【正文】 改善材料的形狀結(jié)構(gòu)，減少表面缺陷，提高表面光潔度，進(jìn)行表面強(qiáng)化 等方法可提高材料疲勞抗力。 ? 疲勞 ? 材料在低于 ?s的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。 發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱韌脆轉(zhuǎn)變 溫度 。 材料的 性能 ? 沖擊韌性 ? 是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。 材料的 性能 ? 韌性的劃分： (1) 光滑試樣 ——如上圖所示 ， 用應(yīng)力 —應(yīng)變曲線下的面積大小來表征韌性的高低； (2) 缺口試樣 ——工程上慣用沖擊韌性 ， 即沖斷給定缺口試樣所消耗的功 ， 或試樣在沖擊條件下從形變到斷裂全過程所吸收的能量 。 同樣 ， 用單位體積材料在變形和斷裂全過程中吸收的能量 (UOT)表示韌性 ， 也可用單位體積材料在塑性變形和斷裂全過程中吸收的能量 (Uop)表示韌性 ， 一般用 UOT表示韌性 。 常以延伸率和斷面收縮率來表征 。 (3) 晶界斷裂 裂紋擇優(yōu)沿晶界擴(kuò)展而引起的斷裂；也是一種低能量脆性斷裂 ， 斷口呈現(xiàn)顆粒狀形貌 。 ? 根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測(cè)定方法 — 維氏硬度試驗(yàn) 、小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)、顯微維氏硬度試驗(yàn)。 s ? ? 材料的 性能 塑性：材料受力破壞前可承受最大塑性變形的能力。 材料的 性能 ? 強(qiáng)度與塑性 ? 強(qiáng)度： 材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力。 指標(biāo)為彈性模量 E。 ? 外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱為 彈性變形 。剛性的大小通過測(cè)量材料的彈性模量 E來評(píng)價(jià)。 ? 疲勞強(qiáng)度：材料零件和結(jié)構(gòu)零件對(duì)疲勞破壞的抗力。 ? 塑性：金屬材料在載荷作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力。脆性材料沒有屈服點(diǎn)，有斷裂強(qiáng)度和極限強(qiáng)度，并且二者幾乎一樣。性質(zhì)是本身所具有的特質(zhì)或本性；功能是人們對(duì)材料的某種期待與要求或某種可以承擔(dān)的功效，以及承擔(dān)該功效下的表現(xiàn)或能力。 b. 實(shí)質(zhì)：晶界遷移 。 a. 變形金屬的再結(jié)晶：位錯(cuò)密度 ↘ ， 強(qiáng)度 、 硬度 ↘ ， 塑性 、 韌性 ↗ ， 內(nèi)應(yīng)力消除 。 材料的 結(jié)構(gòu) ? 變形金屬加熱后的組織結(jié)構(gòu)與性能 (1) 回復(fù)：把經(jīng)過冷變形的金屬加熱時(shí) ， 在顯微組織發(fā) 生變化前所發(fā)生的一些亞結(jié)構(gòu)的改變過程稱 為回復(fù) 。 缺陷：制耳； 優(yōu)點(diǎn)：使硅鋼片的特定晶界 、 晶向平行于磁力線方向 ， 提 高導(dǎo)磁率 ， 減小磁滯耗損 。 b. 種類：正常價(jià)化合物： 符合一般化合物的原子價(jià)規(guī)律 ， 成分固定 ， 可 用化學(xué)式表示 。 柔性鏈 、 剛性鏈 高聚物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)： 晶性高聚物：排列規(guī)則有序無定性 高聚物：排列規(guī)則無序 材料的 結(jié)構(gòu) ? 相： (1) 定義：具有相同的物理或化學(xué)性能并與該系統(tǒng)的其 余部分以界面分開的物質(zhì)部分 。 結(jié)構(gòu)： 大分子鏈的組成：非金屬或非金屬元素組成 。 (20~40%) 氣相：即材料中的氣孔 ， 使性能下降 。 (主晶相 、 次晶相 、 第三晶相 ) 材料的性能取決于主晶相 。 多晶體中 ， 晶粒位向不同 ， 存在位向差 ， 晶粒交界處原子排列不一致 ， 存在一個(gè)過渡層 ， 即晶界 。 位錯(cuò)：是晶體中的某處有一列或若干列原子發(fā)生了 某種有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象 。 如空位 (正常晶格結(jié)點(diǎn)上 ， 未被原子占有而空著的位置 )、 間隙 (不占有正常的晶格位置 ， 而處在晶格間隙中的多余原子 )、 置換原子 (置換晶格結(jié)點(diǎn)上的原子 ，占據(jù)正常結(jié)點(diǎn) )。 (3) 運(yùn)動(dòng)方式：用文字描述或參量來表達(dá)原子 (或分子 )及電子的運(yùn)動(dòng) 。材料科學(xué)與工程方法論 中南大學(xué) 王德志 材料科學(xué)與工程的整體觀 材料結(jié)構(gòu)、性能與表征的因果關(guān)系 材料設(shè)計(jì)與制備的統(tǒng)一性 四 方法論概述 一 三 五 提綱 六 環(huán)境、能源、信息、軍工、鐵道材料的發(fā)展觀 材料科學(xué)與工程研究的客觀規(guī)律性 二 四 、材料結(jié)構(gòu)、性能與表征的因果關(guān)系 材料的結(jié)構(gòu)與 性能 核心關(guān)系 其核心是圍繞 : “結(jié)構(gòu)與性能” 的相互辯證關(guān)系 材料的結(jié)構(gòu)與 性能 組織結(jié)構(gòu) 材料性能 材料的結(jié)構(gòu)與 性能 ? 材料的合成與制備 ：研究獲取材料的手段，以工藝技術(shù)的進(jìn)步為標(biāo)志； ? 成分與組織結(jié)構(gòu) ：反映材料的本質(zhì)，是認(rèn)識(shí)材料的理論基礎(chǔ)； ? 材料特性 ：表征了材料固有的性能，是選用材料的重要依據(jù)； ? 服役行為與使用壽命 ：與材料的加工和服役條件相結(jié)合來考察材料的使用壽命，它往往成為 MSE 的最終目標(biāo)。 (2) 排列方式：組元間的排列方式取決于組元間的結(jié)合類型 。 材料的 結(jié)構(gòu) ? 材料的晶體結(jié)構(gòu)： (1) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)： a. 典型的晶體結(jié)構(gòu) 在金屬元素中 ， 約 90%以上的金屬晶體結(jié)構(gòu)屬于如下三種密排的晶格形式： 體心立方 () 面心立方 () 密排六方 () bodycentered cubic facecentered cubic hexagonal closepacked 材料的 結(jié)構(gòu) b. 實(shí)際的晶體結(jié)構(gòu) ◆ 點(diǎn)缺陷：是一種在三維空間各個(gè)方向上尺寸都很小 ， 尺寸范圍約為一個(gè)或幾個(gè)原子間距的缺陷 。 如位錯(cuò) 。 主要是晶界和亞晶界。 晶體結(jié)構(gòu)：以離子鍵為主的離子晶體 (呈晶態(tài) ) 以共價(jià)鍵為主的共價(jià)晶體 (呈非晶態(tài) ) 組織：晶相：是主要組成相 。 缺點(diǎn)：強(qiáng)度低 、 熱穩(wěn)定性差 ， 應(yīng)控制在一定范圍 。 高分子亦稱大分子 ， 高 分子化合物又稱高聚物或聚合物 。 大分子鏈的構(gòu)象： 由于單鍵內(nèi)旋引起的原子在空間占據(jù)不同位置所構(gòu)成的分子鏈 的各種形象 。 a. 特點(diǎn)：具有一定的金屬性質(zhì)；熔點(diǎn)高 、 硬而脆 ， 塑性 、 韌性不高 。 (顯微鏡下所觀察到的金屬中的各種晶粒的大小 、 形態(tài)和分布 ) 材料的 結(jié)構(gòu) ? 金屬的加工工藝與結(jié)構(gòu)、性能的關(guān)系 ? 金屬塑性變形后的組織結(jié)構(gòu)與性能 (1) 塑性變形后金屬的組織結(jié)構(gòu)： a. 顯微組織的變化：形成 “ 纖維組織 ” ； b. 亞結(jié)構(gòu)的細(xì)化：位錯(cuò)纏結(jié) 、 晶粒破碎； c. 織構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生： 織構(gòu)：在塑性變形過程中 ， 晶粒轉(zhuǎn)動(dòng) ， 當(dāng)變形量達(dá)到一定程 度 (70~90%以上 )時(shí) ， 會(huì)使絕大部分晶粒的某一位向與 外力方向趨于一致 。 b. 理化性能：電阻率 ↗ ；電阻溫度系數(shù) ↘ ；導(dǎo)磁率 ↘ ； 導(dǎo)熱率 ↘ ；腐蝕 ↗ 。 材料的 結(jié)構(gòu) (2) 再結(jié)晶：變形金屬加熱到較高溫度時(shí) ， 由于原子擴(kuò)散能力增 加 ， 在晶格畸變嚴(yán)重處形成一些位向與變形晶粒不 同 ， 內(nèi)部缺陷減少的等軸小晶粒 ， 這些小晶粒不斷向 外擴(kuò)展長大 ， 直至金屬中的變形金屬全部被