小字打印版重點總結(jié)

1、彈性變形的本質(zhì)（材料的彈性行為）彈性變形是指外力去除后能夠完全恢復(fù)的那部分變形，可從原子間結(jié)合力的角度來了解它的物理本質(zhì)。 原子處于平衡位置時，其原子間距為r0，位能U處于最低位置，相互作用力為零，這是最穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)原子受力后將偏離其平衡位置，原子間距增大時將產(chǎn)生引力；原子間距減小時將產(chǎn)生斥力。這樣，外力去除后，原子都會恢復(fù)其原來的平衡位置，所產(chǎn)生的變形便完全消失，這就是彈性變形。彈性變形的主要特征是：（1）理想的彈性變形是可逆變形，加載時變形，卸載時變形消失并恢復(fù)原狀。 （2）金屬、陶瓷和部分高分子材料不論是加載或卸載時，只要在彈性變形范圍內(nèi)，其應(yīng)力與應(yīng)變之間都保持單值線性函數(shù)關(guān)系，即服從

2、虎克（Hooke）定律： 在正應(yīng)力下，s = Ee， 在切應(yīng)力下，t =Gg， 式中，s，t分別為正應(yīng)力和切應(yīng)力；e，g分別為正應(yīng)變和切應(yīng)變； E，G分別為彈性模量（楊氏模量）和切變模量。 彈塑變形：當(dāng)外力大于e后，除了彈性變形外，開始發(fā)生均勻塑性變形（既有彈性又有塑性變形）。這時若去掉外力，彈性變形部分恢復(fù)，但留下了永久變形，即塑性變形。斷裂：當(dāng)外力達到b之后，試樣開始發(fā)生不均勻塑性變形，產(chǎn)生縮頸，變形量迅速增大，最終發(fā)生斷裂。上海交大教材的164頁下部圖5.2中通過原子的結(jié)合能及結(jié)合力來給金屬材料的變形以微觀的解釋.對這樣的一個圖應(yīng)該有所了解.也成為考查的重點內(nèi)容.1.2高分子材料的變形特

3、點. 高分子材料的變形特點及其拉伸過程應(yīng)力應(yīng)變曲線在上海交大教的220頁的上部及221頁的中部.尤其圖5.83. 滑移帶，滑移線與滑移系: 將拋光的單晶體棒試樣經(jīng)良好拋光后進行適當(dāng)拉伸，使之產(chǎn)生一定的塑性變形，即可在金屬棒表面見到一條條細線，通常稱為滑移線，事實上它是一系列的臺階，用電鏡觀觀察會發(fā)現(xiàn)它由許多更細的線組成，這些細線我們稱為滑移線宏觀所看到地滑移線事實上是滑移帶塑性變形時位錯只沿著一定的晶面和晶向運動，這些晶面和晶向分別稱為“滑移面”和“滑移方向”一個滑移面和此面上的一個滑移方向合起來叫做一個滑移系面心立方中12個，體心立方中48個，密排六方中個滑移線是位錯運動到晶體表面所產(chǎn)生的臺

4、階。當(dāng)一條位錯線移動到晶體表面時，便會留下一個原子間距的臺階。同一滑移面上若有大量的位錯線不斷地移出，則滑移臺階就不斷增大，直到形成顯微觀察到的滑移線（帶）。合金的塑性變形與純金屬的變形基本一致，只是由于合金元素的加入而使金屬晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,從而改變了基體金屬的變形拉力，使材料機械性能發(fā)生了顯著變化。這對工程上的塑性加工和強化金屬有重大意義。 單相合金：有一種相組成的合金位向改變的結(jié)果，使角增大，減小，故隨著滑移的進行，不僅滑移面轉(zhuǎn)動，且滑移方向也在旋轉(zhuǎn)。原來處在軟位向的滑移系，變形阻力增大，即產(chǎn)生幾何硬化；而處在硬位向的滑移系可能轉(zhuǎn)到軟位向而參與滑移，即產(chǎn)生幾何軟化。多晶體的塑性變形特點

5、晶粒取向的影響（亦稱取向差效應(yīng)）變形有先有后  各晶粒相對于外力軸的取向不同，位向有利的晶粒先變形，且不同晶粒變形量也不同。一般變形度達到20%，幾乎所有晶粒都可參加變形。各個晶粒的變形必須協(xié)調(diào)  對一個晶粒來講不能自由地、均勻地滑移，它要受到相鄰晶粒的牽制，故晶粒之間要互相配合、協(xié)調(diào)。如果協(xié)調(diào)不好，將會導(dǎo)致塑性下降（晶界處開裂）。變形不均勻?qū)е聝?nèi)應(yīng)力不均勻 晶界對滑移的阻滯效應(yīng)晶界上原子排列不規(guī)則，點陣畸變嚴(yán)重，且晶界兩側(cè)的晶粒取向不同，因此，滑移要從一個晶粒直接延續(xù)到下一個晶粒是極其困難的，即室溫下晶界對滑移有阻滯效應(yīng)晶粒大小對變形抗力的影響 一般來說，晶界可使金屬強化

6、，也可使金屬軟化，這主要依賴于溫度和變形速率。當(dāng)溫度低于某個值，且變形速率較大時，晶粒細化會使金屬強度升高；但當(dāng)溫度高于上述界限及變形速率很慢時，晶界增多反而使金屬強度降低。故高溫合金一般希望獲得粗晶組織。細晶強化在提高材料強度的同時，也改善材料的塑性和韌性，這是其他強化方法所不具備的。 多晶體材料的塑性變形特點總結(jié)由于多晶體材料中各個晶粒的取向各不相同,因此多晶體材料的塑性變形需要各個晶粒的多系滑移來保證相互之間的協(xié)調(diào)性.多晶體中存在的晶界對晶體材料的變形具有阻礙效應(yīng).多晶體材料的強度隨晶粒的變小而增加.晶粒越小變形越困難.單相合金的塑性變形合金元素在金屬基體中的存在形式有兩種，一是形成固熔

7、體；二是形成第二相，與基體組成機械混合物。它們具有不同的變形特點。 固熔強化  由于異類原子（熔質(zhì)原子）的存在，使合金塑性變形抗力大大提高，表現(xiàn)為強度、硬度增加，塑性、韌性下降，這種現(xiàn)象稱為固熔強化。固熔強化的實質(zhì)是熔質(zhì)原子與位錯的彈性交互作用阻礙了位錯的運動。即熔質(zhì)原子與位錯彈性交互作用的結(jié)果。固溶強化效果的影響因素溶質(zhì)原子的濃度：濃度越高，一般其強化效果越好。原子尺寸因素：溶質(zhì)與溶劑原子尺寸相差越大，其強化效果越好，但通常原子尺寸相差較大時，溶質(zhì)原子的溶解度降低。溶質(zhì)原子的類型：間隙型溶質(zhì)原子的強化效果好于置換型，特別是體心立方晶體中的間隙原子。相對價因素（電子因素）：溶質(zhì)原子與

8、基體金屬的價電子數(shù)目差越大，固溶強化效果越顯著。多相合金的塑性變形 聚合型兩相合金的變形 彌散型合金的變形 當(dāng)?shù)诙囝w粒非常細小，彌散地分布在基體相中時，合金的變形抗力很大，強度將顯著提高。通常,當(dāng)?shù)诙嗔Ｗ拥某叽邕_到某一臨界值時，強化作用最大；而尺寸過大或過小，合金的強度均有所下降。如果第二相微粒是通過過飽和固熔體的時效處理而沉淀析出，則所產(chǎn)生的強化稱為沉淀強化或時效強化；如果這種微粒是靠冶金方法外加的，則稱為彌散強化。第二相顆粒的強化機制有兩種：位錯繞過機制及位錯切過機制合金強化的途徑和方法 ：加工硬化（塑性變形強化），細晶強化 ，固溶強化第二相強化（彌散強化），熱處理強化 儲存能: 冷塑

9、變形時，外力所做的功尚有一部分儲存在變形金屬的內(nèi)部，這部分能量叫儲存能。儲存能是變形金屬加熱是發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶的驅(qū)動力影響再結(jié)晶的因素 ：退火溫度：加熱溫度越高，再結(jié)晶速度越快。預(yù)先變形程度：變形度越大，再結(jié)晶開始溫度越低；當(dāng)變形量增大到一定程度后，再結(jié)晶開始溫度便趨于穩(wěn)定。微量溶質(zhì)原子：溶質(zhì)或雜質(zhì)原子與位錯，晶界存在交互作用，偏聚在位錯及晶界處，對位錯的運動及晶界的遷移起阻礙作用，因此不利于再結(jié)晶的形核與長大，阻礙再結(jié)晶，使再結(jié)晶溫度升高。原始晶粒尺寸：其他條件相同情況下，晶粒越細，變形抗力越大，冷變形后儲存能越多，再結(jié)晶溫度越低。相同變形度，晶粒越細，晶界總面積越大，可供形核場所越多，生核

10、率也增大，故再結(jié)晶速度加快。分散相粒子 ：既可能促進基體金屬的再結(jié)晶，也可能阻礙再結(jié)晶影響再結(jié)晶后晶粒大小的主要因素有： 預(yù)先變形程度 當(dāng)變形度很小時(<c)不發(fā)生再結(jié)晶，故晶粒大小不變；當(dāng)=2%8%時，再結(jié)晶后的晶粒特別粗大，此時的變形度即所謂臨界變形度；當(dāng)變形度大于臨界變形度時，隨變形度的增加，晶粒逐漸細化 。原始晶粒尺寸變形度一定時，原始晶粒越細，再結(jié)晶后的晶粒也越細退火溫度提高退火溫度，不僅使再結(jié)晶后的晶粒粗大，而且還影響臨界變形度的大小微量溶質(zhì)原子和雜質(zhì)一般都能起細化晶粒的作用從回復(fù)的動力學(xué)曲線看回復(fù)的特點沒有孕育區(qū)在一定溫度時，初期的回復(fù)速率很大，隨后即逐

11、漸變慢，直到趨近于零每一溫度的回復(fù)程度有一極限值，退火溫度愈高，這個極限值也愈高，而達到此一極限值所需時間則愈短預(yù)變形量愈大，起始的回復(fù)速率也愈快，晶粒尺寸減小也有利于回復(fù)過程的加快固溶強化作用的影響因素 溶質(zhì)原子的原子數(shù)分?jǐn)?shù)越高,強化作用也越大,特別是當(dāng)原子數(shù)分?jǐn)?shù)很低時的強化效應(yīng)更為顯著. 溶質(zhì)原子與基體金屬的原子尺寸相差越大則強化作用越大. 間隙型溶質(zhì)原子比置換原子具有較大的固溶強化效果.溶質(zhì)原子與基體金屬的價電子數(shù)相差越大固溶強化作用越顯著,即固溶體的屈服強度隨合金電子深度的增加而提高. 第二相粒子的強化作用第二相粒子的強化作用是通過其對位錯的運動的阻礙作用而表現(xiàn)出來的.第二相粒子可以分

12、為”不可變形”和”可變形兩類”.它們與位錯的作用機制不用,強化的途徑也不相同. 不可變形粒子的強化作用.當(dāng)運動位錯與第二相粒子相遇時,當(dāng)力足夠大時,位錯會繞過第二相粒子繼續(xù)運動,繼而在第二相粒子的周圍留下位錯環(huán),由此會產(chǎn)生一反相應(yīng)力,使得流變應(yīng)力迅速提高,此機制稱為奧羅萬機制. 可變粒子的強化作用.當(dāng)?shù)诙酁榭勺冃蔚牧Ｗ訒r,位錯會切過粒子使之隨本體一同變形,此種情況下強化作用取決于粒子本身的性質(zhì).詳見教材174頁.材料的加工硬化(應(yīng)變強化). 金屬材料冷加工變形后,強度顯著提高,而塑性明顯下降,即產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象. 根據(jù)單晶體應(yīng)力-應(yīng)變曲線,其塑性變形部分由三個階段組成.177頁圖示. 第一階

13、段:易滑移階段. 第二階段:線性硬化階段. 第三階段:拋物線型硬化階段.細晶強化: 在多晶體材料中,晶界的面積的增加有利于增加材料的力學(xué)性能,而晶界的面積的增加可以直接通減小晶粒的尺寸來體現(xiàn),多晶體的屈服強度與晶粒的直徑關(guān)系可用著名的霍爾佩奇公式來表示. 由于晶粒的細化不僅使材料具有較高的強度,硬度,而且也使它具有良好的塑性和韌性,即具有良好的綜合力學(xué)性能.因此,通過晶粒細化的方法可以很好的提高材料的各項力學(xué)性能.原子在固態(tài)中自由能與液態(tài)中自由能隨溫度變化的兩條曲線的交點稱為理論結(jié)晶溫度點.也是熔點Tm.過冷度:理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度的差值稱為過冷度. T= Tm-T晶體凝固的熱力學(xué)條件:

14、實際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度即存在過冷度. 非均勻形核與均勻形核的區(qū)別 (1)非均勻形核的形核功要小于均勻形核的形核功. (2)非均勻形核所需要的過冷度較均勻形核小. (3)非均勻形核的臨界晶核尺寸較均勻形核小.疲勞是構(gòu)件在動態(tài)或循環(huán)應(yīng)力的作用下的一種失效形式. 原理：金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不均勻，從而造成應(yīng)力傳遞的不平衡，有的地方會成為應(yīng)力集中區(qū)。與此同時，金屬內(nèi)部的缺陷處還存在許多微小的裂紋。在力的持續(xù)作用下，裂紋會越來越大，材料中能夠傳遞應(yīng)力部分越來越少，直至剩余部分不能繼續(xù)傳遞負載時，金屬構(gòu)件就會全部毀壞。這種毀壞通常是災(zāi)難性的，因為沒有任何的征兆。 疲勞的S-N曲線:描述疲勞試驗中所加交變應(yīng)

15、力振幅值S與試樣達到破壞的交變應(yīng)力周數(shù)N間關(guān)系的曲線。也叫S/N曲線。由疲勞曲線可以確定疲勞極限值。 蠕變定義：在一定溫度下，金屬受持續(xù)應(yīng)力的作用而產(chǎn)生緩慢的塑性變形的現(xiàn)象稱為金屬的蠕變。蠕變應(yīng)力：引起蠕變的這一應(yīng)力稱為蠕變應(yīng)力。蠕變斷裂：在這種持續(xù)應(yīng)力作用下，蠕變變形逐漸增加，最終可以導(dǎo)致斷裂，這種斷裂為蠕變斷裂。蠕變斷裂應(yīng)力：導(dǎo)致蠕變斷裂的這一用力。蠕變現(xiàn)象的發(fā)生是溫度和應(yīng)力共同作用的結(jié)果蠕變：應(yīng)力不變的條件下，應(yīng)變隨時間延長而增加的現(xiàn)象。它與塑性變形不同，塑性變形通常在應(yīng)力超過彈性極限之后才出現(xiàn)，而蠕變只要應(yīng)力的作用時間相當(dāng)長，它在應(yīng)力小于彈性極限時也能出現(xiàn)。 蠕變隨時間的延續(xù)大致分3個

16、階段： a.初始蠕變或過渡蠕變.(應(yīng)變隨時間延續(xù)而增加，但增加的 速度逐漸減慢) b.穩(wěn)態(tài)蠕變或定常蠕變.(應(yīng)變隨時間延續(xù)而勻速增加，這個 階段較長) c.加速蠕變. (應(yīng)變隨時間延續(xù)而加速增加,直達破裂點。應(yīng)力 越大，蠕變的總時間越短；應(yīng)力越小，蠕變的總時間越長。) 勻晶相圖: 由液相結(jié)晶出單相固溶體的過程稱為勻晶轉(zhuǎn)變(勻晶反應(yīng)).兩組元在液態(tài)和固態(tài)均能無限互溶時形成的相圖稱為勻晶相圖. 共晶相圖: 在共晶溫度下液相通過共晶凝固同時結(jié)晶出兩個固相的過程稱為共晶轉(zhuǎn)變(共晶反應(yīng)),包括共晶轉(zhuǎn)變的相圖稱為共晶相圖.組成共晶相圖的兩組元,在液態(tài)可無限互溶,而固態(tài)只能部分互溶或完全不溶.包晶相圖: 包

17、晶轉(zhuǎn)變(包晶反應(yīng))就是已結(jié)晶的固相與剩余液相反應(yīng)形成另一固相的恒溫轉(zhuǎn)變.包括包晶轉(zhuǎn)變的相圖稱為包晶相圖.組成包晶相圖的兩組元,在液態(tài)可無限互溶,而在固態(tài)只能部分互溶. 過冷或過熱: 在非平衡凝固的過程中,冷卻轉(zhuǎn)變發(fā)生在比相圖上的溫度較低的溫度,對于加熱而言,發(fā)生在比相圖上的溫度點較高的溫度,這種現(xiàn)象就稱為過冷或過熱.人工時效(沉淀硬化處理),自然時效: 合金在室溫下經(jīng)過沉淀硬化處理較短的時間以后立即淬火,然后在較低的溫度下保存.如果合金仍舊硬度不足,然后允許其在周圍的環(huán)境溫度下時效硬化稱為自然時效.如果時效是在特定的溫度下進行的就稱為人工時效. 熱處理中鋼在奧氏體化后通常有兩種冷卻方式:一種是

18、連續(xù)冷卻,另一種是等溫冷卻.連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變: 所謂鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變是指在一定冷卻溫度下,過冷奧氏體在一個溫度范圍內(nèi)所發(fā)生的轉(zhuǎn)變.這種轉(zhuǎn)變可變的外部因素就是過冷奧氏體的冷卻速度,研究連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變實質(zhì)上是研究冷卻速度對過冷奧氏體分解及分解產(chǎn)物的影響.等溫冷卻轉(zhuǎn)變: 鋼在等溫冷卻的情況下,可以控制溫度和時間這兩個因素,分別研究溫度和時間對過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響,從而有助于弄清過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變過程及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能,并能方便地測定過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線.奧氏體 1. 奧氏體: 是碳溶解在Fe中的間隙固溶體，常用符號A表示。它仍保持Fe的面心立方晶格。其溶碳能力較大，在727時溶碳為c0.77,1148

19、時可溶碳2.11。奧氏體是在大于727高溫下才能穩(wěn)定存在的組織。 2.奧氏體組織: 是由奧氏體單晶體結(jié)晶形成的團狀組織,鑲嵌在鋼材只中,改善剛才性能. 3.奧氏體的性能：奧氏體塑性好，強度較低的固溶體，具有一定韌性。是絕大多數(shù)鋼種在高溫下進行壓力加工時所要求的組織。馬氏體【碳溶解在aFe中的過飽和固溶體】1.馬氏體轉(zhuǎn)變： 鋼經(jīng)過奧氏體化后快速冷卻。冷速大于上臨界冷速時，過冷到較低溫度（MS點）下的非擴散型相變。 （非擴散，以切變的方式進行）2.馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)： （1）體心正方：含碳高的鋼中。 （2）體心立方：低碳或無碳合金中出現(xiàn)。3.馬氏體的組織形態(tài)： （1）.板條馬氏體：許多的板條，位錯密

20、度極高。 （2）.片狀馬氏體：顯微呈針狀或竹葉狀，存在相 變孿晶，又稱孿晶馬氏體。.貝氏體【 -Fe和Fe3C 的復(fù)相組織】1.貝氏體轉(zhuǎn)變：共析成分的奧氏體在“鼻溫”- MS點范圍內(nèi) （半擴散型） 等溫停留時，將發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變，形成鐵素 （鐵原子不擴散） 體與碳化物兩相組成的非層片狀組織。2.貝氏體的組織：【羽毛狀和顆粒狀】 （1）.上貝氏體：550-350°羽毛狀。 （2）.下貝氏體：350-MS 由含碳過飽和的片狀鐵素體和其內(nèi)部沉淀的碳化物兩相組成混合物。 （3）.粒狀貝氏體：形成于上貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)上限范圍溫度內(nèi)。3.貝氏體的轉(zhuǎn)變過程： 以鐵原子無擴散的方式，由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，以及以 碳原子擴散，以碳化物沉淀。 上貝氏體的滲碳體是有奧氏體直接析出。 下貝氏體的滲碳體由過飽和的鐵素體中析出。 珠光體轉(zhuǎn)變【碳原子的重新分布和鐵晶格的重新改