗（錄像）

17、實驗（錄像）返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁1. 原理原理 （二）洛氏硬度（二）洛氏硬度返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁加初載荷加初載荷加主載荷加主載荷卸除主載荷卸除主載荷讀硬度值讀硬度值返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁2. 應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍20671500N120金剛石圓錐體HRC251001000N1.588mm鋼球HRB7085600N120金剛石圓錐體HRA返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁常用洛氏硬度標(biāo)度的試驗范圍常用洛氏硬度標(biāo)度的試驗范圍優(yōu)點：操作簡便、迅速，效率優(yōu)點：操作簡便、迅速，效率 高，可直接測量成品件高，可直接測量成品

18、件 及高硬度及高硬度 的材料。的材料。3. 優(yōu)缺點優(yōu)缺點缺點：壓痕小，測量不準(zhǔn)確，缺點：壓痕小，測量不準(zhǔn)確， 需多次測量。需多次測量。返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁4. 實驗（錄像）實驗（錄像）返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁 3.3.維氏硬度維氏硬度( (HV) ) (1)(1)測試原理測試原理 和布氏硬度和布氏硬度試驗原理基試驗原理基本相同。本相同。 (2)(2)表示方法表示方法 例如：例如：640640HV30/2030/20。 (3)(3)適用范圍適用范圍 用于測量金屬鍍層薄用于測量金屬鍍層薄片材料和化學(xué)熱處片材料和化學(xué)熱處理后的表面硬度。理后的表面硬度。

19、 維氏硬度測試原理示意維氏硬度測試原理示意v各硬度值之間大致有以下關(guān)系各硬度值之間大致有以下關(guān)系：v布氏硬度值在布氏硬度值在200200450HBW450HBW范圍內(nèi)，范圍內(nèi)， HBW=10=10HRC；v布氏硬度值小于布氏硬度值小于450450HBW，v HBWHV1.3 沖擊韌性 總結(jié)： 強(qiáng)度、硬度、塑性等力學(xué)性能指標(biāo)都是材料在靜載荷作用下的表現(xiàn)。 材料在工作時還經(jīng)常受到動載荷的作用，沖擊載荷就是常見的一種。靜載荷v包括不隨時間變化的恒載（如自重）和加載變化緩慢以至可以略去慣性力作用的準(zhǔn)靜載（如鍋爐壓力）； 動載荷v動載荷包括短時間快速作用的沖擊載荷（如空氣錘）、隨時間作周期性變化的周期載

20、荷（如空氣壓縮機(jī)曲軸）v其對材料的作用效果或破壞效應(yīng)大于靜載荷。v沖擊載荷v沖擊韌性的概念v沖擊試驗v溫度對金屬材料韌性的影響v提高金屬材料韌性的措施1.沖擊載荷在很短時間內(nèi)作用物體上的載荷稱為沖擊載荷。加載時間短，加載速率高；有時利用，有時盡量避免或減小。載荷作用效果大，所以必須考慮材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力，即沖擊韌性。v沖擊載荷與靜載荷的主要區(qū)別在于加載時間短、加載速率高、應(yīng)力集中。由于加載速率提高，金屬形變速率也隨之增加，一般沖擊試驗時金屬形變速率=102104 s-1。v提高應(yīng)變率將使金屬材料的變脆傾向增大，因此沖擊載荷對材料的作用效果或破壞效應(yīng)大于靜載荷。2.沖擊韌性的概念

21、 材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力，稱為沖擊韌性。 示例：玻璃在沖擊載荷作用下非常容易破裂，說明其沖擊韌性很低。 3.沖擊試驗v沖擊試樣v沖擊試驗原理v一次擺錘沖擊試驗v沖擊韌性的表示方法v如不能制備標(biāo)準(zhǔn)試佯，可采用寬度7.5mm或5mm等小尺寸試祥,試樣的其他尺寸及公差與相應(yīng)缺口的標(biāo)準(zhǔn)試樣相同，缺口應(yīng)開在試樣的窄面上。其中5mm10mm55mm試樣常用于薄板材料的檢驗。v焊接接頭沖擊試樣的形狀和尺寸與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)試樣相同，但其缺口軸線應(yīng)當(dāng)垂直焊縫表面。 原理v沖擊韌性可以通過一次擺錘沖擊試驗來測定，試驗時將帶有U型或V型缺口的沖擊試樣放在試驗機(jī)架的支座上，將擺錘升至高度H1，使其具有勢能mg

22、H1；然后使擺錘由此高度自由下落將試樣沖斷，并向另一方向升高至H2，這時擺錘的勢能為mgH2。v所以，擺錘用于沖斷試樣的能量 AK=mg（H1-H2），即為沖擊功（焦耳/J）。 4.材料沖擊韌性的表示方法v國標(biāo)GB/T2291994v沖擊功吸收功：表征金屬材料沖擊韌性高低的指標(biāo)是沖擊功吸收功，也就是材料在斷裂前所吸收的能量。v根據(jù)試樣缺口的不同，沖擊吸收功用AKV和AKU表示，單位為焦耳，數(shù)值可從試驗機(jī)的刻度盤上讀出。 4.材料沖擊韌性的表示方法v國標(biāo)GB/T2292007v沖擊吸收能量：表征金屬材料沖擊韌性高低的指標(biāo)是沖擊吸收能量;v Kmg（H1-H2） 4.材料沖擊韌性的表示方法v按照國

23、標(biāo)GB/T2292007，U型缺口試樣和V型缺口試樣的沖擊能量分別表示為KU和KV，并用下標(biāo)數(shù)字2或8表示擺錘刀刃半徑，如KU2 ，其單位是焦耳（J）。v沖擊吸收能量的大小直接由試驗機(jī)的刻度盤上直接讀出。v沖擊吸收能量的值越大，材料的韌性越大，越可以承受較大的沖擊載荷。v沖擊吸收能量K或沖擊韌性值K越大，材料的韌性越大，越可以承受較大的沖擊載荷。一般把沖擊吸收能量低的材料稱為脆性材料，沖擊吸收能量高的材料稱為韌性材料?！拘≠Y料小資料】GB/T 2292007與GB/T 2291994相比，在金屬沖擊韌性的名稱和符號等方面有較大變化，為方便讀者學(xué)習(xí)，將關(guān)于金屬材料沖擊韌性的新、舊標(biāo)準(zhǔn)名稱和符號對

24、照列于下表中。新標(biāo)準(zhǔn)GB/T2292007舊標(biāo)準(zhǔn)GB/T2291994名稱符號名稱符號沖擊吸收能量K沖擊吸收功AKU型缺口試樣在2mm錘刃下的沖擊吸收能量KU 2U型缺口沖擊吸收功(2mm錘刃)AKUU型缺口試樣在8mm錘刃下的沖擊吸收能量KU 8V型缺口試樣在2mm錘刃下的沖擊吸收能量KV 2V型缺口沖擊吸收功(2mm錘刃)AKVV型缺口試樣在2mm錘刃下的沖擊吸收能量KV 8轉(zhuǎn)變溫度Tt韌脆轉(zhuǎn)變溫度TCv缺口沖擊試驗最大的優(yōu)點就是測量迅速簡便v用于控制材料的冶金質(zhì)量和鑄造、鍛造、焊接及熱處理等熱加工工藝的質(zhì)量。 v用來評定材料的冷脆傾向（測定韌脆轉(zhuǎn)變溫度）。設(shè)計時要求機(jī)件的服役溫度高于材料

25、的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。 5.沖擊試驗的應(yīng)用5.沖擊試驗的應(yīng)用v缺口沖擊試驗由于其本身反映一次或少數(shù)次大能量沖擊破斷抗力，因此對某些特殊服役條件下的零件，如彈殼、裝甲板、石油射孔槍等，有一定的參考價值。v通過一次擺錘沖擊試驗測定的沖擊吸收吸收能量K是一個由強(qiáng)度和塑性共同決定的綜合性力學(xué)性能指標(biāo)，不能直接用于零件和構(gòu)件的設(shè)計計算，但它是一個重要參考，所以將材料的沖擊韌性列為金屬材料的常規(guī)力學(xué)性能，ReL(Rr0.2)、Rm、A、Z和K被稱為金屬材料常規(guī)力學(xué)性能的五大指標(biāo)。 低溫脆性v低溫脆性隨溫度降低，材料由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的現(xiàn)象 。v冷脆：材料因溫度降低導(dǎo)致沖擊韌性的急劇下降并引起脆性破壞的現(xiàn)象

26、。v對壓力容器、橋梁、汽車、船舶的影響較大。體心立方金屬具有韌脆轉(zhuǎn)變體心立方金屬具有韌脆轉(zhuǎn)變溫度，而大多數(shù)面心立方金溫度，而大多數(shù)面心立方金屬沒有。屬沒有。v沖擊韌性與溫度有密切的關(guān)系，溫度降低，沖擊韌性隨之降低。當(dāng)?shù)陀谀骋粶囟葧r材料的韌性急劇下降，材料將由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)。這一溫度稱為轉(zhuǎn)變溫度（ Tt ）。v轉(zhuǎn)變溫度（ Tt ）越低，表明材料的低溫韌性越好，對于在寒冷地區(qū)使用的材料要十分重要。v金屬材料的成分對韌脆轉(zhuǎn)變溫度的影響很大，一般的碳素鋼，其韌脆轉(zhuǎn)變溫度（ Tt ）大約為-20，某些合金鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度（ Tt ）可達(dá)-40以下。TITANIC建造中的建造中的Titanic 號

27、號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)1912年4月號稱永不沉沒的泰坦尼克號（Titanic）首航沉沒于冰海，成了20世紀(jì)令人難以忘懷的悲慘海難。20世紀(jì)80年代后，材料科學(xué)家通過對打撈上來的泰坦尼克號船板進(jìn)行研究，回答了80年的未解之謎。由于Titanic 號采用了含硫高的鋼板，韌性很差，特別是在低溫呈脆性。所以，當(dāng)船在冰水中撞擊冰山時，脆性船板使船體產(chǎn)生很長的裂紋，海水大量涌入使船迅速沉沒。下圖中左面的試樣取自海底的Titanic號，沖擊試樣是典型的脆性斷口，右面的是近代船用鋼板的沖擊試樣。 6. 6.提高提高沖擊韌性的途徑?jīng)_擊韌性的途徑 沖擊韌性是一

28、個對材料組織結(jié)構(gòu)相當(dāng)敏感的量，所以提高材料的沖擊韌性的途徑有：v 改變材料的成分，如加入釩、鈦、鋁、氮等元素，通過細(xì)化晶粒來提高其韌性，尤其是低溫韌性；v 提高材料的冶金質(zhì)量，減少偏析、夾渣、 氣泡等缺陷；1.4 疲勞極限 想想 一一 想想想想 一一 想想人工作久了就會感到疲勞，難道金屬工作久了也會疲勞嗎？金屬的疲勞能得到恢復(fù)嗎？金屬材料在受到交變應(yīng)力或重復(fù)循環(huán)應(yīng)力時，往往在工作應(yīng)力小于屈服強(qiáng)度的情況下突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞。v1998年6月3日，德國發(fā)生了戰(zhàn)后最慘重的一起鐵路交通事故。一列高速列車脫軌，造成100多人遇難。v事故的原因已經(jīng)查清，是因為一節(jié)車廂的車輪“內(nèi)部疲勞斷裂”引起的。首先是一個車輪的輪箍發(fā)生斷裂，導(dǎo)致車輪脫軌，進(jìn)而造成車廂橫擺，此時列車正好過橋，橫擺的車廂以其巨大的力量將橋墩撞斷，造成橋梁坍塌，壓住了通過的列車車廂，并使已通過橋洞的車頭及前5節(jié)車廂斷開，而后面的幾節(jié)車廂則在巨大慣性的推動下接二連三地撞在坍塌的橋體上，從而導(dǎo)致了這場近50年來德國最慘重的鐵路事故。1.變動載荷和循環(huán)應(yīng)