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1、关于拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线的成绩

 

低碳钢的应力-应变曲线

 

a、拉伸历程的变形:

 

弹性变形,屈从变形,加工硬化(平均塑性变形),不均匀集合塑性变形。

 

b、相干公式:

 

工程应力 σ=F/A0 ;工程应变ε=ΔL/L0;比例极限σP;弹性极限σε;屈服点σS;抗拉强度σb;断裂强度σk

真应变 e=ln(L/L0)=ln(1+ε) ;真应力 s=σ(1+ε)= σ*eε 指数e为真应变。

 

c、相干实际:

 

真应变老是小于工程应变,且变形量越大,两者差异越大;真应力大于工程应力。

弹性变形阶段,真应力—真应变曲线和应力—应变曲线根本符合;塑性变形阶段二者出线明显差别。

 

2、关于弹性变形的成绩

 

a、相干观点

 

弹性:表征质料弹性变形的才能

刚度:表征质料弹性变形的抗力

弹性模量:反应弹性变形应力和应变干系的常数, E=σ/ε ;工程上也称刚度,表征质料对弹性变形的抗力。

弹性比功:称弹性比能或应变比能,是质料在弹性变形历程中吸取变形功的才能,评价质料弹性的黑白。

包申格效应:金属材料经预先加载发生大批塑性变形,再同向加载,划定残存伸长应力增长;反向加载,划定残存伸长应力低落的征象。

滞弹性:(弹性后效)是指质料在快速加载或卸载后,随时间的耽误而发生的附加弹性应变的机能。

弹性滞后环:非幻想弹性的状况下,因为应力和应变不同步,使加载线与卸载线不重合而构成一封锁回线。

金属材料在交变载荷感化下吸取不可逆变形功的才能,称为金属的轮回韧性,也叫内讧

 

b、相干实际:

 

弹性变形都是可逆的。

幻想弹性变形具有单值性、可逆性,瞬时性。但因为实践金属为多晶体并存在各类缺点,弹性变形时,其实不是完好的。

弹性变形素质是组成质料的原子或离子或份子自均衡位置发生可逆变形的反应

单晶体和多晶体金属的弹性模量,次要取决于金属原子天性和晶体范例。

包申格效应;滞弹性;伪弹性;粘弹性。

包申格效应消弭办法:预先大塑性变形,复兴或再结晶温度下退火。

轮回韧性暗示质料的消震才能。

 

3、关于塑形变形的成绩

 

a、相干观点

 

滑移:滑移系越多,塑性越好;滑移系不是唯一身分(晶格阻力等身分);滑移面——受温度、身分和变形的影响;滑移标的目的——比力不变

孪生:fcc、bcc、hcp都能以孪生发生塑性变形;普通在高温、高速条件下发作;变形量小,调解滑移面的标的目的

屈从征象:退火、正火、调质的中、低碳钢和低合金钢比力常见,分为不持续屈从和持续屈从;

屈服点:质料在拉伸屈从时对应的应力值,σs;

上屈服点:试样发作屈从力初次降落前的最大应力值,σsu;

下屈服点:试样屈从阶段中最小应力,σsl;

 

屈从平台(屈从齿):屈从伸长对应的水平线段大概迂回线段;

吕德斯带:不均匀变形;关于冲压件,不允许呈现,避免发生褶皱。

屈从强度:表征质料对微量塑性变形的抗力

持续屈从曲线的屈从强度:用划定微量塑性伸长应力表征质料对微量塑性变形的抗力

(1)划定非比例伸长应力σp:

(2)划定残存伸长应力σr:试样卸除拉伸力后,其标距部门的残存伸长到达划定的原始标距百分比时的应力;残存伸长的百分比为0.2%时,记为σr0.2

(3)划定总伸长应力σt:试样标距部门的总伸长(弹性伸长加塑性伸长)到达划定的原始标距百分比时的应力。

晶格阻力(派纳力);位错交互作用阻力

Hollomon公式: S=Ken ,S为真应力,e为真应变;n—软化指数0.1~0.5,n=1,完整幻想弹性体,n=0,没有软化才能;K——软化系数

缩颈是:韧性金属材料在拉伸实验时变形集合于部分地区的特别征象。

抗拉强度:韧性金属试样拉断历程中最大实验力所对应的应力。代表金属材料所能接受的最大拉伸应力,表征金属材料对最大平均塑性变形的抗力。与应变硬化指数和应变硬化系数有关。即是最大拉应力比上原始横截面积。

塑性是指金属材料断裂前发作不可逆永久(塑性)变形的才能。

 

b、相干实际

 

常见的塑性变形方法:滑移,孪生,晶界的滑动,分散性蠕变。

塑性变形的特性:各晶粒变形的不同时性和不均匀性(取向差别;各晶粒力学性能的差别);各晶粒变形的互相和谐性(金属是一个持续的团体,多系滑移;Von Mises 最少5个自力的滑移系)。

软化指数的测定:①实验办法;②作图法lgS=lgK+nlge

软化指数的影响身分:与层错能有关,层错能降落,软化指数降低;对金属材料的冷热变形也非常敏感;与应变硬化速率其实不相称。

缩颈的判据(失稳临界条件)拉伸失稳或缩颈的判据应为dF=0

两个塑性目标:断后伸长率δ=(L1-L0)/LO*100%;

断后膨胀率:ψ=(A0-A1)/A0*100%

ψ>δ,构成为缩颈

ψ=δ或ψ<δ,不构成缩颈

 

4、关于金属的韧度断裂成绩

 

a、相干观点

 

韧性:断裂前吸取塑性变形功和断裂功的才能

韧度:单元体积质料断裂前所吸取的功

韧性断裂:裂纹迟缓扩大历程中耗损能量;断裂开始发作在纤维区,然后快速扩大构成放射最初断裂构成剪切唇,放射区在裂纹快速扩大历程中构成,普通放射区会聚标的目的指向裂纹源。

脆性断裂:根本不发生塑性变形,危害性大。低应力脆断,事情应力很低,普通低于屈从极限;脆断裂纹老是从内部的宏观缺点处开端;温度低落,应变速度增长,脆断偏向增长。

穿晶断裂:裂纹穿过晶内,能够是韧性断裂,也能够是脆性断裂,断口亮堂。

沿晶断裂:裂纹沿晶界扩大,都是脆性断裂,由晶界处的脆性第二相称形成,断口相对昏暗。穿晶断裂和沿晶断裂可混淆发作。高温下,多由穿晶断裂转为沿晶韧性断裂。

沿晶断裂断口:断口冰糖状;若晶粒粗大,断口呈晶粒状。

剪切断裂:质料在切应力感化下沿滑移面滑移别离而形成的断裂。(滑断、微孔会萃型断裂)

解理断裂:质料在正应力感化下,因为原于间分离键的毁坏惹起的沿特定晶面发作的脆性穿晶断裂。

金属的强度就是指金属材料原子间分离力的巨细,普通说金属熔点高,弹性模量大,热膨胀系数小则其原子间分离力大,断裂强度高。断裂的本质就是外力作用下质料沿某个原子面分隔的历程。

格里菲思实际:从热力学概念看,但凡使能量减低的历程都将自觉停止,凡使能量降低的历程势必截至,除非外界供给能量。Griffth指出,因为裂纹存在,体系弹性能低落,与因存在裂纹而增长的外表能均衡。如弹性能低落足以满意外表能增长,裂纹就会失稳扩大,惹起脆性毁坏。

 

b、相干实际

 

断裂三种次要的生效情势:磨损、腐化、断裂

大都金属的断裂包罗裂纹的构成和扩大两个阶段。

按断裂的性态:韧性断裂和脆性断裂;按裂纹扩大途径:穿晶断裂和沿晶断裂;按断裂机制:解理断裂和剪切断裂

韧性断裂和脆性断裂:按照质料断裂前发生的宏观塑性变形量的巨细来肯定。凡是脆性断裂也会发作微量的塑性变形,普通划定断面膨胀率小于5%则为脆性断裂。反之大于5%的为韧性断裂。

脆性断口平齐而亮光,与正应力垂直,断口常呈人字纹或放射把戏。

解理断裂是沿特定的晶面发作的脆性穿晶断裂,凡是总沿必然的晶面别离。

解理断裂老是脆性断裂,但脆性断裂不一定是解理断裂。

常见的裂纹构成实际:①位错塞积实际 ②位错反响实际


 

解理与准解理

共同点:穿晶断裂;有小解理刻面;台阶及河道把戏

不同点:①准解理小刻面不是晶体学解理面②解理裂纹常源于晶界,准解理裂纹常源于晶内硬质点。准解理不是一种自力的断裂机理,而是解理断裂的变种。

格雷菲斯实际是按照热力学道理得出的断裂发作的必要条件,但其实不意味着事实上必然断裂。裂纹主动扩大的充实条件是尖端应力即是或大于实际断裂强度。

 

5、关于硬度的成绩

 

a、硬度观点

 

硬度是权衡金属材料软硬水平的一种性能指标。

 

b、硬度实验办法:

 

划痕法——表征金属割断强度

回跳法——表征金属弹性变形功

压入法——表征塑性变形抗力及应变硬化才能

 

布氏硬度

压头:淬火钢球(HBS),硬质合金球(HBW)

载荷:3000Kg 硬质合金,500Kg 软质质料

保载工夫:10-15s 黑色金属,30s 有色金属

压痕类似道理

只用一种尺度的载荷和钢球直径,不能同时顺应硬的质料大概软的质料。为包管差别载荷和直径丈量的 硬度值之间可比,压痕必需满意几何类似。

布氏硬度暗示办法:600HBW1/30/20

①度值,②标记HBW,③球直径,④实验力(1kgf=9.80665N),⑤实验力保持工夫

布氏硬度实验的优缺点:

长处:压头直径较大→压痕面积较大→硬度值可反应金属在较大范围内各组成相的均匀机能,不受个体构成 相及细小不均匀性的影响。

缺陷:对差别质料需改换压头直径和改动实验力,压痕丈量麻烦,自动检测遭到限定;压痕较大时不宜在废品上实验

 

洛氏硬度

以丈量压痕深度暗示质料硬度值。

压头有两种:α=120°的金刚石圆锥体,必然直径的淬火钢球。

洛氏硬度实验优缺点:

长处:操纵烦琐、疾速,硬度可间接读出;压痕较小,可在工件上实验;用差别标尺可测定软硬差别和厚薄纷歧的试样。

缺陷:压痕较小,代表性差;质料若有偏析及构造不均匀等缺点,测试值重复性差,分散度大;用差别标尺测得的硬度值没有联络,不能间接比力。

 

维氏硬度

道理与布氏硬度实验不异,按照单元面积所接受的实验力计较硬度值。差别的是维氏硬度的压头是两个相对面夹角α为136°的金刚石四棱锥体。

 

努氏硬度

与维氏硬度的区分1)压头外形差别;2)硬度值不是实验力除以压痕表面积,而是除以压痕投影面积

 

肖氏硬度

一种动载荷实验法,道理是将必然质量的带有金刚石圆头或钢球的重锤,从必然高度落于金属试样外表,按照重锤回跳的高度来表征金属硬度值巨细,也称回跳硬度。用HS暗示。

 

里氏硬度

动载荷实验法,用划定质量的打击体在弹力感化下以必然的速度打击试样外表,用冲头的回弹速度表征金属的硬度值。用HL暗示。

 

6、关于金属在打击载荷下的力学性能

 

a、相干观点

 

冲击韧性:指质料在打击载荷感化下吸取塑性变形功和断裂功的才能,常用尺度试样的打击吸取功AK暗示。

打击丈量参数:丈量打击脆断后的打击吸取功(AkU或AKV),打击吸取功其实不能真正反应质料的韧脆水平(打击吸取功并不是完整用于试样变形和毁坏)

高温脆性:体心立方或某些密排六方晶体金属及合金,当实验温度低于某一温度tk或温度区间时,质料由韧性形态变为脆性形态,打击吸取功较着降落,断裂机理由微孔会萃变为穿晶解理,断口特性由纤维状变为结晶状。tk或温度区间称为韧脆改变温度,又称冷脆改变温度。

 

b、相干实际

 

韧脆的评价办法:质料的缺口打击蜿蜒实验,质料的冲击韧性

韧脆的影响身分:温度(高温脆性);应力形态(三向拉应力形态);变形速度的影响(打击脆断)

高温脆性的素质:高温脆性是质料屈从强度随温度低落急剧增长的成果。屈从强度σs的随温度低落而降低,而断裂强度σc随温度变革很小。

t>tk ,σc >σs ,先屈从再断裂;t<tk ,σc <σs ,脆性断裂

韧脆改变温度是金属材料的韧性目标,它反应了温度对韧脆性的影响。

影响韧脆改变温度的冶金身分:

晶体结构:体心立方金属及其合金存在高温脆性。一般中、低强度钢的基体是体心立方点阵的铁素体,故这类钢 有较着的高温脆性。

化学成分:间隙溶质元素溶入铁素体基体中,偏聚于 位错线四周,障碍位 错运动,致σs降低, 钢的韧脆改变温度提高。

显微构造:晶粒巨细,细化晶粒使质料韧性增长;减小亚晶和胞状构造尺寸也能提高韧性。

细化晶粒提高韧性的缘故原由:晶界是裂纹扩大的阻力;晶界前塞积的位错数削减,有利于低落应力集合;晶界总面积 增长,使晶界上杂质浓度削减,制止发生沿 晶脆性断裂。

金相构造

 

7、关于金属疲倦的成绩

 

a、金属疲倦征象

 

疲倦:金属机件在变更应力和应变持久感化下,因为积聚毁伤而惹起的断裂征象。

疲倦的毁坏历程是质料内部单薄地区的构造在变更应力感化下,逐步发作变革和毁伤积累、开裂,当裂纹扩大到达一定程度后发作忽然断裂的历程,是一个从部分地区开端的毁伤积累,终极惹起团体毁坏的历程。

轮回应力的波形:正弦波、矩形波和三角波等。

表征应力轮回特性的参量有:

最大循环应力σmax,最小循环应力σmin;均匀应力:σm=(σmax+σmin)/2;应力幅或应力范畴:σa=(σmax-σmin)/2;应力比:r=σmin/σmax

疲倦按应力形态分:蜿蜒疲倦、改变疲倦、拉压疲倦、打仗疲倦及复合疲倦;

疲倦按情况和打仗状况分:大气疲倦、腐化疲倦、高温疲倦、热疲倦及打仗疲倦等。

疲倦按应力上下和断裂期限分:高周疲倦和低周疲倦。

 

b、金属疲倦特性

 

疲倦的特性:该毁坏是一种躲藏的突发性毁坏,在静载下显现韧性或脆性毁坏的质料在疲倦毁坏前均不会发作较着的塑性变形,呈脆性断裂。

疲倦对缺口、裂纹及构造等缺点非常敏感,即对缺点具有高度的选择性。由于缺口或裂纹会惹起应力集合,加大对质料的毁伤感化;构造缺点(搀杂、松散、白点、脱碳等),将低落质料的部分强度,两者综合更加快疲倦毁坏的肇端与开展。

 

c、金属疲倦宏观断口

 

疲倦宏观断口的特性:疲倦断裂阅历了裂纹萌发和扩大历程。因为应力程度较低,因而具有较较着的裂纹萌发和稳态扩大阶段,响应的断口上也显现出疲倦源、疲倦裂纹扩大区与瞬时断裂区的特性。

 

疲倦源:是疲倦裂纹萌发的策源地。

位置:多呈现在机件外表,常和缺口、裂纹、刀痕、蚀坑等缺点相连。但若质料内部存在严峻冶金缺点(搀杂、缩孔、伯析、白点等),也会因部分质料强度低落而在机件内部激发出疲倦源。

特性:因疲倦源区裂纹外表受重复挤压,摩擦次数多,疲倦源区比力亮光,并且因加工硬化,该区外表硬度会有所提高。

数目:机件疲倦毁坏的疲倦源能够是一个,也能够是多个,它与机件的应力形态及过载水平有关。如单向蜿蜒疲倦仅发生一个源区,双向重复蜿蜒可呈现两个疲倦源。过载水平愈高,名义应力越大,呈现疲倦源的数量就越多。

发生次第:若断口中同时存在几个疲倦源,可按照每一个疲倦区巨细、源区的亮光水平肯定各疲倦源发生的前后,源区越亮光,相连的疲倦区越大,就越先发生;反之,发生的就晚。

 

疲倦区是疲倦裂纹亚稳扩大构成的地区。

宏观特性:断口较滑腻并散布有贝纹线(或海滩把戏),偶然还有裂纹扩大台阶。

断口滑腻是疲倦源区的持续,其水平随裂纹向前扩大逐步削弱,反应裂纹扩大快馒、挤压摩擦水平上的差别。

贝纹线——疲倦区的最典范特性:发生缘故原由:普通以为是因载荷变更惹起的,由于机械运转经常有启动、停歇、偶尔过载等,均要在裂纹扩大前沿线留下弧状贝纹线陈迹。

描摹特性:疲倦区的每组贝纹线仿佛一簇以疲倦源为圆心的平行弧线,凹侧指向疲倦源,凸侧指向裂纹扩大标的目的。近疲倦源区贝纹线较精密,表白裂纹扩大较慢;阔别疲倦源区贝纹线较稠密、粗拙,表白此段裂纹扩大较快。

影响身分:贝纹区的总范畴与过载水平及质料的性子有关。若机件名义应力较高或质料韧性较差,则疲倦区范畴较小,贝纹线不明显;反之,低名义应力或高韧性材科,疲倦区范畴较大,贝纹线粗且较着。贝纹线的外形则由裂纹前沿线各点的扩大速度、载荷范例、过载水平及应力集合等决议。

 

瞬断区是裂纹失稳扩大构成的地区。在疲倦亚临界扩大阶段,随应力轮回增长,裂纹不竭增加,当增长到临界尺寸ac时,裂纹尖端的应力场强度因子KI到达质料断裂韧性KIc(Kc)时。裂纹就失稳快速扩大,招致机件瞬时断裂。

瞬断区的断口比疲倦区粗拙,宏观特性好像静载,随质料性子而变。

脆性质料断口呈结晶状;

韧性质料断口,在心部平面应变区呈放射状或人字纹状,边沿平面应力区则有剪切唇区存在。

位置:瞬断区普通应在疲倦源对侧。但对扭转蜿蜒来讲,低名义应力时,瞬断区位置逆扭转标的目的偏转一角度;高名义应力时,多个疲倦源同时从外表向内扩大,使瞬断区移向中心位置。

巨细:瞬断区巨细与机件接受名义应力及质料性子有关,高名义应力或低韧性材科,瞬断区大;反之。瞬断区则小。

 

d、疲倦曲线及根本疲倦力学性能

 

疲倦曲线:疲倦应力与疲倦期限的干系曲线,即S-N曲线。

用处:它是肯定疲劳极限、成立疲倦应力判据的根底。

有程度段(碳钢、合金结构钢、球铁等):颠末无穷次应力轮回也不发作疲倦断裂,将对应的应力称为疲劳极限,记为σ-1(对称轮回)

无程度段(铝合金、不锈钢、高强度钢等):只是随应力低落,轮回周次不竭增大。此时,按照质料的利用要求划定某一轮回周次下不发作断裂的应力作为条件疲劳极限。

疲倦曲线的测定——起落法测定疲劳极限

 

d、疲倦历程及机理

 

疲倦历程:裂纹萌发、亚稳扩大、失稳扩大三个历程。

疲倦期限Nf=萌发期N0+亚稳扩大期Np

金属材料的疲倦历程也是裂纹萌发相扩大的历程。

裂纹萌发常常在质料单薄区或高应力区,经由过程不均匀滑移、微裂纹构成及长大而完成。

疲倦微裂纹常由不均匀滑移和显微开裂惹起。次要方法有:外表滑移带开裂;第二相、搀杂物与基体界面或搀杂物自己开裂;晶界或亚晶界处开裂。

 

e、如何提高疲劳强度

 

如何提高疲劳强度——滑移带开裂发生裂纹角度

从滑移开裂发生疲倦裂纹构成机理看,只要能提高质料滑移抗力(固溶强化、细晶强化等),都可阻遏疲倦裂纹萌发,提高疲劳强度。

如何提高疲劳强度——相界面开裂发生裂纹角度

从第二相或搀杂物可激发疲倦裂纹的机理来看,只要能低落第二相或搀杂物脆性,提高相界面强度,掌握第二相或搀杂物的数目、形状、巨细和散布、使之“少、圆、小、匀”,都可抑止或延缓疲倦裂纹在第二相或搀杂物四周萌发,提高疲劳强度。

如何提高疲劳强度——晶界开裂发生裂纹

从晶界萌发裂纹来看,凡使晶界弱化和晶粒粗化的身分,如晶界有低熔点搀杂物等有害元素和身分偏析、回火脆、晶界析氢及晶粒粗化等,均易发生晶界裂纹、低落疲劳强度;反之,凡使晶界强化、净化和细化晶粒的身分,均能抑止晶界裂纹构成,提高疲劳强度。

 

f、影响疲劳强度的主要因素

 

外表形态的影响:应力集合——机件外表缺口因应力集合常常是疲倦策源地,惹起疲倦断裂,可用Kf与qf表征缺口应力集合对质料疲劳强度的影响。Kf与qf越大,质料的疲劳强度就降得越低。且这类影响随质料强度的增高,愈加明显。

外表粗拙度——外表粗拙度越低,质料的疲劳极限越高;外表粗拙度越高,疲劳极限越低。质料强度越高,外表粗拙度对疲劳极限的影响越明显。

残存应力及外表强化的影响:残存压应力提高疲劳强度;残存拉应力低落疲劳强度。残存压应力的影响与外加应力的应力形态有关,差别应力形态,机件外表层的应力梯度差别。蜿蜒疲倦时,结果比改变疲倦大;拉压疲倦时,影响较小。残存压应力明显提高有缺口机件的疲劳强度,残存应力可在缺口处集合,能有效地低落缺口根部的拉应力峰值。残存压应力的巨细、深度、散布以及能否发作松懈城市影响疲劳强度。

外表强化的影响——外表强化可在机件外表发生残存压应力,同时提高强度和硬度。两方面的感化城市提高疲劳强度。(办法:喷丸、滚压、外表淬火、表面化学热处理)硬度由高到低的次第:渗氮→渗碳→感到加热淬火;强化层深度由高到低次第:外表淬火→渗碳→渗氮。

质料身分及构造的影响:疲劳强度是对质料构造构造敏感的力学性能。合金身分、显微构造、非金属搀杂物及冶金缺点

 

g、低周疲倦

 

低周疲倦:金属在轮回载荷感化下,疲倦期限为102~105次的疲倦断裂。

轮回软化和轮回硬化征象与位错轮回运动有关。

在一些退火软金属中,在恒应变幅的轮回载荷下,因为位错往复运动和交互作用,发生了障碍位错持续运动的阻力,从而发生轮回软化。

在冷加工后的金属中,布满位错缠结和停滞,这些停滞在轮回加载中被毁坏;或在一些沉淀强化不稳定的合金中。因为沉淀构造在轮回加载中校毁坏都可招致轮回硬化。

热疲倦:机件在由温度轮回变革时发生的轮回热应力及热应变感化下发作的疲倦。

热机器疲倦:温度轮回和机器应力轮回叠加所惹起的疲倦。

产生热应力的两个条件:①温度变革②机器束缚

打击疲倦:打击次数N>105次时,毁坏后具有典范的疲倦断口,即为打击疲倦。

 

滥觞:嘉峪检测网

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