材料物理第四章幻灯片.pptVIP

4材料强化 4.1概述 人类最早利用的材料性质就是力学性质， 材料的力学性质—是指材料在外应力作用下 的行为。 形变—材料在外力作用下发生形状和尺寸的变 化，称为形变。 最常用的力学性质包括： ①抗拉强度σb —表示材料最大的抵抗能力。 ②屈服强度σs —材料开始发生塑性变形时对应 的应力。 ③弹性模量E —描述应力和应变之间的比例关 系。 ④延伸率δ— ⑤断面伸缩率Ψ— ⑥冲击韧性αk —抗冲击的能力（主要用于低 温） ⑦硬度G—描述材料软硬的程度等。 材料的强度是材料力学性能中最重要的一项，尤其对于结构材料来说，材料的强度更是决定该材料是否胜任实际要求的关键。所以设计和生产在室温及高温、低温下都具有相对强度的材料有着十分重要的实际意义。 决定材料强度的关键因素 1. 原子之间的结合力 我们对原子之间的键合类型和结合力难以施加什么影响，难以去改变键合类型和结合力来强化材料。在这方面，一般常见的方法就是形成新的相（因为新相中的原子键合类型和结合力自然不同）。 2. 位错 我们有很多方法来影响材料中的位错，通过影响位错的运动来达到强化材料的目的。所以可以说，近代金属物理领域中的最大成果就是关于材料中的位错的研究。 提高材料屈服强度的方法很多： （1）通过热处理方法—方便，但要求它在固态下发生相变，满足这种要求的合金包括在固态下经历有序—无序转变的合金，伴随这一过程出现的材料强化称为有序强化，它在许多方面类似于沉淀强化。通常利用的与热处理有关的强化方式是过饱和固溶体的沉淀强化和共析分解反应的共析强化。如果该材料的相图中没有共析相变反应，自然不可能采用共析分解强化。 （2）对于没有塑性变形的脆性材料，无法利用冷加工方法来强化材料。 表征材料力学性能的最常用的参数是拉伸试验所得到的屈服强度和断裂强度。弯曲试验常用来表示脆性材料的拉伸性能。硬度试验也可在一定程度上表示材料的拉伸强度。但是，即使材料工作的应力低于断裂强度或屈服强度，也并不意味着材料的使用就一定安全。如果材料所受的负载是动态而不是静态的，就要用冲击韧性来表示它的抗断裂性能。 由于材料中总是免不了有裂纹产生，此时要用断裂韧性来表示这些裂纹在材料中的扩展行为。如果材料在高温下使用，即使它所受应力远远低于屈服应力，也可能发生塑性形变。此时要用蠕变强度来表示材料的性能。还有，如果所受应力为循环状态，那么材料的安全性也会打折扣。此时要用到疲劳强度的概念。 4.2力学实验与材料性能 选材原则： ①分析材料使用环境—判断材料应具有什么性 能? ②材料应具有—强度、刚度、韧性？ ③材料承受的载荷—周期性变化的、冲击、高 温？ 对实际晶体材料来说，制备再小心，也总会有一些点阵缺陷，这些缺陷严重影响那些对晶体结构敏感的材料的力学性能。 硬度—耐磨性能。 冲击—抗断裂能力，用于动载荷，如吊钩。 延伸率—表征材料的塑性程度。 疲劳— 使用寿命。 4.2.1拉伸实验 屈服强度—开始发生 塑性变形时所对应的 应力，用σs 来表示。 对于金属来说，也是 位错开 始滑移所需 的应力。 试验机：一般常用机 械拉伸机、液压拉伸 机。 图4.1 拉伸试验方法示意图 标准试件： 试件中部等截面段的直径为d，试件中段用来测量变形的长度l叫标距，通常取l=5d或l=10d。 试验时，将试件两端装入试验机卡头内，开动试验机对试件加拉力P，其大小可由试验机上的测力装置读出。载荷P由零缓慢增加，同时试件逐渐伸长，标距段的伸长Δl可用测量变形的仪表（引伸仪或变形仪）量得。将直至拉断前拉伸过程中的载荷P和对应的伸长Δl记录下来，以Δl为横坐标，以P为纵坐标就可画出P—Δl曲线。这曲线叫拉伸图。它描写了从开始加载到破坏为止，试件承受的载荷和变形发展的全过程。 低碳钢拉伸时的力学性质