材料的强化.ppt
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材料物理材料物理(下下)(一一)概述概述(二二)力学实验与材料性能力学实验与材料性能(三三)固溶强化固溶强化(四四)弥散强化弥散强化(五五)固态相变强化固态相变强化(六六)复合强化复合强化设计和生产在设计和生产在室温及高温室温及高温下都具有相当强度的下都具有相当强度的材料有着十分重要的实际意义!
材料有着十分重要的实际意义!
人类最早利用的材料性质人类最早利用的材料性质力学性质力学性质结结构构材材料料材料强度是决定材料强度是决定该材料是否胜任该材料是否胜任实际要求的关键实际要求的关键决定材料强决定材料强度关键因素度关键因素原子之间的键合类型原子之间的键合类型结合力结合力位错位错难以难以改变改变形成新的相形成新的相形成新的相形成新的相易于易于改变改变强化强化材料材料理论理论成熟成熟合金化合金化冷加工冷加工热处理热处理同素异构转变同素异构转变11、拉伸试验、拉伸试验22、弯曲试验、弯曲试验33、硬度试验冲击试验、硬度试验冲击试验44、蠕变、蠕变11、拉伸试验、拉伸试验拉伸试验测定的是材料抵抗拉伸试验测定的是材料抵抗静态或缓设施加的负载能力静态或缓设施加的负载能力拉伸试验中,试样的两端固定在夹头拉伸试验中,试样的两端固定在夹头上,拉伸机的负载测量仪器安装在试上,拉伸机的负载测量仪器安装在试样的一端,应变测量装置安装在试样样的一端,应变测量装置安装在试样的另一端。
的另一端。
通常利用电动机驱动夹具的方法来施通常利用电动机驱动夹具的方法来施加应变,加应变,试样的伸长用夹具的相对移试样的伸长用夹具的相对移动量来表示动量来表示。
引起试样伸长的载荷可引起试样伸长的载荷可以从梁或检验环的弹性变形来测量。
以从梁或检验环的弹性变形来测量。
AA11应力应力-应变曲线
(一)应变曲线
(一):
工程应力工程应力-应变曲线应变曲线如果计算应力和应变时采用如果计算应力和应变时采用的是的是试样的原始截面积和原试样的原始截面积和原始长度始长度,这个应力,这个应力-应变曲线应变曲线称为工程应力称为工程应力-应变曲线应变曲线在该曲线中,应力达到抗拉强度而出现颈在该曲线中,应力达到抗拉强度而出现颈缩后应力随着应变的增加反而下降缩后应力随着应变的增加反而下降!
b错觉错觉:
认为此时减少应力还会使材料发生应变认为此时减少应力还会使材料发生应变其实其实:
要使材料继续发生应变,仍然需要增加应力要使材料继续发生应变,仍然需要增加应力;颈缩出现后,试样的拉伸载荷在减少,不过试颈缩出现后,试样的拉伸载荷在减少,不过试样的截面积样的截面积减少得更多减少得更多应力应力-应变曲线
(二):
应变曲线
(二):
真实应力真实应力-应变曲线应变曲线由于在由于在拉伸拉伸过程中材料的截过程中材料的截面积和长度是在变化的!
面积和长度是在变化的!
真实应力真实应力等于负载等于负载P除以在应除以在应变的某一阶段时试样的面积变的某一阶段时试样的面积A:
在由初始长度在由初始长度l。
至最终长度。
至最终长度l1的形变期间,总的真实应变为的形变期间,总的真实应变为:
真实应力真实应力-应变曲线常常符合公式:
应变曲线常常符合公式:
加工硬化系数,加工硬化系数,0.10.5强度系数强度系数当应变的增加不再产生负载的增加时当应变的增加不再产生负载的增加时dP=0出现塑性失稳出现塑性失稳缩颈缩颈P=AdP=Ad+dA=0失稳条件失稳条件一般,人们并不关心真实应力一般,人们并不关心真实应力-应变曲线:
因为超应变曲线:
因为超过过屈服强度屈服强度后,材料的形状就发生了变化。
如果构后,材料的形状就发生了变化。
如果构件不再能维持它的形状,那么它就已经失效了;件不再能维持它的形状,那么它就已经失效了;工程应力工程应力-应变曲线和真实应力应变曲线和真实应力-应变曲线的最大区应变曲线的最大区别在于别在于颈缩颈缩出现之后。
但是,颈缩一旦出现,这个出现之后。
但是,颈缩一旦出现,这个构件就已经大大变形,不再满足原来的使用条件。
构件就已经大大变形,不再满足原来的使用条件。
工程应力工程应力-应变曲线应变曲线一般可以满足实际需要!
一般可以满足实际需要!
应力很低的时,形变是弹性应力很低的时,形变是弹性的可逆的,遵从虎克定律,的可逆的,遵从虎克定律,应力与应变成正比的关系应力与应变成正比的关系应力和应变之间的比例常量称为应力和应变之间的比例常量称为弹性模量弹性模量!
应变形式不同,弹性模量有不同的意义!
应变形式不同,弹性模量有不同的意义!
应变是拉伸时,称为弹性模量或杨氏模量(应变是拉伸时,称为弹性模量或杨氏模量(E)应变是切应变时,称为刚性应变或切变模量应变是切应变时,称为刚性应变或切变模量()应变是流体静压缩应变时,称为体积弹性模量应变是流体静压缩应变时,称为体积弹性模量(K)精密机床的主轴如果不精密机床的主轴如果不精密机床的主轴如果不精密机床的主轴如果不具有足够的刚度,就不具有足够的刚度,就不具有足够的刚度,就不具有足够的刚度,就不能保证零件的加工精度能保证零件的加工精度能保证零件的加工精度能保证零件的加工精度22、弯曲试验、弯曲试验弯曲试验方法的应力状态介于拉伸和扭转试验方法弯曲试验方法的应力状态介于拉伸和扭转试验方法之间,常用于测定脆性材料的力学性能。
一般之间,常用于测定脆性材料的力学性能。
一般:
金属材料金属材料(钢铁材料钢铁材料),结构钢常温下的力学性能由,结构钢常温下的力学性能由拉伸试验拉伸试验评定;评定;结构材料的热变形性能由结构材料的热变形性能由扭转扭转试验评定;试验评定;工具钢常温下的力学性能由工具钢常温下的力学性能由弯曲弯曲试验评定。
试验评定。
0应力应力应变应变脆性脆性中塑性中塑性高塑性高塑性脆性材料脆性材料不适于不适于进行进行拉伸实验拉伸实验!
采用采用弯曲实验弯曲实验测量力学性能测量力学性能当材料当材料硬度高脆性大硬度高脆性大时,如用拉伸试验,拉伸试棒两端时,如用拉伸试验,拉伸试棒两端容易有应力集中和表面缺陷,装夹试样时稍有不对中,容易有应力集中和表面缺陷,装夹试样时稍有不对中,就会引起附加弯曲应力,这都会造成拉伸数据的散乱,就会引起附加弯曲应力,这都会造成拉伸数据的散乱,而用光滑的矩形、方形和圆形试样进行而用光滑的矩形、方形和圆形试样进行弯曲试验弯曲试验,就可,就可避免应力集中的影响,操作也很简便。
避免应力集中的影响,操作也很简便。
试样中点位置上施加负载,使试样发试样中点位置上施加负载,使试样发生弯曲,在中点处的材料就受到一个生弯曲,在中点处的材料就受到一个拉伸作用力,材料在该位置处断裂!
拉伸作用力,材料在该位置处断裂!
F-断裂时负载断裂时负载L-支点间距离支点间距离-试样的宽度试样的宽度h-试样的厚度试样的厚度弯曲试验得到的材料的弹弯曲试验得到的材料的弹性模量又称为性模量又称为挠曲模量挠曲模量弯曲试验曲线与拉伸试验曲线弯曲试验曲线与拉伸试验曲线区别区别:
拉伸试验:
应变拉伸试验:
应变弯曲试验:
弯曲弯曲试验:
弯曲33、硬度、硬度轴向拉伸实验轴向拉伸实验应用最广泛的力学性能试验应用最广泛的力学性能试验方法方法硬度硬度反映金属材料反映金属材料软硬程度软硬程度的一种性能指标,表示的一种性能指标,表示材料表面局部区域内材料表面局部区域内抵抗变形或破裂抵抗变形或破裂的能的能力,是表征材料性能的一个力,是表征材料性能的一个综合指标综合指标。
方法方法弹性回跳法弹性回跳法肖氏硬度肖氏硬度划痕法划痕法莫氏硬度莫氏硬度表征金属对切断的抗力表征金属对切断的抗力表征金属弹性表征金属弹性变形功的大小变形功的大小表征金属的表征金属的塑性变形塑性变形抗力抗力及及应变硬化应变硬化能力能力压入法压入法布氏硬度布氏硬度布氏硬度布氏硬度洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬度维氏硬度维氏硬度维氏硬度维氏硬度生产上应用最广生产上应用最广生产上应用最广生产上应用最广1)布氏硬度布氏硬度HB不标出单位不标出单位实验原理:
根据压痕实验原理:
根据压痕单位面积单位面积所承受的试验力计算硬度值所承受的试验力计算硬度值a)直径直径D(mm)的钢球的钢球淬火球淬火球或硬质合金球或硬质合金球压头压头;b)施以一定的试验力施以一定的试验力F(N),将其将其压入压入试样表面试样表面;c)经规定保持时间经规定保持时间t(s)后后卸除卸除试验力试验力;d)试样表面将残留试样表面将残留压痕压痕。
(a)压头压入试样表面压头压入试样表面FDhd(b)试样表面残留压痕试样表面残留压痕得到计算公式:
得到计算公式:
式中:
式中:
d压痕平均直径压痕平均直径(mm);A压痕球形表面积压痕球形表面积(mm2),HB说明:
说明:
试验时只需测出压痕的试验时只需测出压痕的平均直径平均直径即可。
即可。
对于材料相同而厚薄不同的工件,为测得相同对于材料相同而厚薄不同的工件,为测得相同HB保证得到几何相似的压痕(保证得到几何相似的压痕(压入角压入角保持不变保持不变)D2F2D1F1d1d2为保证值的准确性,要求压痕直为保证值的准确性,要求压痕直径径d与压头直径与压头直径D的比值在一定的比值在一定范围内范围内0.2Dd0.5D优点优点:
适应于测定:
适应于测定粗大晶粒粗大晶粒或或组组成相成相的金属材料;压痕大的金属材料;压痕大实验数据实验数据稳定稳定,重复性强重复性强。
缺点缺点:
不宜用于测定:
不宜用于测定太薄太薄、太硬太硬的材料的材料;对不同材对不同材料需料需更换更换压头直径和改变试验力;压痕大压头直径和改变试验力;压痕大不宜在不宜在成品成品上进行实验上进行实验D2F2D1F1d1d22)洛氏硬度洛氏硬度HR压痕深度表示压痕深度表示压头:
圆锥角为压头:
圆锥角为1200的金刚石圆锥的金刚石圆锥体或一定直径的小淬火钢球体或一定直径的小淬火钢球测定过程:
测定过程:
a)加初始试验力加初始试验力F0深度深度h0的压痕的压痕注:
测量压痕深度的指针注:
测量压痕深度的指针指零指零b)加上试验力加上试验力F1压头压入深度压头压入深度h1为保证压头与试为保证压头与试为保证压头与试为保证压头与试样表面接触良好样表面接触良好样表面接触良好样表面接触良好表盘上指针以表盘上指针以逆时针逆时针方向转动到相方向转动到相应刻度位置;应刻度位置;试验力试验力F1产生的总变形产生的总变形h1中中包括包括弹性变形弹性变形与与塑性变形塑性变形。
(a)加初始试验力加初始试验力F0h0(b)加上试验力加上试验力F1h1h0c)F1卸除后卸除后压头回升一段距离压头回升一段距离(h1h)压痕深度压痕深度试样表面残留的塑性变形深度试样表面残留的塑性变形深度h随着弹性变形的恢复,指针顺时随着弹性变形的恢复,指针顺时针转动,停止时所指的数值针转动,停止时所指的数值压痕深度压痕深度h总变形中的弹总变形中的弹总变形中的弹总变形中的弹性变形恢复性变形恢复性变形恢复性变形恢复洛氏硬度洛氏硬度计算公式计算公式K为常数为常数0.002mm为一个洛氏硬度单位为一个洛氏硬度单位(c)卸除主试验力卸除主试验力h1h0h1-h说明:
说明:
h,硬度值愈低,反之则愈高。
硬度值愈低,反之则愈高。
为照顾习惯上数值愈大硬度愈高的的概念为照顾习惯上数值愈大硬度愈高的的概念一一般常用常数般常用常数k减去减去h来计算硬度值,并规定每来计算硬度值,并规定每0.002mm为一个洛氏硬度单位。
为一个洛氏硬度单位。
使用金刚石圆锥压头使用金刚石圆锥压头k取取0.2mm;使用小淬火钢球压头使用小淬火钢球压头k取取0.26mm。
为能在一台硬度计上测定不同软硬、厚薄试样的为能在一台硬度计上测定不同软硬、厚薄试样的硬度,采用硬度,采用不同压头不同压头和和试验力试验力组合成几种不同的组合成几种不同的洛氏硬度标尺,以字母洛氏硬度标尺,以字母A、B、CK表示,其中表示,其中HRA、HRB、HRC三种洛氏硬度最为常用。
三种洛氏硬度最为常用。
优点:
应用最广;优点:
应用最广;操作简便迅速,硬度值可操作简便迅速,硬度值可直接读出直接读出;压痕较小压痕较小,可在工件上进行实验;,可在工件上进行实验;采用不同的标尺可测定各种采用不同的标尺可测定各种软硬不同软硬不同的金属的金属和和厚薄不一厚薄不一的试样的硬度。
的试样的硬度。
缺点
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
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- 关 键 词:
- 材料 强化