工程材料与热处理第次课材料的性能解读.ppt

低温脆性——随温度降低，材料由韧性状态转变为脆性状态的现象 。 冷脆：材料因温度降低导致冲击韧性的急剧下降并引起脆性破坏的现象。 对压力容器、桥梁、汽车、船舶的影响较大。 体心立方金属具有韧脆转变温度，而大多数面心立方金属没有。 冲击韧性与温度有密切的关系，温度降低，冲击韧性随之降低。当低于某一温度时材料的韧性急剧下降，材料将由韧性状态转变为脆性状态。这一温度称为转变温度（ Tt ）。 转变温度（ Tt ）越低，表明材料的低温韧性越好，对于在寒冷地区使用的材料要十分重要。 金属材料的成分对韧脆转变温度的影响很大，一般的碳素钢，其韧脆转变温度（ Tt ）大约为-20℃，某些合金钢的韧脆转变温度（ Tt ）可达-40℃以下。 TITANIC 建造中的Titanic 号 TITANIC的沉没与船体材料的质量直接有关 1912年4月号称永不沉没的泰坦尼克号（Titanic）首航沉没于冰海，成了20世纪令人难以忘怀的悲惨海难。20世纪80年代后，材料科学家通过对打捞上来的泰坦尼克号船板进行研究，回答了80年的未解之谜。由于Titanic 号采用了含硫高的钢板，韧性很差，特别是在低温呈脆性。所以，当船在冰水中撞击冰山时，脆性船板使船体产生很长的裂纹，海水大量涌入使船迅速沉没。下图中左面的试样取自海底的Titanic号，冲击试样是典型的脆性断口，右面的是近代船用钢板的冲击试样。 6.提高冲击韧性的途径 冲击韧性是一个对材料组织结构相当敏感的量，所以提高材料的冲击韧性的途径有： ?改变材料的成分，如加入钒、钛、铝、氮等元素，通过细化晶粒来提高其韧性，尤其是低温韧性； ?提高材料的冶金质量，减少偏析、夹渣、 气泡等缺陷； 1.4 疲劳极限 人工作久了就会感到疲劳，难道金属工作久了也会疲劳吗？ 金属的疲劳能得到恢复吗？ 金属材料在受到交变应力或重复循环应力时，往往在工作应力小于屈服强度的情况下突然断裂，这种现象称为疲劳。 1998年6月3日，德国发生了战后最惨重的一起铁路交通事故。一列高速列车脱轨，造成100多人遇难。 事故的原因已经查清，是因为一节车厢的车轮“内部疲劳断裂”引起的。首先是一个车轮的轮箍发生断裂，导致车轮脱轨，进而造成车厢横摆，此时列车正好过桥，横摆的车厢以其巨大的力量将桥墩撞断，造成桥梁坍塌，压住了通过的列车车厢，并使已通过桥洞的车头及前5节车厢断开，而后面的几节车厢则在巨大惯性的推动下接二连三地撞在坍塌的桥体上，从而导致了这场近50年来德国最惨重的铁路事故。 1.变动载荷和循环应力 1.变动载荷 ——引起疲劳破坏的外力，指载荷大小、甚至方向均随时间变化的载荷，其在单位面积上的平均值即为变动应力。 变动应力可分为规则周期变动应力(也称循环应力)和无规则随机变动应力两种。 金属疲劳产生的原因 a)应力大小变化 b)c）应力大小和方向都变化 d) 应力大小和方向无规则变化 1.平均应力 2.应力幅 t σ 一个应力循环 2.疲劳断裂 零件在循环应力作用下,在一处或几处产生局部永久性累积损伤,经一定循环次数后突然产生断裂的过程,称为疲劳断裂. 疲劳断裂由疲劳裂纹产生—扩展—瞬时断裂三个阶段组成。 尽管疲劳失效的最终结果是部件的突然断裂,但实际上它们是一个逐渐失效的过程，从开始出现裂纹到最后破断需要经过很长的时间。 疲劳断裂的宏观断口一般由三个区域组成，即疲劳裂纹产生区（裂纹源）、裂纹扩展区和最后断裂区。 3.疲劳断口 3.疲劳断口 轴的疲劳断口 疲劳辉纹（扫描电镜照片） 当应力低于某值时，材料经受无限次循环应力也不发生疲劳断裂，此应力称为材料的疲劳极限，记作σR（R为应力比），就是S-N曲线中的平台位置对应的应力。 通常，材料的疲劳极限是在对称弯曲疲劳条件下（R＝－1）测定的，对称弯曲疲劳极限记作σ-1。 4.疲劳强度 若疲劳曲线上没有水平部分，常以规定断裂循环次数对应的应力为条件疲劳极限。 对一般低、中强度钢：107周次 对高强度钢：108周次 对铝合金，不锈钢：108周次 对钛合金：107周次 在工程中，有时根据零件寿命的要求，在规定的某一循环周次下，测出σmax，并称之为疲劳强度，实际上就是条件疲劳极限。 5.提高疲劳极限的途径 (1)在零件结构设计中尽量避免尖角、缺口和截面突变。 (2) 提高零件表面加工质量。 (3) 对材料表面进行强化处理。 * * * * * 测量比较软的材料。测量范围 650HBW的金属材料。 3. 优缺点 2. 应用 压痕大，测量准确，但不能测量成品件。 返 回 上一页 下一页 回主页 4. 实验（录像） 返