材料物理学课件54页PPT文档

•强化的方式
4.1概述
1. 合金化和冷加工 构件处于高应力的塑性形变状态。
2. 热处理
固态下要发生相变 有序强化
4.1概述
•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。
第4章 材料强化
本章提要
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。
第4章 材料强化
4.1概述 4.2力学实验与材料性能
4.2力学实验与材料性能
4.2.1拉伸试验 4.2.3硬度试验 4.2.5断裂韧性 4.2.7疲劳
4.2.2弯曲试验 4.2.4冲击试验 4.2.6蠕变
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，
在从屈服到抗拉强度的这段应力应变曲线 中，应力持续增加，这表明试样形变时发 生了硬化现象，这就是加工硬化
4.2.1拉伸试验
把拉伸试验用于科学研究时，更有意义的是应力应变曲线的准确形状和它的细节，以及屈服应力 与断裂应力随温度、合金化添加物与晶粒大小而 变化的关系。
利用拉伸试验也可以确定断裂的类型。
对于金属来说，这也是位错开始滑移所需的 应力。
对于没有明显屈服点的材料，习惯上把应变 量为0.2%所对应的应力规定为屈服强度，用 σ0.2来表示。
4.2.1拉伸试验
图4.3低碳钢应力-应变曲线Байду номын сангаас 的上屈服点和下屈服点
4.2.1拉伸试验
材料的抗拉强度对应于应力应变曲线的最 大应力。材料的延性为材料截面积的减少 量或者伸长的百分率。
2个学时
4.3加 工 硬 化 4.4固 溶 强 化
2个学时
4.5弥 散 强 化 4.6固态相变强化
2个学时
4.1概述
4.1概述
•人类最早利用的材料性质就是力学性 质。 •材料的强度是材料性能中最重要的 一项
•对于结构材料来说，材料的强度更是 决定该材料是否胜任实际要求的关键。
•决定材料强度的关键因素
l1 ε=∫ (dl/l) = ln(l1/l0) = ln(A0/A)
l0
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 图4.1位伸试验方法示意图
4.2.1拉伸试验
图4.2
(a)
;(b)
4.2.1拉伸试验 如果计算应力和应变时采用的是试样的
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
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。
•“杯-锥”型断裂
•解理断裂 •晶间断裂
4.2.2弯曲试验
图4.4
4.2.2弯曲试验
许多脆性材料表面存在裂纹，很难进行一 般的拉伸试验。有时，刚刚把脆性材料安 装在拉伸机的夹头上，它就发生了断裂。
4.2.1拉伸试验
在应力很低的时候，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。 应力和应变之间的比例常量称为弹性模量。
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。
三者关系：
4.2.1拉伸试验
K=E/2(1-2ν) ; μ=E/2(1+ν) ; E=9Kμ/(3K+μ)
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。
塑性形变
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应力称为屈服强度， 用σs 来表示。
失稳条件
4.2.1拉伸试验
当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:
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。
4.1概述
1. 原子之间的结合力
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）。
2. 位错 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。
对于那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。
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。
4.2力学实验与材料性能
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。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。