【正文】 12 動載荷時材料的力學(xué)性能 化工學(xué)院 167。 化工學(xué)院 167。 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。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，常可顯著地加速晶核的形成，使金屬的晶粒細(xì)化。晶粒的外形是不規(guī)則的。換句話說，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)晶推動力才行 ?可見過冷度是金屬結(jié)晶的必要條件。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(shí)際結(jié)晶溫度也就越低。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，長分子鏈?zhǔn)怯幸?guī)則的、互相平行的排列著。 ?圖中的原子間的連線表示共價(jià)鍵，每個碳原子有 4個共價(jià)鍵。以 NaCl為例說明。 167。由于該晶體的右上部分相對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便是位錯線。這些點(diǎn)缺陷的存在會使其周圍的晶格產(chǎn)生畸變。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。 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(jié)構(gòu)稱為 多晶體 。屬于這類晶格的金屬有 Mg、 Zn、Be、 Cd等。 1 8 1 28? ? ?34a167。=1 1010m） ?當(dāng)晶格常數(shù) a=b=c，棱邊夾角 ? =? =? =90176。 ?有利切削的材料硬度為 160~230HB。 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．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(fù)雜的鑄型并獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的能力。 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）來制造。 （ 2）熔點(diǎn) ?熔點(diǎn)是指材料的熔化溫度。 KI值的大小決定于裂紋尺寸（ 2a）和外加應(yīng)力場 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)的無量綱系數(shù) σ 為外加應(yīng)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(xué)院 由上式可見，隨應(yīng)力的增大，KI不斷增大，當(dāng) KI增大到某一定值時，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。 當(dāng)零件所受的應(yīng)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(yīng)力值為 疲勞強(qiáng)度 或 疲勞極限。 沖擊試驗(yàn)示意圖 ?試驗(yàn)時，沖擊功的數(shù)值可從沖擊試驗(yàn)機(jī)的刻度標(biāo)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。 12 動載荷時材料的力學(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。 12 動載荷時材料的力學(xué)性能 由于許多機(jī)械零件在動載荷下工作，材料對動載荷的抗力就不能用簡單地用靜載荷力學(xué)性能指標(biāo)來衡量。 測量范圍 常用于測薄件、鍍層、化學(xué)熱處理后的表層等。 洛氏硬度值 用測量的殘余壓痕深度表示。 11 靜載荷時材料的力學(xué)性能 硬度 化工學(xué)院 引言： 定義： 指材料局部表面抵抗塑性變形和破壞的能力。評定指標(biāo)是斷后伸長率和斷面收縮率。彈性模量隨著溫度的升高而逐漸降低。 指材料在外力作用下表現(xiàn)出來的性能，主要有 彈性、剛度、強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌度 和 疲勞強(qiáng)度 等。 第一節(jié) 強(qiáng)度與塑性 化工學(xué)院 一、材料的拉伸曲線 OE段：直線、彈性變性 EP段：曲線、彈性變形 +塑性變形 F1點(diǎn)： 出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，即試樣局部截面明顯縮小試樣承載能力降低，拉伸力達(dá)到最大值，試樣即將斷裂。 南山學(xué)院 強(qiáng)度指材料抵抗塑性變形和斷裂的能力 。 斷后伸長率 斷面收縮率 指試樣拉斷后標(biāo)距的伸長量與原標(biāo)距長度的百分比。它是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)，其物理含義與試驗(yàn)方法有關(guān)。可從表盤上直接讀出。 三、維氏硬度 優(yōu)缺點(diǎn) （ 1） 測量準(zhǔn)確，應(yīng)用范圍廣（硬度從極軟到極硬） （ 2） 可測成品與薄件 （ 3） 試樣表面要求高，費(fèi)工。動載荷主要有兩種形式：一是載荷以較高的速度施加到零構(gòu)件上，形成沖擊。 ?由于在沖擊載荷作用下材料的塑性變形得不到充分發(fā)展，為了能靈敏地反映出材料的沖擊韌性，通常采用帶缺口的試樣進(jìn)行試驗(yàn) ?標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣有兩種，一種是夏比Ｕ形缺口試樣，另一種是夏比Ｖ形缺口試樣 ?同一條件下同一材料制作的兩種試樣，其Ｕ形試樣的 a k值明顯大于Ｖ形試樣的 a k，所以這兩種試樣的值 a k不能相互比較 U形缺口 V形缺口 化工學(xué)院 167。有些國家（如美、英、日等國）直接用沖擊吸收功 Ak作為沖擊韌性指標(biāo) 化工學(xué)院 167。 ?材料的疲勞強(qiáng)度通過實(shí)驗(yàn)得到 ?用實(shí)驗(yàn)得到的交變應(yīng)力大小 σ 和斷裂循環(huán)周次Ｎ之間的關(guān)系繪制出圖 —9所示的 σ －Ｎ之間的關(guān)系曲線，即疲勞曲線 ?疲勞曲線表明，隨著應(yīng)力 σ 的減小，循環(huán)次數(shù)Ｎ在增加，當(dāng)應(yīng)力 σ 降到一定值后， σ －Ｎ曲線趨于水平，這就意味著材料在此應(yīng)力作用下無限次循環(huán)也不會產(chǎn)生斷裂，此應(yīng)力稱為材料對稱彎曲疲勞極限，用 σ l表示，單位為 MＰ a 。這個應(yīng)力強(qiáng)度因子的臨界值，稱為材料的斷裂韌性，用 KIC表示。 ?材料的熔點(diǎn)越高，高溫性能就越好。 ?通常，金屬及合金的導(dǎo)熱性遠(yuǎn)高于非金屬材料。 14 金屬材料的其他性能 2．化學(xué)性能 （ 1）耐腐蝕性 ?耐腐蝕性是指材料抵抗各種介質(zhì)侵蝕的能力。 ?對金屬材料而言，評價(jià)鑄造性能好壞的主要指標(biāo)有流動性、收縮率、偏析傾向等。工藝性能的好壞，直接影響到制造零件的工藝方法和質(zhì)量以及制造成本。 ?切削加工性好的材料，切削容易，刀具磨損小，加工表面光潔。 時，這種晶胞稱為簡單立方晶胞 ?具有簡單立方晶胞的晶格叫做簡單立方晶格。 21 金屬的晶體結(jié)構(gòu) 化工學(xué)院 167。 ge （ 3）密排立方晶格 (Closepacked hexagonal lattice，簡稱 ) 1112 2 3 662? ? ? ? ?化工學(xué)院 167。一般情況下， 多晶體中不顯各向異性。 ?晶粒的大小對材料的性能影響很大，在常溫下，晶粒愈小，材料的強(qiáng)度愈高，塑性、韌性愈好。 (2) 間隙原子 在晶格節(jié)點(diǎn)以外存在的原子，稱為間隙原子。沿位錯線的周圍，晶格發(fā)生了畸變。 22 實(shí)際金屬結(jié)構(gòu) 化工學(xué)院 另外，晶粒內(nèi)部也不是理想晶體，而是由位向差很小的稱為嵌鑲塊的小塊所組成，稱為亞晶粒，尺寸為 10