【正文】 展階段 a0 a0ac a0≥ac 擴(kuò)展速度慢 擴(kuò)展速度快 有外力作用 無需外力 形成微裂紋 失穩(wěn)擴(kuò)展階段脆性斷裂 a0 a0≥ac危害大 擴(kuò)展速度極快 一般來講，韌性好的材料容易發(fā)生韌性斷裂，如純金書，低碳鋼等。（有兩個(gè)力學(xué)性能指標(biāo)）用標(biāo)準(zhǔn)試樣的沖擊吸收AK值表示,但微微j (焦耳)兩個(gè)力學(xué)性能指標(biāo)：AK, akak=Ak/Fk A k : 沖擊吸收功 Fk: 斷口處橫截面積ak ： 沖擊韌度（單位面積的吸收功） J . cm 2AK,ak都是衡量材料沖擊韌性的力學(xué)性能指標(biāo)。選材舉例：由以構(gòu)件工作中的最低溫度200C,現(xiàn)有兩種材料： A: Tk=500C B: Tk=100C 選那種材料更安全？ （A）四、 斷裂韌性及衡量指標(biāo)1傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法：零件工作應(yīng)力s,材料屈服強(qiáng)度ss要求：（1）s≤ss/k k:安全系數(shù)， k1(2) 足夠的塑性、沖擊韌性（實(shí)際情況并非如此，經(jīng)過這種方法設(shè)計(jì)制造的一些大型工程構(gòu)件有的發(fā)生脆性斷裂事故。（可以通過合金化、熱處理等改變）；（3）、選材和判據(jù)：（不講，同學(xué)自己看，后答疑）； 有臨界狀態(tài)可知： Ysa1/2=KIC 有三個(gè)參數(shù)獨(dú)立變化，s, a , KIC任何一個(gè)參數(shù)的變化都會(huì)導(dǎo)致零件發(fā)生脆性斷裂。例如：低碳鋼，室溫：韌斷 1960C: 脆斷 加載方式和材料本質(zhì)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)：a = t max/smax　(材料受到外力作用時(shí)，內(nèi)部各點(diǎn)都處于應(yīng)力狀態(tài)，每一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可用s1, s2, s3三個(gè)主應(yīng)力來表示，根據(jù)三個(gè)主應(yīng)力可計(jì)算出每點(diǎn)所受的最大切應(yīng)力tmax和最大正應(yīng)力smax tmax=(s1s3)/2 smax=s1v(s1+s3)不同的加載方式,a是不同的。 ts ↑ ，sk↓， 易發(fā)生脆性斷裂。 疲勞斷裂過程：（1）、引起疲勞斷裂的應(yīng)力很低，一般低于ss　；（2）、無明顯的塑性變形、無預(yù)兆、突然發(fā)生； (3)、斷口上顯示疲勞斷裂的三個(gè)過程描述交變載荷特征參數(shù)： 最大應(yīng)力 smax 最小應(yīng)力 smin 應(yīng)力副： sa = (smaxsmin)/2 平均應(yīng)力： sm = (smax+smin)/2r = smin/smax不同種類的交變載荷，上述幾種參量是不一樣的。 靠近式樣表面，與疲勞源區(qū)相對(duì)。N0:循環(huán)基數(shù)，根據(jù)工作條件和使用壽命而定。 0 q 1 q→0, Kf = 1 s1 = s1N 疲勞極限對(duì)缺口不敏感； q→1 , Kf = Kt 疲勞極限對(duì)缺口敏感；希望：q 越小越好。 過載持久值取決于材料的強(qiáng)度、塑性、韌性。特點(diǎn):磨損速度大，破壞嚴(yán)重，有時(shí)是摩擦副咬死，不能相對(duì)運(yùn)動(dòng)，（10—15μm /h ）是設(shè)備無法正常工作。 在4500C下，在120 ，持續(xù)1000小時(shí)發(fā)生斷裂。 不同的材料發(fā)生蠕變的溫度是不同的。（抗拉強(qiáng)度） 用給定溫度和規(guī)定時(shí)間內(nèi)試樣發(fā)生斷裂時(shí)應(yīng)力表示 sTt t時(shí)間；T溫度； s7001*103 = 300MPa. 含義：在7000C經(jīng)過1*103小時(shí)后的持續(xù)強(qiáng)度為300 MPa.規(guī)定時(shí)間：構(gòu)件的設(shè)計(jì)壽命；溫度 ：零件的工作溫度；三、高溫零件的時(shí)效和防止 失效方式1）蠕變；（引起的過量塑性變形）。 1〉自由能將過程結(jié)晶的動(dòng)力學(xué)：△T O 2）提供結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力→由過冷度→自由能差 （二）、結(jié)晶過程：形核、長(zhǎng)大；形核：結(jié)晶開始時(shí)在液體中形成的一些微小晶體晶核，數(shù)目與△T有關(guān)。 為了研究晶體規(guī)則性把原子抽象為“點(diǎn)”，原子排列就變成了點(diǎn)排列，稱點(diǎn)陣。 如位錯(cuò)：刃位錯(cuò)；多余半原子面如刃刀一樣插入晶體中 螺位錯(cuò) 3）面缺陷： 在兩個(gè)方向上尺寸都很大，在另一個(gè)方向上尺寸很小。鋼：Fe、C；鋁合金：ALMgZn(Cu)；鈦合金: TiALV 一、鐵和碳的相互作用：表現(xiàn)在兩個(gè)方面：1）形成固溶體（少量C）； 2）形成化合物（較多C）； 鐵和碳形成的固溶物： （1）固溶體：固體溶液，它是溶質(zhì)原子溶入溶劑中形成的晶體，保持著溶劑元素的晶體結(jié)構(gòu)。 （3）、固溶體的性能： 1）固溶體保持了溶劑原子的晶體結(jié)構(gòu)，由于溶質(zhì)原子于溶劑原子大小不一樣，所以形成固溶體時(shí)要產(chǎn)生晶格畸變。系統(tǒng)：指的是物質(zhì)體系，可以是同種物質(zhì)，也可以是不同種物質(zhì)。又稱狀態(tài)圖、平衡圖。固相線以下，合金為固相；表示凝固過程中固相成分的變化。 3）計(jì)算體系中兩個(gè)相的相對(duì)質(zhì)量（放在后面講）二、Fe—Fe3C相圖 圖 圖 對(duì)于鐵碳相圖，我們首先應(yīng)認(rèn)識(shí)他，了解他為我們提供的信息，如有哪些信息、發(fā)生那些相變，在此基礎(chǔ)上我們應(yīng)用它，分析給定成分的鐵碳合金的結(jié)晶過程（從液相到室溫），分析室溫下合金中的相和組織組成物。 2）組元同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)： 13940C N: d Fe → g Fe (0,13940C) G: g Fe → a Fe （0，9120C） 3）碳在鐵中最大溶解度的點(diǎn)： 鐵與碳形成固溶體，碳在鐵中的溶解度是有限的，最大溶解度稱為極限溶解度。（結(jié)晶時(shí)液相發(fā)生變化） 固相線：AHJECF, 以下， 體系為固相（表示結(jié)晶時(shí)固相成分發(fā)生變化） 之間， 液固相共存； 2）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變線： d g ：NH：開始轉(zhuǎn)變線 ； b,c,c→f,cc 之間發(fā)生 d g轉(zhuǎn)變NJ: 結(jié)束轉(zhuǎn)變線； ga： GS: 開始轉(zhuǎn)變線； f,c,c→b,cc 之間發(fā)生 ga 轉(zhuǎn)變 GP： 結(jié)束轉(zhuǎn)變線； 純鐵有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，融入少量碳的固溶體也有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，由于轉(zhuǎn)變溫度和成分有關(guān)，故而是一條直線。相圖也反映了體系中不同相之間的轉(zhuǎn)變相圖中的轉(zhuǎn)變： （1）勻晶轉(zhuǎn)變： 從晶體中直接結(jié)晶出單一固相的轉(zhuǎn)變稱為勻晶轉(zhuǎn)變。 （4）恒溫轉(zhuǎn)變： Ⅰ：包晶轉(zhuǎn)變 → HJB 線 a：反應(yīng)式： 14950C dH + LB → gJ （兩個(gè)相生成一個(gè)相） b：含義：有一定成分的液相和一定成分的固相生成另一個(gè)一定成分新固相地反映包晶轉(zhuǎn)換反應(yīng)。 在Fe Fe3C相圖上，與BC線相交，L → g 與CD線相交，L → Fe3C，C點(diǎn)恰好同實(shí)在BC,CD線上，所以此時(shí)同時(shí)從液相中結(jié)晶出g和Fe3C。 共析轉(zhuǎn)變成的兩相混合物形成的組織制成金相試樣拋光腐蝕后表面呈現(xiàn)珍珠光澤稱為“珠光體”。我們學(xué)習(xí)這些知識(shí)干什么呢？討論杠桿定律： 一個(gè)城分為X的CuNi合金（Ni含量為X%）。Wc=%的Fe—C合金14000C下，體系中相的相對(duì)量。 室溫： Wc = %的Fe—C合金。我們要用Fe—Fe3C相圖的知識(shí)分析給定成分的Fe—C合金從液相冷卻至室溫（緩慢冷卻），合金會(huì)經(jīng)歷那些轉(zhuǎn)變，室溫下會(huì)得到哪些相及組織組成物，進(jìn)一步還可分析合金具有什么樣的力學(xué)性能。 強(qiáng)調(diào)：杠桿定律適應(yīng)于兩相區(qū)。另外還有剛才講的三個(gè)恒溫轉(zhuǎn)變，其中共晶轉(zhuǎn)變、共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物還是兩相混合物。 如果合金的成分不是位于C電（仍在ECF線內(nèi)）,在發(fā)生共晶反映之前還要發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變。 J 點(diǎn)以左：d相剩余。 （2）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：（固溶體的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變） d → g 。 把從奧氏體中析出的涔碳體稱為二次涔碳體，F(xiàn)e3CⅡ (Wc超過ES線) 把從鐵素體中析出的涔碳體稱為三次涔碳體，F(xiàn)e3CⅢ （Wc超過PQ線） Wc超過PQ線，a → Fe3CⅢ , a相成分沿PQ線變化。 F: ( ,1148)→共晶反應(yīng)生成的Fe3C。 相圖中間區(qū)域的各點(diǎn)都表示Fe—Fe3C合金在不同成分、溫度下具有的相。（主要看成分、溫度對(duì)應(yīng)的點(diǎn)落在那個(gè)區(qū)域） 2）確定體系中相的成分： 在兩相區(qū)中，溶質(zhì)原子兩相中的濃度是不一樣的。以Cu—Ni合金為例： 圖圖準(zhǔn)備含鎳量不同的合金：1) 0 ,2) 25%， 3）50% ，4）75% ，5）100% 通過測(cè)定和近1）5）各自的開始凝固溫度和終了凝固溫度。顯微組織：在顯微鏡下觀察到的物質(zhì)的形貌，在顯微鏡下能夠區(qū)分的部分，就是組織組成物。（含炭量： %固定） Fe3C : (三個(gè)鐵原子結(jié)合一個(gè)碳原子，需要的碳原子多) Cm : 特點(diǎn)：1）晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜一個(gè)Fe3C晶胞中有12個(gè)鐵原子和4個(gè)碳原子； 2）熔點(diǎn)高； 3）硬而脆； 性能：復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)高，硬而脆； 涔碳體：Fe3C ， 剛中的涔碳體 ↓ 被Mn,Cr,W,Mo等置換→形成合金涔碳體。 Fe → :Mn ,Si , Cr , Ni ； 圖—圖=間隙固溶體：兩種原子直徑相差較大，溶質(zhì)原子處于溶劑晶體結(jié)構(gòu)的間隙位置上，形成了間隙固溶體。細(xì)化晶粒的方法：（1）增加△T，增加晶核數(shù)目，晶粒減少； （2）攪拌、震動(dòng)； （3）孕育處理加入人工晶核；3）點(diǎn)缺陷:間隙原子可以顯著提高強(qiáng)度，降低塑性、韌性； 三、純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變（純鐵結(jié)晶后冷卻至室溫，其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生兩次轉(zhuǎn)變） 13940C 9120C d Fe ←→ g Fe ←→ a Fe 體心立方 面心立方 體心立方 圖=圖 四、工業(yè)純鐵的組織和性能： 1）工業(yè)純鐵：含有少量雜志的純鐵；2）性能：強(qiáng)度低，塑、韌性好； 3）應(yīng)用：作為功能材料（利用物理化學(xué)性能），應(yīng)用于電工中，如變壓器中的鐵芯； 第二節(jié) 鐵碳和金中的相和組織組成物春鐵的強(qiáng)度很低，不能制作承受載荷零件。晶格是由一些基本單元構(gòu)成的。晶界：晶粒與晶粒之間的界面成為晶界。 第一節(jié) 純鐵組織和性能 一、純鐵的結(jié)晶： 晶體由液態(tài)變成固態(tài)的過程。de/dt ↑； 蠕變速率單位： 二、抗力指標(biāo) 蠕變極限 （1）定義：高溫長(zhǎng)期載荷作用下材料對(duì)塑性變形的抗力稱為蠕變極限。評(píng)定材料高溫力學(xué)性能的指標(biāo)有蠕變極限和持久強(qiáng)度。 圖 齒輪、滾動(dòng)軸承鋼軌與火車輪箍 表現(xiàn)形式：接觸表面有針狀的凹坑，稱為麻點(diǎn)所以稱為麻點(diǎn)磨損 過程：類是疲勞失效，有裂紋形成，擴(kuò)展兩個(gè)過程。 第四節(jié) 零件的磨損實(shí)效一、 基本概念： 產(chǎn)生磨損的條件：（1）零件表面接觸 （2）發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)如火車輪輪砸與鋼軌；活塞環(huán)和汽缸套；齒輪嚙合是兩齒表面 定義：在摩擦過程中零件表面發(fā)生尺寸變化和物質(zhì)耗損的現(xiàn)象叫做磨損。所以拉壓交變載荷下da/dN比拉—拉交變載荷的??；前者的△Kth比后者的小。