《材料强化》PPT课件

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1、材料强化第四章4.1概述力学性能是材料的基本性质。材料的强度是材料力学性能中最重要的一项。对于结构材料和功能材料来说，都是非常重要的。2材料物理Contents4.2力学实验与材料性能4.3加工硬化4.4固溶强化4.5弥散强化4.6固态相变强化3材料物理4.2.1拉伸试验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抗拉强度。拉伸试验测定的是材料抵抗静态或缓慢施加的负载的能力。4材料物理拉伸试验方法示意图5材料物理拉伸试验的实验数据拉伸试验所得到的实验数据是试样长度随着负载力的变化而产生的变化。为了便于不同尺寸材料的比较，通常将纵坐标（负载力）除以试样的横截面积A，将横

2、坐标（试样长度的变化）除以原始长度L0。这就是我们所说的应力-应变曲线。6材料物理应力-应变曲线(a)真实应力-应变曲线(b)工程应力-应变曲线7材料物理应力曲线工程应力-应变曲线A代表拉伸试验前试样的原始截面积。（颈缩出现后误差较大）真实应力-应变曲线A代表拉伸试验中试样某一阶段的截面积。颈缩：当应变的增加不再产生负载的增加时，即dP=0时，就要出现塑性失稳，或者说产生颈缩。8材料物理弹性形变，遵从Hooke定律，应变和应力成正比，比例常数称为弹性模量。9材料物理弹性形变材料未受外力时，原子处于平衡位置，原子间的斥力和引力相平衡，当外力不大时，只能克服部分原子间相互作用，使原子发

3、生相对位移而改变原子间距，产生弹性形变，外力去除后，恢复到平衡位置。弹性模量的物理本质是标志原子间结合力的大小，原子间结合力越大，其弹性模量越高。10材料物理弹性形变它们均表示材料变形的难易程度，即引起单位变形所需要的应力大小。11材料物理正应力杨氏模量切应力切变模量体积压缩应力体积模量12材料物理弹性极限σe应力超过弹性极限以后，材料将开始发生塑性形变。弹性极限13材料物理屈服现象：在试验过程中，外力不增加，试样仍能继续伸长，或外力增加到一定的数值突然下降，随后，在外力不增加或上下波动的情况下，试样继续伸长变形，这就是屈服现象。屈服现象屈服点呈现屈服现象的金属材料在拉伸时，试样在

4、外力不增加仍能继续伸长时的应力称为屈服点σs。试样发生屈服，上下波动的应力首次下降前的最大应力称为上屈服点，用σsu表示，屈服阶段中最小的应力称为下屈服点，用σsl表示。在屈服过程中产生的伸长称为屈服伸长。屈服伸长对应的水平线段或曲线称为屈服平台或屈服齿。14材料物理屈服强度通常，用应力表示的屈服点或下屈服点就用来表示材料对微量塑性变形的抵抗力，即屈服强度。为什么选下屈服点，而不是上屈服点？上屈服点波动性很大，对试验条件的变化很敏感，而在正常试验条件下，下屈服点的再现性较好。15材料物理屈服强度对金属来说，屈服强度时位错开始滑移所需要的应力。屈服现象的原因本来材料在下屈服点所对应的

5、应力下就能发生塑性形变，但是由于位错周围存在一些小的间隙杂质原子，阻碍了位错的滑移，使得屈服应力增加到上屈服点，一旦位错在上屈服点应力的作用下开始滑移，摆脱了杂质原子的阻碍之后，位错就可以在下屈服点的应力作用下继续滑移。16材料物理17材料物理屈服强度σs屈服强度许多金属材料在拉伸试验中看不到明显的屈服现象，通常用规定微量塑性伸长应力来表征材料对微量塑性变形的抗力。一般来说，我们规定产生0.2%的塑性伸长率所对应的应力称为屈服强度，用σ0.2表示。18材料物理抗拉强度抗拉强度抗拉强度是拉伸实验时试样拉断过程中最大负载力所对应的应力，即工程应力-应变曲线中的最大应力σb。19材料物理

6、颈缩现象硬化现象使材料的承载能力增大，可以补偿因试样截面积减小而引起的承载力的下降。当横截面积减小到一定程度时，硬化的速度就不足以弥补横截面积的影响，使得在一局部区域内，负载力不增加，应变也会逐渐增大，从而出现颈缩现象。进一步的形变就限于这一区域，直至断裂。断裂时的应力就称为断裂强度。不同材料的应力-应变曲线20材料物理4.2.2弯曲试验21材料物理3点弯曲加载示意图弯曲实验测得的是材料所能承受的最大弯曲应力（也称为断裂模量）。断裂模量22材料物理式中，M为最大弯矩。对于3点弯曲加载W为试样的抗弯截面系数。对于矩形试样其中，w为试样宽度，h为试样高度由上式得4.2.2弯曲试验23材

7、料物理部分材料的抗拉强度、抗压强度和弯曲强度24材料物理因为裂纹在受到压应力时会闭合起来，所以脆性材料的使用状态往往设计为压应力状态，而不是拉应力状态。一般来说，脆性材料在压应力状态下的抗压强度远远大于其抗拉强度。4.2.3硬度试验材料的硬度定义为材料对于贯穿其表面的硬物的抵抗能力。材料硬度可以很方便地表示材料形变的能力。25材料物理硬度试验示意图布氏硬度试验压头类型：直径10mm钢球压痕直径：2-6mmP—负载A—压痕的球帽表面积d—压痕直径D—压球直径优点：压痕面