鎳鈷錳酸鋰化驗(yàn)中心-廣東分析檢測中心

  1、關(guān)于拉伸力-伸長曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線的問題

  低碳鋼的應(yīng)力－應(yīng)變曲線

  a、拉伸過程的變形：

  彈性變形，屈服變形，加工硬化（均勻塑性變形），不均勻集中塑性變形。

  b、相關(guān)公式：

  工程應(yīng)力 σ=F/A0 ；工程應(yīng)變ε=ΔL/L0；比例極限σP；彈性極限σε；

  屈服點(diǎn)σS；抗拉強(qiáng)度σb；斷裂強(qiáng)度σk。

  真應(yīng)變 e=ln（L/L0）=ln（1+ε） ；真應(yīng)力 s=σ（1+ε）= σ*eε 指數(shù)e為真應(yīng)變。

  c、相關(guān)理論：

  真應(yīng)變總是小于工程應(yīng)變，且變形量越大，二者差距越大；真應(yīng)力大于工程應(yīng)力。

  彈性變形階段，真應(yīng)力—真應(yīng)變曲線和應(yīng)力—應(yīng)變曲線基本吻合；塑性變形階段兩者出線顯著差異。

  2、關(guān)于彈性變形的問題

  a、相關(guān)概念

  彈性：表征材料彈性變形的能力

  剛度：表征材料彈性變形的抗力

  彈性模量：反映彈性變形應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系的常數(shù)， E=σ/ε ；工程上也稱剛度，表征材料對彈性變形的抗力。

  彈性比功：稱彈性比能或應(yīng)變比能，是材料在彈性變形過程中吸收變形功的能力，評價材料彈性的好壞。

  包申格效應(yīng)：金屬材料經(jīng)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形，再同向加載，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力增加；反向加載，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力降低的現(xiàn)象。

  滯彈性：（彈性后效）是指材料在快速加載或卸載后，隨時間的延長而產(chǎn)生的附加彈性應(yīng)變的性能。

  彈性滯后環(huán)：非理想彈性的情況下，由于應(yīng)力和應(yīng)變不同步，使加載線與卸載線不重合而形成一封閉回線。

  金屬材料在交變載荷作用下吸收不可逆變形功的能力，稱為金屬的循環(huán)韌性，也叫內(nèi)耗

  b、相關(guān)理論：

  彈性變形都是可逆的。

  理想彈性變形具有單值性、可逆性，瞬時性。但由于實(shí)際金屬為多晶體并存在各種缺陷，彈性變形時，并不是完整的。

  彈性變形本質(zhì)是構(gòu)成材料的原子或離子或分子自平衡位置產(chǎn)生可逆變形的反映單晶體和多晶體金屬的彈性模量，主要取決于金屬原子本性和晶體類型。

  包申格效應(yīng)；滯彈性；偽彈性；粘彈性。

  包申格效應(yīng)消除方法：預(yù)先大塑性變形，回復(fù)或再結(jié)晶溫度下退火。

  循環(huán)韌性表示材料的消震能力。

  3、關(guān)于塑形變形的問題

  a、相關(guān)概念

  滑移：滑移系越多，塑性越好；滑移系不是因素（晶格阻力等因素）；滑移面——受溫度、成分和變形的影響；滑移方向——比較穩(wěn)定

  孿生：fcc、bcc、hcp都能以孿生產(chǎn)生塑性變形；一般在低溫、高速條件下發(fā)生；變形量小，調(diào)整滑移面的方向

  屈服現(xiàn)象：退火、正火、調(diào)質(zhì)的中、低碳鋼和低合金鋼比較常見，分為不連續(xù)屈服和連續(xù)屈服；

  屈服點(diǎn)：材料在拉伸屈服時對應(yīng)的應(yīng)力值，σs；

  上屈服點(diǎn)：試樣發(fā)生屈服而力下降前的應(yīng)力值，σsu；

  下屈服點(diǎn)：試樣屈服階段中小應(yīng)力，σsl；

  屈服平臺（屈服齒）：屈服伸長對應(yīng)的水平線段或者曲折線段；

  呂德斯帶：不均勻變形；對于沖壓件，不容許出現(xiàn)，防止產(chǎn)生褶皺。

  屈服強(qiáng)度：表征材料對微量塑性變形的抗力。

  連續(xù)屈服曲線的屈服強(qiáng)度：用規(guī)定微量塑性伸長應(yīng)力表征材料對微量塑性變形的抗力

  （1）規(guī)定非比例伸長應(yīng)力σp：

  （2）規(guī)定殘余伸長應(yīng)力σr：試樣卸除拉伸力后，其標(biāo)距部分的殘余伸長達(dá)到規(guī)

  定的原始標(biāo)距百分比時的應(yīng)力；殘余伸長的百分比為0.2%時，記為σr0.2

  （3）規(guī)定總伸長應(yīng)力σt：試樣標(biāo)距部分的總伸長（彈性伸長加塑性伸長）達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時的應(yīng)力。

  晶格阻力（派納力）；位錯交互作用阻力

  Hollomon公式： S=Ken ，S為真應(yīng)力，e為真應(yīng)變；n—硬化指數(shù)0.1~0.5，n=1,完全理想彈性體，n=0，沒有硬化能力；K——硬化系數(shù)縮頸是：韌性金屬材料在拉伸試驗(yàn)時變形集中于局部區(qū)域的特殊現(xiàn)象。

  抗拉強(qiáng)度：韌性金屬試樣拉斷過程中試驗(yàn)力所對應(yīng)的應(yīng)力。代表金屬材料所能承受的拉伸應(yīng)力，表征金屬材料對均勻塑性變形的抗力。與應(yīng)變硬化指數(shù)和應(yīng)變硬化系數(shù)有關(guān)。等于拉應(yīng)力比上原始橫截面積。

  塑性是指金屬材料斷裂前發(fā)生不可逆（塑性）變形的能力。

  b、相關(guān)理論

  常見的塑性變形方式：滑移，孿生，晶界的滑動，擴(kuò)散性蠕變。

  塑性變形的特點(diǎn)：各晶粒變形的不同時性和不均勻性（取向不同；各晶粒力學(xué)性能的差異）；各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性（金屬是一個連續(xù)的整體，多系滑移；Von Mises至少5個獨(dú)立的滑移系）。

  硬化指數(shù)的測定：①試驗(yàn)方法；②作圖法lgS=lgK+nlge

  硬化指數(shù)的影響因素：與層錯能有關(guān)，層錯能下降，硬化指數(shù)升高；對金屬材料的冷熱變形也十分敏感；與應(yīng)變硬化速率并不相等。

  縮頸的判據(jù)（失穩(wěn)臨界條件）拉伸失穩(wěn)或縮頸的判據(jù)應(yīng)為dF=0

  兩個塑性指標(biāo)：斷后伸長率δ=（L1-L0）/LO*；

  斷后收縮率：ψ=（A0-A1）/A0*

  ψ>δ，形成為縮頸

  ψ=δ或ψ<δ，不形成縮頸

  4、關(guān)于金屬的韌度斷裂問題

  a、相關(guān)概念

  韌性：斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力

  韌度：單位體積材料斷裂前所吸收的功

  韌性斷裂：裂紋緩慢擴(kuò)展過程中消耗能量；斷裂發(fā)生在纖維區(qū)，然后快速擴(kuò)展形成放射斷裂形成剪切唇，放射區(qū)在裂紋快速擴(kuò)展過程中形成，一般放射區(qū)匯聚方向指向裂紋源。

  脆性斷裂：基本不產(chǎn)生塑性變形，危害性大。低應(yīng)力脆斷，工作應(yīng)力很低，一般低于屈服極限；脆斷裂紋總是從內(nèi)部的宏觀缺陷處開始；溫度降低，應(yīng)變速度增加，脆斷傾向增加。

  穿晶斷裂：裂紋穿過晶內(nèi)，可以是韌性斷裂，也可以是脆性斷裂，斷口明亮。

  沿晶斷裂：裂紋沿晶界擴(kuò)展，都是脆性斷裂，由晶界處的脆性第二相等造成，斷口相對灰暗。穿晶斷裂和沿晶斷裂可混合發(fā)生。高溫下，多由穿晶斷裂轉(zhuǎn)為沿晶韌性斷裂。

  沿晶斷裂斷口：斷口冰糖狀；若晶粒細(xì)小，斷口呈晶粒狀。

  剪切斷裂：材料在切應(yīng)力作用下沿滑移面滑移分離而造成的斷裂。（滑斷、微孔聚集型斷裂）

  解理斷裂：材料在正應(yīng)力作用下，由于原于間結(jié)合鍵的破壞引起的沿特定晶面發(fā)生的脆性穿晶斷裂。

  金屬的強(qiáng)度就是指金屬材料原子間結(jié)合力的大小，一般說金屬熔點(diǎn)高，彈性模量大，熱膨脹系數(shù)小則其原子間結(jié)合力大，斷裂強(qiáng)度高。斷裂的實(shí)質(zhì)就是外力作用下 材料沿某個原子面分開的過程。

  格里菲思理論：從熱力學(xué)觀點(diǎn)看，凡是使能量減低的過程都將自發(fā)進(jìn)行，凡使能量升高的過程必將停止，除非外界提供能量。Griffth指出，由于裂紋存在，系統(tǒng)彈性能降低，與因存在裂紋而增加的表面能平衡。如彈性能降低足以滿足表面能增加，裂紋就會失穩(wěn)擴(kuò)展，引起脆性破壞。

  b、相關(guān)理論

  斷裂三種主要的失效形式：磨損、腐蝕、斷裂

  多數(shù)金屬的斷裂包括裂紋的形成和擴(kuò)展兩個階段。

  按斷裂的性態(tài)：韌性斷裂和脆性斷裂；按裂紋擴(kuò)展路徑：穿晶斷裂和沿晶斷裂；按斷裂機(jī)制：解理斷裂和剪切斷裂。

韌性斷裂和脆性斷裂：根據(jù)材料斷裂前產(chǎn)生的宏觀塑性變形量的大小來確定。通常脆性斷裂也會發(fā)生微量的塑性變形，一般規(guī)定斷面收縮率小于5％則為脆性斷裂。反之大于5％的為韌性斷裂。

  脆性斷口平齊而光亮，與正應(yīng)力垂直，斷口常呈人字紋或放射花樣。

  解理斷裂是沿特定的晶面發(fā)生的脆性穿晶斷裂，通常總沿一定的晶面分離。

  解理斷裂總是脆性斷裂，但脆性斷裂不一定是解理斷裂。

  常見的裂紋形成理論：①位錯塞積理論②位錯反應(yīng)理論

  解理與準(zhǔn)解理

  共同點(diǎn)：穿晶斷裂；有小解理刻面；臺階及河流花樣

  不同點(diǎn)：①準(zhǔn)解理小刻面不是晶體學(xué)解理面②解理裂紋常源于晶界，準(zhǔn)解理裂紋常源于晶內(nèi)硬質(zhì)點(diǎn)。準(zhǔn)解理不是一種獨(dú)立的斷裂機(jī)理，而是解理斷裂的變種。

  格雷菲斯理論是根據(jù)熱力學(xué)原理得出的斷裂發(fā)生的必要條件，但并不意味著事實(shí)上一定斷裂。裂紋自動擴(kuò)展的充分條件是應(yīng)力等于或大于理論斷裂強(qiáng)度。

  5、關(guān)于硬度的問題

  a、硬度概念

  硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標(biāo)。

  b、硬度試驗(yàn)方法

  劃痕法——表征金屬切斷強(qiáng)度

  回跳法——表征金屬彈性變形功

  壓入法——表征塑性變形抗力及應(yīng)變硬化能力

  布氏硬度

  壓頭：淬火鋼球（HBS），硬質(zhì)合金球（HBW）

  載荷：3000Kg 硬質(zhì)合金，500Kg 軟質(zhì)材料

  保載時間：10-15s 黑色金屬，30s 有色金屬

  壓痕相似原理：只用一種標(biāo)準(zhǔn)的載荷和鋼球直徑，不能同時適應(yīng)硬的材料或者軟的材料。為保證不同載荷和直徑測量的硬度值之間可比，壓痕必須滿足幾何相似。

  布氏硬度表示方法：600HBW1/30/20

  ①度值，②符號HBW，③球直徑，④試驗(yàn)力（1kgf=9.80665N），⑤試驗(yàn)力保持時間

  布氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)：

  優(yōu)點(diǎn)：壓頭直徑較大→壓痕面積較大→硬度值可反映金屬在較大范圍內(nèi)各組成相的平均性能，不受個別組成相及微小不均勻性的影響。

  缺點(diǎn)：對不同材料需更換壓頭直徑和改變試驗(yàn)力，壓痕測量麻煩，自動檢測受到限制；壓痕較大時不宜在成品上試驗(yàn)

  洛氏硬度

  以測量壓痕深度表示材料硬度值。

  壓頭有兩種：α＝120°的金剛石圓錐體，一定直徑的淬火鋼球。

  洛氏硬度試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)：

  優(yōu)點(diǎn)：操作簡便、迅速，硬度可直接讀出；壓痕較小，可在工件上試驗(yàn)；用不同標(biāo)尺可測定軟硬不同和厚薄不一的試樣。

  缺點(diǎn)：壓痕較小，代表性差；材料若有偏析及組織不均勻等缺陷，測試值重復(fù)性差，分散度大；用不同標(biāo)尺測得的硬度值沒有聯(lián)系，不能直接比較。

  維氏硬度：原理與布氏硬度試驗(yàn)相同，根據(jù)單位面積所承受的試驗(yàn)力計(jì)算硬度值。不同的是維氏硬度的壓頭是兩個相對面夾角α為136°的金剛石四棱錐體。

  努氏硬度：與維氏硬度的區(qū)別1）壓頭形狀不同；2）硬度值不是試驗(yàn)力除以壓痕表面積，而是除以壓痕投影面積。

  肖氏硬度：一種動載荷試驗(yàn)法，原理是將一定質(zhì)量的帶有金剛石圓頭或鋼球的重錘，從一定高度落于金屬試樣表面，根據(jù)重錘回跳的高度來表征金屬硬度值大 小，也稱回跳硬度。用HS表示。

  里氏硬度：動載荷試驗(yàn)法，用規(guī)定質(zhì)量的沖擊體在彈力作用下以一定的速度沖擊試樣表面，用沖頭的回彈速度表征金屬的硬度值。用HL表示。