材料力學(xué)性能課件

材料力學(xué)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(nèi)容與要點(diǎn)晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)位錯(cuò)理論基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)方法參考文獻(xiàn)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(wú)機(jī)非金屬；高分子材料；復(fù)合材料

用途：結(jié)構(gòu)材料；功能材料1.2材料的性能

力學(xué)性能:強(qiáng)度、塑性、韌性等

、δ、HB、KIC；

物理性能:聲、光、電、磁ρ、Tm、Cp、磁導(dǎo)等；

化學(xué)性能:可燃性、反應(yīng)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(yīng)性、生物相容性等。4精選課件ppt1.3材料的力學(xué)性能

定義材料的力學(xué)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(lián)合作用下表現(xiàn)出的行為.

材料的力學(xué)性能：材料在力作用下,所顯示出的與彈性和非彈性反應(yīng)相關(guān)或涉及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的性能.5精選課件ppt影響材料力學(xué)性能的主要因素內(nèi)因：晶體學(xué)特性;化學(xué)成分;顯微組織;內(nèi)部缺陷;殘余應(yīng)力等.外因：溫度;周圍介質(zhì)；加載方式;加載速率等.不同外因(即服役工況)時(shí),材料的力學(xué)性能將改變.6精選課件ppt2課程意義工程設(shè)計(jì)理論力學(xué)、材料力學(xué)機(jī)器零部件設(shè)計(jì)依據(jù)：許用應(yīng)力[

]=

s/ns

強(qiáng)度校核=N/A[

]新材料研發(fā)強(qiáng)度、韌性、經(jīng)濟(jì)性、工藝性、實(shí)用性等失效分析原因分析：力學(xué)性能、組織結(jié)構(gòu)、成分等7精選課件ppt“泰坦尼克”號(hào)美國(guó)國(guó)家技術(shù)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(zhì)金屬制成.08年初南方暴雪、高鐵8精選課件ppt實(shí)際尺寸各異，一般不能實(shí)驗(yàn)設(shè)備成本限制模擬實(shí)際工況受力狀態(tài)類比試樣；比例、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法結(jié)果分析9精選課件ppt3課程內(nèi)容與要點(diǎn)3.1內(nèi)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(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)的本質(zhì)、物理含義、微觀機(jī)理(結(jié)構(gòu)與狀態(tài));材料力學(xué)性能的主要影響因素,提高性能的措施;材料力學(xué)性能的測(cè)試技術(shù)

10精選課件ppt3.2課程要點(diǎn)金屬靜力學(xué)性能.不同加載方式下的力學(xué)性能.環(huán)境對(duì)力學(xué)性能及其性能指標(biāo)的影響.不同種類材料的力學(xué)性能.11精選課件ppt重視基本概念重視基本計(jì)算問(wèn)題12精選課件ppt4晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)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(zhì)，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(fù)排列.2）固定熔點(diǎn)如鐵熔點(diǎn)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(nèi)部質(zhì)點(diǎn)無(wú)規(guī)則的堆積在一起的物質(zhì)稱為非晶體;2)

無(wú)固定熔點(diǎn)；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(shù)晶格:假設(shè)原子剛性球,利用幾何線條連接構(gòu)成空間格架抽象描述

晶格中的點(diǎn)稱結(jié)點(diǎn).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(shù)晶胞的棱邊長(zhǎng)為a、b、c和棱邊夾角α、β、γ15精選課件pptXYZabc晶格常數(shù)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(jiàn)金屬晶格類型晶格常數(shù)：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(shù)：a=b=c；

===9018精選課件ppt

密排六方晶格hcpMg、Zn等晶格常數(shù)底面邊長(zhǎng)a底面間距c側(cè)面間角120側(cè)面與底面夾角9019精選課件ppt5位錯(cuò)理論基礎(chǔ)知識(shí)

5.1

位錯(cuò)的基本概念定義:晶體中某處若干列原子有規(guī)律的錯(cuò)排.意義:對(duì)材料的力學(xué)行為如塑性變形、強(qiáng)度、斷裂等起決定性作用.

5.2位錯(cuò)的類型

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

刃型位錯(cuò)模型滑移面/半原子面/位錯(cuò)線（位錯(cuò)線┻晶體滑移方向,位錯(cuò)線┻位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向,晶體滑移方向//位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向.21精選課件ppt5.4螺型位錯(cuò)模型位錯(cuò)線//晶體滑移方向，位錯(cuò)線┻位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向，晶體滑移方向┻位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向22精選課件ppt5.5位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)是塑性變形.主要有滑移、攀移.位錯(cuò)的滑移：位錯(cuò)在外力作用下在滑移面上的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致永久形變.滑移面應(yīng)是晶面間距最大的密排面，滑移方向應(yīng)是原子密排方向.23精選課件ppt螺型位錯(cuò)的滑移24精選課件ppt位錯(cuò)的攀移

在熱缺陷作用下,位錯(cuò)在垂直滑移方向的運(yùn)動(dòng)，刃位錯(cuò)除了滑移外,還可攀移運(yùn)動(dòng).

實(shí)質(zhì)是多余半原子面的伸長(zhǎng)或縮短.螺位錯(cuò)無(wú)多余半原子面,無(wú)攀移運(yùn)動(dòng).

25精選課件ppt5.6位錯(cuò)的觀察DislocationsinNickel(TEM)26精選課件ppt6學(xué)習(xí)方法理論聯(lián)系實(shí)際:

實(shí)用性強(qiáng);某些力學(xué)性能指標(biāo)根據(jù)理論定義,更多指標(biāo)則按工程實(shí)用要求定義.重視實(shí)驗(yàn):

掌握力學(xué)性能的測(cè)試原理、測(cè)試技術(shù),了解測(cè)試設(shè)備,理解力學(xué)性能指標(biāo)的物理意義與實(shí)用意義.多做練習(xí);加深理解――鞏固所學(xué)的知識(shí).27精選課件ppt考試基本概念、基本原理、基本技能—計(jì)算分析考試70-80%實(shí)驗(yàn)10%平時(shí)10-20%學(xué)位課、考試課（30理論+2實(shí)驗(yàn)）28精選課件ppt7參考文獻(xiàn)束德林.金屬力學(xué)性能.機(jī)械工業(yè)出版社.劉瑞堂等.工程材料力學(xué)性能.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.鄭修麟.材料的力學(xué)性能.西北工業(yè)大學(xué)出版社.何肇基.金屬力學(xué)性能實(shí)驗(yàn).冶金工業(yè)出版社.侯旭明.金屬力學(xué)性能.機(jī)械工業(yè)出版社.王叢曾.材料性能學(xué).北京工業(yè)大學(xué)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(xué)性能1.1引言1.2應(yīng)力-應(yīng)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(yàn)特點(diǎn)最廣泛使用的力學(xué)性能檢測(cè)手段;試驗(yàn)應(yīng)力狀態(tài)、加載速率、溫度、試樣等嚴(yán)格規(guī)定(方法:GB/T228-2002;試樣:GB/T6397-1986);

最基本的力學(xué)行為(彈性、塑性、斷裂等);

可測(cè)力學(xué)性能指標(biāo)：強(qiáng)度(

)、塑性(

、

)等.31精選課件ppt工程應(yīng)用,拉伸性能是結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)的主要依據(jù)之一;預(yù)測(cè)其它力學(xué)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(xué)性能,測(cè)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(shù)．(A0初始橫截面積)光滑圓柱試樣:試樣標(biāo)距長(zhǎng)度L0比直徑d0要大得多;通常L0=5d0或L0=10d0板狀試樣:試樣標(biāo)距長(zhǎng)度L0應(yīng)滿足:L0=5.65A01/2或11.3A01/2

；33精選課件ppt34精選課件ppt1.2應(yīng)力-應(yīng)變曲線**

1.2.1拉伸力—伸長(zhǎng)曲線彈性變形:e點(diǎn)以內(nèi)的變形.塑性變形:e點(diǎn)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(diǎn)塑性變形:△Lg.k點(diǎn)塑性變形:△Lk35精選課件ppt1.2.2幾種常見(jiàn)材料的拉伸力-伸長(zhǎng)曲線36精選課件ppt正火、退火碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼:

類似的拉伸力-伸長(zhǎng)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(yīng)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(zhǎng)曲線特點(diǎn)37精選課件ppt1.2.3工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線****拉伸條件下力學(xué)性能:應(yīng)變?chǔ)偶皯?yīng)力

e(彈性極限)

s(屈服強(qiáng)度)

b(抗拉強(qiáng)度)

k(斷裂強(qiáng)度).38精選課件ppt斷后伸長(zhǎng)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(yàn)機(jī)40精選課件ppt傳感器式拉伸試驗(yàn)機(jī)41精選課件ppt高溫拉伸試驗(yàn)機(jī)42精選課件ppt真實(shí)應(yīng)力—真實(shí)應(yīng)變***真實(shí)應(yīng)力真實(shí)應(yīng)變43精選課件ppt設(shè)L0=100，L=110，則=[(110-100)/100]100%若設(shè)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(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線按拉伸試樣的真實(shí)斷面A和真實(shí)長(zhǎng)度L計(jì)算應(yīng)力和應(yīng)變.46精選課件ppt在彈-塑性變形階段,只有真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線才能描述材料的力學(xué)形為.多數(shù)金屬在室溫下屈服后,要使塑性變形繼續(xù)進(jìn)行,必須不斷增大應(yīng)力,所以真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線表現(xiàn)為流變應(yīng)力不斷上升.稱形變強(qiáng)化.47精選課件ppt48精選課件ppt單位應(yīng)力(強(qiáng)度):MPa106Pa應(yīng)變:無(wú)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(fù)到原來(lái)形狀或尺寸的變形.特點(diǎn):單調(diào)、可逆、變形量很小(0.5~1.0%)1.3.2物理本質(zhì)金屬原子間結(jié)合力抵抗外力的宏觀表現(xiàn).50精選課件ppt

1.3.1

胡克定律簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)胡克定律

剪切和扭轉(zhuǎn)

單向拉伸

E、G和的關(guān)系51精選課件ppt1.3.2彈性模量E＊單純彈性變形過(guò)程中應(yīng)力與應(yīng)變的比值

物理意義:

材料對(duì)彈性變形的抗力.

用途:工程上稱材料的剛度;計(jì)算梁等構(gòu)件撓度時(shí)用到.重要的力學(xué)性能之一.

數(shù)值:

2.1105MPa或210GPa52精選課件ppt彈性模量是對(duì)組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)*影響小:晶體學(xué)特性;溶質(zhì)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(tǒng)計(jì)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(guò)渡到彈塑性變形時(shí)的應(yīng)力(0.01%)彈性比功:或彈性比能、應(yīng)變比能.物理意義:吸收彈性變形功的能力.幾何意義:應(yīng)力-應(yīng)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(fù)的變形.(永久不可逆)性質(zhì):材料受力,應(yīng)力超過(guò)屈服點(diǎn)后,仍能繼續(xù)變形而不發(fā)生斷裂的性質(zhì).

斷后伸長(zhǎng)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(jī)制:切應(yīng)力下金屬沿滑移面和滑移方向運(yùn)動(dòng)切變過(guò)程.孿生:重要變形機(jī)制,低溫或快速形變時(shí)；晶界滑動(dòng)和擴(kuò)散性蠕變只在高溫；形變帶滑移和孿生都不能進(jìn)行才起作用.1.4.1塑性變形的方式及特點(diǎn)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(jié)構(gòu)的影響較大.

fcc＞bcc＞hcp滑移bccfcc57精選課件ppt孿晶:外形對(duì)稱.好象兩個(gè)相同晶體對(duì)接起來(lái);內(nèi)部原子排列呈鏡面對(duì)稱于結(jié)合面.孿晶可分為:自然孿晶和形變孿晶.孿生特點(diǎn)：比滑移困難;時(shí)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(jìn)金屬塑性變形.孿生58精選課件ppt由點(diǎn)陣畸變而使晶體表面出現(xiàn)的彎曲區(qū)域,由于該區(qū)域貫穿整個(gè)試樣截面成帶狀,故稱形變帶.

相鄰滑移帶的交互作用.多個(gè)滑移系同時(shí)動(dòng)作,正常的滑移不能進(jìn)行,產(chǎn)生點(diǎn)陣彎曲,形成形變帶.

三種變形機(jī)制的比較

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

各晶粒變形的不同時(shí)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(nèi)應(yīng)力,晶粒中可能有裂紋,斷裂.

變形的相互協(xié)調(diào)性

整體,不允許晶粒僅在一個(gè)滑移系中變形,否則晶界開(kāi)裂.

塑性變形的特點(diǎn)60精選課件ppt標(biāo)志:拉伸時(shí)的屈服現(xiàn)象是開(kāi)始宏觀塑性變形的標(biāo)志.定義:塑性變形開(kāi)始階段,外力不增加、甚至下降時(shí),而變形繼續(xù)進(jìn)行的現(xiàn)象,稱屈服.上屈服點(diǎn):試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最大應(yīng)力下屈服點(diǎn):不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)屈服階段中的最小應(yīng)力1.4.2屈服與屈服強(qiáng)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(diǎn)屈服塑性變形不均勻.低碳鋼沖壓件表面產(chǎn)生皺褶現(xiàn)象.影響外觀質(zhì)量.在1~2%壓下量下預(yù)軋一次,消除屈服現(xiàn)象,無(wú)明顯屈服點(diǎn)的鋼板.再?zèng)_壓,表面質(zhì)量好.65精選課件ppt外力作用下,晶體中位錯(cuò)萌生、增殖和運(yùn)動(dòng)過(guò)程

(1)柯氏氣團(tuán)

位錯(cuò)與溶質(zhì)原子交互作用,位錯(cuò)被釘扎.溶質(zhì)原子聚集在位錯(cuò)線的周圍,形成氣團(tuán).提高外應(yīng)力,位錯(cuò)才能運(yùn)動(dòng);繼續(xù)發(fā)生塑性變形所需的外應(yīng)力降低.屈服機(jī)理66精選課件ppt（2）位錯(cuò)塞積群

n個(gè)位錯(cuò)同向運(yùn)動(dòng)受阻,形成塞積群,導(dǎo)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(yīng)變速率與位錯(cuò)密度、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率及柏氏矢量成正比.即：

位錯(cuò)增值ρ↑，↑

提高外應(yīng)力

,↑,

↑晶體結(jié)構(gòu)變化b↑,

↑（3）應(yīng)變速率與位錯(cuò)密度、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率的關(guān)系68精選課件ppt屈服強(qiáng)度

s拉伸曲線有明顯屈服平臺(tái),塑性變形硬化不連續(xù),屈服平臺(tái)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力即為屈服強(qiáng)度:

s=Ps/A0拉伸曲線無(wú)屈服平臺(tái),塑性變形硬化過(guò)程連續(xù),屈服強(qiáng)度定義為產(chǎn)生0.2%殘余伸長(zhǎng)時(shí)應(yīng)力:

s=

0.2=P0.2/A01.4.3強(qiáng)度***69精選課件ppt工程上從靜強(qiáng)度角度選擇韌性材料的依據(jù).提高屈服強(qiáng)度,機(jī)件不易產(chǎn)生塑性變形,減輕重量、體積和尺寸；但過(guò)高,最大屈強(qiáng)比(

s/b),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.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(qiáng)度70精選課件ppt（一）內(nèi)因

（1）金屬本性及晶格類型位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力:晶格阻力(P-N力);位錯(cuò)交互作用產(chǎn)生的阻力.

P-N力:fcc位錯(cuò)寬度大,位錯(cuò)易運(yùn)動(dòng).

bcc反之.

交互產(chǎn)生的阻力:平行位錯(cuò)間交互作用產(chǎn)生的阻力;運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)與林位錯(cuò)交互作用產(chǎn)生的阻力.（2）溶質(zhì)原子和點(diǎn)缺陷形成晶格畸變(間隙固溶,空位)影響屈服強(qiáng)度的因素71精選課件ppt（3）晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)

晶界是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙。

要使相鄰晶粒中的位錯(cuò)源開(kāi)動(dòng)，必須加大外應(yīng)力.

霍爾---派奇關(guān)系式

s=

i+Kyd-1/2***細(xì)化晶粒,可以提高材料的強(qiáng)度.

（4）第二相

不可變形的第二相,位錯(cuò)只能繞過(guò)它運(yùn)動(dòng).可變形的第二相,位錯(cuò)可以切過(guò).

還與其尺寸、形狀、數(shù)量及分布有關(guān).72精選課件ppt（二）外因

溫度提高.位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)容易.

s

***

應(yīng)變速率提高.

s

***應(yīng)力狀態(tài):切應(yīng)力

，s

-20002004006008005604202801400NiMo0.1110100100010000350300250200150

b

s屈服強(qiáng)度與溫度關(guān)系屈服強(qiáng)度與應(yīng)變速率關(guān)系73精選課件ppt1.4.4應(yīng)變硬化(形變強(qiáng)化、加工硬化)工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)力應(yīng)變外力超過(guò)

s后,塑性變形并不象屈服平臺(tái)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(yīng)變硬化性能.(位錯(cuò)增殖、運(yùn)動(dòng)受阻)塑性應(yīng)變是硬化的原因硬化是塑性應(yīng)變的結(jié)果74精選課件ppt意義應(yīng)變硬化和塑性變形適當(dāng)配合,可使金屬進(jìn)行均勻塑性形變.使構(gòu)件具有一定的抗偶然過(guò)載能力.強(qiáng)化金屬.提高力學(xué)性能.提高低碳鋼的切削加工性能.75精選課件ppt應(yīng)變硬化機(jī)理

a)易滑移階段:單系滑移

hcp金屬(Mg、Zn)不能產(chǎn)生多系滑易.滑移段長(zhǎng).

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(cuò)、胞狀結(jié)構(gòu)等;位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增大.

c)拋物線硬化階段:交滑移,雙交滑移

刃型位錯(cuò)不能產(chǎn)生交滑移.

多晶體:一開(kāi)動(dòng)便是多系滑移.無(wú)易滑移階段.76精選課件ppt

Hollomon關(guān)系式：S=ken(真應(yīng)力與真應(yīng)變關(guān)系)

n—應(yīng)變硬化指數(shù);k—硬化系數(shù)

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(wú)硬化能力.

層錯(cuò)能低的材料應(yīng)變硬化程度大;

高M(jìn)n鋼.層錯(cuò)能力低.n大.

通常0.1

n

0.5

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

)

e=ln(1+

)-2-101lgklgSlge78精選課件ppt應(yīng)變硬化指數(shù)n大,機(jī)件服役時(shí)承受偶然過(guò)載的能力大,阻止薄弱部位繼續(xù)塑性變形.n對(duì)板材冷變形工藝如沖壓性能有重要影響.n大,應(yīng)變硬化,變形均勻,增大極限變形程度,不易開(kāi)裂.不能熱處理強(qiáng)化的金屬,可用應(yīng)變硬化方法強(qiáng)化.表面局部應(yīng)變硬化,如滾壓,提高強(qiáng)度.工程意義*79精選課件ppt（1）縮頸的現(xiàn)象和意義韌性金屬拉伸時(shí)變形集中于局部區(qū)域;應(yīng)變硬化和截面減小的共同結(jié)果.b點(diǎn):最大力點(diǎn);拉伸失穩(wěn)點(diǎn);塑性失穩(wěn)點(diǎn)1.4.5縮頸現(xiàn)象80精選課件ppt（2）縮頸判據(jù)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(jù)Hollomon關(guān)系即82精選課件ppt應(yīng)變硬化指數(shù)等于最大真實(shí)均勻塑性變量時(shí),縮頸便產(chǎn)生*.頸部三向拉應(yīng)力狀態(tài)83精選課件ppt1.4.6抗拉強(qiáng)度

b

韌性金屬拉斷過(guò)程中對(duì)應(yīng)的最大承載能力.

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

b=Pmax／A0=Fb/A084精選課件ppt易于測(cè)定.重現(xiàn)性好.韌性材料不能作為設(shè)計(jì)參數(shù).脆性材料可用作設(shè)計(jì)參數(shù).

s/

b對(duì)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(qiáng)鋼:均勻塑變量?jī)H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(zhǎng)率***拉伸前試樣標(biāo)距L0，拉斷后標(biāo)距為L(zhǎng)k=[(Lk-L0)/L0]100%斷面收縮率ψ***評(píng)定材料塑性的主要指標(biāo)=[(A0-Ak)/A0]100%87精選課件ppt比例試樣：L0=5d0或L0=10d0

多數(shù)材料的集中塑性變形量大于均勻變形量故δ5>δ10(斷后伸長(zhǎng)率)Ψ>δ金屬拉伸時(shí)產(chǎn)生縮頸***;反之,不產(chǎn)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(duì)

的影響更突出.

比

對(duì)組織變化更敏感最大力下的總伸長(zhǎng)率與原始標(biāo)距的百分比δgt.實(shí)際上是金屬材料拉伸時(shí)產(chǎn)生的最大均勻塑性變形(工程應(yīng)變量)eB=ln(1+δgt)δgt對(duì)于評(píng)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(gòu)件設(shè)計(jì),因塑性與服役無(wú)直接關(guān)系.b）安全，防止產(chǎn)生突然破壞；

c）緩和應(yīng)力集中；

d）軋制、擠壓等冷熱塑性加工變形；

影響因素：

（a）細(xì)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(biāo)

s/

b

(屈強(qiáng)比)↓.材料的塑性↑.

b/V(體積比強(qiáng)度)↑.減輕構(gòu)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(shí),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(duì)按屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì),可能偶然過(guò)載的機(jī)件必須考慮.

靜力韌度92精選課件ppt拉伸力學(xué)行為用胡克定律描述.在彈性階段:應(yīng)力與應(yīng)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(wú)塑性變形.脆性材料的拉伸力學(xué)行為93精選課件ppt拉伸時(shí),試樣軸向伸長(zhǎng)、橫向收縮。縱向應(yīng)變

l與橫(徑)向應(yīng)變

2之負(fù)比值稱為泊松比(Poisson’sratio),

=-

2/

l,是材料彈性常數(shù)。脆性材料拉伸的力學(xué)性能：

彈性模量和脆性斷裂強(qiáng)度。94精選課件ppt1.5金屬的斷裂材料破斷為兩個(gè)部分以上的現(xiàn)象,叫斷裂(材料失去完整性)機(jī)件三大失效形式之一斷裂出現(xiàn)在高應(yīng)力、應(yīng)變條件下，而且發(fā)生在低應(yīng)力和無(wú)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(kuò)展途徑分類:穿晶斷裂;沿晶斷裂斷裂機(jī)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(diǎn):斷裂前產(chǎn)生明顯宏觀變形;過(guò)程緩慢;

斷裂面平行于最大切應(yīng)力,并與主應(yīng)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(kuò)展.撕裂時(shí)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(jī)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(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。

斷口特征

平齊光亮,常呈放射狀或結(jié)晶狀;

人字紋花樣的放射方向與裂紋擴(kuò)展方向平行.

韌性與脆性行為會(huì)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(diǎn):穿晶斷裂:裂紋穿過(guò)晶界.韌性或脆性斷裂;有時(shí)混合發(fā)生.沿晶斷裂:裂紋沿晶擴(kuò)展.穿晶斷裂,多數(shù)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(jī)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(zhǎng)大、聚合導(dǎo)致材料分離。

解理斷裂

以極快速率沿一定晶體學(xué)面,產(chǎn)生穿晶斷裂。解理面一般是指低指數(shù)晶面或表面能量低的晶面。

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(tái)階，匯合臺(tái)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(tái)階是沿兩個(gè)高度不同的平行解理面上擴(kuò)展的解理裂紋相交時(shí)形成的。其方式為：解理裂紋與螺位錯(cuò)相交形成；通過(guò)二次解理成撕裂形成。101精選課件ppt晶界對(duì)解理斷口的影響。

(a)小角度傾斜晶界裂紋能越過(guò)晶界，“河流”可延續(xù)到相鄰晶粒內(nèi)。

(b)扭轉(zhuǎn)晶界（位向差大）

裂紋不能直接穿過(guò)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(kuò)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(kuò)展留下的舌狀凹坑或凸臺(tái).

(3)準(zhǔn)解理

由于晶體內(nèi)存在彌散硬質(zhì)點(diǎn),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.103精選課件ppt微孔聚集斷裂機(jī)理和微觀斷口特征1、斷裂機(jī)理

（1）微孔形核

點(diǎn)缺陷聚集；第二相質(zhì)點(diǎn)碎裂或脫落；

位錯(cuò)引起的應(yīng)力集中，不均勻塑性形變。

（2）微孔長(zhǎng)大

滑移面上的位錯(cuò)向微孔運(yùn)動(dòng)，使其長(zhǎng)大。

（3）微孔聚合

應(yīng)力集中處，裂紋向前推進(jìn)一定長(zhǎng)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(yīng)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(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；

（c）撕裂韌窩拉、彎應(yīng)力狀態(tài)；（2）影響韌窩大小因數(shù)

基體材料的塑性變形能力和應(yīng)變硬化指數(shù)；

第二相質(zhì)點(diǎn)的大小和密度。

注意：微觀上出現(xiàn)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(shí)產(chǎn)生解理斷裂的判據(jù)霍爾---派奇關(guān)系107精選課件ppt(q應(yīng)力狀態(tài)系數(shù))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(nèi)因:其他左項(xiàng)小于右項(xiàng):裂紋可形成但不能擴(kuò)展左項(xiàng)大于右項(xiàng):裂紋形成后自動(dòng)擴(kuò)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(gòu)成,即有效表面能.后者與有效滑移系數(shù)目及可動(dòng)位錯(cuò)數(shù)目有關(guān).如bcc金屬滑移系多.可動(dòng)位錯(cuò)少.易脆斷.

fcc金屬滑移系和可動(dòng)位錯(cuò)多.易塑性變形.環(huán)境因素如腐蝕介質(zhì)會(huì)降低表面能.變脆.109精選課件ppt本章小結(jié)低碳鋼拉伸工程應(yīng)力應(yīng)變曲線工程應(yīng)力應(yīng)變、真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算強(qiáng)度、塑性的影響因素?cái)嗔杨愋?10精選課件ppt第二章

金屬在其他靜載荷下的力學(xué)性能

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

壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、硬度和帶缺口試樣力學(xué)性能。

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

:外力狀態(tài)對(duì)塑性變形影響.以便選擇檢測(cè)方法.

例如：鑄鐵壓→韌;拉→脆113精選課件ppt

應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)α定義為：

max按最大切應(yīng)力理論計(jì)算,

max=(

1-

3)/2

1,

3分別為最大和最小主應(yīng)力最大正應(yīng)力

max按最大正應(yīng)力理論計(jì)算，即,

ν——泊松系數(shù)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)

114精選課件ppt單向拉伸

=1/2

扭轉(zhuǎn)

=1/(1+

)≈0.8

單向壓縮

=1/(2

)≈2

應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)

：材料塑性變形的難易。

越大：該應(yīng)力狀態(tài)下切應(yīng)力分量越大,越易塑性變形.

值較大：軟應(yīng)力狀態(tài),

值較?。河矐?yīng)力狀態(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(zhuǎn):脆性材料116精選課件ppt

為什么？試驗(yàn)對(duì)象是什么？特點(diǎn)是什么？怎么試驗(yàn)？結(jié)果分析性能指標(biāo)117精選課件ppt2.2壓縮原因?qū)嶋H工況為壓縮狀態(tài)

材料內(nèi)部為壓縮應(yīng)力狀態(tài)拉伸時(shí)無(wú)塑性.直接拉斷.無(wú)法反映其特點(diǎn)118精選課件ppt試驗(yàn)對(duì)象脆性金屬：鑄鐵、某些鑄造合金等.119精選課件ppt

試驗(yàn)方法圓形或正方形試樣：L=2.5~3.5d120精選課件ppt壓縮特點(diǎn)

應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)

=2

即應(yīng)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(shí)斷口為正斷；壓縮時(shí)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(shí)驗(yàn)121精選課件ppt

σ～ε曲線與拉伸曲線形式相同

力學(xué)性能指標(biāo)：σbc，E，ψbc等壓縮實(shí)驗(yàn)122精選課件ppt抗壓強(qiáng)度**

bc=Fbc/A0壓縮屈服強(qiáng)度

sc123精選課件ppt2.3彎曲原因彎曲工況工件內(nèi)部彎曲應(yīng)力狀態(tài)拉伸或壓縮不能完全反映實(shí)際狀況試驗(yàn)對(duì)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(qiáng)度檢測(cè).

124精選課件ppt彎曲試驗(yàn)的特點(diǎn)**

主要為正應(yīng)力.分布不均.方向變化.

彎曲力學(xué)行為與單純拉伸或壓縮行為不同.設(shè)計(jì)或選材依據(jù):承受彎曲載荷時(shí)彎曲試驗(yàn).試樣形狀簡(jiǎn)單、操作方便.撓度表示塑性.試樣表面應(yīng)力最大.靈敏反映表面缺陷.鑒別表面熱處理試樣的質(zhì)量和性能.

125精選課件ppt彎曲試驗(yàn)（1）抗彎強(qiáng)度

或σpc0.01、σpc0.2

試樣：矩形截面h

b(55)L=16h126精選課件ppt三點(diǎn)彎曲

彎矩

M=PL/4四點(diǎn)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(wàn)間關(guān)系，求斷裂時(shí)抗彎強(qiáng)度和最大撓度，表示強(qiáng)度和塑性

韌性材料一般不作彎曲強(qiáng)度檢測(cè)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(wàn).

fbbFbb0b彎曲力---撓度曲線128精選課件ppt抗彎強(qiáng)度**：

bb=M/W=3FbbL/2bh2

彎曲模量塑性**：fbb129精選課件ppt2.4扭轉(zhuǎn)原因彎曲工況工件內(nèi)部彎曲應(yīng)力狀態(tài)拉伸、壓縮、彎曲不能完全反映實(shí)際狀況為熱加工工藝如軋制、鍛造等提供依據(jù)130精選課件ppt試驗(yàn)對(duì)象：塑性較低的金屬扭轉(zhuǎn)特點(diǎn)檢測(cè)在拉伸時(shí)呈脆性的材料的塑性性能

=0.8

長(zhǎng)度方向的塑性變形均勻.無(wú)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(yàn)方法試樣d0=10.L0=50或100mm扭矩T.相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)扭角

133精選課件ppt

切變模量**

G=

/

扭轉(zhuǎn)屈服點(diǎn)**

s

=Ts/W

扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度**

b

=Tb

/W性能指標(biāo)

Tb

扭矩—扭角曲線134精選課件ppt2.5缺口試樣靜載荷試驗(yàn)試驗(yàn)原因內(nèi)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(yīng)力集中

三向拉應(yīng)力狀態(tài),使材料脆化.應(yīng)變集中.缺口附近的應(yīng)變速率增高.135精選課件ppt缺口試樣靜拉伸試驗(yàn)對(duì)象高強(qiáng)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(yàn)136精選課件ppt缺口試樣137精選課件ppt試驗(yàn)方法軸向拉伸偏斜拉伸拉伸和彎曲復(fù)合作用138精選課件ppt結(jié)果分析缺口試樣的抗拉強(qiáng)度**

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

缺口試樣靜彎曲試驗(yàn)試驗(yàn)方法101055缺口：2mmU或V型

140精選課件ppt試驗(yàn)對(duì)象評(píng)定或比較結(jié)構(gòu)鋼的缺口敏感度和裂紋敏感度141精選課件ppt結(jié)果分析

記錄試驗(yàn)力F—撓度f(wàn)關(guān)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(dá)到最大載荷Pmax時(shí)試樣即出現(xiàn)裂紋.迅速擴(kuò)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(lái)表示材料的缺口敏感度.

F1—試樣發(fā)生斷裂所對(duì)應(yīng)的作用力.Fmax/F1=1時(shí)，缺口敏感度最大.143精選課件ppt小結(jié)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)（軟硬）各種試驗(yàn)的性能指標(biāo)***壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、缺口試樣靜拉伸試、缺口試樣靜彎曲試驗(yàn)144精選課件ppt2.6硬度破壞性檢驗(yàn)：拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、缺口拉伸、缺口彎曲無(wú)(少)損檢驗(yàn)：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(yīng)變硬化能力應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)最大(α>2)幾乎所有的材料都能產(chǎn)生塑性變形.

劃痕法:莫氏硬度.表征材料對(duì)切斷的抗力.

回跳法:肖氏硬度.表征金屬?gòu)椥宰冃喂Φ拇笮?146精選課件ppt2.6.2布氏硬度試驗(yàn)原理：鋼球或硬質(zhì)合金球?yàn)閴侯^,試驗(yàn)力F壓入試樣表面,經(jīng)規(guī)定保持時(shí)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(shí)間:黑色金屬10秒;有色金屬30秒;HB＜35的材料60秒.F/D2=常數(shù)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(yàn)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(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：大范圍反映材料平均性能.數(shù)據(jù)穩(wěn)定,重復(fù)性好,應(yīng)用廣泛.

缺點(diǎn)：屬輕微有損檢測(cè);不能連續(xù)檢測(cè).

為數(shù)據(jù)可靠，需根據(jù)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(hào)HBW或HBS;HBW為硬質(zhì)合金；HBS為鋼球③球直徑;④試驗(yàn)力;⑤試驗(yàn)力保持時(shí)間(10-15s不標(biāo)注)后三項(xiàng)用斜線隔開(kāi)350HBW5/750表示用直徑5mm的硬質(zhì)合金球在7.355KN試驗(yàn)力保持10-15S測(cè)得的布氏硬度值為350600HBW1/30/20表示用直徑1mm的硬質(zhì)合金球在294.2N試驗(yàn)力保持20S測(cè)得的布氏硬度值為600152精選課件ppt淬火鋼球作壓頭.測(cè)定HB＜450的材料硬度.硬質(zhì)合金球作壓頭.測(cè)定硬度可達(dá)650HB．153精選課件ppt

抗拉強(qiáng)度與硬度的關(guān)系

b1/3HBW低碳鋼b=0.360HBW高碳鋼b=0.340HBW調(diào)質(zhì)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(zhì)合金球.洛氏硬度156精選課件ppt為符合思維習(xí)慣，即數(shù)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(yàn)方法先加預(yù)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(biāo)尺.A、B、C、D、E、F、G、H、K共9種A、B、C標(biāo)尺常用158精選課件pptHRC用金剛石壓頭加10kgf預(yù)載,壓入表面深度h0,表盤(pán)指針指向零點(diǎn)再加主載荷，壓入深度為h1，指針逆時(shí)針轉(zhuǎn)卸主載荷,彈性部分回復(fù),壓頭回升一段距離,即(h1-h),表盤(pán)指針回轉(zhuǎn)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(yàn)示意圖160精選課件ppt洛氏硬度表示方法硬度值;符號(hào)HR;標(biāo)尺字母60HRC：C標(biāo)尺測(cè)得洛氏硬度值為60B標(biāo)尺有兩種壓頭:HRBS(鋼球)和HRBW(硬質(zhì)合金).161精選課件ppt洛氏硬度應(yīng)用

標(biāo)尺符號(hào)應(yīng)用AHRA硬質(zhì)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(diǎn)預(yù)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(shí)的洛氏硬度為零.深度每增大0.001mm,表面洛氏硬度降低一個(gè)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(hào)HR;③總試驗(yàn)力;④標(biāo)尺70HR30N表示用總試驗(yàn)力為294.2N的30N標(biāo)尺測(cè)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(diǎn)優(yōu)點(diǎn)硬度值可表盤(pán)直接讀出,簡(jiǎn)便迅速,工效高;試件表面損傷較小,可用于成品質(zhì)檢;預(yù)載荷可消除表面輕微不平度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響.166精選課件ppt缺點(diǎn)不同標(biāo)尺的洛氏硬度值無(wú)法相互比較.由于壓痕小.洛氏硬度對(duì)材料組織不均勻性敏感,測(cè)試結(jié)果分散,重復(fù)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(jù)壓痕單位面積承受的試驗(yàn)力計(jì)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(shí)間卸載,表面留下壓痕.載荷F.測(cè)得壓痕兩對(duì)角線長(zhǎng)度后取平均值d.計(jì)算維氏硬度值，單位kgf/mm2(不標(biāo)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(fù)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(hào);球直徑;試驗(yàn)力;試驗(yàn)力保持時(shí)間(與布氏硬度相同)640HV30／20:試驗(yàn)力294.2N下保持20S測(cè)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(shí)質(zhì):小載荷維氏硬度試驗(yàn).原理相同.仍用HV表示.試驗(yàn)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(yàn)力0.9807N下保持10~15S測(cè)得顯微維氏硬度為340.340HV0.05表示用試驗(yàn)力0.49N保持10~15S測(cè)得的顯微維氏硬度為340.175精選課件ppt維氏硬度特點(diǎn)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(cè)量范圍寬:軟硬材料都可.壓痕為輪廓清晰的正方形.對(duì)角線長(zhǎng)度易于精確測(cè)量.故精度高.硬度小于450HV時(shí).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(duì)面角分別為172o30’和130o.

力F除以壓痕投影面積之商.

測(cè)量值精確。

努氏硬度（顯微硬度）178精選課件ppt動(dòng)載荷試驗(yàn)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(jì)算肖氏硬度:

HS=Kh/h0

K為系數(shù)

肖氏硬度(回跳硬度)179精選課件ppt特點(diǎn):屈服強(qiáng)度越高,彈性變形功越大,則金屬越硬.優(yōu)點(diǎn):方便;可在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)大型工件的硬度.

缺點(diǎn):精度和準(zhǔn)確度較差;在彈性模量相同時(shí)才可進(jìn)行比較.180精選課件ppt硬度表示法工程實(shí)際：HBW450HRC50181精選課件ppt肖氏硬度計(jì)182精選課件ppt里氏硬度動(dòng)載荷試驗(yàn)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(huì)談速度為硬度值.HL手提式里氏硬度計(jì),方便,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量大型工件硬度.183精選課件ppt小結(jié)

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(diǎn)184精選課件ppt測(cè)驗(yàn)請(qǐng)說(shuō)明下列符號(hào)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(xué)性能3.1引言3.2沖擊載荷下金屬變形和斷裂的特點(diǎn)3.3沖擊彎曲和沖擊韌性3.4低溫脆性及韌脆轉(zhuǎn)變溫度3.5影響沖擊韌性和韌脆轉(zhuǎn)變溫度的因素186精選課件ppt3.1引言

沖擊載荷作用.如飛機(jī)起降:飛機(jī)起落架壓力加工:模鍛(模具、鍛件、壓機(jī))

金屬具有承受沖擊載荷的能力金屬在沖擊載荷下的力學(xué)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(duì)形變速率.應(yīng)變速率.

靜拉伸試驗(yàn)應(yīng)變速率10-5~10-2S-1沖擊應(yīng)變速率102~104S-1.力學(xué)性能變化顯著.3.2沖擊載荷下金屬變形和斷裂的特點(diǎn)188精選課件ppt應(yīng)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(dǎo)致屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度提高.40080012001600010203040沖擊靜載荷190精選課件ppt沖擊時(shí)間短,應(yīng)力測(cè)不準(zhǔn)確假定沖擊能全部轉(zhuǎn)化成彈性能,再按能量守恒法計(jì)算.(能量)為反映加載速率和缺口效應(yīng)對(duì)金屬韌性的影響.需要缺口試樣沖擊彎曲試驗(yàn).可測(cè)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(yàn)原理**試樣彈性變形、塑性變形、裂紋、擴(kuò)展、斷裂192精選課件ppt缺口試樣沖擊彎曲試驗(yàn)原理**擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)將試樣放在試驗(yàn)機(jī)支座上.缺口位于沖擊背向方向.將質(zhì)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(wú)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(shí)際中應(yīng)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(shí),機(jī)身振動(dòng)、空氣阻力等消耗功.因此應(yīng)注明試驗(yàn)條件.數(shù)據(jù)比較.

197精選課件ppt脆性材料:沖擊彎曲試驗(yàn)的試樣不開(kāi)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(yàn)用途AK對(duì)組織變化敏感；試驗(yàn)簡(jiǎn)便；應(yīng)用廣泛冶金質(zhì)量和熱加工的產(chǎn)品質(zhì)量的控制指標(biāo).測(cè)定AK和斷口分析可分析夾雜、氣泡、偏析等冶金缺陷;檢查過(guò)熱、過(guò)燒、回火脆性等缺陷測(cè)定韌脆轉(zhuǎn)變溫度.用于抗脆斷設(shè)計(jì).199精選課件ppt沖擊彎曲試驗(yàn):

大能量一次沖擊破壞.實(shí)際工況:

小能量多次重復(fù)沖擊而破壞.材料選擇:

小能量多次重復(fù)沖擊,主要取決于強(qiáng)度,不要求過(guò)高的沖擊韌性,壽命長(zhǎng).例如:球墨鑄鐵的沖擊韌性較低.

只要強(qiáng)度足夠,可制造柴油機(jī)曲軸.200精選課件ppt3.4低溫脆性及韌脆轉(zhuǎn)變溫度

低溫脆性現(xiàn)象***:

bcc或hcp結(jié)構(gòu)金屬.中低強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼.低于溫度tk時(shí),會(huì)由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)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(jié)晶狀.~

韌脆轉(zhuǎn)變溫度:轉(zhuǎn)變溫度tk201精選課件ppt低溫脆性的影響低溫脆性對(duì)壓力容器、橋梁、船舶、低溫下服役的機(jī)件影響顯著.低溫脆性:材料屈服強(qiáng)度隨溫度降低而急劇增加的結(jié)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(zhuǎn)變溫度**溫度降低.屈服強(qiáng)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(zhuǎn)變溫度:屈服強(qiáng)度急劇升高,或伸長(zhǎng)率、斷面收縮率、沖擊功急劇減小的溫度.~靜拉伸試驗(yàn)、沖擊彎曲試驗(yàn)可顯示低溫脆性傾向,測(cè)定韌性轉(zhuǎn)變溫度.

203精選課件ppt韌脆轉(zhuǎn)變溫度的測(cè)定低溫下進(jìn)行系列缺口試樣沖擊彎曲試驗(yàn)測(cè)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(shí),金屬吸收的沖擊能量基本不隨溫度變化,“平臺(tái)”稱“低階能”.將低階能開(kāi)始上升的溫度為tk.記為NDT(無(wú)塑性轉(zhuǎn)變溫度)T>tk時(shí),吸收能量基本不變,“平臺(tái)”,稱“高階能”.對(duì)應(yīng)的溫度為tk記為FTP.低階能和高階能的平均值對(duì)應(yīng)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(duì)面積:溫度下降,纖維區(qū)面積突然減少;結(jié)晶區(qū)面積突然增大,材料由韌變脆.FATT50或t50:隨溫度降低,結(jié)晶區(qū)面積百分比增大,材料變脆.結(jié)晶狀斷口面積50％時(shí)的溫度:韌脆轉(zhuǎn)化溫度tk.

207精選課件ppt208精選課件ppt韌性指標(biāo):

AKtk(FTE、FATT50、NDT等)安全性指標(biāo):tk是選材的韌性依據(jù)之一.抗脆斷設(shè)計(jì).不直接用于零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).209精選課件ppt最低工作溫度應(yīng)高于韌-脆轉(zhuǎn)化溫度.這是韌性的溫度儲(chǔ)備.大小取決于機(jī)件的重要程度.低溫下服役的工件,根據(jù)tk確定最低使用溫度.韌性溫度儲(chǔ)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(zhuǎn)變溫度的因素

晶體結(jié)構(gòu)體心立方金屬如普通中、低強(qiáng)度鋼存在低溫脆性.

化學(xué)成分基體中的間隙溶質(zhì)原子阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng).提高

s.提高韌脆轉(zhuǎn)變溫度.Ni和Mn提高低溫韌性,降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度.

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

細(xì)化晶粒使材料韌性增加,降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度

類似于霍爾—派奇關(guān)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(zhuǎn)變溫度tk↑g.試樣形狀帶缺口、無(wú)缺口214精選課件ppt00.20.40.60.81.01.21.4c%

HB

bak215精選課件ppt小結(jié)概念:

沖擊韌性;沖擊韌度;低溫脆性;韌脆轉(zhuǎn)變溫度原理:缺口試樣沖擊彎曲試驗(yàn).***韌脆轉(zhuǎn)變溫度:確定方法韌脆轉(zhuǎn)變溫度的影響因素***韌性:Aktk(FTE、FATT50、NDT)216精選課件ppt測(cè)驗(yàn)說(shuō)明以下力學(xué)性能指標(biāo)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(kuò)展的基本形式4.3金屬斷裂韌度4.4斷裂韌度KIC的測(cè)試4.5影響KIC的因素4.6斷裂韌度的應(yīng)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(xiǎn).特點(diǎn):（a）突然性或不可預(yù)見(jiàn)性；（b）低于屈服強(qiáng)度發(fā)生斷裂；（c）宏觀裂紋擴(kuò)展引起.4.1引言219精選課件ppt機(jī)械設(shè)計(jì):強(qiáng)度校核、剛度校核附加:塑性、韌度、缺口敏感度實(shí)際:高強(qiáng)度、中等強(qiáng)度鋼的構(gòu)件發(fā)生低應(yīng)力脆性斷裂.原因:宏觀裂紋改變應(yīng)力狀態(tài)和分布,擴(kuò)展220精選課件ppt工程上:常加大安全系數(shù);浪費(fèi)材料.

過(guò)于加大材料體積，不能防止斷裂

傳統(tǒng)力學(xué)

斷裂力學(xué)斷裂力學(xué):裂紋尖端的應(yīng)力和應(yīng)變分析;建立新的斷裂判據(jù);斷裂力學(xué)參量的計(jì)算與實(shí)驗(yàn)測(cè)定,斷裂機(jī)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(xué)分析裂紋的方法應(yīng)力應(yīng)變分析方法:裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度,得到斷裂K判據(jù)*.能量分析方法:裂紋擴(kuò)展時(shí)系統(tǒng)能量變化,轉(zhuǎn)化平衡,得到斷裂G判據(jù).222精選課件ppt4.2裂紋擴(kuò)展的基本形式張開(kāi)型(I)**y

xz拉應(yīng)力垂直于裂紋擴(kuò)展面裂紋尖端三向拉應(yīng)力.

最小.硬.最危險(xiǎn)如軸的橫向裂紋在軸向拉力作用下的擴(kuò)展容器縱向裂紋在內(nèi)壓力下的擴(kuò)展223精選課件ppt滑開(kāi)型(II)切應(yīng)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(kuò)展

zxy224精選課件ppt撕開(kāi)型(III)切應(yīng)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(kuò)展y

xz225精選課件ppt裂紋尖端附近應(yīng)力場(chǎng)無(wú)限大板

I型裂紋線彈性體226精選課件ppt平面應(yīng)力

z=0平面應(yīng)變

z=

(

x+

y)227精選課件ppt裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)力分析在裂紋延長(zhǎng)線上

拉應(yīng)力分量最大；切應(yīng)力分量為0；裂紋最易沿X軸方向擴(kuò)展.228精選課件ppt應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子KI***裂紋尖端附近的應(yīng)力場(chǎng)與強(qiáng)度因子KI有關(guān).KI各應(yīng)力分量表示應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱程度,稱應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子.Y裂紋形狀系數(shù),無(wú)量綱.1~2KI是決定于和a的復(fù)合力學(xué)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(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)弱的復(fù)合力學(xué)參量,推動(dòng)裂紋擴(kuò)展的動(dòng)力,建立裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的力學(xué)判據(jù)和斷裂韌度.KI增大到臨界值時(shí),裂紋尖端的應(yīng)力達(dá)到了材料的斷裂強(qiáng)度,裂紋便失穩(wěn)擴(kuò)展而導(dǎo)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(duì)應(yīng)的平均應(yīng)力,稱斷裂應(yīng)力或斷裂強(qiáng)度,

c對(duì)應(yīng)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(guān)系當(dāng)應(yīng)力增大到臨界值

s時(shí),材料發(fā)生屈服現(xiàn)象,s為屈服點(diǎn).當(dāng)應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子KI增大到臨界值KIC時(shí),材料斷裂,KIC為斷裂韌度.KI和對(duì)應(yīng),都是力學(xué)參量,只和載荷與試樣尺寸有關(guān),而和材料無(wú)關(guān).KIC和s對(duì)應(yīng),都是力學(xué)性能指標(biāo),只和材料成分、組織結(jié)構(gòu)有關(guān),而和載荷與試樣尺寸無(wú)關(guān).233精選課件ppt斷裂K判據(jù)***裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展脆斷的斷裂K判據(jù)

KI<KIC有裂紋，但不會(huì)擴(kuò)展KI=KIC臨界狀態(tài)KI>KIC發(fā)生裂紋擴(kuò)展，直至斷裂234精選課件pptII、III型裂紋的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)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(dāng)于增加裂紋長(zhǎng)度,采用虛擬有效裂紋代替實(shí)際裂紋.當(dāng)/s0.7時(shí),KI變化明顯,需要進(jìn)行修正236精選課件ppt大件表面半橢圓裂紋平面應(yīng)力平面應(yīng)變KI的修正值公式237精選課件ppt裂紋擴(kuò)展能量釋放率G及斷裂韌度GIC從能量轉(zhuǎn)化角度討論斷裂能量判據(jù)、斷裂韌度(a)裂擴(kuò)展時(shí)能量轉(zhuǎn)換關(guān)系238精選課件ppt(b)裂紋擴(kuò)展能量釋放率GI物理意義:GI為裂紋擴(kuò)展單位長(zhǎng)度時(shí)系統(tǒng)勢(shì)能的變化率裂紋擴(kuò)展單位面積時(shí)系統(tǒng)釋放勢(shì)能的數(shù)值稱為裂紋擴(kuò)展能量釋放率.239精選課件ppt斷裂韌度GIC和斷裂GI判據(jù)失穩(wěn)擴(kuò)展而斷裂,對(duì)應(yīng)的平均應(yīng)力σc;對(duì)應(yīng)的裂紋尺寸acGI

GIC裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展條件EaGICcc2sp=平面應(yīng)力平面應(yīng)變240精選課件pptGIC與KIC的關(guān)系241精選課件ppt4.4斷裂韌度KIC的測(cè)試(1)試樣(標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格):三點(diǎn)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(yīng)變和小范圍屈服狀態(tài)243精選課件ppt缺口：線切割預(yù)制裂紋：高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)l0.025W0.45a/W0.55244精選課件ppt(2)方法:彎曲、拉伸；傳感器測(cè)量，繪出有關(guān)曲線.

(3)結(jié)果處理245精選課件ppt斷裂韌度與常規(guī)力學(xué)性能指標(biāo)的關(guān)系斷裂韌度KIC與強(qiáng)度的關(guān)系規(guī)律:KIC隨著強(qiáng)度的升高而降低.

斷裂韌度與沖擊韌性的關(guān)系

規(guī)律：KIC