材料性能整合

1、第1章金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能1、拉伸力、拉伸力伸長曲線和應(yīng)力伸長曲線和應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線拉伸過程的變形：拉伸過程的變形：彈性變形，屈服變形，加工硬化（均勻塑性變形），不均勻集中塑性變形。低碳鋼的應(yīng)力－應(yīng)變曲線低碳鋼的應(yīng)力－應(yīng)變曲線（工程）應(yīng)力；（工程）應(yīng)變；比例極限；0AF??0LL???p?彈性極限；屈服點；抗拉強度；斷裂強度e?s?b?k?（推導(dǎo)）：真應(yīng)變真應(yīng)變；)1ln()ln(0???

2、?LLe真應(yīng)力真應(yīng)力為真應(yīng)變指數(shù)eese)1(??????真應(yīng)變總是小于工程應(yīng)變，且變形量越大，二者差距越大；真應(yīng)力大于工程應(yīng)力。彈性變形階段，真應(yīng)力—真應(yīng)變曲線和應(yīng)力—應(yīng)變曲線基本吻合；塑性變形階段兩者出線顯2、彈性變形彈性變形彈性變形都是可逆的彈性變形都是可逆的彈性變形本質(zhì)：彈性變形本質(zhì)：是構(gòu)成材料的原子或離子或分子自平衡位置產(chǎn)生可逆變形的反映彈性模量：彈性模量：反映彈性變形應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系的常數(shù)，工程上也稱剛度，表征材料???E對彈

3、性變形的抗力。結(jié)構(gòu)剛度與材料剛度不同；單晶體和多晶體金屬的彈性模量，主要取決于金屬原子本性和晶體類型。彈性比功彈性比功又稱彈性比能或應(yīng)變比能，是材料在彈性變形過程中吸收變形功的能力，評價材料彈性的好壞。彈性：彈性：表征材料彈性變形的能力——彈簧使用一段時間，彈簧弓形越來越小，即產(chǎn)生塑性變形。（原因）彈性不足，彈性極限低所造成，可改變鋼種，熱處理等來提高鋼的彈性極限。剛度：剛度：表征材料彈性變形的抗力——汽車沒有滿載，彈簧變形達最大。（原

4、因）剛度不夠，彈性模數(shù)彈性模數(shù)是對成分、組織不敏感的性能，增大尺寸，改進結(jié)構(gòu)。理想彈性變形：理想彈性變形：單值性、可逆性，瞬時性彈性不完整性：彈性不完整性：但由于實際金屬為多晶體并存在各種缺陷，彈性變形時，并不是完整的。包申格效應(yīng)；申格效應(yīng)；滯彈性；偽彈性；粘彈性。包申格效應(yīng)：包申格效應(yīng)：金屬材料經(jīng)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形，再同向加載，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力增加；余伸長應(yīng)力增加；反向加載，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力降低的現(xiàn)象。度量包申格效應(yīng)的基本定量指

5、標是包申格應(yīng)變包申格應(yīng)變。指給定應(yīng)力下，正向加載與反向加載兩應(yīng)力－應(yīng)變曲線之間的應(yīng)變差。機理：機理：包申格效應(yīng)與金屬材料中位錯運動所受的阻力變化有關(guān)。金屬產(chǎn)生少量塑性變形時，運動位錯遇林位錯而彎曲受阻，形成位錯纏結(jié)或胞狀組織。如受較大的塑性變形，位錯增殖和難于重分布，則不顯示包申格效應(yīng)。消除方法：消除方法：預(yù)先大塑性變形，回復(fù)或再結(jié)晶溫度下退火。滯彈性：滯彈性：（彈性后效）是指材料在快速加載或卸載后，隨時間的延長而產(chǎn)生的附加彈性應(yīng)阻力，

6、d為晶粒平均直徑。③溶質(zhì)元素：溶質(zhì)元素：溶質(zhì)原子形成間隙或置換固溶體，提高屈服強度（固溶強化）；形成晶格畸變→畸變應(yīng)力場→畸變和位錯應(yīng)力場交互作用→位錯受阻→屈服強度增加；間隙效果置換效果。④第二相：第二相：第二相質(zhì)點的強化效果與質(zhì)點本身在屈服變形過程中能否變形有很大關(guān)系；粉末冶金法獲得彌散強化；固溶處理和沉淀析出獲得沉淀強化。外在因素⑤溫度：溫度：溫度升高，屈服強度下降。但是，金屬晶體結(jié)構(gòu)不同，其變化趨勢不一樣。⑥應(yīng)變速率：應(yīng)變速率：

7、應(yīng)變速率升高屈服強度提高⑦應(yīng)力狀態(tài)：應(yīng)力狀態(tài)：切應(yīng)力分量升高，屈服強度下降，所以扭轉(zhuǎn)比拉伸的屈服強度低，拉伸要比彎曲的屈服強度低，三向不等拉伸下的屈服強度為最高。塑性應(yīng)變與硬化的關(guān)系：塑性應(yīng)變與硬化的關(guān)系：塑性應(yīng)變是硬化的原因，而硬化則是塑性應(yīng)變的結(jié)果。應(yīng)變硬化是位錯增殖、運動受阻所致。溫度升高，硬化效果降低；固溶合金的硬化效果純金屬；準確全面描述材料的應(yīng)變硬化行為，要使用真實應(yīng)力－應(yīng)變曲線。Hollomon公式：，S為真應(yīng)力，e為真應(yīng)

8、變；n—硬化指數(shù)0.1~0.5，n=1完全理nKeS?想彈性體，n=0，沒有硬化能力；K——硬化系數(shù)硬化指數(shù)的測定：硬化指數(shù)的測定：①試驗方法；②作圖法elgnKlgSlg??硬化指數(shù)的影響因素：硬化指數(shù)的影響因素：與層錯能有關(guān)層錯能下降，硬化指數(shù)升高；對金屬材料的冷熱變形也十分敏感；與應(yīng)變硬化速率并不相等縮頸縮頸是韌性金屬材料在拉伸試驗時變形集中于局部區(qū)域的特殊現(xiàn)象。縮頸的判據(jù)縮頸的判據(jù)（失穩(wěn)臨界條件）拉伸失穩(wěn)或縮頸的判據(jù)應(yīng)為dF=0

9、抗拉強度：抗拉強度：韌性金屬試樣拉斷過程中最大試驗力所對應(yīng)的應(yīng)力。代表金屬材料所能承受的最大拉伸應(yīng)力，表征金屬材料對最大均勻塑性變形的抗力。與應(yīng)變硬化指數(shù)和應(yīng)變硬化系數(shù)有關(guān)。=最大拉應(yīng)力比上原始橫截面積0AFbb??塑性塑性是指金屬材料斷裂前發(fā)生不可逆永久（塑性）變形的能力。兩個塑性指標：兩個塑性指標：①斷后伸長率斷后伸長率；②斷后收縮率斷后收縮率%100)(001LLL???%100)(010AAA???ψδ，形成為縮頸；ψ=δ或ψδ

10、，不形成縮頸4、金屬的韌度斷裂金屬的韌度斷裂韌度韌度是度量材料韌性的力學(xué)性能指標，其中又分靜力韌度、沖擊韌度和斷裂韌度。韌性：韌性：斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力韌度：韌度：單位體積材料斷裂前所吸收的功斷裂三種主要的失效形式：斷裂三種主要的失效形式：磨損、腐蝕、斷裂多數(shù)金屬的斷裂包括多數(shù)金屬的斷裂包括裂紋的形成和擴展兩個階段。按斷裂的性態(tài)：按斷裂的性態(tài)：韌性斷裂和脆性斷裂；按裂紋擴展路徑：按裂紋擴展路徑：穿晶斷裂和沿晶斷裂；按斷裂機