第三章 材料的力学行为、塑性变形和再结晶.ppt

第一节 力学行为与变形 3.1.1 材料常用的力学性能指标 一.定义 : 力学性能是指材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能。 二.指标 : 弹性 、 塑性 、 韧性 、 强度、 硬度和疲劳强度等。 三.拉伸试验 四.拉伸曲线 五.冲击韧性( notch toughness ): 六.疲劳强度( fatigue strength ):表示材料经无数次交变载荷作 用而不致引起断裂的最大应力值。 (1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness ) (1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness ) (1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness ) (2)洛氏硬度 HR ( Rockwll hardness ) 三种标尺：HRA、HRB、HRC HRA：测量硬质合金、表面淬火层和渗 碳层。 HRB：测量有色金属和退火、正火钢 等。 HRC：测量调质钢、淬火钢。 (3)维氏硬度 HV ( diamond penetrator hardness ) 1943年美国T-2油轮发生断裂 苏州堰月桥断裂 （2002.4.7） 八.断裂韧性 KI应力场强度因子。 当 时，裂纹会失稳扩展而断裂。 是表示材料抵抗裂纹失稳扩展能力的性能指标。 KIC是材料本身的特性，只决定于材料本身的成分、热处理条件及加工工艺。 Y: 与裂纹形状、加载方式和试样的几何尺寸有关的系数；a:裂纹的半长。 九 金属材料的其他性能 物理和化学性能：相对密度、熔点、热膨胀性、导电性、导热性、磁性、耐腐蚀性、高温抗氧化性 工艺性能: 铸造性、可锻性、可焊性、切削加工性 3.1.2 金属的塑性变形 什么是塑性变形 金属单晶体的塑性变形 多晶体金属的塑性变形 冷塑性变形对金属组织和性能的影响 塑性变形 金属或合金在外力作用下，都能或多或少地发生变形，去除外力后，永远残留的那部分变形叫塑性变形。 生产中常利用塑性变形对金属材料进行压力加工。 金属的塑性变形可分为： 在这章里我们主要讲金属的冷塑性变形。 塑性变形 压力加工方法示意图 金属单晶体的塑性变形 金属单晶体的塑性变形的方式主要有“滑移”与“孪生” 两种，但一般大多数情况下都是以滑移方式进行的。 我们重点学习单晶体塑性变形的基本方式——滑移。 ?滑移变形的特点 ?滑移的机理 (一)滑移 发生了滑移的金属试样表面状态如图所示 1.滑移变形的特点 滑移总是沿着原子排列最密的晶面与晶向发生。 能产生滑移的晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向 滑移总是沿着原子排列最密的晶面与晶向发生。 能产生滑移的晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向 滑移系：一个滑移面与此面上的一个滑移方向构成一个滑移系。 晶体中的滑移系越多，滑移过程中可能采取的空间取向就越多，这种金属的塑性就越好。 滑移量为原子间距的整数倍。 滑移前后晶体位向不发生变化。 滑移会在金属表面造成台阶。 滑移线，滑移带 滑移的同时伴随着晶体的转动。 2.滑移的微观机制 刃位错的运动 ㈡ 孪生 孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所发生的切变。 多晶体的塑性变形 单个晶粒变形与单晶体相似,多晶体变形比单晶体复杂。 ㈠晶界及晶粒位向差的影响 1、晶界的影响 当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻碍而堆积起来,称位错的塞积。要使变形继续进行, 则必须增加外力, 从而使金属的变形抗力提高。 晶界对塑性变形的影响 2、晶粒位向的影响 由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑性变形，则必以弹性变形来与之协调。这种弹性变形 ㈡ 多晶体金属的塑性变形过程 多晶体中首先发生滑移的是滑移系与外力夹角等于或接近于45°的晶粒。当塞积位错前端的应力达到一定程度，加上相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原来处于不利位向滑移系上的位错开动，从而使滑移由 ㈢ 晶粒大小对金属力学性能的影响 金属的晶粒越细，其强度和硬度越高。 因为金属晶粒越 金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。 因为晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，参与变 通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方法称细晶强化。 合金的塑性变形与强化 单相固溶体合金的塑性变形与固溶强化 塑性变形过程与多晶体的纯金属基本相同 ?固溶强化：溶质浓度的增加，材料的强度硬度升高，塑 性韧性下降。 ?固溶强化的原因： 无机非金属材料的变