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彈性變形,屈服變形,加工硬化(均勻塑性變形),不均勻集中塑性變形。

真應變 e=ln(L/L0)=ln(1+ε) ;真應力 s=σ(1+ε)= σ*eε 指數(shù)e為真應變。

評價材料彈性的好壞。

包申格效應:金屬材料經(jīng)預先加載產(chǎn)生少量塑性變形,再同向加載,規(guī)定殘余伸長應力增加;反向加載,規(guī)定殘余伸長應力降低的現(xiàn)象。

滯彈性:(彈性后效)是指材料在快速加載或卸載后,隨時間的延長而產(chǎn)生的附加彈性應變的性能。

金屬材料在交變載荷作用下吸收不可逆變形功的能力,稱為金屬的循環(huán)韌性,也叫內(nèi)耗

理想彈性變形具有單值性、可逆性,瞬時性。但由于實際金屬為多晶體并存在各種缺陷,彈性變形時,并不是完整的。

單晶體和多晶體金屬的彈性模量,主要取決于金屬原子本性和晶體類型。

服和連續(xù)屈服;

屈服強度:表征材料對微量塑性變形的抗力

規(guī)定的原始標距百分比時的應力。

完全理想彈性體,n=0,沒有硬化能力;K——硬化系數(shù)

縮頸是:韌性金屬材料在拉伸試驗時變形集中于局部區(qū)域的特殊現(xiàn)象。

抗拉強度:韌性金屬試樣拉斷過程中最大試驗力所對應的應力。代表金屬材料所能承受的最大拉伸應力,表征金屬材料對最大均勻塑性變形的抗力。與應變硬化指數(shù)和應變硬化系數(shù)有關。等于最大拉應力比上原始橫截面積。

的冷熱變形也十分敏感;與應變硬化速率并不相等。

放射區(qū)匯聚方向指向裂紋源。

脆性斷裂:基本不產(chǎn)生塑性變形,危害性大。低應力脆斷,工作應力很低,一般

穿晶斷裂:裂紋穿過晶內(nèi),可以是韌性斷裂,也可以是脆性斷裂,斷口明亮。

沿晶斷裂:裂紋沿晶界擴展,都是脆性斷裂,由晶界處的脆性第二相等造成,斷口相對灰暗。穿晶斷裂和沿晶斷裂可混合發(fā)生。高溫下,多由穿晶斷裂轉(zhuǎn)為沿晶韌性斷裂。

沿晶斷裂斷口:斷口冰糖狀;若晶粒細小,斷口呈晶粒狀。

剪切斷裂:材料在切應力作用下沿滑移面滑移分離而造成的斷裂。(滑斷、微孔聚集型斷裂)

作用下材料沿某個原子面分開的過程。

格里菲思理論:從熱力學觀點看,凡是使能量減低的過程都將自發(fā)進行,凡使能量升高的過程必將停止,除非外界提供能量。Griffth指出,由于裂紋存在,系統(tǒng)彈性能降低,與因存在裂紋而增加的表面能平衡。如彈性能降低足以滿足表面能增加,裂紋就會失穩(wěn)擴展,引起脆性破壞。

多數(shù)金屬的斷裂包括裂紋的形成和擴展兩個階段。

按斷裂的性態(tài):韌性斷裂和脆性斷裂;按裂紋擴展路徑:穿晶斷裂和沿晶斷裂;按斷裂機制:解理斷裂和剪切斷裂韌性斷裂和脆性斷裂:根據(jù)材料斷裂前產(chǎn)生的宏觀塑性變形量的大小來確定。通常脆性斷裂也會發(fā)生微量的塑性變形,一般規(guī)定斷面收縮率小于5%則為脆性斷裂。反之大于5%的為韌性斷裂。

解理斷裂總是脆性斷裂,但脆性斷裂不一定是解理斷裂。

不同點:①準解理小刻面不是晶體學解理面②解理裂紋常源于晶界,準解理裂紋常源于晶內(nèi)硬質(zhì)點。準解理不是一種獨立的斷裂機理,而是解理斷裂的變種。

硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標。

壓入法——表征塑性變形抗力及應變硬化能力

壓痕相似原理:只用一種標準的載荷和鋼球直徑,不能同時適應硬的材料或者軟的材料。為保證不同載荷和直徑測量的硬度值之間可比,壓痕必須滿足幾何相似。

優(yōu)點:壓頭直徑較大→壓痕面積較大→硬度值可反映金屬在較大范圍內(nèi)各組成相的平均性能,不受個別組成相及微小不均勻性的影響。

缺點:壓痕較小,代表性差;材料若有偏析及組織不均勻等缺陷,測試值重復性差,分散度大;用不同標尺測得的硬度值沒有聯(lián)系,不能直接比較。

維氏硬度:原理與布氏硬度試驗相同,根據(jù)單位面積所承受的試驗力計算硬度值。不同的是維氏硬度的壓頭是兩個相對面夾角α為136°的金剛石四棱錐體。

努氏硬度:與維氏硬度的區(qū)別1)壓頭形狀不同;2)硬度值不是試驗力除以壓痕表面積,而是除以壓痕投影面積

肖氏硬度:一種動載荷試驗法,原理是將一定質(zhì)量的帶有金剛石圓頭或鋼球的重錘,從一定高度落于金屬試樣表面,根據(jù)重錘回跳的高度來表征金屬硬度值大小,也稱回跳硬度。用HS表示。

沖擊韌性:指材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力,常用標準試樣的沖擊吸收功AK表示。

低溫脆性:體心立方或某些密排六方晶體金屬及合金,當試驗溫度低于某一溫度tk或溫度區(qū)間時,材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài),沖擊吸收功明顯下降,斷裂機理由微孔聚集變?yōu)榇┚Ы饫?斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀。tk或溫度區(qū)間稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度,又稱冷脆轉(zhuǎn)變溫度。

韌脆的評價方法:材料的缺口沖擊彎曲試驗,材料的沖擊韌性

韌脆的影響因素:溫度(低溫脆性);應力狀態(tài)(三向拉應力狀態(tài));變形速度的影響(沖擊脆斷)低溫脆性的本質(zhì):低溫脆性是材料屈服強度隨溫度降低急劇增加的結(jié)果。屈服強度σs的隨溫度降低而升高,而斷裂強度σc隨溫度變化很小。t>tk ,σc >σs ,先屈服再斷裂;t

晶體結(jié)構(gòu):體心立方金屬及其合金存在低溫脆性。普通中、低強度鋼的基體是體心立方點陣的鐵素體,故這類鋼有明顯的低溫脆性。

動,致σs升高,鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高。

顯微組織:晶粒大小,細化晶粒使材料韌性增加;減小亞晶和胞狀結(jié)構(gòu)尺寸也能提高韌性。

疲勞:金屬機件在變動應力和應變長期作用下,由于積累損傷而引起的斷裂現(xiàn)象。

疲勞按環(huán)境和接觸情況:大氣疲勞、腐蝕疲勞、高溫疲勞、熱疲勞及接觸疲勞等。

疲勞按應力高低和斷裂壽命分:高周疲勞和低周疲勞。

疲勞的特點:該破壞是一種潛藏的突發(fā)性破壞,在靜載下顯示韌性或脆性破壞的材料在疲勞破壞前均不會發(fā)生明顯的塑性變形,呈脆性斷裂。

疲勞對缺口、裂紋及組織等缺陷十分敏感,即對缺陷具有高度的選擇性。因為缺口或裂紋會引起應力集中,加大對材料的損傷作用;組織缺陷(夾雜、疏松、白點、脫碳等),將降低材料的局部強度,二者綜合更加速疲勞破壞的起始與發(fā)展。

疲勞宏觀斷口的特征:疲勞斷裂經(jīng)歷了裂紋萌生和擴展過程。由于應力水平較低,因此具有較明顯的裂紋萌生和穩(wěn)態(tài)擴展階段,相應的斷口上也顯示出疲勞源、疲勞裂紋擴展區(qū)與瞬時斷裂區(qū)的特征。

位置:多出現(xiàn)在機件表面,常和缺口、裂紋、刀痕、蝕坑等缺陷相連。但若材料內(nèi)部存在嚴重冶金缺陷(夾雜、縮孔、伯析、白點等),也會因局部材料強度降低而在機件內(nèi)部引發(fā)出疲勞源。

特點:因疲勞源區(qū)裂紋表面受反復擠壓,摩擦次數(shù)多,疲勞源區(qū)比較光亮,而且因加工硬化,該區(qū)表面硬度會有所提高。

數(shù)量:機件疲勞破壞的疲勞源可以是一個,也可以是多個,它與機件的應力狀態(tài)及過載程度有關。如單向彎曲疲勞僅產(chǎn)生一個源區(qū),雙向反復彎曲可出現(xiàn)兩個疲勞源。過載程度愈高,名義應力越大,出現(xiàn)疲勞源的數(shù)目就越多。

展快饅、擠壓摩擦程度上的差異。

狀貝紋線痕跡。

較慢;遠離疲勞源區(qū)貝紋線較稀疏、粗糙,表明此段裂紋擴展較快。

影響因素:貝紋區(qū)的總范圍與過載程度及材料的性質(zhì)有關。若機件名義應力較高或材料韌性較差,則疲勞區(qū)范圍較小,貝紋線不明顯;反之,低名義應力或高韌性材科,疲勞區(qū)范圍較大,貝紋線粗且明顯。貝紋線的形狀則由裂紋前沿線各點的擴展速度、載荷類型、過載程度及應力集中等決定。

瞬斷區(qū)是裂紋失穩(wěn)擴展形成的區(qū)域。在疲勞亞臨界擴展階段,隨應力循環(huán)增加,裂紋不斷增長,當增加到臨界尺寸ac時,裂紋尖端的應力場強度因子KI達到材料斷裂韌性KIc(Kc)時。裂紋就失穩(wěn)快速擴展,導致機件瞬時斷裂。

韌性材料斷口,在心部平面應變區(qū)呈放射狀或人字紋狀,邊緣平面應力區(qū)則有剪切唇區(qū)存在。

位置:瞬斷區(qū)一般應在疲勞源對側(cè)。但對旋轉(zhuǎn)彎曲來說,低名義應力時,瞬斷區(qū)位置逆旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)一角度;高名義應力時,多個疲勞源同時從表面向內(nèi)擴展,使瞬斷區(qū)移向中心位置。

疲勞曲線的測定——升降法測定疲勞極限

裂紋萌生往往在材料薄弱區(qū)或高應力區(qū),通過不均勻滑移、微裂紋形成及長大而完成。

疲勞微裂紋常由不均勻滑移和顯微開裂引起。主要方式有:表面滑移帶開裂;第二相、夾雜物與基體界面或夾雜物本身開裂;晶界或亞晶界處開裂。

從滑移開裂產(chǎn)生疲勞裂紋形成機理看,只要能提高材料滑移抗力(固溶強化、細晶強化等),均可阻止疲勞裂紋萌生,提高疲勞強度。

第二相或夾雜物可引發(fā)疲勞裂紋的機理來看,只要降低第二相或夾雜物脆性,提高相界面強度,控制第二相或夾雜物的數(shù)量、形態(tài)、大小和分布、使之“少、圓、小、勻”,均可抑制或延緩疲勞裂紋在第二相或夾雜物附近萌生,提高疲勞強度。

從晶界萌生裂紋來看,凡使晶界弱化和晶粒粗化的因素,如晶界有低熔點夾雜物等有害元素和成分偏析、回火脆、晶界析氫及晶粒粗化等,均易產(chǎn)生晶界裂紋、降低疲勞強度;反之,凡使晶界強化、凈化和細化晶粒的因素,均能抑制晶界裂紋形成,提高疲勞強度。

表面狀態(tài)的影響:應力集中——機件表面缺口因應力集中往往是疲勞策源地,引起疲勞斷裂,可用Kf與qf表征缺口應力集中對材料疲勞強度的影響。Kf與qf越大,材料的疲勞強度就降得越低。且這種影響隨材料強度的增高,更加顯著。

表面強化的影響——表面強化可在機件表面產(chǎn)生殘余壓應力,同時提高強度和硬度。兩方面的作用都會提高疲勞強度。(方法:噴丸、滾壓、表面淬火、表面化學熱處理)硬度由高到低的順序:滲氮→滲碳→感應加熱淬火;強化層深度由高到低順序:表面淬火→滲碳→滲氮。

材料成分及組織的影響:疲勞強度是對材料組織結(jié)構(gòu)敏感的力學性能。合金成分、顯微組織、非金屬夾雜物及冶金缺陷

循環(huán)硬化和循環(huán)軟化現(xiàn)象與位錯循環(huán)運動有關。

在一些退火軟金屬中,在恒應變幅的循環(huán)載荷下,由于位錯往復運動和交互作用,產(chǎn)生了阻礙位錯繼續(xù)運動的阻力,從而產(chǎn)生循環(huán)硬化。

在冷加工后的金屬中,充滿位錯纏結(jié)和障礙,這些障礙在循環(huán)加載中被破壞;或在一些沉淀強化不穩(wěn)定的合金中。由于沉淀結(jié)構(gòu)在循環(huán)加載中校破壞均可導致循環(huán)軟化。