《材料成型金属学》教学资料：6-8 金属的断裂.ppt

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1、6金属的断裂断裂的基本类型脆性断裂ψ<5%韧性断裂ψ>5%宏观断裂微观断裂正断与剪断的宏观与微观形式穿晶断裂沿晶断裂6.2脆性断裂理论断裂强度完整晶体在正应力作用下沿某一晶面拉断的强度。两相邻原子面在拉力σ作用下，克服原子间键合力作用，使原子面分开的应力。Griffith裂纹理论基点:材料中已存在裂纹在裂纹尖端引起应力集中，在外加应力小于理论断裂强度时裂纹扩展，实际断裂强度大大降低。能量平衡裂纹→弹性能↓表面能↑要求：推导物理意义6.3韧性断裂材料经明显的变形后发生的断裂称为韧性断裂。拉伸时以“

2、颈缩”为先导,当应变硬化产生的强度增加不足以补偿截面积的减少时,产生集中变形,出现“细颈”。韧性断裂特点:(1)断裂前发生较大塑性变形→高能量吸收过程.(2)裂纹产生→扩展.→聚合生成新裂纹→多裂纹源(3)裂纹扩展临界应力>裂纹形核应力→缓慢过程6.4影响断裂类型的因素从韧性断裂到脆性断裂的转变温度称为韧脆转变温度影响因素拉应力↑Tc↑应变速率έ↑Tc↑组织d↓Tc↓晶粒细化Chapter7金属在塑性加工中组织与性能变化的基本规律7.1金属在冷塑性加工中组织与性能变化的规律1.显微组织（1）

3、纤维组织（2）亚结构（3）变形织构2.力学性能的变化（1）加工硬化金属在变形过程中随着变形程度的增加,强度和硬度明显增加,塑性迅速下降的现象称为～。用位错理论解释2.各向异性加工方式不同→不同织构→不同方向上性能的差异深冲“制耳效应”储存能(2)工艺条件加工硬化→Es↑变形温度↓变形速度↑变形程度↑不均匀变形↑→储存能↑影响因素:(1)材料的内在因素溶质原子↑/d↓Es↑－畸变第二相/基体性质差异大Es↑7.2冷塑性加工金属加热时组织性能变化冷变形金属加热时的软化过程:回复再结晶晶粒长大t

4、0t1t2t3回复再结晶晶粒长大i)回复ii)再结晶iii)晶粒长大Newequiaxedandstrain-freegrains组织性能变化ABC间位相差很小A和B合并ABC合并,形成大位相差界面亚晶聚合伴随着亚晶长大再结晶形核机制高位错密度晶界迁移，亚晶长大，成为再结晶的晶核.变形程度较小时，大角度晶界上有一小段弓出，晶界扫过的区域储存能释放，可以作为再结晶晶核而长大。－晶界弓出再结晶形核的驱动力再结晶晶粒与变形基体之间的应变能之差表面能↑应变能↓晶粒长大的驱动力界面能的降低异常晶粒长大—二

5、次再结晶原因：第二相、杂质溶入基体金属中,晶界迁移长大；或者再结晶织构中，个别晶粒位向差大,易于迁移→异常长大。7.3热变形中的软化过程⑴动态回复Ⅰ微变形阶段Ⅱ加工硬化逐渐降低Ⅲ稳定变形阶段发生动态再结晶的应力－应变曲线应变速率↓温度↑稳定变形应力↓低应变速率时重复发生动态再结晶在回复和再结晶过程中，发生了哪些组织变化？对性能有哪些主要影响？如果对一楔形板材进行轧制，经退火后其组织是否均匀？温度和应变速率如何影响材料的热变形行为？8.金属组织性能控制8.1金属的强化机制1.细晶强化霍尔－配奇（H

6、all-Petch）公式0－晶内变形阻力，相当于单晶体的屈服强度；Ky－晶界性质影响的阻力系数；d－晶粒直径。用晶格缺陷理论解释材料的强化机制-缺陷之间的交互作用位错-晶界1.晶界强化位错密度与应力的关系:流变应力：位错密度=>形变强化与位错有直接关系k=b2.形变强化位错-位错3固溶强化位错钉轧机制－可运动的溶质原子钉轧位错而造成强化(开始屈服时)；摩擦机制－不动的溶质原子引起应力场－增加位错运动的阻力。流变应力随溶质浓度的变化Stress0½-cm－合金的流变应力；－纯金属的

7、流变应力；c－溶质的原子浓度。K,m－常数。位错-固溶原子4.分散强化位错切过第二相质点.位错-第二相粒子位错绕过第二相质点8.2强韧性能控制控制控冷工艺示意图钢铁材料/铝合金的组织性能控制控制轧制控制冷却1:将合金在340to451ºC固溶，形成过饱和固溶体；2:快速淬火，防止形成第二相；3:低于340ºC时效，形成细小弥散的相。451ºC340ºCAl-8%Mg合金固溶-淬火-时效8.3冲压性能的控制εb—宽度方向的应变；εh—厚度方向的应变.R值越高，深冲性能越好。将板材试样在拉伸试验机

8、上使之产生～20％的变形，测定变形前后的尺寸。塑性变形比R各向异性－塑性应变比的平均值1）反映冲压性能的优劣；2）衡量各向异性。形变时效板材在存放与运输过程中，发生形变时效。屈服点延伸屈服平台冲压“吕德丝带”‘原因：碳或氮原子向位错扩散形成“科氏气团”措施：平整位错在材料的变形中作用滑移孪生断裂回复、再结晶强化