【正文】 1 第八章 材料變形與回復(fù)再結(jié)晶 金屬變形與斷裂概述 滑移與孿晶 單晶體塑性變形 多晶體塑性變形 純金屬變形強化 合金變形強化 冷變形金屬組織 回復(fù)和再結(jié)晶 金屬熱變形 陶瓷和高分子材料變形 2 金屬變形與斷裂概述 力學(xué)性能是材料在外力作用下表現(xiàn)出的變形和斷裂性能。材料在生產(chǎn)制造和實際使用過程中都會涉及這一問題。 強度、硬度、塑性、沖擊韌度、斷裂韌性、耐磨性、粘彈性等等 強度 ：材料抵抗因外力作用變形和斷裂的能力 靜載強度 變載強度 高溫強度 3 ?靜載強度 σ σb σsσe ε 4 ?1oab彈性變形 ?2bcd屈服變形 ?3dB均勻塑性變形 ?4BK局部集中塑變 鑄鐵、陶瓷：只有第 1階段 中、高碳鋼：沒有第 2階段 5 1）彈性極限和剛度 彈性極限（ σ e ） ：外力作用下，材料不產(chǎn)生永久變形所能承受的最大應(yīng)力值。 剛度 ：材料在受力時抵抗彈性變形的能力（以彈性模量 E衡量 σ=Eε ）。 σ ε σ e σ e 影響 E的主要因素 ：反映了材料內(nèi)部原子結(jié)應(yīng)力的大小，組織不敏感的力學(xué)指標(biāo)。 6 2） 屈服強度 (σ s、 σ ):使材料開始塑性變形的 最小應(yīng)力值 。 3） 強度極限 (σ b):材料受力產(chǎn)生最大均勻塑性變 形時所能承受的最大應(yīng)力值。 屈強比 （ σ s/σ b）： 屈強比高，材料強度利用 率高。 屈強比低，材料使用可靠 性高。 σ σ b σ sσe ε 7 ?變載強度： 疲勞強度 （ σ 1） ： 材料在交變應(yīng)力反 復(fù)作用下而不發(fā)生斷裂 的最應(yīng)大力值 。 ?高溫強度： 蠕變極限 ：在給定溫度和時間內(nèi)使材料產(chǎn)生一定 變形的應(yīng)力值 。 持久強度 ：在給定溫度和時間內(nèi)使材料產(chǎn)生斷裂 的應(yīng)力值 。 循環(huán)次數(shù) N 應(yīng) 力 σ σ 1 鋼鐵 有色金屬 8 塑性 ：材料在受力斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力 。 ? 延伸率： δ= （ LL0） /L0 100% ? 斷面收縮率： ψ= （ A0A） /A0 100% L L0 A0 A 非均勻塑性變形部分 均勻塑性變形部分 9 硬度 ： 材料抵抗局部塑性變形的能力 。 硬度測試法： （ 1） 布氏硬度 （ HB） ： 特點：使用淬火鋼球壓頭，測算壓痕表面積，測 量結(jié)果較準(zhǔn)確，但壓痕較大，不能測高硬度材料。 測量原理 布氏硬度計 適用于 未經(jīng)淬火的 鋼、鑄鐵 、 有色金屬或質(zhì)地輕軟的軸承合金 。 10 （ 2） 洛氏硬度（ HRA、 HRB、 HRC） : 特點：使用金剛石、淬火鋼球壓頭，測量壓痕深 度，壓痕小，可測高硬度材料。 測量原理 洛、維氏硬度計 ① HRB 輕金屬，未淬火鋼 ② HRC 較硬，淬硬鋼制品 ③ HRA 硬、薄試件 11 （ 3）維氏硬度 （ HV）： 特點：使用金剛石壓頭，測量載荷小，壓痕淺，可測軟、硬材料和薄片材料。 12 沖擊韌度（沖擊韌性， α k=Ak/A0 kJ/m2 ） ： 材料受沖擊載荷作用斷裂時單位斷口面積所消耗的沖擊功。 ak=沖擊破壞所消耗的功 Ak/標(biāo)準(zhǔn)試樣斷口截面積 F (J/cm2） 沖擊韌性隨溫度降低而下降。存在冷脆轉(zhuǎn)化溫度。 T αk Tk 13 斷裂韌性 (K1c)：材料抵抗裂紋擴展的能力 。 應(yīng)力強度因子 K1=Yσa 1/2 應(yīng)力場強度因子 臨界值 ， 稱為材料的斷裂韌性 ， 用 KIC表示 ， 它表明了材料 有裂紋 存在時 抵抗脆性斷裂 的能力 。 KIC是材料固有特性，與裂紋本身的大小、形狀、外加應(yīng)力等無關(guān)，而與材料本身成分、熱處理及加工工藝有關(guān) 。 斷裂韌性是強度和韌性的綜合體現(xiàn)。 14 ? 探測出裂紋形狀和尺寸，根據(jù) KIC，制定零件工作是否安全KI≥K IC ，失穩(wěn)擴展。 ? 已知內(nèi)部裂紋 2a，計算承受的最大應(yīng)力。 ? 已知載荷大小，計算不產(chǎn)生脆斷所允許的內(nèi)部宏觀裂紋的臨界尺寸 15 耐磨性 ：材料抵抗磨損的能力 。 材料摩擦學(xué)特性衡量參數(shù)：摩擦系數(shù) 、 磨損量 提高耐磨性途徑：減摩 （ 用軟材料潤滑摩擦面 ） 抗磨 （ 使用硬材料抵抗磨損 ） 16 粘彈性 ：在外力作用下 ， 材料產(chǎn)生的應(yīng)變在 時間上滯后于應(yīng)力變化的現(xiàn)象 。 （ 1） 蠕變 ：產(chǎn)生的變形隨時間緩慢增加的現(xiàn)象 。 原因：主要由高溫下金屬晶界滑移引起。 施加恒定應(yīng)力 時間 應(yīng)變 彈性應(yīng)變隨時間 增加逐漸增大 卸去恒定應(yīng)力 隨應(yīng)力變化的彈性應(yīng)變 17 （ 2） 應(yīng)力松弛 ：材料受力變形產(chǎn)生的應(yīng)力隨時 間逐漸衰減的現(xiàn)象 。 原因：材料在應(yīng)力長期作用下發(fā)生緩慢塑性變形 。 時間 應(yīng)力 保持應(yīng)變恒定 18 （ 3） 彈性滯后與內(nèi)耗 ● 彈性滯后 :在彈性變形范圍內(nèi) ， 材料加載和卸 載曲線不重合的現(xiàn)象 。 （對相同應(yīng)力，卸載時的應(yīng)變大于加載時） ● 內(nèi)耗： 材料變形時消耗外力做功使之轉(zhuǎn)化為熱 能的現(xiàn)象。 原因：材料內(nèi)部由于分子摩 擦、原子擴散、位錯運動等 不可逆過程消耗能量。 應(yīng)變 應(yīng)力 加載 卸載 19 滑移與孿晶 大量位錯移動而導(dǎo)致晶體的一部分相對于另一部分，沿著一定晶面和晶向作相對的移動，即晶體塑性變形的 滑移機制。 滑移過程， 晶體位向不發(fā)生變化 ，滑移晶面上下兩部分的原子相對平移一個原子間距或若干個原子間距。 20 滑移變形是不均勻的，常集中在一部分晶面上，而處于各滑移帶之間的晶體沒有產(chǎn)生滑移，滑移帶的發(fā)展過程， 首先是出現(xiàn)細(xì)滑移線，后來才發(fā)展成帶 ，而且，滑移線的數(shù)目隨應(yīng)變程度的增大而增多，它們之間的距離則在縮短。 滑移線和滑移帶 21 滑移系： ? 晶 體的滑移發(fā)生在一定的晶面和晶向 ， 發(fā)生滑移的晶面和晶向稱為 滑移面 和 滑移方向 。 ? 一個確定的滑移面與位于該滑移面上的一個滑移方向構(gòu)成一個 滑移系 。 ? 滑移面和滑移方向通常是晶體中的 密排面和密排方向 . ? 一個晶體的滑移系數(shù)目是晶體有效密排面數(shù)與每個面上的密排方向數(shù)目的乘積 。 ? 晶體的滑移系愈多 ， 滑移過程可能選擇的空間取向就愈多 ，晶