《材料知识强化》word版

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1、材料知识强化-1机械性能回顾PEAC开头语为什么说材料选择与热处理知识的重要？1、《模具制造工》中级P67：模具失效的主要原因是模具选材及热处理不当。2、工业反馈：区别模具技术人才高下的关键之一是关于材料方面的知识多少。一、机械性能回顾1、强度强度是材料抵抗塑性变形和断裂的能力。（1）应力σ-应变ε（拉伸）曲线应力σ=力F/截面积A（MPa）应变ε=伸长δl/试样原始长度l0（2）弹性变形虎克定律（线性关系）：应变与应力成正比，是直线关系（直线部分）。线性弹性变形极限：直线开始弯曲的部位。弹性变形极限（已经偏离直线但是仍然是弹性变

2、形）：在应力撤销后能够完全恢复的变形都是弹性变形。即使是超过直线部分范围，只要没有塑性变形，这些变形都能在外力撤销后自动恢复，所以都是弹性变形。屈服点（屈服极限）：σy（有屈服现象的材料出现塑性变形的平台），这时，即使载荷不再增大，试样仍继续伸长，因而在拉伸曲线上出现一水平段，这种现象称为屈服或流动。σ0。2：没有屈服现象的材料，一般取达到0.2%应变时的应力σ0。2（3）塑性变形特点：变形是永久性的。滑移机理：下面是锌单晶体拉伸试验示意图。试样变细变长是靠很多小薄层之间的相对滑移来实现的。下面的图片是单晶体镉表面的滑移带，证明滑

3、移现象。下面是以晶格的方式说明滑移的形成。左边起，第一个图没有作用力；第二个图有剪切力，造成左部局部错位。第三个图在剪切力的作用下错位向右推进。第四个图错位完成一个原子距离的移动，上下相互滑移一个原子距离。滑移可以继续在不同平面上进行，使剪切力得到释放，回复到无应力状态。滑移方向：与拉伸方向成45度（应用力的分解，受拉应力的作用，在45度方向上出现最大剪切力）。强化（加工硬化）：屈服阶段结束后，拉伸曲线又呈上升状，即要使试样继续变形，就须增大载荷，这种现象称为材料的强化或者叫加工硬化（如果没有强化，应该在屈服极限出现平台，在此应力

4、下塑性变形不断增加直至断裂）。颈缩：应力到达强度极限后，试样的塑性变形开始集中于某一部位，该处的截面积逐渐缩小，这种现象称为颈缩。开始出现颈缩对应于曲线的最高点。随着颈部变细（截面积收缩），试样能承受的载荷也就不断下降，曲线下滑。最后被拉断。断后伸长率δ=（L-L0）/L0X100%断面收缩率ψ=（A0-A最小）/A0X100%大量塑性变形出现后，表面变得粗糙不平。这些不平都是由于滑移所造成的。下面是示意图。（4）断裂抗拉强度：σu断裂时的最大应力。加工硬化σ=Kεn（右图中虚线部分）如果考虑到试样的截面积随着拉伸而变小，那么在每

5、一个时刻的真实应力应该是拉力除以当时的横截面积。如虚线部分所示，真实的情况是一直强化到断裂。塑性断裂的过程如下图所示。材料内存在的杂质或硬相，由于刚性比较大，在变形时比基体的变形小，周围的基体变形更大，因此形成空穴。由于出现空洞，在此处塑性变形加剧，颈缩开始出现。随着空洞的出现和连接成片，所剩余的承载应力的材料截面急剧减少。随着承载应力的横截面减小，由于拉力并没有减少，应力（拉力除以横截面）渐渐增加。到一定程度时，应力超过抗拉强度，试样断裂。断裂的形貌是沿着45度角剪切开裂，凹陷的一端就像一个杯子（如图所示）。断面放大图（右图）：

6、a晶粒间剥离模式（脆性）b晶粒被剪开模式（脆性）c有塑性变形也有晶粒开裂的断裂模式（脆性向塑性转变）d大量塑性变形后断裂的模式（夹杂和硬相界面脱离）（塑性）下面是一个拉伸曲线与试样的变化对应关系总结：弹性区：应力与变形量基本呈线性关系。应力增加一倍，则伸长量也增加一倍。这正是弹簧秤的原理（虎克定律）。均匀塑性变形区：这时材料变形是均匀的。各个部位均匀地在伸长同时变细。直到最大应力（抗拉极限）。颈缩区：试样的某部位开始出现明显细于其余部位，就像出现一个颈一样。颈缩出现后，断裂很快就伴随发生。（5）塑料的特殊性玻璃化温度Tg(glas

7、stransitiontemperature)是高聚物由高弹态转变为玻璃态的温度。是高聚物的一种重要的工艺指标。在此温度以上，表现出弹性；在此温度以下，表现出脆性。如聚氯乙烯的玻璃化温度是80℃。3、硬度硬度：材料抵抗压头压入（塑性变形）的能力。H=F/A（1）布氏硬度D(mm)压头钢球直径d(mm)压痕直径P(N)载荷单位：N/mm2布氏硬度计（2）维氏硬度F(kg)载荷d(mm)压痕对角线长度(压头为金刚石四棱锥)单位：kg/mm2（3）洛氏硬度HR=C-h/0.002C常数H压痕深度（mm）（HRC比较常用，压头是金刚石圆锥

8、）洛氏硬度计4）各个硬度之间没有换算――粗略估算经验：当硬度在200-600HB时HRC≈0.1HB当硬度<400HB时HB≈HV4、疲劳：交变载荷最大应力σmax裂纹源（见下面的悬臂梁根部裂纹）裂纹扩展区（贝纹）（铜件的断口、如本页最下方的贝纹放