材料性能學(xué)(1)

1、材材 料料 性性 能能 學(xué)學(xué)周曉龍周曉龍緒論緒論課課 程程 簡簡 介介材料性能材料性能力學(xué)性能力學(xué)性能：主要研究材料在受載過程中：主要研究材料在受載過程中的變形（的變形（2）和斷裂的規(guī)律；力）和斷裂的規(guī)律；力學(xué)性能指標(biāo)的本質(zhì)、物理概念、學(xué)性能指標(biāo)的本質(zhì)、物理概念、實用意義和影響因素。實用意義和影響因素。物理性能物理性能：含義廣泛，包括聲、光、電、：含義廣泛，包括聲、光、電、磁、熱等，（例如電腦芯片與基磁、熱等，（例如電腦芯片與基座）座） 。材料力學(xué)性能學(xué)習(xí)目的及教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時安排n學(xué)習(xí)目的學(xué)習(xí)目的n學(xué)習(xí)材料力學(xué)性能就是通過掌握材料各種主要性能的基本概念，物質(zhì)本質(zhì)、變化規(guī)律與性能指標(biāo)的工程意義，

2、理解影響材料性能的主要因素，以便尋找改善或提高材料性能的途徑與方法，或分析材料在使用過程中發(fā)生失效的原因等；同時讓同學(xué)們了解材料性能測試的原理、方法和相關(guān)儀器設(shè)備，以培養(yǎng)同學(xué)們在工程應(yīng)用中選材、開發(fā)新材料的基本技能。使得同學(xué)們能夠?qū)⑺鶎W(xué)材料基礎(chǔ)理論與工程實際能夠很好的結(jié)合起來，并提高同學(xué)們在工程實際中解決材料問題的能力。思考n決定材料性能的關(guān)鍵因素？n研究材料性能的目的在于？n如何理解材料性能失效的問題？n材料性能學(xué)所闡述內(nèi)容的意義在于？教學(xué)的主要內(nèi)容及學(xué)時安排教學(xué)的主要內(nèi)容及學(xué)時安排n材料單向靜拉伸的力學(xué)性能（5學(xué)時）n材料在其它靜載荷下的力學(xué)性能（3學(xué)時）n材料的沖擊韌性與低溫脆性（2學(xué)時

3、）n材料的斷裂韌性（5學(xué)時）n材料的疲勞性能（4學(xué)時）n材料的磨損性能（3學(xué)時）n材料的高溫力學(xué)性能（2學(xué)時） 第一章第一章 材料單向靜拉伸的力學(xué)性能材料單向靜拉伸的力學(xué)性能 第一節(jié)第一節(jié) 力伸長曲線和應(yīng)力應(yīng)變曲線力伸長曲線和應(yīng)力應(yīng)變曲線一、力伸長曲線一、力伸長曲線例如：GB6397-86規(guī)定金屬拉伸試樣有：圓形、矩形、異型及全截面常用標(biāo)準(zhǔn)圓截面試樣。長試樣：L0=10d0;短試樣：L0=5d0nop段：比例彈性變形階段；npe段：非比例彈性變形階段；n平臺或鋸齒（s段）：屈服階段；nsb段：均勻塑性變形階段，是強化階段。nb點：形成了“縮頸”。nbk段：非均勻變形階段，承載下降，到k點斷裂。

4、n斷裂總伸長為Of，其中塑形變形Og(試樣斷后測得的伸長)，彈性伸長gf。 l Fl bl ul Fbbk Fss o g fe Fep Fp圖1-2 拉伸曲線A彈性變形階段彈性變形階段屈服變形階段屈服變形階段塑性變形階段塑性變形階段頸縮現(xiàn)象至斷裂頸縮現(xiàn)象至斷裂拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象低碳鋼拉伸過程變化的四個階段：低碳鋼拉伸過程變化的四個階段：二、應(yīng)力應(yīng)變曲線二、應(yīng)力應(yīng)變曲線圖圖13 低碳鋼的應(yīng)力應(yīng)變曲線低碳鋼的應(yīng)力應(yīng)變曲線(1)應(yīng)力 ( MPa ) ：單位面積上試樣承受的載荷。這里用試樣承受的：單位面積上試樣承受的載荷。這里用試樣承受的載荷載荷( F )除以試樣的原始橫截面積除以

5、試樣的原始橫截面積A 0 ( mm2)表示表示: (2)應(yīng)變：單位長度的伸長量。這里用試樣的伸長量除以試樣的原：單位長度的伸長量。這里用試樣的伸長量除以試樣的原始長度始長度(mm )表示表示:0AF0ll例1: 塑性材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖（a）為最常見的金屬材料應(yīng)力應(yīng)變曲線。Oa為彈性變形階段，開始發(fā)生塑性變形，過程沿著abk進(jìn)行。開始發(fā)生塑性變形的點就是屈服點，屈服以后的變形包括彈性變形和塑性變形，如在點m處卸載，應(yīng)力會沿著mn下降到零，m點對應(yīng)的應(yīng)變om 為總應(yīng)變量，在卸載后回復(fù)的部分m n為彈性應(yīng)變量，殘留部分no為塑性應(yīng)變量。圖（b）為具有明顯屈服點材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線，與圖（a）相比，不

6、同之處在于出現(xiàn)了明顯的屈服點aa ，有明顯的齒狀屈服平臺，其相應(yīng)的應(yīng)變量在1%-3%范圍圖（c）為拉伸不出現(xiàn)頸縮的應(yīng)力應(yīng)變曲線，只有彈性變形的oa和均勻塑性變形的ak段。某些塑性較低的金屬如鋁青銅，或變形強化能力特別強的金屬如高錳鋼圖（d）為拉伸不穩(wěn)定型材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線，其變形特點是在變形強化過程中出現(xiàn)多次局部失穩(wěn)，原因是孿生變形機制的參與。當(dāng)孿生應(yīng)變速率超過試驗運動速率時，導(dǎo)致局部應(yīng)力松弛，相應(yīng)的在應(yīng)力應(yīng)變曲線上出現(xiàn)齒形特征。如某些低溶質(zhì)固溶體鋁合金及含雜質(zhì)的鐵合金具有此類應(yīng)力應(yīng)變行為。例2: 玻璃態(tài)高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線例3: 高分子材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線高分子材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)出多

7、種多樣的變異。若按在拉伸過程中屈服點的變化、伸長率大小及斷裂狀況，大致分為5中類型。第二節(jié) 彈性變形及其性能指標(biāo)一、彈性變形的本質(zhì)一、彈性變形的本質(zhì) 金屬、陶瓷或結(jié)晶態(tài)的高分子聚合物金屬、陶瓷或結(jié)晶態(tài)的高分子聚合物 線性關(guān)系線性關(guān)系 變變形量小形量小(一般小于一般小于0.5-1%，相當(dāng)于原子間距的幾分之一，相當(dāng)于原子間距的幾分之一) 橡膠態(tài)的高分子聚合物橡膠態(tài)的高分子聚合物 非線性關(guān)系非線性關(guān)系 變形量大變形量大 材料產(chǎn)生彈性變形的本質(zhì)都是構(gòu)成材料的原子（離材料產(chǎn)生彈性變形的本質(zhì)都是構(gòu)成材料的原子（離子）或分子自平衡位置產(chǎn)生子）或分子自平衡位置產(chǎn)生可逆位移可逆位移的反應(yīng)。的反應(yīng)。 雙原子模型雙

8、原子模型 在正常狀態(tài)下，晶格中的離子能保持在在正常狀態(tài)下，晶格中的離子能保持在其平衡位置僅作微小的熱振動，是受離子之間的相互作其平衡位置僅作微小的熱振動，是受離子之間的相互作用力控制的結(jié)果。用力控制的結(jié)果。 拉：拉：=E 扭：扭：=G 在應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的意義上，當(dāng)應(yīng)變?yōu)橐粋€單位時，在應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的意義上，當(dāng)應(yīng)變?yōu)橐粋€單位時，彈性模量（數(shù)）在數(shù)值上等于彈性應(yīng)力。彈性模量（數(shù)）在數(shù)值上等于彈性應(yīng)力。 在工程上彈性模量是表征材料對彈性變形的抗力，在工程上彈性模量是表征材料對彈性變形的抗力，即材料的剛度，其值越大，則在相同應(yīng)力下產(chǎn)生的彈性即材料的剛度，其值越大，則在相同應(yīng)力下產(chǎn)生的彈性變形就越小。變形就

9、越小。(?)彈性模量的物理意義：彈性模量的物理意義：表示材料在外載荷下抵抗彈性變表示材料在外載荷下抵抗彈性變形的能力形的能力 比彈性模比彈性模量量=彈性模彈性模量量/單位體積質(zhì)量單位體積質(zhì)量 （*空間材料）空間材料） 二、彈性模量與比彈性模量二、彈性模量與比彈性模量三、影響彈性模量量的因素主要取決于結(jié)合鍵的本質(zhì)和原子間的結(jié)合力（鍵合強度）1、鍵合方式和原子結(jié)構(gòu)、鍵合方式和原子結(jié)構(gòu)共價鍵共價鍵 、離子鍵、金屬鍵、離子鍵、金屬鍵、分子鍵、分子鍵金屬元素的彈性模量還與元素在周期表中的位置有關(guān)（金屬元素的彈性模量還與元素在周期表中的位置有關(guān)（REE）。2、晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)單晶體材料單晶體材料 各向異

10、性各向異性密排晶向上密排晶向上E最大最大多晶體材料多晶體材料 偽各向同性偽各向同性非晶態(tài)材料非晶態(tài)材料 各向同性各向同性3、化學(xué)成分、化學(xué)成分 材料化學(xué)成分的變化將引起原子間距或鍵合方式的變化，因此也材料化學(xué)成分的變化將引起原子間距或鍵合方式的變化，因此也將影響材料的彈性模數(shù)。將影響材料的彈性模數(shù)。4、微觀組織、微觀組織金屬的彈性模量是一個組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)，熱處理金屬的彈性模量是一個組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)，熱處理（顯微組織）、冷塑性變形對（顯微組織）、冷塑性變形對E值值影響不大影響不大；而陶瓷與高；而陶瓷與高分子材料的彈性模量對結(jié)構(gòu)與組織很敏感。分子材料的彈性模量對結(jié)構(gòu)與組織很敏感。

11、工程陶瓷彈性模量的大小與構(gòu)成陶瓷的相的種類、粒度、分工程陶瓷彈性模量的大小與構(gòu)成陶瓷的相的種類、粒度、分布、比例及氣孔率有關(guān)。布、比例及氣孔率有關(guān)。高分子聚合物的彈性模數(shù)可通過添加增強性填料而提高。高分子聚合物的彈性模數(shù)可通過添加增強性填料而提高。復(fù)合材料為特殊的多相材料，對于增強相為粒狀的復(fù)合材料，復(fù)合材料為特殊的多相材料，對于增強相為粒狀的復(fù)合材料，其彈性模數(shù)隨增強相體積分?jǐn)?shù)的增高而增大。其彈性模數(shù)隨增強相體積分?jǐn)?shù)的增高而增大。5、溫度、溫度 隨溫度的升高，原子振動加劇，體積膨脹，原子間距增隨溫度的升高，原子振動加劇，體積膨脹，原子間距增大，結(jié)合力減弱，使材料的彈性模量降低。大，結(jié)合力減弱

12、，使材料的彈性模量降低。 對金屬材料而言，彈性模量對金屬材料而言，彈性模量E還與金屬材料的熔點成正比，還與金屬材料的熔點成正比，越是難熔的金屬材料其越是難熔的金屬材料其E越高。越高。6、加載條件和負(fù)荷持續(xù)時間、加載條件和負(fù)荷持續(xù)時間對金屬、陶瓷幾乎無影響，對金屬、陶瓷幾乎無影響，高分子聚合物隨著負(fù)荷時間的延長，高分子聚合物隨著負(fù)荷時間的延長，E逐漸降低。逐漸降低。四、比例極限與彈性極限四、比例極限與彈性極限比例極限比例極限p是保證材料的彈性變形按正比關(guān)系變化的最大應(yīng)力。是保證材料的彈性變形按正比關(guān)系變化的最大應(yīng)力。表征材料能保持應(yīng)力與應(yīng)變成正比的最大抗力，為彈簧、精密表征材料能保持應(yīng)力與應(yīng)變成

13、正比的最大抗力，為彈簧、精密測量儀器機械構(gòu)件設(shè)計要求的標(biāo)準(zhǔn)。測量儀器機械構(gòu)件設(shè)計要求的標(biāo)準(zhǔn)。彈性極限，是材料在外力作用下不發(fā)生塑性變形的最大應(yīng)力。彈性極限，是材料在外力作用下不發(fā)生塑性變形的最大應(yīng)力。表征材料在外力作用下不發(fā)生塑性變形的最大抗力，是不允許表征材料在外力作用下不發(fā)生塑性變形的最大抗力，是不允許產(chǎn)生微量塑性變形的機械構(gòu)件的設(shè)計要求標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生微量塑性變形的機械構(gòu)件的設(shè)計要求標(biāo)準(zhǔn)0AFpp0AFee五、彈性比功（彈性比能或應(yīng)變比能）五、彈性比功（彈性比能或應(yīng)變比能）定義：材料在彈性變形過程中吸收變形功的能力。定義：材料在彈性變形過程中吸收變形功的能力。表示方法：應(yīng)力表示方法：應(yīng)力-應(yīng)變曲

14、線下，彈性變形范圍內(nèi)所吸收的應(yīng)變曲線下，彈性變形范圍內(nèi)所吸收的變形功，即：變形功，即：實際意義：實際意義：是比較材料彈性好壞的一個重要性能指標(biāo)。是比較材料彈性好壞的一個重要性能指標(biāo)。對于彈簧零件來說，不管彈簧的形狀如何（螺旋或板彈簧），也不管彈簧的受力方式如何（拉壓或彎扭），都要求其在彈性范圍內(nèi)（彈性極限以下）有盡可能高的彈性比功。處理方法：處理方法：提高e。對于一般金屬材料，由于E對組織的不敏感性，只有通過提高e來提高 （因改變材料的成分與熱處理能顯著提高材料的e，而不能改變E）。 這表明要提高一個具體零件的彈性功，除了采取提高e 或降低E的措施外，還可以改變零件的體積，體積越大，彈性功越大

15、，也就是說儲存在零件中的彈性性能越大。彈簧主要作為減震元件使用的，他既要吸收大量變形功，又不允許發(fā)生塑性變形。因此彈簧材料應(yīng)具有盡可能大的彈性功。從此意義來講，理想的彈性材料應(yīng)該是具有高彈性極限和低彈理想的彈性材料應(yīng)該是具有高彈性極限和低彈性模量的材料。性模量的材料。實例：人們常用提高含碳量、加入Si、Mn來強化鐵素體，并通過回火、冷變形強化等來提高彈性極限。第三節(jié) 非理想彈性與內(nèi)耗材料的彈性：材料受載后產(chǎn)生一定的變形，而卸載后這部分變形消失，材料回材料的彈性：材料受載后產(chǎn)生一定的變形，而卸載后這部分變形消失，材料回復(fù)到原來狀態(tài)的性質(zhì)成為復(fù)到原來狀態(tài)的性質(zhì)成為。根據(jù)材料在彈性變形過程中應(yīng)力和應(yīng)

16、變的響應(yīng)特點，彈性可分為理想彈性理想彈性和和非理非理想彈性想彈性。理想彈性理想彈性：服從虎克定律；應(yīng)變對于應(yīng)力的響應(yīng)是線性的；應(yīng)力和：服從虎克定律；應(yīng)變對于應(yīng)力的響應(yīng)是線性的；應(yīng)力和 應(yīng)變同相位；應(yīng)變同相位；應(yīng)變是應(yīng)力的單值函數(shù)。應(yīng)變是應(yīng)力的單值函數(shù)。 非理想彈性非理想彈性：滯彈性，粘彈性，偽彈性及包申格效應(yīng)等。：滯彈性，粘彈性，偽彈性及包申格效應(yīng)等。一、滯彈性（彈性后效）一、滯彈性（彈性后效） 定義：定義： 材料在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸材料在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，隨時間的延長而產(chǎn)生的附加彈性應(yīng)變載后，隨時間的延長而產(chǎn)生的附加彈性應(yīng)變的性能（即應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象）。的性能（即應(yīng)變落后于

17、應(yīng)力的現(xiàn)象）。 加載時應(yīng)變落后于應(yīng)力而與時間有關(guān)的加載時應(yīng)變落后于應(yīng)力而與時間有關(guān)的滯彈性稱為正彈性后效或彈性蠕變。滯彈性稱為正彈性后效或彈性蠕變。 卸載時應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象稱為反彈卸載時應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象稱為反彈性后效。性后效。 滯彈性在金屬材料和高分子材料中表現(xiàn)滯彈性在金屬材料和高分子材料中表現(xiàn)得比較明顯，彈性后效速率和滯彈性應(yīng)變量得比較明顯，彈性后效速率和滯彈性應(yīng)變量與材料成分、組織有關(guān)，也與實驗條件有關(guān)。與材料成分、組織有關(guān)，也與實驗條件有關(guān)。組織越不均勻，溫度越高，切應(yīng)力分量越大，組織越不均勻，溫度越高，切應(yīng)力分量越大，滯彈性就越明顯。滯彈性就越明顯。n實際意義：n在精密儀表中的

18、彈簧、油壓表或氣壓表的測力彈簧，要求彈簧薄膜的彈性變形能靈敏地反映出油壓或氣壓的變化，因此不允許材料有顯著的滯彈性。金屬材料產(chǎn)生滯彈性的微觀機制：與晶體中點缺陷的移動有關(guān)（如原子或空位的擴散遷移需要時間）n二、粘彈性n定義：是指材料在外力作用下，彈性和粘性兩種變形機理同時存在的力學(xué)行為。其特征是應(yīng)變對應(yīng)力的響應(yīng)不是瞬時完成的，需要一個弛豫過程，但卸載后，應(yīng)變回復(fù)到初始值，不留殘余變形。n*應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系與時間有關(guān)。二、偽彈性二、偽彈性 定義：定義： 偽彈性是指在一定的偽彈性是指在一定的溫度溫度條件下，當(dāng)條件下，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定水平后，金屬或合金將產(chǎn)生應(yīng)力誘應(yīng)力達(dá)到一定水平后，金屬或合金將產(chǎn)生應(yīng)

19、力誘發(fā)發(fā)馬氏體相變馬氏體相變，伴隨應(yīng)力誘發(fā)相變產(chǎn)生大幅度彈，伴隨應(yīng)力誘發(fā)相變產(chǎn)生大幅度彈性變形的現(xiàn)象。性變形的現(xiàn)象。形狀記憶合金的原理形狀記憶合金的原理三、包申格效應(yīng)三、包申格效應(yīng)定義：包申格效應(yīng)是指，金屬材料經(jīng)定義：包申格效應(yīng)是指，金屬材料經(jīng)預(yù)先加載預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形（殘產(chǎn)生少量塑性變形（殘余應(yīng)變小于余應(yīng)變小于4），而后再），而后再同向加載同向加載，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力增加，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力增加，反向加反向加載載，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力降低的現(xiàn)象。，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力降低的現(xiàn)象。 包申格效應(yīng)與金屬材料中位錯運動所受的阻力變化有關(guān)。金屬受包申格效應(yīng)與金屬材料中位錯運動所受的阻力變化有關(guān)。金屬受載產(chǎn)生

20、少量塑性變形時，運動位錯遇林位錯而彎曲受阻，并形成位錯載產(chǎn)生少量塑性變形時，運動位錯遇林位錯而彎曲受阻，并形成位錯纏結(jié)或胞狀組織。纏結(jié)或胞狀組織。實際意義：實際意義：理論上：由于它是金屬變形時長程內(nèi)應(yīng)力的度量（長程內(nèi)應(yīng)力的大理論上：由于它是金屬變形時長程內(nèi)應(yīng)力的度量（長程內(nèi)應(yīng)力的大小可用小可用X 光方法測量），包辛格效應(yīng)可用來研究材料加工硬化的機制。光方法測量），包辛格效應(yīng)可用來研究材料加工硬化的機制。工程應(yīng)用上：首先是材料加工成型工藝需要考慮包申格效應(yīng)。其次，工程應(yīng)用上：首先是材料加工成型工藝需要考慮包申格效應(yīng)。其次，包申格效應(yīng)大的材料，內(nèi)應(yīng)力較大。包申格效應(yīng)大的材料，內(nèi)應(yīng)力較大。(3)因包

21、申格效應(yīng)是一種材料微觀組織結(jié)構(gòu)變化的結(jié)果，所以可通過熱因包申格效應(yīng)是一種材料微觀組織結(jié)構(gòu)變化的結(jié)果，所以可通過熱處理加以消除。方法是對材料進(jìn)行較大的塑性變形進(jìn)行再結(jié)晶退火。處理加以消除。方法是對材料進(jìn)行較大的塑性變形進(jìn)行再結(jié)晶退火。四、內(nèi)耗四、內(nèi)耗 在非理想彈性的情況下，由于應(yīng)力和應(yīng)變不同在非理想彈性的情況下，由于應(yīng)力和應(yīng)變不同步，使加載線與卸載線不重合而形成一封閉回線，步，使加載線與卸載線不重合而形成一封閉回線，這個封閉回線稱為彈性滯后環(huán)。存在彈性滯后環(huán)這個封閉回線稱為彈性滯后環(huán)。存在彈性滯后環(huán)的現(xiàn)象說明加載時材料吸收的變形功大與卸載時的現(xiàn)象說明加載時材料吸收的變形功大與卸載時釋放的變形功，

22、有一部分加載變形功被材料所吸釋放的變形功，有一部分加載變形功被材料所吸收，這部分在變形過程中被吸收的功稱為材料的收，這部分在變形過程中被吸收的功稱為材料的內(nèi)耗。內(nèi)耗。 內(nèi)耗是材料的一種重要的力學(xué)和物理性能。在內(nèi)耗是材料的一種重要的力學(xué)和物理性能。在力學(xué)性能上，內(nèi)耗也稱為材料的循環(huán)韌性，表示力學(xué)性能上，內(nèi)耗也稱為材料的循環(huán)韌性，表示材料在交變載荷下吸收不可逆變形功的能力，故材料在交變載荷下吸收不可逆變形功的能力，故又稱為消震性。又稱為消震性。應(yīng)用：減振（此時選用循環(huán)韌性較高的材料，如應(yīng)用：減振（此時選用循環(huán)韌性較高的材料，如鑄鐵、高鉻不銹鋼）。正是因為鑄鐵有此特性，鑄鐵、高鉻不銹鋼）。正是因為鑄

23、鐵有此特性，故常被用來制作機床床身和內(nèi)燃機的支座。故常被用來制作機床床身和內(nèi)燃機的支座。第四節(jié) 塑性變形及其性能指標(biāo)一、塑性變形的機理一、塑性變形的機理材料的塑性變形材料的塑性變形是指材料微觀結(jié)構(gòu)的相鄰部分發(fā)生永久的位移，且是指材料微觀結(jié)構(gòu)的相鄰部分發(fā)生永久的位移，且不引起材料破裂的現(xiàn)象；從宏觀來看，材料發(fā)生了永久性的變形。不引起材料破裂的現(xiàn)象；從宏觀來看，材料發(fā)生了永久性的變形。 1、金屬材料的塑性變形、金屬材料的塑性變形 晶體的晶體的滑移滑移和和孿生。孿生。 滑移是金屬晶體在切應(yīng)力的作用下，沿滑移面和滑移方向進(jìn)行滑移是金屬晶體在切應(yīng)力的作用下，沿滑移面和滑移方向進(jìn)行的切變過程。的切變過程。

24、 孿生也是金屬晶體在切應(yīng)力作用下產(chǎn)生的一種塑性變形方式。孿生也是金屬晶體在切應(yīng)力作用下產(chǎn)生的一種塑性變形方式。 多晶體金屬材料塑性變形的特點：多晶體金屬材料塑性變形的特點：（1 1）各晶粒變形的不同時性和不均勻性）各晶粒變形的不同時性和不均勻性（2 2）各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性）各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性a)燒結(jié)態(tài)b)加工態(tài)燒結(jié)態(tài)成顆粒狀的氧化銅通過加工后出現(xiàn)變形行為2、陶瓷材料的塑性變形近年來關(guān)于金屬氧化物的變形行為也有所報道，如Y. Hidaka 等在2005報道了氧化鐵在600-1250的拉升變形實驗，他們發(fā)現(xiàn)-Fe3O4在800以上可以獲得110%的延伸率，并通過TEM觀察到了位錯的存在，推

25、測了位錯的滑移系是111；還發(fā)現(xiàn)FeO發(fā)生變形的溫度在700，在1200C拉升時可以獲得160%的延伸率。Kim BN等在Nature上報道了混合氧化物材料（40%（體積比）ZrO2、30%（體積比）尖晶石，30%（體積比）Al2O3材料）的超塑性變形行為，結(jié)果表明，在應(yīng)變速率為0.4s-1，溫度為1650條件下，該復(fù)合材料的延伸率超過1050，他們認(rèn)為產(chǎn)生超塑性的原因是混合相對晶粒長大的限制及鋯的氧化物相中的位錯誘發(fā)的超塑性。* Hidaka Y., Otsuka N. and Anraku T. High Temperature Deformation Behavior of Fe Oxi

26、de Scale. Influence of Scale Properties on Surface Characteristics of SteelsJ.2005, 27-35* B.N. Kim, K. Hiraga, K. Morita & Y. Sakka. A high-strain-rate superplastic ceramicJ. Nature. 2001,413(6853):288-291. 陶瓷材料在室溫下很難進(jìn)行塑性變形。原因：1）陶瓷晶體多為離子鍵、共價鍵，具有明顯的方向性，只有個別滑移系能滿足位錯運動的幾何、靜電作用條件。2）陶瓷多晶體內(nèi)部存在氣孔、微裂紋、玻璃相等

27、導(dǎo)致位錯更加不容易傳播。3、高分子材料的塑性變形二、屈服現(xiàn)象與屈服強度二、屈服現(xiàn)象與屈服強度1. 1. 屈服現(xiàn)象屈服現(xiàn)象 屈服點屈服點 上屈服點上屈服點 下屈服點下屈服點 屈服伸長屈服伸長 屈服現(xiàn)象的本質(zhì)屈服現(xiàn)象的本質(zhì) 屈服：受力試樣中，應(yīng)力達(dá)到某一特定值后開始大規(guī)模塑性變形的現(xiàn)屈服：受力試樣中，應(yīng)力達(dá)到某一特定值后開始大規(guī)模塑性變形的現(xiàn)象稱為屈服。屈服是材料由彈性變形向彈象稱為屈服。屈服是材料由彈性變形向彈- -塑性變形過渡的明顯標(biāo)志，它塑性變形過渡的明顯標(biāo)志，它標(biāo)志著材料的力學(xué)響應(yīng)由彈性變形階段進(jìn)入塑性變形階段。標(biāo)志著材料的力學(xué)響應(yīng)由彈性變形階段進(jìn)入塑性變形階段。屈服現(xiàn)象：材料在拉伸實驗驗

28、過程中，當(dāng)拉伸力達(dá)到某一定的數(shù)值時，屈服現(xiàn)象：材料在拉伸實驗驗過程中，當(dāng)拉伸力達(dá)到某一定的數(shù)值時，力力- -伸長曲線上出現(xiàn)平臺或鋸齒，即外力不增加試樣仍然繼續(xù)伸長；或外伸長曲線上出現(xiàn)平臺或鋸齒，即外力不增加試樣仍然繼續(xù)伸長；或外力增加到一定數(shù)值時突然下降，隨后，在外力不增加或上下波動的情況力增加到一定數(shù)值時突然下降，隨后，在外力不增加或上下波動的情況下試樣仍然繼續(xù)伸長，這種現(xiàn)象稱為屈服現(xiàn)象。下試樣仍然繼續(xù)伸長，這種現(xiàn)象稱為屈服現(xiàn)象。屈服現(xiàn)象的本質(zhì)： *物理屈服現(xiàn)象首先在低碳鋼中發(fā)現(xiàn)，而后在含有微量間隙溶質(zhì)原子的體心立方金屬（如Fe，Mo，Nb等）及密排六方金屬（如Zn）中發(fā)現(xiàn)有屈服現(xiàn)象。對此現(xiàn)

29、象的解釋最早比較公認(rèn)的是溶質(zhì)原子形成的Cottrell氣團(tuán)對位錯定扎的理論。但后來在共價鍵晶體（如Si）及無位錯晶體（如Cu晶須）中也觀察到物理屈服現(xiàn)象。這些事實說明晶體材料的屈服是帶有一定的普遍性的現(xiàn)象，對其屈服機理的理解可能更復(fù)雜。但對于常規(guī)金屬材料，一般認(rèn)為材料的屈服與位錯有關(guān)。這是由于位錯運動速率與金屬材料的塑性應(yīng)變速率有如下關(guān)系：由上式看出，在屈服前，可動位錯很少，柏氏矢量為定值，那么要滿足塑性應(yīng)變速率的要求，必然增大位錯的運動速率。而位錯的運動速率決定于應(yīng)力的大?。汗剩诲e運動速率就需要較高的應(yīng)力，這就是上屈服點的由來。且塑性一旦發(fā)生，位錯就大量增殖，則位錯運動速率必然下降，從而

30、應(yīng)力也就突然降低，從而產(chǎn)生屈服現(xiàn)象。2. 屈服強度屈服強度 材料的屈服標(biāo)志著材料在應(yīng)力作用下由彈性變形轉(zhuǎn)變?yōu)閺椝苄宰冃螤顟B(tài)，材料的屈服標(biāo)志著材料在應(yīng)力作用下由彈性變形轉(zhuǎn)變?yōu)閺椝苄宰冃螤顟B(tài)，因此材料屈服時所對應(yīng)的應(yīng)力值也就是材料抵抗起始塑性變形或產(chǎn)生微量塑因此材料屈服時所對應(yīng)的應(yīng)力值也就是材料抵抗起始塑性變形或產(chǎn)生微量塑性變形的能力。這一應(yīng)力值稱為材料的屈服強度或屈服點。性變形的能力。這一應(yīng)力值稱為材料的屈服強度或屈服點。*有屈服平臺的材料有屈服平臺的材料*無屈服平臺的材料（條件屈服強度）。無屈服平臺的材料（條件屈服強度）。1)規(guī)定殘余伸長應(yīng)力是指試樣卸載后，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力是指試樣卸載后，其標(biāo)

31、距部分的殘余伸長達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時的應(yīng)力。例如其標(biāo)距部分的殘余伸長達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時的應(yīng)力。例如0.20.22）規(guī)定總伸長應(yīng)力是指試樣標(biāo)距的總長達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時的應(yīng)力。）規(guī)定總伸長應(yīng)力是指試樣標(biāo)距的總長達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時的應(yīng)力。如如0.5 屈服強度的意義：屈服強度的意義：1）作為防止因材料過量塑性變形而導(dǎo)致機件失效的設(shè)計和選材依據(jù)）作為防止因材料過量塑性變形而導(dǎo)致機件失效的設(shè)計和選材依據(jù)是機是機件開始塑性變形強度的設(shè)計準(zhǔn)則；件開始塑性變形強度的設(shè)計準(zhǔn)則；2）根據(jù)屈服強度與抗拉強度的比值的大小，衡量材料進(jìn)一步產(chǎn)生塑性變形的）根據(jù)屈服強度與抗拉強度的比值的大小，衡

32、量材料進(jìn)一步產(chǎn)生塑性變形的傾向傾向作為金屬材料冷塑性變形加工和確定機件緩解應(yīng)力集中防止脆斷的作為金屬材料冷塑性變形加工和確定機件緩解應(yīng)力集中防止脆斷的參考依據(jù)。參考依據(jù)。三、影響金屬材料屈服強度的因素三、影響金屬材料屈服強度的因素討論影響屈服強度的因素的基本點：屈服變形是位錯增值和運動的討論影響屈服強度的因素的基本點：屈服變形是位錯增值和運動的結(jié)果；晶界、晶粒、第二相對位錯的作用；外界因素對位錯的影響。結(jié)果；晶界、晶粒、第二相對位錯的作用；外界因素對位錯的影響。1。晶體結(jié)構(gòu)（。晶體結(jié)構(gòu)（p18） 金屬材料的屈服過程主要是位錯的運動，純金屬單晶體的屈服金屬材料的屈服過程主要是位錯的運動，純金屬單

33、晶體的屈服強度從理論上講是位錯開始運動所需的臨界切應(yīng)力，其值由位錯運強度從理論上講是位錯開始運動所需的臨界切應(yīng)力，其值由位錯運動所受的各種阻力決定。這些阻力包括晶格阻力和位錯間交互作用動所受的各種阻力決定。這些阻力包括晶格阻力和位錯間交互作用產(chǎn)生的阻力等。產(chǎn)生的阻力等。1）晶格阻力）晶格阻力-派納力派納力2）位錯間交互作用產(chǎn)生的阻力）位錯間交互作用產(chǎn)生的阻力2。晶界與亞結(jié)構(gòu)。晶界與亞結(jié)構(gòu) 在首先產(chǎn)生滑移的晶粒中，必須塞積足夠數(shù)量的位錯，形成較的大應(yīng)在首先產(chǎn)生滑移的晶粒中，必須塞積足夠數(shù)量的位錯，形成較的大應(yīng)力集中，才能使相鄰晶粒中的位錯產(chǎn)生滑移，形成宏觀的屈服。力集中，才能使相鄰晶粒中的位錯產(chǎn)

34、生滑移，形成宏觀的屈服。許多金屬與合金的屈服強度與晶粒度大小的關(guān)系均符合許多金屬與合金的屈服強度與晶粒度大小的關(guān)系均符合Hall-Petch公式公式3。溶質(zhì)元素。溶質(zhì)元素 在固溶合金中，由于在固溶合金中，由于溶質(zhì)原子溶質(zhì)原子與與溶劑原子溶劑原子直徑不同，在溶質(zhì)原直徑不同，在溶質(zhì)原子周圍形成晶格畸變應(yīng)力場，該應(yīng)力場與位錯應(yīng)力場產(chǎn)生交互作用，子周圍形成晶格畸變應(yīng)力場，該應(yīng)力場與位錯應(yīng)力場產(chǎn)生交互作用，使位錯運動受阻，從而使屈服強度提高，產(chǎn)生使位錯運動受阻，從而使屈服強度提高，產(chǎn)生固溶強化固溶強化。 溶質(zhì)與溶劑之間的溶質(zhì)與溶劑之間的電學(xué)電學(xué)交互作用，交互作用，化學(xué)化學(xué)交互作用及交互作用及有序化有序化

35、作用作用等也對固溶強化有影響。等也對固溶強化有影響。 空位空位對材料屈服強度的影響與置換式溶質(zhì)原子相似，因此任何對材料屈服強度的影響與置換式溶質(zhì)原子相似，因此任何合金若含有過量淬火空位或輻照空位，將比具有平衡濃度空位的相合金若含有過量淬火空位或輻照空位，將比具有平衡濃度空位的相同合金屈服強度高。同合金屈服強度高。 固溶強化的效果是溶質(zhì)原子與位錯交互作用能及溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)固溶強化的效果是溶質(zhì)原子與位錯交互作用能及溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的函數(shù)。的函數(shù)。 4。第二相。第二相 彌散型彌散型：不可變形質(zhì)點不可變形質(zhì)點，可變形質(zhì)點可變形質(zhì)點。 不可變形質(zhì)點不可變形質(zhì)點 當(dāng)位錯線繞過不可變形的質(zhì)點時，必須克服彎曲位錯的

36、當(dāng)位錯線繞過不可變形的質(zhì)點時，必須克服彎曲位錯的線張力，線張力的大小與相鄰質(zhì)點間的距離有關(guān)，材料屈服強度取決于第線張力，線張力的大小與相鄰質(zhì)點間的距離有關(guān)，材料屈服強度取決于第二相質(zhì)點間的距離。二相質(zhì)點間的距離。 可變形質(zhì)點可變形質(zhì)點 當(dāng)位錯線與第二相質(zhì)點相遇時，位錯可以切過第二相質(zhì)點，當(dāng)位錯線與第二相質(zhì)點相遇時，位錯可以切過第二相質(zhì)點，使之與基體一起產(chǎn)生變形。由于質(zhì)點與基體間的晶格錯排及第二相質(zhì)點產(chǎn)使之與基體一起產(chǎn)生變形。由于質(zhì)點與基體間的晶格錯排及第二相質(zhì)點產(chǎn)生新的界面需要做功等原因，所以也可提高屈服強度。生新的界面需要做功等原因，所以也可提高屈服強度。 聚合型聚合型：一般認(rèn)為，第二相阻礙

37、滑移使基體產(chǎn)生不均勻塑性變形，由：一般認(rèn)為，第二相阻礙滑移使基體產(chǎn)生不均勻塑性變形，由于局部塑性約束而導(dǎo)致強化。于局部塑性約束而導(dǎo)致強化。5。溫度。溫度 一般情況下，溫度的升高一般情況下，溫度的升高會導(dǎo)致金屬材料的屈服強度下降。會導(dǎo)致金屬材料的屈服強度下降。6。應(yīng)變速率和應(yīng)力狀態(tài)。應(yīng)變速率和應(yīng)力狀態(tài) 在應(yīng)變速率較高的情況下，金屬在應(yīng)變速率較高的情況下，金屬材料的屈服應(yīng)力將顯著升高。其原因材料的屈服應(yīng)力將顯著升高。其原因在于位錯運動不能充分進(jìn)行。在于位錯運動不能充分進(jìn)行。大量實驗表明，當(dāng)應(yīng)變量與實驗溫度大量實驗表明，當(dāng)應(yīng)變量與實驗溫度一定時，屈服應(yīng)力與應(yīng)變速率有如下關(guān)系：一定時，屈服應(yīng)力與應(yīng)變速

38、率有如下關(guān)系： 金屬材料金屬材料 m3。 應(yīng)力狀態(tài)的影響應(yīng)力狀態(tài)的影響 切應(yīng)力分量越大，越有利于塑性變形，屈服強切應(yīng)力分量越大，越有利于塑性變形，屈服強度越低。度越低。四、應(yīng)變硬化（形變強化）四、應(yīng)變硬化（形變強化） 材料在應(yīng)力作用下進(jìn)入塑性變形階段后，隨著變形量的增大，形變應(yīng)力不斷提高材料在應(yīng)力作用下進(jìn)入塑性變形階段后，隨著變形量的增大，形變應(yīng)力不斷提高的現(xiàn)象稱為應(yīng)變硬化或形變強化。的現(xiàn)象稱為應(yīng)變硬化或形變強化。1。形變強化的機理。形變強化的機理 材料的形變強化是塑性變形過程中的材料的形變強化是塑性變形過程中的多系滑移多系滑移和和交滑移交滑移造成的。造成的。2。形變強化指數(shù)（。形變強化指數(shù)（

39、反映了材料抵抗反映了材料抵抗繼續(xù)繼續(xù)塑性變形的能力，是表征材料應(yīng)變硬化行為塑性變形的能力，是表征材料應(yīng)變硬化行為的性能指標(biāo)。它決定了材料開始發(fā)生頸縮時的最大應(yīng)力，還決定了材料能夠產(chǎn)生的最的性能指標(biāo)。它決定了材料開始發(fā)生頸縮時的最大應(yīng)力，還決定了材料能夠產(chǎn)生的最大均勻應(yīng)變量大均勻應(yīng)變量此數(shù)值在冷加工成型工藝中很重要）此數(shù)值在冷加工成型工藝中很重要）S=Ken式中：式中：S-真應(yīng)力；真應(yīng)力；K-硬化系數(shù)；硬化系數(shù)；e-真應(yīng)真應(yīng)變；變；n-應(yīng)變硬化指數(shù)應(yīng)變硬化指數(shù)。lgS=lgK+nlge n值的大小與層錯能的高低有關(guān)，層錯能低時，不易交滑移，位錯在障礙附近產(chǎn)值的大小與層錯能的高低有關(guān)，層錯能低時，

40、不易交滑移，位錯在障礙附近產(chǎn)生的應(yīng)力集中較高，形變強化程度大，生的應(yīng)力集中較高，形變強化程度大， n值大。值大。n值大的其滑移變形的特征為值大的其滑移變形的特征為平坦的平坦的滑移帶滑移帶，n值小的材料，則表現(xiàn)為值小的材料，則表現(xiàn)為波紋狀的滑移帶波紋狀的滑移帶。 此外，此外，n值的大小還與屈服強度有關(guān)。值的大小還與屈服強度有關(guān)。S=(1+ ）e=ln(1+ )3 3 形變強化的意義（在材料的加工和應(yīng)用中有十分明顯的實用價值）形變強化的意義（在材料的加工和應(yīng)用中有十分明顯的實用價值） 1 1）形變強化可使金屬機件具有一定抗偶然過載能力，保證機件安全；）形變強化可使金屬機件具有一定抗偶然過載能力，保

41、證機件安全； 2 2）形變強化和塑性變形適當(dāng)配合可使金屬進(jìn)行均勻塑性變形，保證冷變形）形變強化和塑性變形適當(dāng)配合可使金屬進(jìn)行均勻塑性變形，保證冷變形工藝順利實施；工藝順利實施； 3 3）形變強化是強化金屬的重要工藝手段之一；）形變強化是強化金屬的重要工藝手段之一； 4 4）形變強化可降低材料的塑性，改善低碳鋼的切削加工性能。）形變強化可降低材料的塑性，改善低碳鋼的切削加工性能。五、抗拉強度與頸縮條件五、抗拉強度與頸縮條件 1?？估瓘姸瓤估瓘姸?1）定義定義 抗拉強度是拉伸試驗時，試樣拉斷過程中最大試驗力所對應(yīng)的應(yīng)力。標(biāo)抗拉強度是拉伸試驗時，試樣拉斷過程中最大試驗力所對應(yīng)的應(yīng)力。標(biāo)志著材料在承受

42、拉伸載荷時的實際承載能力。志著材料在承受拉伸載荷時的實際承載能力。 bFb/A0 2）實際）實際意義意義 a) a) 對變形要求不高，但對重量要求嚴(yán)格的金屬機件，可作為一個設(shè)計依據(jù)；對變形要求不高，但對重量要求嚴(yán)格的金屬機件，可作為一個設(shè)計依據(jù)； b) b) 易于測定，重現(xiàn)性好；易于測定，重現(xiàn)性好； c) c) b b與布氏硬度與布氏硬度HBHB、疲勞強度、疲勞強度1 1等有一定的經(jīng)驗關(guān)系。等有一定的經(jīng)驗關(guān)系。 2 2 頸縮頸縮 1）定義定義 頸縮頸縮是一些金屬材料和高分子材料在拉伸試驗時，變形集中于局部區(qū)域的特殊狀態(tài)。是一些金屬材料和高分子材料在拉伸試驗時，變形集中于局部區(qū)域的特殊狀態(tài)。 2

43、）原因原因 以局部材料的承載能力為研究對象以局部材料的承載能力為研究對象 F=A 均勻塑性變形階段均勻塑性變形階段：形變強化占主導(dǎo)，：形變強化占主導(dǎo)，A ，F(xiàn) F，變形轉(zhuǎn)移；，變形轉(zhuǎn)移； 頸縮時頸縮時：截面尺寸減小占主導(dǎo)，：截面尺寸減小占主導(dǎo)， A ， F F，變形集中。，變形集中。n即：頸縮是在應(yīng)變硬化與截面減小的共同作用下，因應(yīng)變硬化跟不上塑性變形的發(fā)展，使變形即：頸縮是在應(yīng)變硬化與截面減小的共同作用下，因應(yīng)變硬化跟不上塑性變形的發(fā)展，使變形集中于試樣局部區(qū)域而產(chǎn)生的。集中于試樣局部區(qū)域而產(chǎn)生的。 自然對數(shù)的底數(shù)3）有意義的公式）有意義的公式 （1）n=eb (表明在表明在F=Fb時，應(yīng)變

44、硬化指數(shù)等于最大載荷點的真應(yīng)變）時，應(yīng)變硬化指數(shù)等于最大載荷點的真應(yīng)變） （2）b=K(n/e)nS=Ken（2）式表明，頸縮應(yīng)力唯一依賴于材料的應(yīng)變硬化系數(shù)K和應(yīng)變硬化指數(shù)n。因此，頸縮的條件：當(dāng)加工硬化速率等于該處的真應(yīng)力時，或當(dāng)硬化指數(shù)等于最大真實均勻塑性應(yīng)變量時（ n=eb ）六、塑性與塑性指標(biāo)六、塑性與塑性指標(biāo) 1。定義定義 塑性是指材料斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。塑性是指材料斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。 2。塑性指標(biāo)塑性指標(biāo) 1） 伸長率伸長率 Lk/L0100（Lk-L0）/L0100 斷面收縮率斷面收縮率 (A0-Ak)/A0100 2）試樣類型對）試樣類型對的影響的影響 Lk L

45、gt+ LN=L0+A01/2 Lk/L0 A01/2/L0n金屬材料的斷后伸長率和斷后收縮率數(shù)值越大，表示材料的塑性越好。金屬材料的斷后伸長率和斷后收縮率數(shù)值越大，表示材料的塑性越好。n一般零件一般零件 ，5%， 10%即可滿足其技術(shù)要求。即可滿足其技術(shù)要求。七、超塑性七、超塑性1。定義定義 材料在一定條件下呈現(xiàn)非常大的伸長率（約材料在一定條件下呈現(xiàn)非常大的伸長率（約1000）而不發(fā)生頸縮和斷裂的現(xiàn)象，稱）而不發(fā)生頸縮和斷裂的現(xiàn)象，稱為超塑性。為超塑性。2。分類分類 相變超塑性相變超塑性 結(jié)構(gòu)超塑性結(jié)構(gòu)超塑性3。產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件 1）超細(xì)等軸晶；）超細(xì)等軸晶；2）合適的變形條件，）合適的變形

46、條件，T0.4Tm; 3)應(yīng)變速率敏感指數(shù)較高，應(yīng)變速率敏感指數(shù)較高，0.3m1。 均勻變形階段集中變形階段和對幾何相似的試樣為常數(shù)L0/A01/2=11.3或或5.65第五節(jié) 斷 裂 固體材料在力的作用下分為若干部分的現(xiàn)象稱為斷裂。在所固體材料在力的作用下分為若干部分的現(xiàn)象稱為斷裂。在所有失效形式里為最嚴(yán)重的一種。有失效形式里為最嚴(yán)重的一種。材料的斷裂過程大都包括材料的斷裂過程大都包括裂紋的形成裂紋的形成與與裂紋的擴展裂紋的擴展兩個過程。兩個過程。一、斷裂的類型及斷口特征一、斷裂的類型及斷口特征 按斷裂前與斷裂過程中材料的按斷裂前與斷裂過程中材料的宏觀塑性變形的程度宏觀塑性變形的程度，可分為

47、，可分為脆性脆性斷裂斷裂和和韌性韌性斷裂斷裂；按晶體材料斷裂時；按晶體材料斷裂時裂紋擴展的路徑裂紋擴展的路徑，分為，分為穿晶穿晶斷裂斷裂和和沿晶沿晶斷裂斷裂；按；按微觀斷裂機理微觀斷裂機理，分為，分為解理解理斷裂斷裂和和剪切剪切斷斷裂裂；按；按作用力的性質(zhì)作用力的性質(zhì)，分為，分為正斷正斷和和切斷切斷。斷口特征斷口特征1）斷口特征三要素：）斷口特征三要素：纖維區(qū)，放射區(qū)，剪切唇纖維區(qū)，放射區(qū)，剪切唇。拉伸斷口拉伸斷口2 2）杯錐狀斷口形成過程）杯錐狀斷口形成過程a）在試樣拉伸達(dá)到應(yīng)力-應(yīng)變曲線最高點時，試樣局部出現(xiàn)頸縮，同時試樣頸縮部分中小的應(yīng)力狀態(tài)由單向變?yōu)槿?，且中心軸向應(yīng)力最大。b）在三向

48、應(yīng)力作用下，樣品中小部分的夾雜物或硬質(zhì)第二相質(zhì)點破裂或與基體界面脫離而形成微孔。c）微孔不斷長大合并成顯微裂紋。d）顯微裂紋端部產(chǎn)生更大的塑性變形，新的微孔就在變形帶內(nèi)形核、長大、聚合，且當(dāng)其與已產(chǎn)生的裂紋連接時，裂紋便向前擴展。e）上述b、c、d過程反復(fù)進(jìn)行的結(jié)果就形成纖維區(qū)。當(dāng)纖維區(qū)所在平面垂直與拉伸方向，纖維區(qū)的微觀斷口特征為韌窩；當(dāng)纖維區(qū)的裂紋達(dá)到某一臨界尺寸后，產(chǎn)生大的應(yīng)力集中，裂紋就以低能量撕裂的方式快速擴展，就形成放射區(qū)（屬于韌性撕裂過程），其微觀特征有放射線花樣。當(dāng)試樣在斷裂的最后階段形成杯狀或錐狀的剪切唇，與拉伸軸呈45度，其微觀特征可看到漣波漣波花樣。3）三要素對比：）三要

49、素對比：纖維區(qū)纖維區(qū): 平面垂直于拉應(yīng)力；微觀特征為韌窩；擴展速平面垂直于拉應(yīng)力；微觀特征為韌窩；擴展速度較慢；度較慢；放射區(qū)放射區(qū)：平面垂直于拉應(yīng)力；微觀特征為撕裂韌窩；擴：平面垂直于拉應(yīng)力；微觀特征為撕裂韌窩；擴展速度較快；展速度較快；剪切唇剪切唇：與拉應(yīng)力呈：與拉應(yīng)力呈45度；微觀特征為漣波花樣；擴展度；微觀特征為漣波花樣；擴展速度較快。速度較快。4）影響三要素尺寸大小的因素）影響三要素尺寸大小的因素材料強度、塑性，試樣尺寸，試驗溫度，加載速率材料強度、塑性，試樣尺寸，試驗溫度，加載速率等。等。2。穿晶斷裂與沿晶斷裂。穿晶斷裂與沿晶斷裂 穿晶斷裂穿晶斷裂：可是韌性，也可是脆性斷裂。：可是

50、韌性，也可是脆性斷裂。沿晶斷裂沿晶斷裂：多為脆性斷裂，宏觀斷口呈冰糖狀，較纖維狀斷口明亮，較：多為脆性斷裂，宏觀斷口呈冰糖狀，較纖維狀斷口明亮，較純脆性斷口暗一些。純脆性斷口暗一些。 1。韌性斷裂和脆性斷裂。韌性斷裂和脆性斷裂 韌性斷裂：有宏觀塑性變形，裂紋擴展慢，消耗變形能多，斷口呈暗灰色，纖維狀；韌性斷裂：有宏觀塑性變形，裂紋擴展慢，消耗變形能多，斷口呈暗灰色，纖維狀； 脆性斷裂：無宏觀塑性變形，無預(yù)兆，斷口呈放射狀或結(jié)晶狀。脆性斷裂：無宏觀塑性變形，無預(yù)兆，斷口呈放射狀或結(jié)晶狀。#一般規(guī)定光滑拉伸試樣的斷面收縮率大于一般規(guī)定光滑拉伸試樣的斷面收縮率大于5%的為韌性斷裂，小于的為韌性斷裂，

51、小于5%的為脆性斷裂的為脆性斷裂3。剪切斷裂與解理斷裂。剪切斷裂與解理斷裂 1）剪切斷裂）剪切斷裂 （1）定義定義 剪切斷裂是材料在切應(yīng)力作用下沿滑移面滑移分離而造剪切斷裂是材料在切應(yīng)力作用下沿滑移面滑移分離而造成的斷裂。成的斷裂。 （2）分類分類 純剪切斷裂純剪切斷裂和和微孔聚集型斷裂微孔聚集型斷裂 a) 純剪切斷裂純剪切斷裂 由純粹的滑移流變所致，斷口為楔形；由純粹的滑移流變所致，斷口為楔形； 單晶體：斷口上有很多直線狀的滑移痕跡；單晶體：斷口上有很多直線狀的滑移痕跡； 多晶體：多系交叉滑移，微觀斷口上的花樣由多晶體：多系交叉滑移，微觀斷口上的花樣由“蛇形滑動蛇形滑動”變?yōu)樽優(yōu)椤皾i波漣波”

52、花樣，進(jìn)而變?yōu)榛樱M(jìn)而變?yōu)椤把由靺^(qū)延伸區(qū)”。 b) 微孔聚集型斷裂微孔聚集型斷裂 正斷口；宏觀呈暗灰色，纖維狀；微觀為韌窩。正斷口；宏觀呈暗灰色，纖維狀；微觀為韌窩。 （a）斷裂過程：）斷裂過程：形核，長大，聚合形核，長大，聚合和和斷裂斷裂。 韌窩形貌韌窩形貌（b）影響微觀形貌（韌窩）的因素）影響微觀形貌（韌窩）的因素 質(zhì)點間距質(zhì)點間距 間距越大，韌窩越大、越深；間距越大，韌窩越大、越深； 基體塑性基體塑性 塑性越好，韌窩越深；塑性越好，韌窩越深； 應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài) 三向應(yīng)力（正應(yīng)力），韌窩等軸；三向應(yīng)力（正應(yīng)力），韌窩等軸； 切應(yīng)力，韌窩為橢圓或拋物線形。切應(yīng)力，韌窩為橢圓或拋物線形。2)

53、解理斷裂解理斷裂 （a）定義）定義 在在正應(yīng)力正應(yīng)力作用作用下，由于原子間結(jié)合鍵的破壞下，由于原子間結(jié)合鍵的破壞引起的沿引起的沿特定晶面特定晶面發(fā)生的發(fā)生的脆性脆性穿晶斷裂穿晶斷裂稱為解理斷裂。稱為解理斷裂。 特定晶面特定晶面即即解理面解理面：低指：低指數(shù)晶面或表面能最低的晶面。數(shù)晶面或表面能最低的晶面。 bcc: 001 hcp: (0001) 解理斷口解理斷口解理臺階解理臺階 河流花樣河流花樣 舌狀花樣舌狀花樣（b）微觀特征：微觀特征：解理臺階，河流花樣，舌狀花樣解理臺階，河流花樣，舌狀花樣。*解理臺階是沿著兩個高度不同的平行解理面上擴展解理裂紋相交時形成的。其形成過程有兩種方式：通過解理裂紋與螺旋位錯相交形成；通過二次解理或撕裂形成。 （c）臺階臺階的形成（兩種方式）：解理裂紋與螺型位的形成（兩種方式）：解理裂紋與螺