第八章金属和陶瓷的力学性能-刘彤
金属和陶瓷的力学性能
一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移
系。(以下以体心立方晶格为例)
滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑 性也越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移
面更大。
因而金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方
晶格, 体心立方晶格好于密排六方晶格。
面 心 立 方
密 排 六 方
Байду номын сангаас
⑶滑移时，晶体两部分 的相对位移量是原子间 距的整数倍. 滑移的结果在晶体表面 形成台阶，称滑移线， 若干条滑移线组成一个 滑移带。
同样方法可得晶向OB、OC的晶向指数分别 为[110]、[111]。 晶向指数的一般标记为[uvw]。 [uvw]实际表示一组原子排列相同的平行晶 向。 晶向指数也可能出现负数。（若两组晶向的 全部指数数值相同而符号相反, 如[110]与 [ ], 则它们相互平行或为同一原子列, 但 方向相反。） 若只研究该原子列的原子排列情况, 则晶向 [110]与[ ]可用一指数[110]表示。
第二章
材料力学性能
第一节
金属和陶瓷的力学性能
一、金属中的应力与应变：
1、轴向拉伸时的应 力与应变：
（表达方式及单位）
2、应力与应变之间 的关系（在弹性范围 内）
3、剪切变形时的应 力与应变：
（表达方式及单位）
4、应力与应变之间 的关系（在弹性范围 内）
二、拉伸试验和应 力-应变图：
2、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。
发生切变的部分称孪生
带或孪晶，沿其发生孪 生的晶面称孪生面。
金属陶瓷复合材料的力学性能和应用
金属陶瓷复合材料的力学性能和应用金属陶瓷复合材料是一种新型的材料，具有独特的力学性能和
应用价值。
本文将从力学性能和应用两个方面对金属陶瓷复合材
料进行分析。
1、力学性能
金属陶瓷复合材料的力学性能主要包括强度、硬度、韧性和耐
磨性等方面。
一般来说，金属与陶瓷的组合可以使材料既具有金
属的强度和韧性，又具有陶瓷的硬度和耐磨性。
例如，钨钢复合材料具有高强度、高硬度和高耐磨性，是极好
的刀具材料；钨铁热障复合材料具有较高的热稳定性和耐磨性，
可用于高温环境下的摩擦零件等；不锈钢陶瓷复合材料则具有较
高的耐腐蚀性。
2、应用
金属陶瓷复合材料的应用范围广泛，主要在航空、航天、电力、机械、化工等领域。
以下是一些应用案例：
(1)航空领域
飞机零件中，需要同时考虑材料的轻量化和力学性能，金属陶瓷复合材料在此方面有很好的应用前景。
例如，铝陶瓷复合材料可用于制造高温静叶环等；钛合金陶瓷复合材料可用于制造航空发动机部件等。
(2)化工领域
化工领域中，材料要求较高的化学稳定性和机械性能，金属陶瓷复合材料可作为替代方案。
例如，不锈钢陶瓷复合材料可用于制造高强度和耐腐蚀的化工泵和阀门等。
(3)电力领域
金属陶瓷复合材料的高耐磨性在电力领域中也有广泛的应用。
例如，使用陶瓷制成的电气绝缘件，具有较高的耐磨性和耐高温性，可用于高压开关等设备中。
总之，金属陶瓷复合材料是一种具有良好力学性能和广泛应用
前景的新型材料，可用于制造各种机械零件、工具和化学设备等。
随着技术的不断进步，金属陶瓷复合材料的应用范围将会不断扩大。
金属材料与热处理(金属材料的力学性能)PPT课件
.
14
机械零件常见的失效形式
➢ 断裂 ➢ 过大残余变形 ➢ 表面损伤失效 ➢ 材质变化失效 ➢ 破坏正常工作条件而引起的失效
.
15
机械零件常见的损坏形式
第二章 金属材料的性能
金属材料的性能
力
物
化
化
学
理
学
学
性
性
性
性
能
能
能
能
.
1
力学性能
➢ 力学性能 指金属在力的作用 下所显示出的与弹性和非弹性反 应相关或涉及应力-应变关系的 性能，如弹性、强度、硬度、塑 性、韧性等
.
2
➢硬度
引言：
1、定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。 它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法 有关。
➢ 静载荷：大小不变或变化过程缓慢；
➢ 冲击载荷：在短时间内以较高速度作用于 零件；
➢ 交变载荷：大小、方向或大小和方向随时 间发生周期性变化。
.
26
载荷的作用形式
➢ 拉伸载荷 ➢ 压缩载荷 ➢ 弯曲载荷 ➢ 剪切载荷 ➢ 扭转载荷
.
27
拉伸载荷
.
28
压缩载荷
.
29
弯曲载荷
弯曲载荷
.
30
➢ 剪切载荷
活塞销的挤压成形
.
22
塑性变形的应用
➢ 冷拔：用外力作用于被拉金属 的前端，将金属坯料从小于坯 料断面的模孔中拉出，使其断 面减小而长度增加的方法。冷 拔的产品较之于热成型有：尺 寸精度高和表面光洁度好的优 点。
陶瓷力学性能检测之断裂韧性检测
陶瓷力学性能检测之断裂韧性检测一、概述陶瓷材料及制品在人们的生产生活中发挥着重要的作用，因其重要性，陶瓷检测也显得重要。
下面就陶瓷的化学性能、力学性能等方面做一下简单介绍，供企业个人做为参考。
陶瓷材料的检测性能包括物理性能、化学性能、热学性能、电学性能等方面，其中物理性能、化学性能和力学性能是其主要的检测重点。
物理性能包括密度、熔点、导热性、导电性、光学性能、磁性等。
化学性能包括耐氧化性、耐磨蚀性、化学稳定性等。
而陶瓷材料通常来说在弹性变形后立即发生脆性断裂，不出现塑性变形或很难发生塑性变形，因此对陶瓷材料而言，人们对其力学性能的分析主要集中在弯曲强度、断裂韧性和硬度上，下文主要以科标检测为例来介绍下陶瓷力学性能中弯曲强度检测的相关原理，科标检测专业提供相应的陶瓷材料检测，检测结果精准，出具报告，因此有一定的参考价值！二、断裂韧性应力集中是导致材料脆性断裂的主要原因之一，而反映材料抵抗应力集中而发生断裂的指标是断裂韧性，用应力强度因子（K）表示。
尖端呈张开型（I型）的裂纹最危险，其应力强度因子用K I表示，恰好使材料产生脆性断裂的K I称为临界应力强度因子，用K IC表示。
金属材料的K IC一般用带边裂纹的三点弯曲实验测定，但在陶瓷材料中由于试样中预制裂纹比较困难，因此人们通常用维氏硬度法来测量陶瓷材料的断裂韧性。
陶瓷等脆性材料在断裂前几乎不产生塑性变形，因此当外界的压力达到断裂应力时，就会产生裂纹。
以维氏硬度压头压入这些材料时，在足够大的外力下，压痕的对角线的方向上就会产生裂纹，如图2-1所示。
裂纹的扩展长度与材料的断裂韧性K IC 存在一定的关系，因此可以通过测量裂纹的长度来测定K IC 。
其突出的优点在于快速、简单、可使用非常小的试样。
如果以P C 作为可使压痕产生雷文的临界负荷，那么图中显示了不同负荷下的裂纹情况。
由于硬度法突出的优点，人们对它进行了大量的理论和实验研究。
推导出了各种半经验的理论公式。
金属工艺学各章节习题、测试题(含答案)
第一部分章节习题第一章金属的力学性能一、填空题1、金属工艺学是研究工程上常用材料性能和___________的一门综合性的技术基础课。
2、金属材料的性能可分为两大类:一类叫_____________,反映材料在使用过程中表现出来的特性,另一类叫__________,反映材料在加工过程中表现出来的特性。
3、金属在力作用下所显示与弹性和非弹性反应相关或涉及力—应变关系的性能,叫做金属________。
4、金属抵抗永久变形和断裂的能力称为强度,常用的强度判断依据是__________、___________等。
5、断裂前金属发生不可逆永久变形的能力成为塑性,常用的塑性判断依据是________和_________。
6、常用的硬度表示方法有__________、___________和维氏硬度。
二、单项选择题7、下列不是金属力学性能的是()A、强度B、硬度C、韧性D、压力加工性能8、根据拉伸实验过程中拉伸实验力和伸长量关系,画出的力——伸长曲线(拉伸图)可以确定出金属的()A、强度和硬度B、强度和塑性C、强度和韧性D、塑性和韧性9、试样拉断前所承受的最大标称拉应力为()A、抗压强度B、屈服强度C、疲劳强度D、抗拉强度10、拉伸实验中,试样所受的力为()A、冲击B、多次冲击C、交变载荷D、静态力11、属于材料物理性能的是()A、强度B、硬度C、热膨胀性D、耐腐蚀性12、常用的塑性判断依据是()A、断后伸长率和断面收缩率B、塑性和韧性C、断面收缩率和塑性D、断后伸长率和塑性13、工程上所用的材料,一般要求其屈强比()A、越大越好B、越小越好C、大些,但不可过大D、小些,但不可过小14、工程上一般规定,塑性材料的δ为()A、≥1%B、≥5%C、≥10%D、≥15%15、适于测试硬质合金、表面淬火刚及薄片金属的硬度的测试方法是()A、布氏硬度B、洛氏硬度C、维氏硬度D、以上方法都可以16、不宜用于成品与表面薄层硬度测试方法()A、布氏硬度B、洛氏硬度C、维氏硬度D、以上方法都不宜17、用金刚石圆锥体作为压头可以用来测试()A、布氏硬度B、洛氏硬度C、维氏硬度D、以上都可以18、金属的韧性通常随加载速度提高、温度降低、应力集中程度加剧而()A、变好B、变差C、无影响D、难以判断19、判断韧性的依据是()A、强度和塑性B、冲击韧度和塑性C、冲击韧度和多冲抗力D、冲击韧度和强度20、金属疲劳的判断依据是()A、强度B、塑性C、抗拉强度D、疲劳强度21、材料的冲击韧度越大,其韧性就()A、越好B、越差C、无影响D、难以确定三、简答题22、什么叫金属的力学性能?常用的金属力学性能有哪些?23、什么是疲劳断裂?如何提高零件的疲劳强度?四、计算题24、测定某种钢的力学性能时,已知试棒的直径是10mm,其标距长度是直径的五倍,Fb=33.81KN,Fs=20.68KN,拉断后的标距长度是65mm。
金属工艺学(山东理工大学)智慧树知到答案章节测试2023年
第一章测试1.伸长率的数值与试样尺寸有关，因而试验时应对所选定的试样尺寸作出规定，以便进行比较。
A:错B:对答案:B2.布氏硬度测试简单、压痕小。
A:错B:对答案:A3.疲劳断口由两部分组成，疲劳裂纹的产生及扩展区和最后断裂区。
A:对B:错答案:A4.冲击韧度在判别金属材料抵抗大能量冲击能力方面有一定的作用，但对小能量多次冲击不够准确。
A:错B:对答案:B5.判断韧性的依据是A:伸长率B:塑性C:布氏硬D:冲击韧答案:D6.在金属的力学性能中，σb代表金属的A:屈服强度B:抗拉强度C:弹性极限D:疲劳强度答案:B7.在金属的力学性能中，50HRC代表金属的A:布氏硬度B:洛氏硬度C:维氏硬度D:断裂韧度答案:B8.引起疲劳断裂的应力很低，常常低于A:抗压强度B:屈服极限C:弹性极限D:疲劳极限答案:B9.下列属于金属材料工艺性能的是A:焊接B:可锻性C:导电性D:耐热性答案:AB10.金属材料常用的塑性指标是A:冲击值B:断面收缩率C:可塑性D:伸长率答案:BD第二章测试1.一般来说，同一成分的金属，晶粒愈细，其强度、硬度愈高，而且塑性和韧性也愈好。
A:对B:错答案:A2.共析钢等温转变时，等温温度越低，则珠光体层片间距越粗大A:错B:对答案:A3.完全退火主要用于过共析钢。
A:对B:错答案:B4.钢的表面淬火是通过改变表面成分使其表面组织发生变化。
A:错B:对答案:A5.莱氏体是一种A:金属材料B:化合物C:机械混合物D:固溶体答案:C6.铁碳合金的共析转变温度是A:727℃B:1538℃C:920℃D:1148℃答案:A7.弹簧钢的热处理为淬火加A:中温回火B:渗碳处理C:低温回火D:高温回火答案:A8.铁碳合金中，过共析钢在平衡条件下冷却，其室温组织为A:铁素体B:珠光体加二次渗碳体C:珠光体D:莱氏体答案:B9.大部分金属的晶格结构类型为以下三种A:体心立方B:密排六方C:面心立方D:简单六方答案:ABC10.按照组元间相互作用形式的不同，合金中的基本相有（）两种形式。
材料力学性能知到章节答案智慧树2023年黑龙江工程学院
材料力学性能知到章节测试答案智慧树2023年最新黑龙江工程学院绪论单元测试1.材料力学性能四要素包括（）。
参考答案:指标或规律;试验方法;机理;影响因素2.金属材料的物理性能包括热学性能、光学性能、电学性能、腐蚀性能等。
（）参考答案:错3.金属构件在使用时受到剪切力作用，应考虑金属的力学性能。
（）参考答案:对4.金属的力学性能仅仅指金属在外力作用下表现的行为、本质和评价方法。
（）参考答案:错5.汽车尾气管服役期的腐蚀属于金属材料的力学性能。
（）参考答案:错6.材料是能为人类社会经济地制造有用器件的物质。
（）参考答案:对7.效能是工程使用中整体结构加和性能，综合表现。
（）参考答案:对8.焊接、冲压等加工方式属于工艺性能。
（）参考答案:对9.金属材料的工艺性能与化学性能没有联系。
（）参考答案:错第一章测试1.金属材料的细晶强化可以采用（）公式解释。
参考答案:Hall-petch;霍尔佩奇2.塑性和强度是一对矛盾的性能，金属材料无法采用任何手段将二者统一。
（）参考答案:错3.金属弹性的指标有（）。
参考答案:包申格效应;弹性比功;弹性模量;滞弹性4.韧性断裂是指金属在断裂前没有明显的塑变。
（）参考答案:错5.金属材料的断裂根据断裂取向分为韧性断裂和脆性断裂。
（）参考答案:错6.在GB/T228-2010中，应力、应变的符号分别是（）。
参考答案:R;e7.金属塑性变形的方式包括（）。
参考答案:孪生;孪晶;滑移8.沿晶断裂多数为脆性断裂。
（）参考答案:对9.所有的金属材料拉伸曲线都有屈服阶段。
（）参考答案:错10.所有低碳钢单向静载拉伸都有缩颈现象。
（）参考答案:对第二章测试1.Stress state softness coefficient can be defined as the ratio of maximumnormal stress to maximum shearstress.（）参考答案:错2.Only brittle materials have compressive strength.（）参考答案:对3.The deformation of plastic material is much larger than that of brittlematerial,its plastic is better.（）参考答案:对4.Brittle materials of compression test is cut along the axis at 60°.（）参考答案:错5.The compressive strength of brittle materials is generally （） than itstensile strength.。
陶瓷系列-1-微观结构与力学性能
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显微组织对性能的影响
陶瓷的显微组织对其力学性能、热学性能、电学性能等都有重要影 响。
陶瓷的相变
01
02
03
相变定义
陶瓷的相变是指在一定温 度下，陶瓷内部晶相发生 转变的过程。
相变分类
根据相变过程中是否发生 晶体结构的改变，陶瓷的 相变可以分为同构相变和 异构相变。
相变对性能的影响
陶瓷的相变对其力学性能、 热学性能、电学性能等都 有重要影响。
频率性能和稳定性。
06
未来研究方向
提高陶瓷的力学性能
优化制备工艺
通过改进陶瓷的制备工艺，如采用先进的烧结技术、热处理工艺等， 提高陶瓷材料的致密度和均匀性，从而提高其力学性能。
引入增强相
在陶瓷基体中引入第二相增强相，如碳纳米管、晶须等，利用其增 强作用提高陶瓷的力学性能。
表面涂层处理
在陶瓷表面涂覆高硬度、高耐磨损的涂层，以提高其耐磨、耐腐蚀等 力学性能。
陶瓷系列-1-微观结构 与力学性能
目 录
• 引言 • 陶瓷的微观结构 • 陶瓷的力学性能 • 微观结构与力学性能的关系 • 陶瓷的应用 • 未来研究方向
01
引言
主题介绍
陶瓷材料是一种无机非金属材料，具 有高熔点、高硬度、高耐磨性等特点 ，广泛应用于工业、建筑、航空航天 、军事等领域。
陶瓷材料的微观结构对其力学性能具 有重要影响，因此研究陶瓷的微观结 构与力学性能之间的关系是陶瓷材料 研究的重要方向之一。
发展多功能陶瓷
Hale Waihona Puke 多功能化应用在保持陶瓷材料优异力学性能的同时，赋予其新的功能特 性，如电学、磁学、光学等特性，拓展其在新能源、电子 信息等领域的应用。
金属材料的力学性能(冲击韧度、疲劳强度)
山东省轻工工程学校教案1-电机；2-皮带轮；3-摆臂；4-杆销；5-摆杆； 6-摆锤；7-试件；8-指示器；9-电源开关；10-指示灯图1 冲击试验结构及原理图摆锤在A 处所具有的势能为：E=GH=GL(1-COS α) (1) 冲断试样后，摆锤在C 处所具有的势能为：E 1=Gh=GL(1-COS β) (2) 势能之差E-E 1,即为冲断试样所消耗的冲击功A K :A K =E-E 1=GL(cos β-cos α) (3) 式中，G 为摆锤重力（N ）；L 为摆长（摆轴到摆锤重心的距离）（mm ）；α为冲断试样前摆锤扬起的最大角度；β为冲断试样后摆锤扬起的最大角度。
三﹑实验设备及试样1．JB-300/150手动冲击试验机，摆锤预扬角135°，冲击速度约5m/s 。
2．游标卡尺3．实验试样：若冲击试样的类型和尺寸不同，则得出的实验结βα果不能直接比较和换算。
因此，实验试样应严格控制其形状、尺寸精度及表面粗糙度。
试样缺口底部应光滑、无与缺口轴线平行的明显划痕。
四﹑实验步骤1．测量试样的几何尺寸及缺口处的横截面尺寸。
2．根据估计材料冲击韧性来选择试验机的摆锤和表盘。
3．试验前必须检查试验机是否处于正常状态，各运转部件及其紧固件必须安全可靠。
4．如下图安装试样。
使试样缺口背对刀刃，平放并挨紧在两个钳口支座上，用找正板找正，使试样缺口正好位于钳口跨距中间对正冲击刀刃。
5、进行试验。
将摆锤举起到高度为H处并锁住，然后释放摆锤，冲断试样后，待摆锤扬起到最大高度，再回落时，立即刹车，使摆锤停住。
值。
取下试样，观察断口。
试验6、记录表盘上所示的冲击功AKU完毕，将试验机复原。
7、冲击试验要特别注意人身的安全。
五﹑实验结果处理1.计算冲击韧性值αK.αK=(J/cm2) (4)式中，AKU 为U型缺口试样的冲击吸收功(J)；S为试样缺口处断面面积(cm2)。
冲击韧性值αK是反映材料抵抗冲击载荷的综合性能指标，它随着试样的绝对尺寸，缺口形状，试验温度等的变化而不同。
先进陶瓷的力学性能提升研究
先进陶瓷的力学性能提升研究嘿，说起先进陶瓷的力学性能提升，这可真是个有意思的话题！咱先来说说啥是先进陶瓷。
简单讲，它可不是咱家里那种普通的碗碟陶瓷，而是有着高科技含量、高性能的陶瓷材料。
就好比咱们上学的时候，成绩特别好的同学被称为“学霸”，这先进陶瓷在陶瓷家族里那就是“学霸”级别的存在。
我记得有一次去工厂参观，看到那些先进陶瓷的生产过程，真是让我大开眼界。
工人们穿着整齐的工作服，在各种机器设备间忙碌着。
其中有一个环节，是对陶瓷进行高温处理，那红彤彤的炉火，就像热情的舞者在尽情跳跃。
当时我就在想，这得需要多精准的控制，才能让这些陶瓷在高温下发生恰到好处的变化，从而提升它们的力学性能啊！要说这先进陶瓷的力学性能提升，那得从它的组成和结构说起。
就像盖房子，材料选得好，结构搭得妙，房子才能坚固耐用。
先进陶瓷的成分得精心调配，不能有一点儿马虎。
比如说，添加一些特殊的微量元素，就像给一道菜加入独特的调味料，能让味道瞬间升华。
而且啊，制备工艺也至关重要。
这就好比做饭的火候和步骤，差一点儿都不行。
像烧结这个过程，温度、时间、压力都得拿捏得死死的。
温度太高太低，时间太长太短，压力太大太小，都会影响最终的力学性能。
我听说有个实验，就因为温度没控制好，结果做出来的陶瓷脆得跟饼干似的，轻轻一敲就碎了。
还有啊，微观结构的优化也是关键。
这就好比一个团队，成员之间的配合默契，团队才能强大。
陶瓷中的晶粒大小、晶界特性等等，都会对力学性能产生影响。
晶粒小而均匀，晶界清晰干净，这样的陶瓷往往更坚韧。
另外，表面处理也不能忽视。
就像我们出门要打扮得整洁漂亮，陶瓷的表面经过处理，能减少缺陷和瑕疵，提高耐磨和抗疲劳性能。
为了提升先进陶瓷的力学性能，科研人员们那可真是绞尽了脑汁。
不断尝试新的方法，不断改进现有的技术。
他们就像一群执着的探险家，在未知的领域里勇敢前行，不放过任何一个可能的突破点。
我还碰到过一个科研人员，他跟我讲，有一次为了找到一种合适的添加剂，他在实验室里连续奋战了好几个星期，做了无数次实验，失败了一次又一次。
金属陶瓷材料的力学行为与应用
金属陶瓷材料的力学行为与应用金属陶瓷材料，是指由金属和陶瓷相结合而成的一种复合材料。
它具备了金属的导电、导热等优点，同时拥有了陶瓷的高硬度、高强度和抗磨损等特性。
金属陶瓷材料的力学行为主要包括强度、韧性、刚度和耐磨性等方面。
本文将就金属陶瓷材料的力学表现和相关应用进行探讨。
一、强度金属陶瓷材料在强度方面具备较高的优势。
由于金属相的存在，其强度相较于纯陶瓷材料要高。
金属相的增加可以有效地提高材料的抗拉和抗压强度，从而增加材料的承载能力。
因此，金属陶瓷材料在冶金、航空航天等领域有着广泛的应用。
二、韧性金属陶瓷材料在韧性方面表现较为良好。
金属相的存在使得材料具备了更好的韧性，能够在承受外力时发生一定程度的变形，从而减缓外力对材料的破坏程度。
韧性的提高使得金属陶瓷材料在汽车零部件、机械制造和航空航天等领域具备了广泛的应用前景。
三、刚度金属陶瓷材料的刚度取决于其组成的金属和陶瓷相的比例以及结构特点。
提高金属相的含量可以增加材料的刚度，而增加陶瓷相的含量则能够增加材料的硬度。
因此，金属陶瓷材料的刚度可以通过调整金属和陶瓷相的比例来实现。
刚度的调节使得金属陶瓷材料能够适应不同领域的需求，如医学领域的人工关节和牙科修复材料等。
四、耐磨性金属陶瓷材料在耐磨性方面表现出色。
由于陶瓷相的存在，使得材料具备了较高的硬度和抗磨损性能。
这使得金属陶瓷材料在需要耐磨性能较强的领域，如矿物加工、机械制造以及航空航天等具备了广泛的应用潜力。
金属陶瓷材料的力学行为决定了其在各个领域的应用前景。
强度、韧性、刚度和耐磨性的综合优势使得金属陶瓷材料在汽车工业、航空航天等领域具备了广泛的应用前景。
随着科学技术的不断进步，金属陶瓷材料的力学特性有望得到进一步的提高和优化，进而推动其应用领域的拓展。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能
孙海峰
【期刊名称】《科技与企业》
【年(卷),期】2016(000)006
【摘要】金属材料在机械加工领域得到广泛应用,由于它具有优良的使用性能和工艺性能,其中使用性能主要包括物理性能、化学性能、力学性能,本论文主要针对金属材料的力学性能及性能指标做些简单阐述.
【总页数】1页(P237)
【作者】孙海峰
【作者单位】济宁市技师学院山东济宁 272000
【正文语种】中文
【相关文献】
1.金属材料试样制备与力学性能试验结果的相关性第一讲试样的取样部位及机加工与力学性能试验结果的相关性(续) [J], 王承忠
2.金属材料试样制备与力学性能试验结果的相关性第二讲试验标准对力学性能试样取样部位的具体要求 [J], 王承忠
3.金属材料试样制备与力学性能试验结果的相关性第二讲试验标准对力学性能试样取样部位的具体要求(续) [J], 王承忠
4.金属材料试样制备与力学性能试验结果的相关性第三讲试验标准对力学性能试验试样机加工的具体要求 [J], 王承忠
5.金属材料试样制备与力学性能试验结果的相关性第三讲试验标准对力学性能试验试样机加工的具体要求(续) [J], 王承忠
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互相抵消
7
回复和再结晶
Al-0.8wt%Mg
×100 晶界难分辨
(偏振光)
回复
再结晶
85% cold worked
×20 k TEM
302℃退火1 h 小角度亚晶粒组织
316℃退火1 h 再结晶晶粒
85% cold worked
302℃退火1 h
316℃退火1 h
再结晶 新的无应变晶粒在回复的组织中形核并长大形成再结晶组织。
高硬度测试(H) 厚度≥ 4mm
区别在 于球形 压头直 径大小 和压力 大小。
IRHD=0，表示E=0时的硬度；IRHD=100，表示E=∞时的硬度。 表示方法 测出小接触力和总接触力下压痕深度之差，查表得出IRHD 硬度值。
各种硬度试验对比
15
陶瓷力学性能特点和变形机制
• 陶瓷以离子键和共价键结合，耐高温、磨损、腐蚀，是极具潜力高温结 构材料，但通常硬而脆。 少数陶瓷σb＞172 MPa。 σ压= 5～10 σ拉。
G为切变弹性模量
2
拉伸试验和性能指标
恒M定TS变8形80速率 Ho材ok料e’实s L验a机w
σp0.2 =538 MPa
Al合金
50 mm
D=10 mm
① 弹性模量E，与金属原子间的结合强度有关， E钢=207GPa，E铝= 69～76 GPa 。
② 规定非比例伸长应力，是产生一定量塑性应变所对应的应 力，工程上常用0.2 %，σp0.2 。工程结构设计的重要数据。
拉伸力学性能指标（2）
③抗拉强度(σb)是最大应力。此时 塑性变形较大，工程设计不用σb。
铝合金
断裂后
④ 断后伸长率 δ= (l - l0) / l0
• 表征延性，工艺缺陷使δ低于正常值。 • 重要结构设计和检验指标。
⑤ 断面收缩率 φ= (A0 - Af) / A0
3
金属单晶的塑性变形---滑移带和滑移线
滑移只发生在
沿许多滑移面发生滑移，细小的滑 移台阶称为滑移线
阶梯状
滑移线间距
滑移带间距
变形只集中在一小部 分（＜1 % ）滑移面
Zn单晶塑性变 形后滑移带
• 滑移带是金属原子沿特定的晶面 （滑移面）滑移后形成区域。
• FCC单晶体，滑移可在几个取向不同的 滑移面进行，表面滑移带就更均匀。
变形0.9％铜单晶表面滑移带
共价键键
• 原子间键合具有特定方向性，包括成对电子间的电荷交换。 • 当外力使电子对键合的分离不能再恢复，晶体发生脆性断裂。
合的陶瓷 • 单晶体和多晶体都很脆。
离子键键 合的陶瓷
• 一些离子键单晶体(MgO, NaO)，室温下可进行较多的塑性变形。 • 多晶体陶瓷，滑移系统较少而难以实现协调地改变形，而在晶界 形成裂纹，导致脆性断裂。
横向强度的影响。
• E0为无孔隙材料的弹性模量
滑移系
金属中滑移只能沿一定晶面和此面上的一定方向（即滑移方向）进行。
滑移面（最密排面） 滑移方向（最密排方向）
滑移系 滑移系愈多，变形能力愈大。
塑性最好
密排程度较 低，需要较 大的应力才 能产生滑移
塑性较低
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另一个变形方式---孪生
一系列
面心立方的孪生过程
特定
• 变形部分的原子与邻近未变形部分的原子呈 镜面对称叫做孪生变形，分界面为孪生面。
晶粒长大
(1) 正常晶粒长大，晶粒尺寸和形状的分布基本不变， 又称连续晶粒长大；
(2) 反常晶粒长大，又称不连续长大、过度长大或二次再结晶。晶粒正常长 大受到阻碍，或加热温度过高，使少数晶粒能克服阻碍不成比例地长大。
金属的断裂
• 延性断裂：存在大量塑性变形，断口呈杯锥状。
与拉伸轴 成 45角
•脆性断裂：沿特定晶面（又称解理面）进行，塑性变形非常小，裂纹扩展迅速。
孪生在变形过程中的作用
• 孪生引起的晶体取向变化会使新的滑移系相对于切应力处于有 利的取向，能引起新的滑移。
• HCP金属滑移系很少，孪生对其变形最重要，但仍低于滑移系较 多的FCC和BCC金属。
滑移的位错模型
• 沿滑移系的两个相邻滑移面作刚性的整体相对滑 动机制不正确。
• 1934年， Taylor , Orowan 和 Polanyi 分别提出位错概念。
F/D2 为一常数
国家标准 GB / T 231 . 1 - 2002 （ F 单位为N）
28 °＜φ＜ 74 ° D=1, 2.5, 5, 10 mm
表示方法
布氏硬度值+HBW +D (mm)+ F(kgf)+ T(10 ～15s省略) 。
如, 120 HBW 10 / 1 000 / 30
σb= C×HBW 碳钢C=0.346
2. 弹性模量
E= 70～500 GPa，略高于金属。
3. 陶瓷材料的蠕变
• 高温承受压应力时发生蠕变，蠕变温度高于金属。
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影响陶瓷材料强度的因素
化学成分、显微组织和表面状态
陶瓷材料的强度
• 失效主要因素是组织缺陷（孔隙、表面裂纹和过大晶粒等）。
(1) 孔隙
造成应力集中，降低了材料强度。
孔隙体积分数对氧化铝 E= E0(1-1.9P+0.9P2) 孔隙体积分数 P
试样要求
• 厚度≥ 10倍压痕深度 或1.5d
特点
• 显微镜测量精度可达 1μm ，维氏硬度值精确。 • 操作较费时。
显微维氏硬度计
F ≤0. 2 kgf Rα ≤0.1μm
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显微努氏硬度试验
菱形棱锥体金刚石压头 d 为压痕长对角 线长(mm)
• 由前美国国家标准局研制的 低试验力硬度试验。
特点
• 优点：压痕窄长，弹性恢复非 常小，测量精度高于维氏硬度。 • 常用于测定表层、渗层以及小 零件或脆性陶瓷材料的硬度。
• 缺点：压痕不具有几何相似性。
W: L=7.114
表示方法 • HK+ F (kgf) + T (10～15s不标) 。如 640 HK 0.1 / 20。 • 显微努氏硬度试验方法在美国使用较多，我国尚无国标。
橡胶类高聚物材料的硬度试验
①肖氏硬度（ Shore hardness）对于塑料和硬橡胶
加压底板
A 型（软材料） 钢棒制成
压头最 大伸出
D 型(硬材料) 钢棒制成
2.5±0.04mm
测试要求 •压头中心距底板边缘≥ 6mm ；距底试样边缘≥9mm • 硬度值=压头伸出底板面程度
表示方法 当完全伸出，读数为0；伸出为0，读数为 100。
起始点
e=h/0.002
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洛氏硬度试验（2）
F =F0 ＋ F1
硬材料
软材料
维氏硬度试验
金刚石正四面棱锥体压头
•1922 年英国Smith 和 Sandland 提出 1924 年VickerS Armstrong 公司生产
F=0.2～100kgf
压痕具有几何相似性 硬度值与F无关
d =压痕平均对角线长(mm) ; α= 136° 表示方法 硬度值+HV+F(kgf)+T(10～15s省略) 如, 640 HV 30 / 20
• 肖氏硬度A／l5：45，表示试验力保持15s， A型肖氏硬度值为 45 。
A型硬度≥90，改用D型硬度计； D型硬度≤20，改用A型硬度计；
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硫化橡胶或热塑弹体硬度值
低硬度测试(L) 厚度≥ 6mm
正常测试(N) ，厚度≥ 4mm
国际橡胶硬度单位
微观测试(M) ，厚度＜4mm
IRHD (International Rubber Hardness Degree )
• 拉伸试验以及性能指标 • 金属塑性变形机制以及回复和再结晶 • 硬度试验 • 疲劳试验 • 蠕变强度 • 陶瓷的力学性能和变形机理
金属中的应力和应变
拉应力 F
单位为MPa
量纲为 1
应变%=伸长%= F
切应力 τ = S A
切应变 γ = a h = tan θ
对于纯弹性切变 τ = G γ
切应力
金属的硬度试验---布氏硬度试验
• 硬度是材料抵抗表面局部塑性变形的能力。 • 压入法，根据压痕的大小来确定硬度值。
特点
• 快速而且经济，不损坏零件整体性能。 • 硬度值不仅与材料有关，还与测定方法和条件有关。
布氏硬度试验 1900 年瑞典工程师 J . A . Brinell
布 氏
• 硬质合金球压头以F 压入试样表面并保
切应力
刃
混
型
合
位
位
错
错
• 原子微小移动导致晶体产生一个原子间距的位移。 • 多个位错的运动导致晶体的宏观变形。
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金属多晶体的塑性变形
• 工程合金几乎都是多晶体，常希望获得细晶组织。
晶界约束
• 各晶粒对于力轴取向不同，不 能同时开始变形。 • 变形必须克服晶界阻碍，晶粒 间变形协调性决定材料塑性。
Cu在室温的拉伸应力-应变曲线
TEM
胞状织构
•晶界难以 分辨，胞 壁具有高 密度位错。
Reapply load
Sቤተ መጻሕፍቲ ባይዱrain
1μm (cb)()a变变) 变形形形21000%%%
加工硬化是强化金属 的重要方法之一。
冷变形金属的回复
冷变形金属软化的热处理称为退火。 各阶段间常有重叠
较低能量组态
• 回复: 内应力会逐渐释放，热能使位错 互相抵消，或形成能量较低的组态。 • 回复后，强度仅略有下降，塑性提高。
滑移系越多，塑 性越好。
Hall — Petch公式
σp =σ0 + kd -1/2