材料科学基础课件 08材料变形与断裂.ppt

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1、第八章材料变形与回复再结晶8.1金属变形与断裂概述8.2滑移与孪晶8.3单晶体塑性变形8.4多晶体塑性变形8.5纯金属变形强化8.6合金变形强化8.7冷变形金属组织8.8回复和再结晶8.9金属热变形8.10陶瓷和高分子材料变形18.1金属变形与断裂概述力学性能是材料在外力作用下表现出的变形和断裂性能。材料在生产制造和实际使用过程中都会涉及这一问题。强度、硬度、塑性、冲击韧度、断裂韧性、耐磨性、粘弹性等等强度：材料抵抗因外力作用变形和断裂的能力静载强度变载强度高温强度2静载强度σσbσsσeε31oab弹性变形2bcd屈服变形3dB均匀塑性变形4BK局部集中塑变铸铁

2、、陶瓷：只有第1阶段中、高碳钢：没有第2阶段41）弹性极限和刚度弹性极限（σe）：外力作用下，材料不产生永久变形所能承受的最大应力值。刚度：材料在受力时抵抗弹性变形的能力（以弹性模量E衡量σ=Eε）。σεσeσe影响E的主要因素：反映了材料内部原子结应力的大小，组织不敏感的力学指标。52）屈服强度(σs、σ0.2):使材料开始塑性变形的最小应力值。3）强度极限(σb):材料受力产生最大均匀塑性变形时所能承受的最大应力值。屈强比（σs/σb）：屈强比高，材料强度利用率高。屈强比低，材料使用可靠性高。σσbσsσeε6变载强度：疲劳强度（σ-1）：材料在交变应力反复作

3、用下而不发生断裂的最应大力值。高温强度：蠕变极限：在给定温度和时间内使材料产生一定变形的应力值。持久强度：在给定温度和时间内使材料产生断裂的应力值。循环次数N应力σσ-1钢铁有色金属7塑性：材料在受力断裂前产生塑性变形的能力。延伸率：δ=（L-L0）/L0×100%断面收缩率：ψ=（A0-A）/A0×100%LL0A0A非均匀塑性变形部分均匀塑性变形部分8硬度：材料抵抗局部塑性变形的能力。硬度测试法：（1）布氏硬度（HB）：特点：使用淬火钢球压头，测算压痕表面积，测量结果较准确，但压痕较大，不能测高硬度材料。测量原理布氏硬度计适用于未经淬火的钢、铸铁、有色金属或质

4、地轻软的轴承合金。9（2）洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）:特点：使用金刚石、淬火钢球压头，测量压痕深度，压痕小，可测高硬度材料。测量原理洛、维氏硬度计①HRB轻金属，未淬火钢②HRC较硬，淬硬钢制品③HRA硬、薄试件10（3）维氏硬度（HV）：特点：使用金刚石压头，测量载荷小，压痕浅，可测软、硬材料和薄片材料。11冲击韧度（冲击韧性，αk=Ak/A0kJ/m2）：材料受冲击载荷作用断裂时单位断口面积所消耗的冲击功。ak=冲击破坏所消耗的功Ak/标准试样断口截面积F(J/cm2）冲击韧性随温度降低而下降。存在冷脆转化温度。TαkTk12断裂韧性(K1c)：材料抵

5、抗裂纹扩展的能力。应力强度因子K1=Yσa1/2应力场强度因子临界值，称为材料的断裂韧性，用KIC表示，它表明了材料有裂纹存在时抵抗脆性断裂的能力。KIC是材料固有特性，与裂纹本身的大小、形状、外加应力等无关，而与材料本身成分、热处理及加工工艺有关。断裂韧性是强度和韧性的综合体现。13探测出裂纹形状和尺寸，根据KIC，制定零件工作是否安全KI≥KIC，失稳扩展。已知内部裂纹2a，计算承受的最大应力。已知载荷大小，计算不产生脆断所允许的内部宏观裂纹的临界尺寸14耐磨性：材料抵抗磨损的能力。材料摩擦学特性衡量参数：摩擦系数、磨损量提高耐磨性途径：减摩（用软材料润滑摩擦

6、面）抗磨（使用硬材料抵抗磨损）15粘弹性：在外力作用下，材料产生的应变在时间上滞后于应力变化的现象。（1）蠕变：产生的变形随时间缓慢增加的现象。原因：主要由高温下金属晶界滑移引起。施加恒定应力时间应变弹性应变随时间增加逐渐增大卸去恒定应力随应力变化的弹性应变16（2）应力松弛：材料受力变形产生的应力随时间逐渐衰减的现象。原因：材料在应力长期作用下发生缓慢塑性变形。时间应力保持应变恒定17（3）弹性滞后与内耗●弹性滞后:在弹性变形范围内，材料加载和卸载曲线不重合的现象。（对相同应力，卸载时的应变大于加载时）●内耗：材料变形时消耗外力做功使之转化为热能的现象。原因：材

7、料内部由于分子摩擦、原子扩散、位错运动等不可逆过程消耗能量。应变应力加载卸载188.2滑移与孪晶大量位错移动而导致晶体的一部分相对于另一部分，沿着一定晶面和晶向作相对的移动，即晶体塑性变形的滑移机制。滑移过程，晶体位向不发生变化，滑移晶面上下两部分的原子相对平移一个原子间距或若干个原子间距。19滑移变形是不均匀的，常集中在一部分晶面上，而处于各滑移带之间的晶体没有产生滑移，滑移带的发展过程，首先是出现细滑移线，后来才发展成带，而且，滑移线的数目随应变程度的增大而增多，它们之间的距离则在缩短。滑移线和滑移带20滑移系：晶体的滑移发生在一定的晶面和晶向，发生滑移的晶面

8、和晶向称为