【正文】 能指標來衡量。沖擊韌性是在沖擊載荷作用下，材料抵抗沖擊力的作用而不被破壞的能力。 12 動載荷時材料的力學性能 ?為了討論材料的沖擊韌性 a k值，常采用一次沖擊彎曲試驗法。H1；再將擺錘釋放，使其刀口沖向圖箭頭所指試樣缺口的背面；沖斷試樣后擺錘在另一邊的高度為 H2，相應位能為 G 沖擊試驗示意圖 ?試驗時，沖擊功的數(shù)值可從沖擊試驗機的刻度標盤上直接讀出 ?沖擊吸收功除以試樣缺口底部處橫截面積 S獲得沖擊韌性值 ak ，即 a k =Ak/ S，單位為 J/cm2。材料的冷脆轉(zhuǎn)變溫度越低，說明其低溫沖擊性能越好，允許使用的溫度范圍越大。 當零件所受的應力低于某一值時，即使循環(huán)周次無窮多也不發(fā)生斷裂，稱此應力值為 疲勞強度 或 疲勞極限。 13 斷裂韌性 ?有的大型轉(zhuǎn)動零件、高壓容器、橋梁等，常在其工件應力遠低于屈服點 σ s的情況下突然發(fā)生低應力脆斷。 KI值的大小決定于裂紋尺寸（ 2a）和外加應力場 σ ，它們之間的關系由下式表示： 式中： Y為與裂紋形狀、加載方式和試樣幾何尺寸有關的無量綱系數(shù) σ 為外加應力場，單位為 MPa； a為裂紋長度的一半，單位為 mm K = Y a??化工學院 由上式可見，隨應力的增大，KI不斷增大，當 KI增大到某一定值時，這可使裂紋前沿的內(nèi)應力大到足以使材料分離，從而導致裂紋突然擴展，材料快速發(fā)生斷裂。 具有張開型裂紋的試樣 167。 （ 2）熔點 ?熔點是指材料的熔化溫度。 1．物理性能 化工學院 167。熱交換器等傳熱設備的零部件一般常用導熱性好的材料（如銅、鋁等）來制造。電阻率越低，材料的導電性越好 ?根據(jù)電阻率數(shù)值的大小可把材料分為： ?超導體： ρ →0 ?導體： ρ ＝ 108105Ω 化工學院 167。 ?化學腐蝕是金屬直接與周圍介質(zhì)發(fā)生純化學作用，例如鋼的氧化反應 ?電化學腐蝕是金屬在酸、堿、鹽等電介質(zhì)溶液中由于原電池的作用而引起的腐蝕。 14 金屬材料的其他性能 3．工藝性能 （ 1）鑄造性 ?鑄造性是指澆注鑄件時，材料能充滿比較復雜的鑄型并獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的能力。 (2) 可鍛性 ?可鍛性是指材料是否易于進行壓力加工的性能。 材料的工藝性能是其機械性能、物理性能和化學性能的綜合。 14 金屬材料的其他性能 （ 3）焊接性 ?焊接性是指材料是否易于焊接在一起并能保證焊縫質(zhì)量的性能，一般用焊接處出現(xiàn)各種缺陷的傾向來衡量。 ?有利切削的材料硬度為 160~230HB。 21 金屬的晶體結構 ?晶體 是指基原子具有規(guī)則排列的物體 ?晶體結構 是指晶體內(nèi)部原子規(guī)則排列的方式 ?晶體結構不同，其性能往往相差很大 ?為了便于分析研究各種晶體中原子或分子的排列情況，通常把原子抽象為幾何點，并用許多假想的直線連接起來，這樣得到的三維空間幾何格架，稱為 晶格 ，如圖 21a、 b所示；晶格中各邊線的交點稱為 結點 ；晶格中各種不同方位的原子面，稱為 晶面 。=1 1010m） ?當晶格常數(shù) a=b=c，棱邊夾角 ? =? =? =90176。因其晶格常數(shù) a=b=c，故只用一個常數(shù) a表示即可。 1 8 1 28? ? ?34a167。屬于這類晶格的金屬有 ? Fe、 Al、 Cu、 Ni、 Au、 Ag、 Pb等。屬于這類晶格的金屬有 Mg、 Zn、Be、 Cd等。 晶體的各向異性不論在物理、化學或機械性能方面，即不論在彈性模量、破斷抗力、屈服強度，或電阻、導磁率、線脹系數(shù)，以及在酸中的溶解速度等許多方面都會表現(xiàn)出來，并在工業(yè)上得到了應用，指導生產(chǎn)，獲得優(yōu)異性能的產(chǎn)品 如制作變壓品的硅鋼片，因它在不同的晶向的磁化能力不同，我們可通過特殊的軋制工藝，使其易磁化的晶向平行于軋制方向從而得到優(yōu)異的導磁率等。 示意圖 顯微組織照片 每個小晶體具有不規(guī)則的顆粒狀外形，即晶粒，兩相鄰晶粒之間之間的界面不同晶格方位的過渡區(qū)，所以在晶界上原子排列總是不規(guī)則的，這種多晶粒組成的晶體結構稱為 多晶體 。這種各向同性被稱偽各向同性。例如鍍鋅板表面的鋅晶粒，其尺寸通常達幾毫米甚至幾十毫米。晶體缺陷的形式有點缺陷、線缺陷、面缺陷。這些點缺陷的存在會使其周圍的晶格產(chǎn)生畸變。當雜質(zhì)原子的直徑與金屬原子的半徑相當或較大時，容易形成置換原子。由于該晶體的右上部分相對于右下部分局部滑移，結果在晶格的上半部中擠出了一層多余的原子面 EFGH，好象在晶格中額外插入了半層原子面一樣，該多余半原子面的邊緣 EF便是位錯線。位錯線的密度可用單位體積內(nèi)位錯線的總長度表示，通常為 104一 1012cm／ cm3之間。 167。 22 實際金屬結構 化工學院 實際金屬中的缺陷對材料力學性能的影響如下： 167。以 NaCl為例說明。反之，每個負離子周圍也有六個最鄰近的正離子。 ?圖中的原子間的連線表示共價鍵，每個碳原子有 4個共價鍵。他是由一個硅原子和 4個氧原子排列成的四面體。然而，有些高分子聚合物卻表現(xiàn)出一定的結晶性，在他們的某些部分，長分子鏈是有規(guī)則的、互相平行的排列著。其中凝固形成晶體的過程，稱為 結晶 。特定金屬的過冷度不是一個定值，它隨冷卻速度的變化而變化，冷卻速度越大，過冷度越大，金屬的實際結晶溫度也就越低。自由能可表示為： ?G=UTS ?式中：Ｕ為系統(tǒng)內(nèi)能，即系統(tǒng)中各種能量的總和；Ｔ為熱力學溫度；Ｓ為熵（系統(tǒng)中表征原子排列混亂程度的參數(shù)） 二、結晶時的能量條件 化工學院 167。換句話說，要使液體進行結晶，就必須使其溫度低于理論結晶溫度，造成液體與晶體間的自由能差（△Ｇ＝Ｇ液－Ｇ固＞０），即具有一定的結晶推動力才行 ?可見過冷度是金屬結晶的必要條件。隨后，液態(tài)金屬的原子就以它為中心，按一定的幾何形狀不斷地排列起來，形成 晶體 。晶粒的外形是不規(guī)則的。生產(chǎn)上常用增加冷卻速度或向液態(tài)金屬加入某些難熔質(zhì)點，以增加晶核數(shù)目，而細化晶粒 四、影響晶核的形成和成長速率的因素 影響晶核的形成率和成長率的最重要因素是結晶時的 過冷度 和液體中的 不熔雜質(zhì) 1) 過冷度的影響 金屬結晶時的冷卻速度愈大，其過冷度便愈大，不同過冷度 ⊿ T對晶核的形成率 N（晶核形成數(shù)目 /s?mm3）和成長率 G（ mm/s）的影響如圖所示 化工學院 167。這些未熔的雜質(zhì)，當其晶體結構在某種程度上與金屬相近時，常可顯著地加速晶核的形成，使金屬的晶粒細化。 24 金屬的結晶 影響晶粒度主要因素是形核率 N和長大速度 G。 總結：一般情況下，晶粒愈小，則金屬的強度、塑性和韌性愈好。例如鑄造中，用金屬型代替砂型，增大金屬型的厚度，降低金屬型的預熱溫度，均可提高鑄件的冷卻速度。 化工學院 167。 ?鐵在結晶后繼續(xù)冷卻至室溫的過程中，將發(fā)生兩次晶格轉(zhuǎn)變，其轉(zhuǎn)變過程如圖所示。 12 動載荷時材料的力學性能 化工學院 167。 12 動載荷時材料的力學性能