金属材料的性能

1、Q Friday, July 23, 2021 金属材料的性能金属材料的性能 选择、使用材料的依据选择、使用材料的依据 ）（% 15 CuNi 5 VMoCr 6 Mn CCe Q Friday, July 23, 2021 力学性能力学性能 n 强度：指金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂 的能力。 Q Friday, July 23, 2021 塑性塑性:工程材料在外力作用下产生永久变形而不破坏的能工程材料在外力作用下产生永久变形而不破坏的能 力。力。 n延伸率A () n断面收缩率z () l1-l0 l0 100%A= S0-S1 S0 Z=100% n刚度：材料对弹性变形 的抵抗能

2、力，也就是材 料的弹性模量 E=/ 影响因数：E主要取决于 基体金属的性质。 Q Friday, July 23, 2021 硬度硬度 )kgf/mm( S F HB 2 )dDD(DS 22 Q Friday, July 23, 2021 符号压头类型总载荷（kgf）适用范围 HRC 120金刚石圆 锥 150 一般淬火钢等硬度较大材料 HRB1.588mm钢球100 退火钢和有色金属等软材料 HRA 120金刚石圆 锥 60 硬而薄的硬质合金或表面淬 火钢 试验规范试验规范 Q Friday, July 23, 2021 )(kgf/mm d F 1.8544 S F HV 2 2 维氏硬

3、度（维氏硬度（HV） 显微硬度显微硬度(HV)(HV) Q Friday, July 23, 2021 各种硬度试验因其试验条件的不同而不能直接换不能直接换 算算，需要查阅专门的表格进行换算比较。 硬度是材料的重要性能之一，一般情况下，材料 的硬度高，其耐磨性能也较好。材料的硬度与强度 之间也有一定的关系，例如，对于未淬硬钢，布氏 硬度与抗拉强度间存在如下的近似换算关系： Rm0.362HBS （当HBS175） Rm0.345HBS （当HBS175） Q Friday, July 23, 2021 冲击韧度（冲击韧度（a a k k）：冲击吸收功除以试样缺口处）：冲击吸收功除以试样缺口处

4、截面积截面积 )/( 2 cmJ S A k k Q Friday, July 23, 2021 疲劳疲劳 影响疲劳的因素影响疲劳的因素: 划痕、内应力集中划痕、内应力集中微裂纹扩展微裂纹扩展 n内：强度、塑性、组织结构、内：强度、塑性、组织结构、 材质等材质等 n外：几何形状、加工光洁度、外：几何形状、加工光洁度、 工作环境等工作环境等 Q Friday, July 23, 2021 ICI KaYK 2 1 断裂韧性：金属材料抵抗裂纹失稳扩展的能力断裂韧性：金属材料抵抗裂纹失稳扩展的能力 YaK CIC 裂纹失稳扩展裂纹失稳扩展 脆性破坏脆性破坏 裂纹扩展形式（脆性破坏的类型）裂纹扩展形式

5、（脆性破坏的类型） 张开型（张开型（I型）：较常见，也较危险型）：较常见，也较危险 滑开型（滑开型（II型）型） 撕开型（撕开型（III型）型） Q Friday, July 23, 2021 金属的晶体结构与结晶金属的晶体结构与结晶 n金属键 n晶体 为了便于分析晶体中原子的排列规律，通 常用假想的线条将各原子中心连接起来， 使之构成一个空间格架，这种三维的空间 格架，称作“晶格晶格”. Q Friday, July 23, 2021 取晶格中一个最基本的几何单元来表明原子排列的规律性， 这个最小的几何单元，称为“晶胞晶胞”。显然，金属的结构是由 大量晶胞在空间堆垛形成。晶胞各边的长度a，b

6、，c称为“晶 格常数”，其大小是以为单位来度量。 Q Friday, July 23, 2021 Q Friday, July 23, 2021 晶体缺陷晶体缺陷 Q Friday, July 23, 2021 Q Friday, July 23, 2021 纯金属的结晶纯金属的结晶 n结晶的条件：必须存在一定的结晶的条件：必须存在一定的过冷度 mR ttt Q Friday, July 23, 2021 结晶过程结晶过程形核长大过程形核长大过程 (a)(b) (c)(d) (e) (f) 形成晶核 晶核长大 全部结 晶 Q Friday, July 23, 2021 影响晶粒大小的因素影响晶

7、粒大小的因素 n形核（速）率 n晶核长大（速）率 影响此二者的因素： n1）过冷度t n2）不熔杂质 变质处理变质处理（加入人工晶核） n3）金属的流动与振动 增加冷速 Q Friday, July 23, 2021 固态金属的同素异晶转变固态金属的同素异晶转变固态转变、相变固态转变、相变 n固态转变特点 n组织应力 Q Friday, July 23, 2021 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶 n单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形滑移、孪生滑移、孪生 Q Friday, July 23, 2021 滑移的受力分析滑移的受力分析 拉伸时，滑移面上的外力P可分解为垂直于滑移面 的正应

8、力和平行于滑移面的切应力 。 n正应力：使晶格发生弹性伸长或断裂 较小时， 或 伸长量或 ， 0，变形 恢复； 原子间结合力时，拉断。 n切应力：使晶格发生弹性歪扭或塑性变形 临界切应力c 时， 变形量， 0 ，变 形恢复； c 时，发生滑移，产生永久塑性变形。 Q Friday, July 23, 2021 滑移系滑移系 滑移面和该面上的一个滑移方向滑移面和该面上的一个滑移方向 n滑移面均为原子密排面 n滑移系数目和滑移方向 材料塑性 nFCC和BCC的滑移系为12个，HCP为3个，FCC 的滑移方向多于BCC，金属塑性如Cu（FCC） Fe（BCC）Zn（HCP） Q Friday, Ju

9、ly 23, 2021 加工硬化加工硬化冷变形强化、冷作硬化冷变形强化、冷作硬化 金属经冷塑性变形后由于位错密度增加而导致强度上金属经冷塑性变形后由于位错密度增加而导致强度上 升的现象升的现象 实质：位错运动受阻实质：位错运动受阻 Q Friday, July 23, 2021 孪生孪生 n在切应力作用下，晶体的一部分相当于另一部分 产生剪切变形，变形后的晶体呈镜面对称。对称 面即为孪晶面 n发生：低温bcc金属、滑移系很少的Hcp金属、受 到冲击变形的金属 Q Friday, July 23, 2021 多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形 n变形过程变形过程 竹节（鼓）现象竹节（鼓）现象 n晶

10、粒大小对塑性变形的影响晶粒大小对塑性变形的影响 2 1 dK yis Q Friday, July 23, 2021 1 晶粒形态的变化 晶粒被拉长 或者压扁 晶粒被拉长或者压扁成为细条状组 织和纤维组织，晶粒破碎成亚晶粒 等轴 晶粒 未变形原 始晶粒 轻微变形 的滑移线 拉长或压 扁的晶粒 细条状组织 和纤维组织 组织与性能变组织与性能变 Q Friday, July 23, 2021 金属性能的变化金属性能的变化 n加工硬化 n形变内应力 Q Friday, July 23, 2021 加工硬化的意义加工硬化的意义 n重要的强化手段 n有利于金属均匀变形拉钢丝、冲压成型零件 n提高使用安全

11、性 不利影响：不利影响： n增加变形难度 n屈强比增加，载荷控制要求严格，生存操作困难 n塑性、韧性大大降低脆 Q Friday, July 23, 2021 回复再结晶回复再结晶 冷变形金属加热时某些性能的变化冷变形金属加热时某些性能的变化 Q Friday, July 23, 2021 回复回复低温（去应力）退火加热低温（去应力）退火加热 n组织基本不变，硬化现象仍然保留，但内应力大大消除 的现象内应力显著降低，强度和硬度略有降低 再结晶新的形核、长大过程，生成新的等轴晶粒，晶 格类型不变 加工硬化消除：强度、硬度大大下降，塑性、韧性回升 再结晶退火：消除加工硬化的热处理工艺 Q Frid

12、ay, July 23, 2021 冷变形金属加热时显微组织的变化过程冷变形金属加热时显微组织的变化过程 Q Friday, July 23, 2021 再结晶温度再结晶温度冷变形金属发生再结晶的最低稳定温度冷变形金属发生再结晶的最低稳定温度 n影响因素：形变量大小、金属的纯度、加热的温度影响因素：形变量大小、金属的纯度、加热的温度 和时间等和时间等 纯金属纯金属 Ta = Ta = （0.35-0.40.35-0.4）TR( K ) TR( K ) 合金合金 Ta= Ta= （0.5 -0.70.5 -0.7）TR( K ) TR( K ) 影响再结晶晶粒度的因素影响再结晶晶粒度的因素 预变

13、形度预变形度（变形（变形 较均匀）较均匀） 晶粒直径晶粒直径 D D 金属的成分与组织金属的成分与组织 如杂质。大如杂质。大 多数合金元素阻碍原子扩散多数合金元素阻碍原子扩散减缓减缓 再结晶再结晶TaTa 加热速度加热速度、保温时间、保温时间 Ta Ta Q Friday, July 23, 2021 热加工与冷加工的区别热加工与冷加工的区别 n加工温度 T再 为热加工； n加工温度 T再 为冷加工 n热加工时塑性变形量大，不出现加工硬化，可快 速成型，且气孔、裂纹等缺陷也可在高温下焊合 Q Friday, July 23, 2021 合金的相结构及二元合金相图合金的相结构及二元合金相图 1、合金的概念 合金 组元合金系 合金相（相） 2、合金的相结构 固溶体 固溶强化 置换固溶体 、间隙固溶体 化合物 非金属化合物 、金属化合物 弥散硬化 Q Friday, July 23, 2021 二元合金相图（平衡图、平衡状态图）二元合金相图（平衡图、平衡状态图） Q Friday, July 23, 2021 杠杆定律杠杆定律 n确定两平衡相的相对量确定两平衡相的相对量 QLab = Qbc 匀晶转变的结晶过程：L L + Q Friday, July 23, 2021 Q Friday, July 23, 2021 共晶相图共晶相图 Q Frid