武汉理工-材料物理学课件2

《武汉理工-材料物理学课件2》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第4章材料强化本章介绍了有关材料力学性能的实验方法，影响材料力学性能的因素以及强化材料力学性能的机制。首先，本章介绍了各种有关材料力学性能的实验方法，解释了引入这些实验方法的原因和目的。然后，详细介绍了一些主要的材料强化手段，对这些强化手段的特点进行了分析。本章提要第4章材料强化4.1概述4.2力学实验与材料性能4.4固溶强化4.3加工硬化4.5弥散强化4.6固态相变强化2个学时2个学时2个学时4.1概述材料的强度是材料性能中最重要的一项人类最早利用的材料性质就是力学性质。对于结构材料来说，材料的强度更是决定该材

2、料是否胜任实际要求的关键。4.1概述4.1概述决定材料强度的关键因素1.原子之间的结合力2.位错我们对原子之间的键合类型和结合力难以施加什么影响，难以去改变键合类型和结合力来强化材料。在这方面，一般常见的方法就是形成新的相（因为新相中的原子键合类型和结合力自然不同）。我们有很多方法来影响材料中的位错，通过影响位错的运动来达到强化材料的目的。所以可以说，近代金属物理领域中的最大成果就是关于材料中的位错的研究。强化的方式1.合金化和冷加工2.热处理构件处于高应力的塑性形变状态。固态下要发生相变有序强化4.1概述对于那

3、些没有塑性变形的脆性材料，也无法利用冷加工的方法来进一步强化材料。这些强化方式的实现，是需要一定的条件的。不能说对于任何一种材料，都可以采用上述某种强化方法来增加其强度。如果在该材料的相图中没有共析相变反应，自然不可能采用共析分解强化。4.1概述4.2力学实验与材料性能选择材料的一个基本原则力学性能首先必须分析材料使用的环境，以便判断什么是材料应该具有的最重要的性能。研究材料的力学性能，可以了解这些缺陷的本质。表征材料力学性能的最常用的参数是拉伸试验所得到的屈服强度和断裂强度。弯曲试验常用来表示脆性材料的拉伸性能

4、。硬度试验也可在一定程度上表示材料的拉伸强度。但是，即使材料工作的应力低于断裂强度或屈服强度，也并不意味着材料的使用就一定安全。如果材料所受的负载是动态而不是静态的，就要用冲击韧性来表示它的抗断裂性能。4.2力学实验与材料性能由于材料中总是免不了有裂纹产生，此时要用断裂韧性来表示这些裂纹在材料中的扩展行为。如果材料在高温下使用，即使它所受应力远远低于屈服应力，也可能发生塑性形变。此时要用蠕变强度来表示材料的性能。还有，如果所受应力为循环状态，那么材料的安全性也会打折扣。此时要用到疲劳强度的概念。4.2力学实验与材

5、料性能4.2.1拉伸试验4.2.2弯曲试验4.2.3硬度试验4.2.4冲击试验4.2.5断裂韧性4.2.6蠕变4.2.7疲劳4.2力学实验与材料性能4.2.1拉伸试验拉伸试验测定的是材料抵抗静态或缓慢施加的负载的能力。在拉伸试验中，试样的两端固定在夹头上，拉伸机的负载测量仪器安装在试样的一端，应变测量装置安装在试样的另一端，4.2.1拉伸试验图4.1位伸试验方法示意图4.2.1拉伸试验图4.2常见的应力应变曲线(a)真实应力应变曲线;(b)工程应力应变曲线如果计算应力和应变时采用的是试样的原始截面积和原始长

6、度，这个应力应变曲线又称为工程应力应变曲线。工程应力应变曲线中的应力值并不是材料实际上受到的应力，而是载荷除以材料原始截面积得到的应力值4.2.1拉伸试验l1ε=∫(dl/l)=ln(l1/l0)=ln(A0/A)l0真实应力σ等于负载P除以在应变的某一阶段时试样的面积A。上式中的ln(A0/A)必须是颈缩出现以后才适用。在真实应力应变曲线中，颈缩出现之后应力仍然继续增大。4.2.1拉伸试验真实应力应变曲线常常符合公式：σ=kεn其中，n是加工硬化系数，大约为0.1-0.5，k是强度系数。4.2.1拉伸试验当

7、应变的增加不再产生负载的增加时，即dP=0时，就要出现塑性失稳，或者说产生颈缩。由于P=σA，因此:失稳条件dP=Adσ+σdA=0在很多情况下，人们并不关心真实应力应变曲线。因为超过屈服强度后，材料的形状就发生了变化。如果构件不再能维持它的形状，那么它就已经失效了。因此，工程应力应变曲线一般可以满足实际需要。4.2.1拉伸试验当应变是拉伸时，称为弹性模量或杨氏(Yong)模量。当应变是切应变时，称为刚性应变或切变模量μ。当应变是流体静压缩应变时，称为体积弹性模量Ｋ。应力和应变之间的比例常量称为弹性模量。在应力很

8、低的时候，形变是弹性的可逆的，遵从虎克(Hooke)定律,应力与应变成正比的关系。4.2.1拉伸试验E:弹性模量或杨氏(Yong)模量。μ:刚性应变或切变模量。Ｋ:体积弹性模量。K=E/2(1-2ν);μ=E/2(1+ν);E=9Kμ/(3K+μ)三者关系：4.2.1拉伸试验当材料的形变在应力去除之后仍不能完全恢复时，说明材料发生了塑性形变。材料开始发生塑性形变时所对应的