第二章1节金属的塑性变形与再结晶

1、第二章第二章 金属的塑性变金属的塑性变形与再结晶形与再结晶第二章第一节第二章第一节 金属材料的力学性能金属材料的力学性能金属材料的性能：金属材料的性能：使用性能、工艺性能使用性能、工艺性能l使用性能使用性能：材料在使用过程中表现出来的性能。：材料在使用过程中表现出来的性能。包括力学性能、物理性能、化学性能。包括力学性能、物理性能、化学性能。l工艺性能：工艺性能：材料在加工过程中表现出来的性能。材料在加工过程中表现出来的性能。包括铸造、锻压、焊接、切削、热处理性能。包括铸造、锻压、焊接、切削、热处理性能。变形：变形：材料在外力作用下发生形状和性能的改变。材料在外力作用下发生形状和性能的改变。 弹

2、性变形弹性变形 塑性变形塑性变形常见的几个力学性能指标。常见的几个力学性能指标。l 强度与塑性强度与塑性l 硬度硬度l 冲击韧度冲击韧度l 疲劳疲劳一、拉伸试验一、拉伸试验在万能材料实验机上做拉伸实验在万能材料实验机上做拉伸实验第一节第一节 强度与塑性强度与塑性对试样两端对试样两端缓慢施加载荷缓慢施加载荷，试样两端受到轴向试样两端受到轴向拉力拉力，引起试样轴身伸长，直到被引起试样轴身伸长，直到被拉拉断。断。l测定试样对外加载荷的测定试样对外加载荷的抗力抗力，可测得可测得强度指标强度指标。l测定试样在测定试样在破断后塑性变形破断后塑性变形的大小的大小，可求出材料的，可求出材料的塑性指塑性指标。标

3、。esb e，弹性变形弹性变形se s ，弹性、塑性变形，弹性、塑性变形，s s 时，时，塑性变形，水平线段，屈服现象，塑性变形，水平线段，屈服现象，s超过超过 b后，缩颈现象。后，缩颈现象。二、强度二、强度金属材料在载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力称为金属材料在载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度强度。按外力作用的性质不同，分为：按外力作用的性质不同，分为： 屈服强度屈服强度s 、抗拉强度、抗拉强度b 、抗压强度、抗压强度b c、抗剪强度、抗剪强度b等。等。 1.1.弹性极限弹性极限e：在弹性阶段内，卸力后不产生塑性变形的最大应力，为材料在弹性阶段内，卸力后不产生塑性变形的最大应力，

4、为材料的弹性伸长应力，通常称为弹性极限。的弹性伸长应力，通常称为弹性极限。 e=F Fe/A Ao o2 2、屈服点与屈服强度、屈服点与屈服强度 金属材料开始产生屈服现象时的最低应力值称为金属材料开始产生屈服现象时的最低应力值称为屈服点屈服点，用符号，用符号s s 表示。表示。s s=F=Fs s/A/Ao o 式中式中F Fs s试样发生屈服时的载荷（试样发生屈服时的载荷（N N）; ; A Ao o试样的原始横截面积（试样的原始横截面积（mmmm2 2）。 工业上使用的某些金属材料，如高碳钢、铸铁等，在拉工业上使用的某些金属材料，如高碳钢、铸铁等，在拉伸过程中，没有明显的屈服现象，无法确定

5、其屈服点伸过程中，没有明显的屈服现象，无法确定其屈服点s s ，按按GB/T2228GB/T2228规定，可用规定，可用屈服强度屈服强度0.20.2来表示该材料开始产生来表示该材料开始产生塑性变形时的最低塑性变形时的最低应力值。屈服强度为试样标应力值。屈服强度为试样标距部分产生距部分产生0.2%0.2%残余伸长时残余伸长时的应力值，即的应力值，即 0.20.2=F=F0.20.2/A/Ao o式中式中 F F0.20.2试样标距产生的试样标距产生的0.2%0.2%残残 余伸长时载荷（余伸长时载荷（N N）；）； A Ao o试样的原始横截面积（试样的原始横截面积（mmmm2 2）。）。屈服强度

6、的测定3、抗拉强度、抗拉强度 金属材料在断裂前所能承受的最大应力值称为抗拉强度，金属材料在断裂前所能承受的最大应力值称为抗拉强度，用符号用符号 b b表示。表示。 b b=F=Fb b/A/Ao o式中式中 F Fb b试样在断裂前所承受的载荷（试样在断裂前所承受的载荷（N N）；）； A Ao o试样原始横截面积（试样原始横截面积（mmmm2 2）。）。三、塑性三、塑性 金属材料的载荷作用下，断裂前材料发生不可逆久变形的能金属材料的载荷作用下，断裂前材料发生不可逆久变形的能力称为力称为塑性塑性。（或者是材料发生塑性变形而不破坏的能力）。（或者是材料发生塑性变形而不破坏的能力） 通过拉伸试验可

7、测定材料的塑性。通过拉伸试验可测定材料的塑性。 常用的塑性指标有常用的塑性指标有断后伸长率断后伸长率和和断面收缩率断面收缩率。 =(L1-L0)/L0 =(A0-A1)/A0第二节第二节 硬度硬度 硬度硬度是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。压痕或划痕的能力。 是恒量金属软硬的指标是恒量金属软硬的指标 可用硬度计试验机测定，可用硬度计试验机测定， 常用的硬度指标：布氏硬度常用的硬度指标：布氏硬度HBWHBW、HBSHBS 洛氏硬度（洛氏硬度（HRAHRA、HRBHRB、HRCHRC等）等） 维氏硬度维氏硬度HVHV。 布氏硬度布

8、氏硬度 压头为压头为钢球钢球时，布氏硬度用符号时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于表示，适用于布氏硬度值在布氏硬度值在450以下以下的材料。的材料。 压头为压头为硬质合金球硬质合金球时，用符号时，用符号HBW表示，适用于表示，适用于布氏硬度值在布氏硬度值在650以下以下的材料。的材料。 符号符号HBS或或HBW之前的数字表示硬度值，符号后之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。持时间。例：例：120HBS10/1000/30表示直径为表示直径为10mm的钢球在的钢球在1000kbf（9.807kN）载荷作用下保

9、持）载荷作用下保持30s测得的布测得的布氏硬度值为氏硬度值为120优点：优点：测量误差小，数据稳定。测量误差小，数据稳定。缺点：缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。硬的材料。洛氏硬度洛氏硬度HR 洛氏硬度标尺：常用洛氏硬度标尺：常用A、B、C。是各种总试验力和。是各种总试验力和各种洛氏压头的组合而成的标尺各种洛氏压头的组合而成的标尺 HRA用于测量高硬度材料，如用于测量高硬度材料，如硬质合金、表淬层和渗碳层。硬质合金、表淬层和渗碳层。 HRB用于测量低硬度材料，如用于测量低硬度材料，如有色金属和退火、正火钢等。有色金属和退火、正火钢等

10、。 HRC用于测量中等硬度材料，用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。如调质钢、淬火钢等。 优点：优点：操作简便，压痕小。适操作简便，压痕小。适用范围广。用范围广。维氏硬度维氏硬度第三节、冲击韧度第三节、冲击韧度韧性：韧性：金属材料断裂前吸收的变形能量的能力。其常金属材料断裂前吸收的变形能量的能力。其常用指标为用指标为冲击韧度。冲击韧度。 试验时，将试样放在试验机两支座上，。把质量为试验时，将试样放在试验机两支座上，。把质量为m m的摆锤的摆锤抬到高抬到高H H，使摆锤具有位能为，使摆锤具有位能为mHgmHg。摆锤落下冲断试样后升。摆锤落下冲断试样后升至至h h高度高度, ,具有位能为具有

11、位能为mhgmhg，故摆锤冲断试样推动的位能为，故摆锤冲断试样推动的位能为mHgmhgmHgmhg，这就是试样变形和断裂所消耗的功称为，这就是试样变形和断裂所消耗的功称为冲击吸冲击吸收功收功A AK K，即，即A AK=K=mg(H-h)mg(H-h) 用试样的断口处截面积用试样的断口处截面积S SN N（cmcm2 2）去除）去除A AK K（J J）即得到）即得到冲击韧冲击韧度度，用，用a ak k表示，单位为表示，单位为J/cmJ/cm2 2. . a aK K=A=AK K/S/SN N第四节、疲劳第四节、疲劳一、疲劳概念一、疲劳概念 虽然零件所承受的交变应力数值小于材料的屈服强度，但

12、虽然零件所承受的交变应力数值小于材料的屈服强度，但在长时间运转后也会发生断裂，这种现象称为在长时间运转后也会发生断裂，这种现象称为疲劳断裂疲劳断裂。 对称循环交变应力对称循环交变应力 二、疲劳曲线与疲劳极限二、疲劳曲线与疲劳极限 试验证明，金属材料所受最大交变应力试验证明，金属材料所受最大交变应力maxmax 愈大，愈大，则断裂前所受的循环周次则断裂前所受的循环周次N N（定义为疲劳寿命）愈（定义为疲劳寿命）愈少，这种交变应力少，这种交变应力maxmax 与疲劳寿命与疲劳寿命N N的关系曲线称的关系曲线称疲劳曲线疲劳曲线或或SNSN曲线曲线 工程上规定，材料经受相当循环周次不发生断裂的工程上规

13、定，材料经受相当循环周次不发生断裂的最大应力称为最大应力称为疲劳极限，疲劳极限，以符号以符号-1-1表示。表示。 疲劳曲线-1Nn21N1N2NnNc钢铁材料：107次非铁合金：108次部分工程材料的疲劳极限-1（MPa）三、提高材料疲劳极限的途径三、提高材料疲劳极限的途径1 1、设计方面设计方面 尽量使用零件避免交角、缺口和截面突变，尽量使用零件避免交角、缺口和截面突变，以避免应力集中及其所引起的疲劳裂纹。以避免应力集中及其所引起的疲劳裂纹。2 2、材料方面材料方面 通常应使晶粒细化，减少材料内部存在的夹通常应使晶粒细化，减少材料内部存在的夹杂物和由于热加工不当引起的缺陷。如疏松、气孔和表面杂物和由于热