金属材料的高温强度与强化

金属材料强度理论

强度理论在加工硬化中的应用 强度理论在锻压方向的主要应用是加工硬化 加工硬化的机理： （1）三种单晶体金属的应力应变情况 1，面心立方金属形变强化能力远大于其他金属。2，随着应变增大，面心立方金属经历弱的变形强化阶段后，发生强的形变强化，随后形变强化能力减弱。3，体心立方的金属和密排六方金属初始弱形变强化阶段长度大于面心立方金属。

金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象。又称冷作硬化。产生原因是，金属在塑性变形时，晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，金属内部产生了残余应力等。加工硬化的程度通常用加工后与加工前表面层显微硬度的比值和硬化层深度来表 加工硬化 示。 加工硬化给金属件的进一步加工带来困难。如在冷轧钢板的过程中会愈轧愈硬以致轧不动，因而需在加工过程中安排中间退火，通过加热消除其加工硬化。又如在切削加工中使工件表层脆而硬，从而加速刀具磨损、增大切削力等。但有利的一面是，它可提高金属的强度、硬度和耐磨性，特别是对于那些不能以热处理方法提高强度的纯金属和某些合金尤为重要。如冷拉高强度钢丝和冷卷弹簧等，就是利用冷加工变形来提高其强度

和弹性极限。又如坦克和拖拉机的履带、破碎机的颚板以及铁路的道岔等也是利用加工硬化来提高其硬度和耐磨性的。 以低碳钢拉伸的应力－应变(σ-ε)图为例（见图）。当载荷超过屈服阶段cе后,进入强化阶段еg,到某点k卸载时,应力不沿加载路线ocdеk 返回，而是沿着基本平行于oɑ的直线ko1下降,产生塑性变形oo1。再加载时,应力沿o1k上升,过k点后继续产生塑性变形,此时屈服极限已由σS提高到。如此反复作用,每循环一次都产生一次新的塑性变形，并提高强度指标。但随着循环次数的增加，加工硬化逐渐趋于稳定。这种加工硬化现象可解释为：在塑性变形时晶粒产生滑移，滑移面和其附近的晶格扭曲，使晶粒伸长和破碎，金属内部产生残余应力等，因而继续塑性变形就变得困难，引起加工硬化。这种现象受到构成金属基体的元素性质、点阵类型、变形温度、变形速度和变形程度等因素影响。加工硬化可由真正应力-应变曲线来描述。 编辑本段在机械工程中的作用 ①经过冷拉、滚压和喷丸（见表面强化）等工艺，能显著提高金属材料、零件和构件的表面强度； 加工硬化 ②零件受力后，某些部位局部应力常超过材料的屈服极限，引起塑性变形，由于加工硬化限制了塑性变形的继续发展，可提高零件和构件的安全度； ③金属零件或构件在冲压时，其塑性变形处伴随着强化，使变形转移到其周围未加工硬化部分。经过这样反复交替作用可得到截面变形均匀一致的冷冲压件； ④可以改进低碳钢的切削性能，使切屑易于分离。但加工硬化也给金属件进一步加工带来困难。如冷拉钢丝，由于加工硬化使进一步拉拔耗能大，甚至被拉断，因此必须经中间退火，消除加工硬化后再拉拔。又如在切削加工中为使工件表层脆而硬，再切削时增加切削力，加速刀具磨损等。

金属塑性成性原理考试资料

1、塑性：在外力的作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力称为塑性。 2、塑性成形：金属材料在一定的外力作用条件下，利用其塑性使其成形并获得一定力学性能的加工方法称为塑性成形也称塑性加工或压力加工。 3、塑性成形分为块料和板料成形，块料成型又分为一次加工和二次加工。 4、一次加工：生产原材料，加工方法包括轧制、挤压、和拉拔。 5、二次加工：生产零件或坯料，加工方法包括自由锻和模锻。 6、滑移：所谓滑移是指晶体在力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向，相对于晶体的另一部分发生相对移动或切变。 7、就金属的塑性变形能力来说，滑移方向的作用大于滑移面的作用。 8、滑移面对温度具有敏感性。 9、设拉力P 引起的拉伸力为σ，则在此滑移方向上的切应力分量为τ=σcos Φcos λ,令u=cos Φcos λ，若Φ=λ=45o，则u=u ax m =0.5 τ=τmax =σ/2 10、位错增值：由于晶体产生一个滑移带的位移量

需要上千个位错的移动，且当位错移至晶体表面产生一个原子间距的位移后，位错便消失，这样，为使塑性变形能不断进行，就必须有大量的位错出现，这就是在位错理论中所说的位错的增值。11、晶体中的滑移过程，实质就是位错的移动和增值过程，加工硬化的原因就是位错增值。 12、孪生：是晶体在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定的晶面（孪生面）和一定的晶向（孪生方向）发生均匀切变。 13、晶间变形：晶间变形的主要方式是晶粒之间相互滑动和转动。…………晶间变形小，主要是因为晶间变形强度低。 14、塑性变形的特点：（1）各晶粒变形的不同时性（2）各晶粒变形的相互协调性（3）晶粒与晶粒之间和晶粒内部与晶界附近区域之间变形的不均匀性。 (屈服强度)越大，δ越大，金属A晶粒越细，σ B 的塑性也越好。 15、冷塑性变形对金属组织和性能的影响：（一）组织的变化：1、晶粒形状的变化；2、晶粒内产生亚结构；3、晶粒位向改变；4、晶粒内部出现滑移带和孪生带。（二）性能的变化：金属的力学性能

金属材料力学性能

金属材料力学性能文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）

常见的金属材料力学性能一. 金属材料相关概念 任何机械零件或工具，在使用过程中，往往要受到各种形式的外力作用。这就要求金属材料必须具有一种承受机械载荷而不超过许可变形或不被破坏的能力；这种能力就是金属材料的力学性能。诸如金属材料的强度、刚度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料在外力下表现出来的力学性能的指标。 强度 强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。一般用单位面积所承受的作用力表示，符号为σ，单位为MPa。 工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。屈服强度是指金属材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力，或开始出现塑性变形时的最低应力值，用σs表示。抗拉强度是指金属材料在拉力作用下，被拉断前所承受的最大应力值，用σb表示。 对于大多数机械零件，工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是零件强度设计的依据；对于因断裂而失效的零件，则用抗拉强度作为其设计的依据。 刚度 刚度是指金属材料在外力载荷作用下抵抗弹性变形的能力。对于机械零件要求较高的尺寸稳定性时，需要考虑刚度指标。 硬度 硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力。 几种常用金属材料力学性能一览表

注：1.上表中材料的强度数值仅供参考，在不同的热处理工艺及环境下其对应的强度值不同。 二.材料的失效与许用应力 通常将材料的强度极限与屈服极限统称为材料的极限应力，用σu 表示。对于脆性材料强度极限为其唯一强度指标；对于塑性材料，其屈服应力小于强度极限，通常以屈服应力作为极限应力。 为了机械零件使用的安全性，对于机械构件要有足够的强度储备。因此，实际是使用的最大应力值必须小于材料的极限应力。最大使用应力称为许用应力，用[σ]表示。许用应力与极限应力的关系如下： [σ]=σσ σ， σu ={σσσσ 式中，n 为大于1的因数，称为安全因数。对于塑性材料n 为，σu=σs ；对于脆性材料n 为，σu=σb 。 强度条件 σmax=（σ σ）max ≤[σ] 式中，F ，机械零件所承受的最大载荷作用力，单位N ； A ，承受载荷作用的面积，单位mm2； [σ]，材料的许用应力，单位MPa ；

耐热金属材料发

耐热金属材料发

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3 耐热金属材料的发展 耐热金属材料是在高温下使用的金属材料。一般来说，加工硬化的金属被加热到某一温度以上，变形的晶格产生变化，发生再结晶，这个温度就是再结晶温度。金属的再结晶温度约为金属熔点温度的1/2（绝对温度）。耐热金属材料主成分金属的熔点和再结晶温度见表1。 金属材料承担保证结构件强度的作用，一般采用为提高强度添加合金元素的合金金属材料。合金金属材料的温度达到纯金属再结晶温度时不立即发生软化，例如，Ni 基超合金在大大超过纯金属Ni 再结晶温度（如在1000℃左右）的 条件下，可以连续使用数万小时。 1 耐热金属材料的特性要求 对耐热金属材料要求的特性是多种多样的，见表2。对不同用途的耐热金属材料所要求的特性是不同的，其中必须具备的特性是高温抗氧化性、耐蚀性、足够的强度以及加工性和低成本。广泛使用的高温金属材料是以Fe 、Ni 、Co 为主成分的合金。 1.1 抗氧化性和耐蚀性的耐热涂层 除了高温大气环境，还有多种高温环境下的氧化和腐蚀问题。这些氧化和腐蚀不仅是材料的表面现象，而且会深入到材料内部，特别是会发生沿晶界的晶界侵蚀现象。Fe 、Ni 、Co 在纯金属状态下，不具有足够的抗高温氧化性和高温耐蚀性。为满足不同的使用要求进行了大量的研究。 火力发电用钢的使用期限要求是10 万小时或10 年，按照这个 表1 耐热金属材料主成分金属的熔点和再结晶温度 金属 Mg Al Cu Ni Co Fe Ti Nb Mo W 熔点，℃ 650 660 1085 1455 1495 1583 1670 2469 2623 3422 再结晶温度，℃ 189 194 406 591 611 633 699 1098 1175 1575 表2 对耐热金属材料要求的特性 物理性能 熔点、密度、热传导率、热膨胀系数、扩散速度等 化学性能 在含有高温空气、水蒸气CO 、CO2、H2S 等的各种燃烧废气、熔融盐及其他环境下具有抗氧化性、耐蚀性和氧化层密着性等。 力学性能 高温下的强度、延性、韧性，蠕变强度、疲劳强度、、抗热疲劳性、抗热震性、在高温下长 期使用的稳定性等。 加工制造性 能够进行熔炼、铸造、锻造、轧制、焊接、烧结，制造成所要求的形状尺寸的部件。 经济性 原料费、加工费低廉，制造的工艺低成本化。

金属材料的塑性成形

第3章金属材料的塑性成形 概述 3.1金属塑性成形基础 3.2 常用的塑性成形方法 3.3 少、无切削的塑性成形方法3.4 常用的塑性成形金属材料

概述 金属塑性成形是利用金属材料所具有的塑性， 在外力作用下通过塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法。由于外力多数情况下是以压力的形式出现的，因此也称为金属压力加工。 塑性成形的产品主要有原材料、毛坯和零件三大类。 金属塑性成形的基本生产方式有：轧制、拉拔、挤压、自由锻、模锻、板料冲压等。

塑性成形的特点及应用： （1）消除缺陷，改善组织，提高力学性能。 （2）材料的利用率高。 （3）较高的生产率。如利用多工位冷镦工艺加工内角螺钉，比用棒料切削加工工效提高约400倍。 （4）零件精度较高。应用先进的技术和设备，可实现少切削或无切削加工。如精密锻造的伞齿轮可不经切削加工直接使用。 但该方法不能加工脆性材料和形状特别复杂或体积特别大的零件或毛坯。 塑性成形加工在机械制造、军工、航空、轻工、家用电器等行业得到了广泛应用。例如，飞机上的塑性成形零件约占85%；汽车、拖拉机上的锻件占60%～80%。

3.1 金属塑性成形基础 3.1.1 单晶体和多晶体的塑性变形3.1.2 金属的塑性变形 3.1.3 塑性成形金属在加热时组织和 性能的变化 3.1.4 金属的塑性成形工艺基础

3.1.1单晶体和多晶体的塑性变形1.单晶体的塑性 变形 金属塑性变形最常 见的方式是滑移。 滑移是晶体在 切应力的作用下， 一部分沿一定的晶 面（亦称滑移面） 和晶向（也称滑移 方向）相对于另一 部分产生滑动。 晶体滑移变形示意图

金属材料强度

金属材料强度：强度就是指材料在外力作用下抵抗变形与破坏得能力.主要指标可分为抗拉（最基本强度指标）、抗压、抗弯、抗扭与抗剪强度. 塑性:材料在外力（静载）作用下产生永久变形而不被破坏得能力.主要指标为伸长率与断面收缩率。 硬度：材料抵抗更硬物体压入得能力.常用指标为布氏硬度、洛氏硬度与维氏硬度. 下列硬度指标就是否正确? HBＳ210-240 180－21０ＨRＣHRC29—25 450－４８０HBＳ钢得热处理：钢固态下,采用适当方法进行加热、保温与冷却，以改变钢得内部组织与结构，从而获得所需性能得一种工艺方法。 预先热处理:为消除坯料或半成品得某些缺陷或为后续得切削加工与最终热处理做组织准备得热处理。(退火、正火） 最终热处理：为使工件获得所要求得使用性能得热处理。 退火与正火得区别与选用：与退火相比、正火得冷却速度稍快，过冷度较大。 选用：１切削加工性考虑。作为预先热处理,低碳钢退火优于正火,而高碳钢正火后硬度太高,必须采用退火. ２使用性能上考虑.对于亚共析钢，正火处理比退火处理具有更好得力学性能。如果零件得性能要求不就是很高，则可用正火作为最终热处理。对于一些大型、重型零件,当淬火有开裂危险时，则采用正火作为最终热处理；但当零件得形状复杂，正火冷却速度较快开裂危险时,则采用退火为宜。 3 经济上考虑。正火比退火得生产周期短、耗料少、成本低、效率高、操作简便,因此在可能得条件下应采用正火。 钢淬火后为什么一定要回火,说明回火得种类及主要应用范围. 钢件经淬火后,虽然具有很高得硬度与强度，但脆性大,并且具有较大得淬火应力，因此在退火后，必须配以适当得回火. 种类及范围：高温回火:用于重要零件如轴、齿轮等。 中温回火:用于各种弹性元件及热锻模。 低温回火：用于各种工、模具钢及要求硬而耐磨得工件。 调制及特点：淬火后，加热到500-６50度,保温后在空气中冷却。获得良好得综合力学性能，在保持高强度得同时，具有良好得塑、韧性，硬度为200—33０HBS。

金属材料的塑性

塑性是指金属材料在载荷外力的作用下，产生永久变形（塑性变形）而不被破坏的能力。金属材料在受到拉伸时，长度和横截面积都要发生变化，因此，金属的塑性可以用长度的伸长（延伸率）和断面的收缩（断面收缩率）两个指标来衡量。 金属材料的延伸率和断面收缩率愈大，表示该材料的塑性愈好，即材料能承受较大的塑性变形而不破坏。一般把延伸率大于百分之五的金属材料称为塑性材料（如低碳钢等），而把延伸率小于百分之五的金属材料称为脆性材料（如灰口铸铁等）。塑性好的材料，它能在较大的宏观范围内产生塑性变形，并在塑性变形的同时使金属材料因塑性变形而强化，从而提高材料的强度，保证了零件的安全使用。此外，塑性好的材料可以顺利地进行某些成型工艺加工，如冲压、冷弯、冷拔、校直等。因此，选择金属材料作机械零件时，必须满足一定的塑性指标。字串2 编辑本段 金属材料的硬度 硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 1.布氏硬度（HB） 以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。 2.洛氏硬度（HR） 当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的甓壤幢硎荆?HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。 HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。 HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。 3 维氏硬度（HV） 以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值(HV)。

金属材料强度

金属材料强度：强度是指材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。主要指标可分为抗拉（最基本强度指标）、抗压、抗弯、抗扭和抗剪强度。 塑性：材料在外力（静载）作用下产生永久变形而不被破坏的能力。主要指标为伸长率和断面收缩率。 硬度：材料抵抗更硬物体压入的能力。常用指标为布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 下列硬度指标是否正确？ HBS210-240 180-210HRC HRC29-25 450-480HBS 钢的热处理：钢固态下，采用适当方法进行加热、保温和冷却，以改变钢的内部组织和结构，从而获得所需性能的一种工艺方法。 预先热处理：为消除坯料或半成品的某些缺陷或为后续的切削加工和最终热处理做组织准备的热处理。（退火、正火） 最终热处理：为使工件获得所要求的使用性能的热处理。 退火与正火的区别与选用：与退火相比、正火的冷却速度稍快，过冷度较大。选用：1切削加工性考虑。作为预先热处理，低碳钢退火优于正火，而高碳钢正火后硬度太高，必须采用退火。 2使用性能上考虑。对于亚共析钢，正火处理比退火处理具有更好的力学性能。如果零件的性能要求不是很高，则可用正火作为最终热处理。对于一些大型、重型零件，当淬火有开裂危险时，则采用正火作为最终热处理；但当零件的形状复杂，正火冷却速度较快开裂危险时，则采用退火为宜。 3 经济上考虑。正火比退火的生产周期短、耗料少、成本低、效率高、操作简便，因此在可能的条件下应采用正火。 钢淬火后为什么一定要回火，说明回火的种类及主要应用范围。 钢件经淬火后，虽然具有很高的硬度和强度，但脆性大，并且具有较大的淬火应力，因此在退火后，必须配以适当的回火。 种类及范围：高温回火：用于重要零件如轴、齿轮等。 中温回火：用于各种弹性元件及热锻模。 低温回火：用于各种工、模具钢及要求硬而耐磨的工件。

金属塑性成型原理

第一章 1.什么是金属的塑性？什么是塑性成形？塑性成形有何特点？ 塑性----在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力； 塑性变形----当作用在物体上的外力取消后，物体的变形不能完全恢复而产生的残余变形；塑性成形----金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能 的加工方法，也称塑性加工或压力加工； 塑性成形的特点：①组织、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生产效率高 2.试述塑性成形的一般分类。 Ⅰ.按成型特点可分为块料成形(也称体积成形)和板料成型两大类 1）块料成型是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。可分为一次成型和二次加工。一次加工： ①轧制----是将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定空间使其产生塑性变形，以获得一定截面形状材料的塑性成形方法。分纵轧、横轧、斜轧；用于生产型材、板材和管材。 ②挤压----是在大截面坯料的后端施加一定的压力，将金属坯料通过一定形状和尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得符合模孔截面形状的小截面坯料或零件的塑性成形方法。分正挤压、反挤压和复合挤压；适于(低塑性的)型材、管材和零件。 ③拉拔----是在金属坯料的前端施加一定的拉力，将金属坯料通过一定形状、尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。生产棒材、管材和线材。 二次加工： ①自由锻----是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属锭料或坯料锻成所需的形 状和尺寸的加工方法。精度低，生产率不高，用于单件小批量或大锻件。 ②模锻----是将金属坯料放在与成平形状、尺寸相同的模腔中使其产生塑性变形，从 而获得与模腔形状、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。分开式模锻和闭式模锻。 2）板料成型一般称为冲压。分为分离工序和成形工序。 分离工序：用于使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序； 成型工序：用来使坯料在不破坏的条件下发生塑性变形，成为具有要求形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深等工序。 Ⅱ.按成型时工件的温度可分为热成形、冷成形和温成形。 第二章 3.试分析多晶体塑性变形的特点。 1）各晶粒变形的不同时性。不同时性是由多晶体的各个晶粒位向不同引起的。 2）各晶粒变形的相互协调性。晶粒之间的连续性决定，还要求每个晶粒进行多系滑移；每个晶粒至少要求有5个独立的滑移系启动才能保证。 3）晶粒与晶粒之间和晶粒部与晶界附近区域之间的变形的不均匀性。 Add： 4）滑移的传递，必须激发相邻晶粒的位错源。 5）多晶体的变形抗力比单晶体大，变形更不均匀。 6）塑性变形时，导致一些物理，化学性能的变化。 7）时间性。hcp系的多晶体金属与单晶体比较，前者具有明显的晶界阻滞效应和极高的加工硬化率，而在立方晶系金属中，多晶和单晶试样的应力—应变曲线就没有那么大的差别。 4.试分析晶粒大小对金属塑性和变形抗力的影响。

GLEEBLE实验1-高温强度.

GLEEBLE实验 实验一金属材料高温强度的测定 一．实验目的 (1)了解典型金属材料的高温强度与塑性及其随温度的变化规律。 (2)掌握用材料加工物理模拟设备即动态热-力学模拟试验机Gleeble3500测定材料抗拉强度、屈服强度和塑性的原理。 (3)掌握Gleeble 3500试验机的简单操作与编程．并了解其一般应用。 (4)测定不同钢种如20、45、40Cr和1Crl8Ni9不锈钢的拉伸强度及其塑性随温度的变化并进行比较；测定并分析变形速度对强度的影响规律。 二．概述 材料的力学性能在科学研究和工程应用中具有非常重要的作用。例如，数值模拟研究必须以力学性能为依据；负载结构的设计和材料热加工工艺方案(如焊接、锻压、热处理、表面改性等工艺)的制定必须以力学性能为基础等等。温度对材料的力学性能功能影响很大。高温强度和塑性是材料高温使用和热加工时需要考虑的重要力学性能指标，了解其测试方法及其随温度的变化规律，是对高温结构材料进行科学研究和应用的基础。本次实验主要研究金属材料高温短时拉伸的力学性能。

金属材料如钢材的强度和塑性由基体组织类型(如马氏体M，铁素体F，珠光体P，贝氏体B，奥氏体A)、晶粒大小、基体强化类型(固溶强化和弥散强化)，以及与此有关的加工变形程度、热处理条件等决定，因此，不同类型的金属及其合金的强度和韧性及其随温度变化的规律存在明显区别，一般来讲，材料按高温强度由低到高的排列顺序为：碳素钢，低合金钢，高合金钢，不锈钢，镍基高温合金。 金属力学性能指标一般按金属材料室温拉伸试验方法(GB/T228-2002)和金属材料室温拉伸试验方法(GB/T4338-1995)进行测试。测试数据全面，但较繁琐。本实验用动态热-力学模拟试验机Gleeble快速测定金属材料的高温强度。 动态热-力学模拟试验机Gleeble3500测定材料高温性能的原理如下：用主机中的变压器对被测定试样通电流，通过试样本身的电阻热加热试样，使其按设定的加热速度加热到测试温度。保温一定时间后，通过主机中的液压系统按一定的加载速率给试样施加载荷使其变形，直至试样断裂。由于试样两端由通水的冷却块夹持，冷却快，所以整个试样在加热和保温过程中存在一定的温度梯度，中间段温度高，但当试样足够长（90~120mm）时，热电偶检测的中间部位约有8～18mm）长度的均温区，这样就能保证试样断裂发生在试样的中间部位，且测试所有强度能与检测温度对应。断面收缩率可以通过测定室温时的断面面积，并与原始截面面积进行比较而获得。 在材料种类和热处理状态一定的情况下，高温强度除受温度影响外，还与加载速度有直接关系。一般情况下，加载速率即变形速度越快，强度越高。动态热-力学模拟试验机Gleeble3500的简介见附件。

金属材料力学性能

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常见的金属材料力学性能 一. 金属材料相关概念 任何机械零件或工具，在使用过程中，往往要受到各种形式的外力作用。这就要求金属材料必须具有一种承受机械载荷而不超过许可变形或不被破坏的能力；这种能力就是金属材料的力学性能。诸如金属材料的强度、刚度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料在外力下表现出来的力学性能的指标。 强度 强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。一般用单位面 积所承受的作用力表示，符号为σ，单位为MPa。 工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。屈服强度是指金属材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力，或开始出现塑性变形时的最低应力值，用σs表示。抗拉强度是指金属材料在拉力作用下，被拉断前所承受的最大应力值，用σb表示。 对于大多数机械零件，工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是零件强度设计的依据；对于因断裂而失效的零件，则用抗拉强度作为其设计的依据。 刚度 刚度是指金属材料在外力载荷作用下抵抗弹性变形的能力。对于机械零件要求较高的尺寸稳定性时，需要考虑刚度指标。 硬度 硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力。

几种常用金属材料力学性能一览表 注：1.上表中材料的强度数值仅供参考，在不同的热处理工艺及环境下其对应的强度值不同。 二.材料的失效与许用应力 通常将材料的强度极限与屈服极限统称为材料的极限应力，用σu 表示。对于脆性材料强度极限为其唯一强度指标；对于塑性材料，其屈服应力小于强度极限，通常以屈服应力作为极限应力。 为了机械零件使用的安全性，对于机械构件要有足够的强度储备。因此，实际是使用的最大应力值必须小于材料的极限应力。最大使用应力称为许用应力，用[σ]表示。许用应力与极限应力的关系如下： [σ]=σu n ， σu ={σs σb 式中，n 为大于1的因数，称为安全因数。对于塑性材料n 为，σu=σs ；对于脆性材料n 为，σu=σb 。 强度条件 σmax =（F A ）max ≤[σ] 式中，F ，机械零件所承受的最大载荷作用力，单位N ；

金属材料屈服强度的影响因素.

金属材料屈服强度及其影响因素 屈服强度是指材材料开始产生宏观塑性变形时的应力。对于屈服现象明显的材料，屈服强度就屈服点的应力—屈服值；对于屈服现象不明显的材料，通常将应力-应变曲线上以规定发生一定的残留变形为标准，如通常以0.2%残留变形的应力作为屈服强度，符号为σ0.2或σys。 屈服强度通常用作固体材料力学机械性质的评价指标，是材料的实际使用极限。 影响屈服强度的因素 影响屈服强度的内在因素有： 1.金属本性及晶格类型——纯金属单晶体的屈服强度由位错运动时所受的阻力决定。这些阻力有晶格阻力和位错间交互作用产生的阻力之分。其中晶格力与位错宽度和柏氏矢量有关，而两者又与晶体结构有关。位错间交互产生的阻力包括平行位错间交互产生的阻力和运动位错与林位错交互产生的阻力。用公式表示：T=αGb/L,式中α为比例系数，又因为密度ρ与1/L2成正比，因此，T=αGb ρ1/2，由此可见，密度增加，屈服强度也随之增加。 2.晶粒大小和亚结构——晶粒大小的影响是晶界影响的反映，减小晶粒尺寸将增加位错运动障碍的数目，减小晶粒内位错塞积群的长度，将使屈服强度提高。许多金属与合金的屈服强度与晶粒大小的关系均符合霍尔佩奇公式σ s =σ j +k y d-1/2,式中，σ j 是位错在基体金属中运动的总阻力，亦称摩擦阻力，它决定于 晶体结构和位错密度；k y 是度量晶界对强化贡献大小的钉扎常数，或表示滑移带端部的应力集中系数；d为晶粒平均尺寸。亚晶界的作用和晶界类似，也阻碍位错的运动。 3.溶质元素——纯金属中融入溶质原子形成间隙型或置换型固溶合金将会显著提高屈服强度，此即为固溶强化。这主要是由于溶质原子和溶剂原子直径不同，在溶质周围形成了晶格畸变应力场，该应力场产生交互作用，使位错运动受阻，从而提高屈服强度。 4.第二相——工程上的金属材料，其显微组织一般是多相的。第二相对屈服强度的影响与质点本身在金属材料屈服变形过程中能否变形有很大关系。据此可将第二相质点分为不可变形和可变形的两类。 根据位错理论，位错线只能绕过不可变形的第二相质点，为此，必须克服弯曲位错的线张力。不可变形第二相质点的金属材料，其屈服强度与流变应力就决定于第二相质点之间的间距。对于可变形的第二相质点，位错可以切过，使之同基体一起变形，由此也能提高屈服强度。 第二相的强化效果还与其尺寸、形状、数量和分布以及第二相与基体的强度、塑性相应硬化特性、两相间的晶体学配合和界面能等因素有关。在第二相体积比相同的情况下，长形质点显著影响位错运动，因而具有此种组织的金属材料，其屈服强度就比球状的高。 综上所述，表征金属微量塑性变形抗力的屈服强度是一个对成分、组织极其敏感的力学性能指标，受许多内在因素的影响，改变合金成分或热处理工艺可使屈服强度产生明显变化。

材料的高温蠕变

材料的高温蠕变 摘要：从蠕变的定义，金属材料在高温下蠕变的形成机理，相关的理论解释和材料蠕变的因素等几个方面阐述了材料的高温蠕变现象。其中也对多晶A12 O3陶瓷以及镁质耐火材料提高抗蠕变性能给予介绍，解释。 关键词：高温蠕变；蠕变机理；多晶A12 O 3陶瓷；抗蠕变性能 1引言 材料具有许多的性能，有的性能在材料的使用时是有利的，但有的性能在材料的使用时是不利的。由于蠕变的产生我们就不能笼统的说材料在高温下的性质是如何的，材料在高温条件下的性能与在常温下的性能不同，在高温下材料发生蠕变，因此，材料的高温蠕变使得材料在高温条件下使用时性能变差，影响了材料在高温条件下的使用。如果能提高材料在高温条件下的抗蠕变性能，能够改善材料在高温条件下使用的品质，使得材料的使用寿命延长，可以节省材料，避免浪费。高温蠕变理论是在对多种金属所做的完整的蠕变实验的基础上建立起来的，因此介绍材料的蠕变机理也是根据金属的蠕变机理来进行解释的。 我们是这样定义材料蠕变这个现象的，材料在高温下长时间承受恒温、恒载荷作用，缓慢产生塑性变形的现象。所以，蠕变是在恒定压力作用下，随着时间的延长而材料持续形变的过程。在高温条件下，材料都有着与常温下不同的蠕变行为。借助于高温作用和外力作用，材料的形变障碍得到克服，内部质点发生迁移，晶界相对移动，于是蠕变现象产生了。 2.1 蠕变阶段 材料的高温蠕变分为几个阶段，几个区域有着不同的变化。 图1 图1表示在三个不同的恒定应力作用下，材料的应变ε随时 间t变化的典型蠕变曲线。曲线的终端表示材料发生断裂。t=0时的应变表示加载结束时的即时应变，它包括弹性应变和塑性应变。蠕变曲线可分为三个阶段，

第二章 金属材料力学性能基本知识及钢材的脆化

金属材料力学性能基本知识 及钢材的脆化 金属材料是现代工业、农业、国防以及科学技术各个领域应用最广泛的工程材料，这不仅是由于其来源丰富，生产工艺简单、成熟，而且还因为它具有优良的性能。 通常所指的金属材料性能包括以下两个方面： 1．使用性能即为了保证机械零件、设备、结构件等能正常工作，材料所应具备的性能，主要有力学性能(强度、硬度、刚度、塑性、韧性等)，物理性能(密度、熔点、导热性、热膨胀性等)，化学性能(耐蚀性、热稳定性等)。使用性能决定了材料的应用范围，使用安全可靠性和使用寿命。 2 工艺性能即材料在被制成机械零件、设备、结构件的过程中适应各种冷、热加工的性能，例如锻造，焊接，热处理，压力加工，切削加工等方面的性能。工艺性能对制造成本、生成效率、产品质量有重要影响。 1．1材料力学基本知识 金属材料在加工和使用过程中都要承受不同形式外力的作用，当外力达到或超过某一限度时，材料就会发生变形以至断裂。材料在外力作用下所表现的一些性能称为材料的力学性能。锅炉压力容器材料的力学性能指标主要有强度、硬度、塑性、韧性等这些性能指标可以通过力学性能试验测定。 1．1．1 强度 金属的强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。材料强度指标可以通过拉伸试验测出。把一定尺寸和形状的金属试样(图1～2)装夹在试验机上，然后对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止。根据试样在拉伸过程中承受的载荷和产生的变形量之间的关系，可绘出该金属的拉伸曲线(图1—3)。在拉伸曲线上可以得到该材料强度性能的一些数据。图1—3所示的曲线，其纵坐标是载荷P(也可换算为应力d)，横坐标是伸长量AL(也可换算为应变e)。所以曲线称为P—AL曲线或一一s曲线。图中曲线A是低碳钢的拉伸曲线，分析曲线A，可以将拉伸过程分为四个阶段：

金属材料弹塑性参数测定(E、U、G等)

实验名称：金属材料弹塑性参数测定(E、U、G等） 传感器是一种测量装置，用来把有关的物理量转变成具有确定对应关系的电量输出，以满足对于信息的记录、显示、传输、存储、处理以及控制的要求。传感器是实现自动测量与控制的第一个环节，在生产实践和科学研究的各个领域中发挥着十分重要的作用。本实验要进行分析、设计、制作电阻应变式传感器，并利用电桥作为基本的测量电路，利用静态电阻应变仪作为放大与输出仪器。标定制作好的电阻应变式传感器。 一、实验目的 1．学习并掌握电阻应变式传感器的结构、原理和设计方法。 2．理解并掌握电阻应变式传感器的标定方法，建立标定的概念，学会相关仪器的使用方法。 3．复习掌握电阻应变片的筛选、粘贴、焊接、检验等操作方法。 4.测定材料的弹性模量E和泊松比u 二、实验设备与仪器等 1．静态电阻应变仪。 2．标定器、计算器、数字式万用表、游标卡尺、电烙铁、剥线钳等。 3．弹性元件等传感器母体。 4．电阻应变片、接线端子、导线、502胶、丙酮、焊锡、砂纸等。 5. 金属筒（R=48mm，r=40mm） 三．原理与方法 电阻应变测量法是实验应力分析中应用最广的一种方法。电阻应变测量方法测出的是构件上某一点处的应变，还需通过换算才能得到应力。根据不同的应力状态确定应变片贴片方位，有不同的换算公式。 测量电桥的基本特性和温度补偿 构件表面的应变测量主要是使用应变电测法，即将电阻应变片粘贴在构件表面，由电阻应变片将构件应变转换成电阻应变片的电阻变化，而应变片所产生的电阻变化是很微小的，通常用惠斯顿电桥方法来测量，惠斯顿电桥是由应变片作为桥臂而组成的桥路，作用是将应变片的电阻变化转化为电压或电流信号，从而得到构件表面的应变。在测量时，将应变片粘贴在各种弹性元件上，组成电桥，并利用电桥的特性提高读数应变的数值，或从复杂的受力构件中测出某一内力分量(如轴力、弯矩等)。利用电桥的基本特性正确地组成测量电桥。 测量电桥的基本特性 A B C D R1R 2 R4R3 U BD U

新型金属材料

新型金属材料 1、金属材料的结构与一般特性 用于土木、建筑工程的金属材料主要有：①建筑钢材的使用量最大，其产品形式有型材、板材、管材和线材； ②不锈钢主要用于厨房设备、卫生洁具和建筑装饰； ③铝及铝合金质量轻，耐腐蚀性强，装饰性能好，主要用于门窗、室内外装修、装饰； ④幕墙材料和金属器具； ⑤铜的价格较贵，只限于建筑五金、门窗和家具的装饰或金属器件，用量很少。 （1）金属材料的结构 在结晶粒子的内部，金属原子按照一定的规律在三维方向上呈规则排列，其排列规律可以用空间格子来描述，叫做晶格。 熔点：1535℃，呈液态；

1535-1390℃：体心立方晶格，称为δ-Fe； 1390-910℃：面心立方晶格，称为γ-Fe，伴随着体积收缩； ＜910℃：体心立方晶格，称为α-Fe，伴随着体积膨胀。 同一种类的金属在不同的温度下其晶格排列方式可能不同，这种现象叫做金属的同素异构体。利用金属在不同温度下的同素异构性，可对金属进行热加工处理，以获得不同性质的金属材料。 绝大多数晶体都是10-100μm的晶粒组成的多晶体，晶粒之间的界面叫做晶界面。特殊热处理后可变小。晶粒越细小，晶界的面积越大，材料受力时的韧性、变形均匀性和抵抗破坏的性能越好，合金化也是一个途径。

按添加元素的位置分为： ①侵入型固溶体； ②置换型固溶体； ③析出物。 晶体的有序排列遭到破坏，晶格缺陷的形式有点缺陷、线缺陷和面缺陷等。将间隙原子或置换原子地加入到金属材料结构中，就形成了材料固溶强化；位错的存在降低金属材料的强度，降低2-3个数量级，同时提高金属的塑性变形性能；晶界面越多，金属的强度越高、性能均匀性越好。 （2）建筑钢材的成分及其对性能的影响 ①钢材的主要化学成分是铁元素和碳元素，其中碳元素的含量在0.02％－2.0％的范围； ②如果碳含量大于2.0％则称为生铁，生铁坚硬，但呈脆性，不能承受冲击荷载的作用③钢材根据含碳量的多少分为低碳钢、中碳

常用金属材料的力学性能一览表

常用金属材料的力学性能 金属材料的力学性能 任何机械零件或工具，在使用过程中，往往妾受到各种形式外力的作托。如起重机上的钢索，受到悬吊物拉力的作用：柴油机上的连杆，在传递动力时.不仅受到拉力的作用，而且还受到冲击力的作用；轴类零件燮受到弯矩、扭力的作用等尊。这就要求金属材料必须具有一种弟受机械荷而不超过许可变形或不破坏的能力* 这种能力就是材料的力学性能。金属表现来的诸如弹性、强度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料材料在夕卜力作坤下表现出力学性能的指标。 111 强度 强度是扌旨金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。逼度扌旨标一般用单位面积所承受的载荷即力表示，符号为6 单位为 MP 弘 工程中常用的强度指标有屈服逼度和扰拉强度。屈服逼度是指金属材料在外力作用下* 产生屈服现象时的应力，或开始岀现塑性变形吋的最低应力值，用％表示?抗竝强度是指金厲材料在拉力的作用下，被拉断前所能承受的最大应力值，用巧表示。 对于大多数机械零件.工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是事件逼度设计的依据！对于因断裂而失效的零件，而用抗拉强度作为其逼度设计的依据。 1.1 2 塑性 塑性是扌旨金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。 工程中常用的塑性揭标有诩长率和断面收缩率。伸长率指试样拉断后的伸长量与原来长度之比的百分率，用符号豪示*断面收縮率指试样拉断后，断面縮小的面积与原来截面积之比，用甲表示。 伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好；反之塑性越差，良好的塑性是金属材料进行压力加工的必要条件，也是保证机械零件工作安全，不发生突然脆断的必要条件。 113 硬度 硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力? 硬度的测试方法很多，生产中常埔的硬度测试方法有布氏硬度测试法和洛氏碳度试验方法两神° C- ）布氏硬度试验法 布氏硬度试验法是用一直径为 D 的淬火钢球或硬质合金球作为压头，在载荷 0 的作用下压入被测试金厲表面，保持一定时间后卸载，测量金属表面形成的压痕直径乩以压痕的单位面积所承受的平均压力作为被测全属的布氏硬度值。 布氏硬度指标有 HBS 和 HBW, 前者所用压头为淬火钢球，适坤于布氏硬度值低于仍 0 的金属材料，如艮火钢、正火钢、调质钢及铸铁、有包金厲等；后者压头为硬质合金，适用于布氏硬度值为 450^650 的金属材料，如悴火钢等。 布氏硬度测试法，因压痕较尢故不宜测试成品件或薄片金属的硬度。

浅谈金属材料的塑性

浅谈金属材料的塑性 什么是金属材料的塑性? 塑性是材料在某种给定载荷下产生永久变形而不破坏的能力。对大多数的工程材料,当其应力低于弹性极限时, 产生的变形在外力去除后全部消除，材料恢复原状。这种情况下，应力的应变关系是线性的，表现为弹性行为。而应力超过弹性极限后，发生的变形包括弹性变形和塑性变形两部分，塑性变形不可逆。 而金属材料的塑性是指金属在载荷外力的作用下，产生塑性变形而不被破坏的能力。金属材料在受到拉伸时，长度和横截面积都要发生变化，因此，金属的塑性可以用延伸率（δ）和断面收缩率（ψ）两个指标来衡量。延伸率计算公式为δ=[(L1-L0)/L0]x100%；断面收缩率计算公式为ψ=[(F0-F1)/F0]x100%。金属材料在锻压、轧制、拔制等加工过程中，产生的弹性变形比塑性变形要小得多，通常忽略不计。这类利用塑性变形而使材料成形的加工方法，统称为塑性加工。金属材料的塑性有什么用? 在前面两个公式中不难看出δ与ψ值越大，金属材料的延伸率和断面收缩率愈大，则该材料的塑性愈好，即材料能承受较大的塑性变形而不破坏。一般把延伸率大于百分之五的金属材料称为塑性材料（如低碳钢等），而把延伸率小于百分之五的金属材料称为脆性材料（如灰口铸铁等）。同时起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定了金属材料硬度值，塑性变形抗力越高，材料的强度越高，硬度值也就越高。塑性好的材料，它能在较大的宏观范围内产生塑性变形，并在塑性变形的同时使金属材料因塑性变形而强化，从而提高材料的强度，保证了零件的安全使用。此外，塑性好的材料可以顺利地进行某些成型工艺加工，如冲压、冷弯、冷拔、校直等。因此，选择金属材料作机械零件时，必须满足一定的塑性指标。

金属塑性

1、什么是金属塑性？什么是塑性成型？塑性成型有何特点？ 塑性：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力称为塑性。利用金属在一定的外力作用下产生塑性变形，并获得具有一定形状、尺寸和机械性能的材料、毛坯或零件的加工方法，称为金属的塑性成形（也称压力加工）。塑性成型特点：1组织、性能好2材料利用率高3尺寸精度高4生产率高，易实现连续化、自动化、高速、大批量生产 不足：设备较庞大，相对能耗较高，成本较高2试述塑性成型的一般分类？ 一、板料成型：1、一次加工：1）轧制2）挤压3）拉拔2、二次加工：1）自由锻2)模锻二、块料成型：1、分离工序:1)冲裁2）落料2、成型工序：1）弯曲2）拉深三、按温度分：热成型、冷成型、温成型3、试简述滑移和孪生两种变形机理的主要区别？滑移与孪生的比较相同点：通过位错运动实现；两者都不改变晶体结构类型区别：1）晶体中的位向滑移：晶体中已滑移部分与未滑移部分的位向相同孪生：已孪生部分（孪晶）和未孪生部分(基体)的位向不同，两部分之间具有特定的位向关系（镜面对称）2）变形机制：滑移是全位错运动的结果；孪生是部分位错3）对塑性变形的贡献：总变形量大；孪生（小）4）变形应力：近似临界分切应力；高于临界分切应力5）变形条件：一般情况下，先发生滑移变形；滑移变形难以进行时，或晶体对称度很低、变形温度较低、加载速率较高，发生孪生变形4、试分析多晶体塑性变形的特点？（1）各晶粒变形的不同时性首先在位向有利、滑移系上切应力分量已优先达到临界值的晶粒内发生2）各晶粒变形的相互协调性晶粒的变形需要相互协调配合，才能保持晶粒之间的连续性，即变形不是孤立和任意的。（3）变形的不均匀性软位向的晶粒先变形，硬位向的晶粒后变形，其结果必然是各晶粒变形量的差异，这是由多晶体的结构特点所决定的。5、什么是加工硬化？加工硬化产生的原因？加工硬化对塑性加工有何利弊？1）加工硬化：塑性变形时，随着内部组织结构变化，金属金属强度、硬度增加，而塑性、韧性降低的现象。2）加工硬化是位错与交互作用有关，随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，位错反应和相互交割加剧，结果产生固定割阶、位错纠缠等障碍。以致形成细胞亚状结构，是位错难以越过这些障碍而被限制在一定的范围内运动。金属要继续变形，就要不断外力，才能克服强大的交互作用。3）有利的方面：1、是金属强化的重要途径2、对不能用热处理方法强化的材料，借助冷塑性变形来提高其力学性能。3、对改善板料成型性能有积极的意义。不利的一面：金属塑性下降、变形抗力升高、继续变形越来越困难；对高硬化速率的多道次成形，需增加中间退火来消除加工硬化，降低了生产效率、提高成本6、什么是动态再结晶？影响动态再结晶的因素有哪些？1）动态在结晶：是在热塑性变形过程发生的再结晶。2）影响因素：位错能的高低，晶界迁移的难易程度、应变速率、变形温度等有关。7、什么是动态回复？为什么说动态回复是热塑变形的主要软化机制？动态回复：在热塑性变形过程中发生的回复。原因: 层错能高，变形时扩展位错的宽度窄、集束容易，位错的交滑移和攀移容易进行，位错容易在滑移面间转移，而使异号位错互相抵消，结果使位错密度下降，畸变能降低，不足以达到动态再结晶所需的能量水平8、与常规塑性变形相比，超塑性变形具有哪些主要特征？1、大伸长率，高达百分之几千2、无缩颈，拉伸时变现均匀的截面缩小，断面收缩率甚至可接近100%3、低流动应力，仅（几个—几十个）N/mm，对应变速率非常敏感4、具有极好的流动性和充填性，加工复杂精确的零件。9、什么是细晶超塑性？什么是相变超塑性？细晶超塑性：一定恒温，应变速率和晶粒度都满足要求，呈现的超塑性相变超塑性：要求具有相变或同素异构转变，一定的外力下，金属或合金在相变温度附近反复加热和冷却，经过一定的循环次数后，获得很大的伸长率。10、超塑性变形的力学方程中的m的物理意义是什么？m值指的是应变速率敏感指数：反应材料抗局部收缩或产生均匀拉深变形的能力。 11、什么是塑性？什么是塑性指标？为什么说塑性指标只具有相对意义？1）塑性：是金属在外力作用下产生永久变形而不破坏其完整性的能力。2）塑性指标：金属在破坏前产生的