金屬材料在靜拉伸載荷下的力學(xué)性能(參考版)
2025-05-08 22:31本頁(yè)面
【正文】 合金元素： ↑ ky 、 σ i和 ↓ γ s → 脆性 ↑ ， 形成粗大的第二相，脆性 ↑ 三向拉伸 q =1/3， 拉伸 q =1，扭轉(zhuǎn) q =2， 。 ↓ d（細(xì)化晶粒） → 脆性 ↓ q，表示應(yīng)力狀態(tài)的系數(shù)， 滑移面 上切應(yīng)力與正應(yīng)力之比。 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率 ↑ 脆性 ↑ 。細(xì)晶材料的韌性好。 q ↑ 脆性 ↓ 。 各種因素對(duì)材料韌脆性的影響： ky， 釘扎常數(shù)。 γ s實(shí)際由表面能和塑性變形功組成，稱(chēng)有效表面能。 G高，強(qiáng)度高。 與解理的共同點(diǎn) : 有小解理刻面、臺(tái)階及河流花樣等 四、微孔聚集斷裂機(jī)理和微觀斷口特征 （一）微孔聚集斷裂機(jī)理 斷裂過(guò)程：微孔形核、長(zhǎng)大、聚合直到斷裂 形核方式：第二相（或夾雜物）質(zhì)點(diǎn)本身破碎或它們與基體界面脫離而成 在第二相處形核原因：位錯(cuò)引起應(yīng)力集中；第二相與基體塑性變形不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生分離 a e d b c 微孔形核長(zhǎng)大模型 微孔長(zhǎng)大和聚合模型 （二）微觀斷口特征 韌窩 20CrMo淬火高溫回火斷口微孔聚集型 (微孔多萌生于碳化物界面 ) 59黃銅斷口 等軸韌窩 拉長(zhǎng)韌窩 撕裂韌窩 軸向 扭轉(zhuǎn) 拉彎聯(lián)合 韌窩的 形狀 取決于應(yīng)力狀態(tài) 軸向 扭轉(zhuǎn) (切應(yīng)力）拉彎聯(lián)合 塑性好，則韌窩大而深 韌窩的 大小和深淺 : 第二相密度高，間距小，則韌窩小 加工硬化能力強(qiáng)，則韌窩大而淺。 nb r τ τ i σ fmax 斯特羅指出 如果塞積頭處的應(yīng)力集中不能為塑性變性所松馳，則塞積頭處的最大拉應(yīng)力 σfmax能夠等于理論斷裂強(qiáng)度形成裂紋 . nb r τ τ i σ fmax σ fmax=（ τ τ i ）（ d/2r） 1/2 τ –τ i:滑移面上的有效切應(yīng)力 σ m =(Eγ s /a0)1/2 τ f =τ i+ (2rEγ s /da0)1/2 若 r與 a0相當(dāng)， E=2G（ 1+υ ）代入得 τ f =τ i+ (4 G（ 1+υ ） Eγ s /d)1/2 裂紋擴(kuò)展條件（柯垂耳） σ nb=2γ s nb r τ τ i σ c= 2γ sG/d（ τ τ i） （ τ s τ i） =kyd（ 1/2） σ c= 2γ s G /kyd（ 1/2） nb=d（ τ τ i） /G d（ 1/2） σ c= 2γ s G /ky d（ 1/2） σ s = σ i+ kyd（ 1/2） ef (二 )解理斷裂的微觀斷口特征 解理斷裂的基本微觀特征 (微觀斷口特征 ): 解理臺(tái)階、河流花樣、解理舌 河流花樣 解理臺(tái)階形成方式： 解理裂紋與螺旋位錯(cuò)相交 二次解理或撕裂 河流花樣形成示意圖 河流通過(guò)傾斜晶界 河流通過(guò)扭轉(zhuǎn)晶界 重新形核 舌狀花樣及形成示意圖 （三）準(zhǔn)解理 原因 :細(xì)小的第二相 它是解理斷裂的變種 不同點(diǎn) : 準(zhǔn)解理小刻面不是晶體學(xué)解理面 。 三個(gè)區(qū)域的比例關(guān)系與材料韌斷性能和實(shí)驗(yàn)條件有關(guān) 材料的硬度和強(qiáng)度很高，則放射區(qū)比例增大 低溫環(huán)境，試樣尺寸增大，放射區(qū)比例增大 脆性斷裂的宏觀斷口： 平齊 光亮 呈放射狀或結(jié)晶狀 裂紋擴(kuò)展方向 板狀矩形試樣拉伸形成人字紋花樣 三、斷裂強(qiáng)度 （一）理論斷裂強(qiáng)度 τ τ τ m= G/2π G=1045 MPa 實(shí)際測(cè)得 τ 在 110 MPa 決定材料強(qiáng)度的最基本因素： 原子間結(jié)合力 理論切變強(qiáng)度： 在切應(yīng)力作用下，兩原子面作剛性滑移所需的理論切應(yīng)力 理論斷裂強(qiáng)度： 在正應(yīng)力作用下，將晶體的兩個(gè)原子面沿垂直于外力方向拉斷所需的應(yīng)力 理論斷裂強(qiáng)度： 理論斷裂強(qiáng)度即相當(dāng)于克服最大引力 σ m。微孔形成、長(zhǎng)大、相連（聚合） 放射區(qū)：裂紋快速擴(kuò)展形成。 純剪切斷裂： 在切應(yīng)力作用下沿滑移面分離而造成的滑移面分離斷裂。 八、靜力韌度 韌性： 抗抵裂紋擴(kuò)展的能力。 σ b 能和材料的疲勞極限 σ 1和材料的硬度 H B 建立一定關(guān)系 對(duì)淬火回火鋼： σ 1≈ b σ b≈ H B 五大指標(biāo)： σ S， σ b， δ ， ψ ， a K 七 塑性 塑性 : 金屬材料斷裂前發(fā)生塑性變形的能力 . 斷后 伸 長(zhǎng) 率 δ 和斷面收縮率 ψ 表示 斷后伸長(zhǎng)率 l—試樣斷裂后的標(biāo)距長(zhǎng)度 l0—試樣原始標(biāo)距長(zhǎng)度 Δl= l l0 由均勻塑性變形 Δl U和不均勻塑性變形 Δl n %10 000 ???lll?δ U (均勻變形伸長(zhǎng)率 ) =Δl U /l0=β L0 /L0= β δ N (局部變形伸長(zhǎng)率 )=Δl n/l0 = γ A0 (1/2)/L0 短試樣 : δ 5 δ 10 δ 5 L0=5d0 000lAl ??? ??00lA??? ??100 ?lA長(zhǎng)試樣 : L0=10d0 100 ?lAδ 10 斷面收縮率： Ψ= （ A0A） /A0ⅹ100% A0—試樣原始橫截面能 A 縮頸處最小橫截面積 (1+ε )(1 Ψ)=1 ε = Ψ/(1 Ψ) 均勻塑性變形 : δΨ 若 Ψδ: 材料發(fā)生了縮頸 長(zhǎng)試樣用 δ 短試樣用 ψ 表示 Ψ 比 δ 對(duì)組織變化更為敏感 δ gt: 最大力下的總伸長(zhǎng)率 δ gt對(duì)于評(píng)定沖壓板材的成型能力是很有用的。 六 抗拉強(qiáng)度 σ b 材料在拉伸過(guò)程中最大試驗(yàn)力所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力 . 脆性材料 ：
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