【正文】 能指標(biāo)來(lái)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(dòng)載荷時(shí)材料的力學(xué)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(yàn)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(yīng)位能為 G 沖擊試驗(yàn)示意圖 ?試驗(yàn)時(shí)，沖擊功的數(shù)值可從沖擊試驗(yàn)機(jī)的刻度標(biāo)盤(pán)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(shuō)明其低溫沖擊性能越好，允許使用的溫度范圍越大。 當(dāng)零件所受的應(yīng)力低于某一值時(shí)，即使循環(huán)周次無(wú)窮多也不發(fā)生斷裂，稱此應(yīng)力值為 疲勞強(qiáng)度 或 疲勞極限。 13 斷裂韌性 ?有的大型轉(zhuǎn)動(dòng)零件、高壓容器、橋梁等，常在其工件應(yīng)力遠(yuǎn)低于屈服點(diǎn) σ s的情況下突然發(fā)生低應(yīng)力脆斷。 KI值的大小決定于裂紋尺寸（ 2a）和外加應(yīng)力場(chǎng) σ ，它們之間的關(guān)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(guān)的無(wú)量綱系數(shù) σ 為外加應(yīng)力場(chǎng)，單位為 MPa； a為裂紋長(zhǎng)度的一半，單位為 mm K = Y a??化工學(xué)院 由上式可見(jiàn)，隨應(yīng)力的增大，KI不斷增大，當(dāng) KI增大到某一定值時(shí)，這可使裂紋前沿的內(nèi)應(yīng)力大到足以使材料分離，從而導(dǎo)致裂紋突然擴(kuò)展，材料快速發(fā)生斷裂。 具有張開(kāi)型裂紋的試樣 167。 （ 2）熔點(diǎn) ?熔點(diǎn)是指材料的熔化溫度。 1．物理性能 化工學(xué)院 167。熱交換器等傳熱設(shè)備的零部件一般常用導(dǎo)熱性好的材料（如銅、鋁等）來(lái)制造。電阻率越低，材料的導(dǎo)電性越好 ?根據(jù)電阻率數(shù)值的大小可把材料分為： ?超導(dǎo)體： ρ →0 ?導(dǎo)體： ρ ＝ 108105Ω 化工學(xué)院 167。 ?化學(xué)腐蝕是金屬直接與周?chē)橘|(zhì)發(fā)生純化學(xué)作用，例如鋼的氧化反應(yīng) ?電化學(xué)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(shí)，材料能充滿比較復(fù)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(jìn)行壓力加工的性能。 材料的工藝性能是其機(jī)械性能、物理性能和化學(xué)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(lái)衡量。 ?有利切削的材料硬度為 160~230HB。 21 金屬的晶體結(jié)構(gòu) ?晶體 是指基原子具有規(guī)則排列的物體 ?晶體結(jié)構(gòu) 是指晶體內(nèi)部原子規(guī)則排列的方式 ?晶體結(jié)構(gòu)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(diǎn)，并用許多假想的直線連接起來(lái)，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(diǎn)稱為 結(jié)點(diǎn) ；晶格中各種不同方位的原子面，稱為 晶面 。=1 1010m） ?當(dāng)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(gè)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(xué)或機(jī)械性能方面，即不論在彈性模量、破斷抗力、屈服強(qiáng)度，或電阻、導(dǎo)磁率、線脹系數(shù)，以及在酸中的溶解速度等許多方面都會(huì)表現(xiàn)出來(lái)，并在工業(yè)上得到了應(yīng)用，指導(dǎo)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(guò)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(dǎo)磁率等。 示意圖 顯微組織照片 每個(gè)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(guò)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(jié)構(gòu)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(dá)幾毫米甚至幾十毫米。晶體缺陷的形式有點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷。這些點(diǎn)缺陷的存在會(huì)使其周?chē)木Ц癞a(chǎn)生畸變。當(dāng)雜質(zhì)原子的直徑與金屬原子的半徑相當(dāng)或較大時(shí)，容易形成置換原子。由于該晶體的右上部分相對(duì)于右下部分局部滑移，結(jié)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(cuò)線。位錯(cuò)線的密度可用單位體積內(nèi)位錯(cuò)線的總長(zhǎng)度表示，通常為 104一 1012cm／ cm3之間。 167。 22 實(shí)際金屬結(jié)構(gòu) 化工學(xué)院 實(shí)際金屬中的缺陷對(duì)材料力學(xué)性能的影響如下： 167。以 NaCl為例說(shuō)明。反之，每個(gè)負(fù)離子周?chē)灿辛鶄€(gè)最鄰近的正離子。 ?圖中的原子間的連線表示共價(jià)鍵，每個(gè)碳原子有 4個(gè)共價(jià)鍵。他是由一個(gè)硅原子和 4個(gè)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(jié)晶性，在他們的某些部分，長(zhǎng)分子鏈?zhǔn)怯幸?guī)則的、互相平行的排列著。其中凝固形成晶體的過(guò)程，稱為 結(jié)晶 。特定金屬的過(guò)冷度不是一個(gè)定值，它隨冷卻速度的變化而變化，冷卻速度越大，過(guò)冷度越大，金屬的實(shí)際結(jié)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(xué)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(jié)晶時(shí)的能量條件 化工學(xué)院 167。換句話說(shuō)，要使液體進(jìn)行結(jié)晶，就必須使其溫度低于理論結(jié)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(jié)晶推動(dòng)力才行 ?可見(jiàn)過(guò)冷度是金屬結(jié)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(lái)，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(diǎn)，以增加晶核數(shù)目，而細(xì)化晶粒 四、影響晶核的形成和成長(zhǎng)速率的因素 影響晶核的形成率和成長(zhǎng)率的最重要因素是結(jié)晶時(shí)的 過(guò)冷度 和液體中的 不熔雜質(zhì) 1) 過(guò)冷度的影響 金屬結(jié)晶時(shí)的冷卻速度愈大，其過(guò)冷度便愈大，不同過(guò)冷度 ⊿ T對(duì)晶核的形成率 N（晶核形成數(shù)目 /s?mm3）和成長(zhǎng)率 G（ mm/s）的影響如圖所示 化工學(xué)院 167。這些未熔的雜質(zhì)，當(dāng)其晶體結(jié)構(gòu)在某種程度上與金屬相近時(shí)，?？娠@著地加速晶核的形成，使金屬的晶粒細(xì)化。 24 金屬的結(jié)晶 影響晶粒度主要因素是形核率 N和長(zhǎng)大速度 G。 總結(jié)：一般情況下，晶粒愈小，則金屬的強(qiáng)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(yù)熱溫度，均可提高鑄件的冷卻速度。 化工學(xué)院 167。 ?鐵在結(jié)晶后繼續(xù)冷卻至室溫的過(guò)程中，將發(fā)生兩次晶格轉(zhuǎn)變，其轉(zhuǎn)變過(guò)程如圖所示。 12 動(dòng)載荷時(shí)材料的力學(xué)性能 化工學(xué)院 167。 12 動(dòng)載荷時(shí)材料的力學(xué)性能