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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划软硬可变材料第一章金属在单向静拉伸载荷下的力学性能1、退火低碳钢在拉伸力作用下的变形过程可分为弹性变形，不均匀屈服塑性变形，均匀塑性变形，不均匀集中塑性变形和断裂几个阶段。2、金属弹性变形是一种可逆性变形，实质：晶格中原子自平衡位置产生可逆位移的反映。弹性模量工程上被称为材料的刚度，表征金属材料对弹性变形的抗力，其值愈大，则在相同应力下产生的弹性变形就愈小。材料的刚度=弹性模量机器零件或构件刚度与材料的刚度，截面形状，载荷作用方式有关。金属的弹性模量主要取决于决定于金属键的本性和原子
2、间的结合力，而材料的成分和组织对它的影响不大，所以说他是一个对组织不敏感的性能指标。改变材料的成分和组织会对材料的强度有显著影响，但对材料的刚度影响不大。3弹性比功：表示金属材料吸收弹性变形功的能力，又称弹性比功应变比能。一般用金属开始塑性变形前体积吸收的最大弹性变形功表示。金属拉伸时的弹性比功用应力-应变曲线上弹性变形阶段下的面积表示。应用：弹簧钢具有高弹性比功和弹性。用铍青铜或磷青铜制造。弹簧钢含碳多加入si、mn、cr、v等合金元素，强化铁素体基体、提高钢的淬透性，经淬火加中温回火获得回火托氏体组织，以及冷变形强化等。4滞弹性：在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现
3、象，称为滞弹性。滞弹性应变量与材料成分，组织有关，也与试验条件有关。弹性滞后环又称循环韧性，表示金属在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力。循环韧性-金属在塑性区内加载时吸收不可逆变形功的能力，又称消振性。内耗-金属在弹性区内加载时吸收不可逆变形功的能力。机床床身，发动机缸体，底座，汽轮机叶片的循环韧性高；仪表，精密机械，乐器循环韧性低。5包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载规定残余伸长应力降低的现象；工程应用：.包申格效应对于承受应变疲劳载荷作用的机件在应变疲劳过程中，每一周期内都产生微量塑性变形，在反向加载时，微量塑性变形抗力(规定
4、残余伸长应力)降低，显示循环软化现象。.对于预先经受冷塑性变形的材料，如服役时受反向力作用，就要考虑微量塑性变形抗力降低的有害影响，如冷拉型材及管子在受压状态下使用就是这种情况。.利用包申格效应，如薄板反向弯曲成型。拉拨的钢棒经过轧辊压制变直等。消除包申格效应的方法：是:预先进行较大的塑性变形，或在第二次反向受力前先使金属材料于回复或再结晶温度下退火，如钢在400500以上，铜合金在250270以上退火。6塑性变形的方式：滑移和孪生屈服现象：在试验过程中，外力不增加(保持恒定)试样仍能继续伸长；或外力增加到一定数值时突然下降，随后，在外力不增加或上下波动情况下，试样继续伸长变形。影响屈服强度的
5、因素：屈服变形是位错增殖和运动的结果，凡影响位错增殖和运动的各种因素必然要影响屈服强度；实际金属材料的力学行为是由许多晶粒综合作用的结果，因此，要考虑晶界、相邻晶粒的约束、材料的化学成分以及第二相的影响；各种外界因素通过影响位错运动而影响屈服强度。内在因素：1.金属本性及晶格类型2.晶粒大小和亚结构3.溶质原子4.第二相外在因素;1.温度2.应变速率3.应力状态7应变硬化(形变强化)：在金属整个变形过程中，当外力超过屈服强度之后，塑性变形并不是象屈服平台那样连续流变下去，而需要不断增加外力才能继续进行。这说明金属有一种阻止继续塑性变形的抗力，这就是应变硬化性能。塑性应变是硬化的原因，而硬化是塑
6、性应变的结果。应变硬化是位错增殖、运动受阻所致。应变硬化指数n反映了金属材料抵抗继续塑性变形的能力，是表征金属材料应变硬化的性能指标。n=1材料为完全理想的弹性体；n=0材料无应变硬化能力。面心立方金属n值大层错能低，n值越大，滑移特征由波纹状到平面状。应用：n越大，材料冲压性能好，变形均匀，减少变薄和增大极限变形程度，不易产生裂纹。8缩颈现象：缩颈是韧性金属材料在拉伸试验时变形集中于局部区域的特殊现象，它是应变硬化(物理因素)与截面减小(几何因素)共同作用的结果。9静力韧度：金属材料在静拉伸时单位体积材料断裂前所吸收的功定义为静力韧度，它是强度和塑性的综合指标。测出材料真实应力-应变曲线下包
7、围的面积，可以精确获得静力韧度值。10大多数金属材料的断裂过程包括裂纹形成和扩展俩个阶段。磨损、腐蚀和断裂是机件的三种主要失效形式，其中以断裂的危害最大。断裂的分类：1.韧性断裂与脆性断裂脆性断裂的断口形貌是光亮的结晶状韧性则是暗灰色纤维状。静拉伸断裂是典型的韧性断裂，断口特征三要素是纤维区，放射区和剪切唇。2.穿晶断裂与沿晶断裂3.纯剪切断裂与微孔聚集型断裂、解理断裂解理断裂的机理：1.甄纳-斯特罗位错塞积理论2.柯垂耳位错反应理论P25实际解理断裂过程：塑性变形形成裂纹，裂纹在同一晶粒内初期长大，裂纹越过晶界的相邻晶粒扩展。微孔聚集断裂：微孔聚集断裂过程:微孔成核长大-聚合-断裂。机理：塑
8、性变形位错线增殖-遇到第二相产生塞积-应力集中-形成微孔-对位错的斥力下降-位错进入微孔-位错源重新激活-释放新位错-推向微孔、微孔长大-聚合-形成微裂纹-生成、连通-断裂韧窝形状视应力状态不同而异有三类：等轴韧窝，拉长韧窝，撕裂韧窝11理论断裂强度：理想晶体脆性断裂格雷菲斯裂纹理论：脆性固体，如玻璃，金刚石等，裂纹尖端塑性变形可忽略。第二章金属在其他静载荷下的力学性能1、金属在静载荷下的失效的主要形式是塑性变形和断裂。2、应力状态软性系数：最大切应力与最大正应力的比值。越大，最大切应力分量越大，表示应力状态越软，材料越易于产生塑性变形；越小，表示应力状态越硬，则材料越容易产生脆性断裂。3、压
9、缩试验主要用于拉伸时呈脆性的金属材料力学性能的测定如淬火并低温回火的高碳钢、灰铸铁及某些铸造合金，金属将发生脆性正断。4、弯曲试验主要用于测定承受弯曲载荷的机件如轴，板状弹簧等的力学性能；铸铁，铸造合金，工具钢及硬质合金等脆性与低塑性材料的强度；弯曲试样表面应力最大可较灵敏的反映材料表面缺陷。5、扭转的应力状态软性系数=，max=max易于显示金属的塑性行为。切变模量G抗扭强度b扭转屈服点s塑性材料的断裂面与试样轴线垂直，端口平整，有回旋状塑性变形痕迹。切应力造成切断，脆性材料的断裂面与试样轴线成45度角，呈螺旋状，正应力造成正断。缺口效应：由于缺口的存在，在静载荷作用下缺口截面上的应力状态将
10、发生变化，产生“缺口效应”。缺口引起的应力集中程度常用理论应力集中系数Kt表示：Kt=max/?max缺口净截面上的最大应平均应力Kt值与材料性质无关，只决定于缺口几何形状。具有缺口的薄板受拉伸后，其中心部分是两向拉伸的平面应力状态，缺口根部x=0，仍为单向应力拉伸状态。厚板在缺口根部为两向拉伸应力状态，缺口内侧为三向拉伸的平面应变状态。缺口效应：引起应力集中，并改变缺口前方的应力状态，使缺口试样或机件所受应力由原来的单向应力状态变为两向或三向应力状态。对于脆性或低塑性材料，使其抗拉强度降低.缺口强化现象：在存在缺口的条件下，由于出现三向应力状态，并产生应力集中，试样的屈服应力比单向拉伸时高，
11、产生了“缺口强化”现象。使塑性材料强度增高，塑性降低。缺口强化并不是金属内在性能发生变化，纯粹是由于三向拉伸应力约束了塑性变形所致。因此不能把缺口强化看做是强化金属材料的手段。7、缺口敏感度NSR：NSRbn/b是缺口试样抗拉强度与光滑试样的抗拉强度的比值它越大，缺口敏感性越小。脆性材料NSR1.缺口强化，牺牲了塑性。8、硬度测试的方法：1）弹性回跳法：如肖氏硬度，表示金属弹性变形功的大小。2）压入法：如布氏、洛氏、维氏硬度等，表示金属塑性变形抗力及应变硬化能力。3）划痕法：如莫氏硬度，表示金属对切断的抗力。硬度是表征材料软硬程度的一种性能，其物理意义随试验方法不同而不同，因此硬度不是材料独立
12、的力学性能。9、布氏硬度实验原理：布氏硬度试验的原理是用一定直径D(mm)的钢球或硬质合金球为压头，施以一定的试验力F，将其压入试样表面，经规定保持时间t(s)后卸除试验力，试验表面将残留压痕，测量压痕平均直径d(mm)，求得压痕球形面积A。布氏硬度值就是试验力F除以压痕球形表面积A所得的商，布氏硬度值不标单位。表示方法：a.硬度值b.符号HBWc.球直径d.试验力e.试验力保持时间，后三项用斜线隔开。例如：350HBW5/HBS1/30/20?洛氏硬度表示方法：硬度值符号HR标尺字母：如60HRC表示用C标尺测得的洛氏硬度值为60.表面洛氏硬度表示方法：硬度值符号HR总试验力标尺：如70HR
13、30N表示用总试验力的30N标尺测得的表面洛氏硬度为70.维氏硬度：维氏硬度表示方法a.硬度值b.符号HVc.试验力d.试验力保持时间如：640HV30表示在试验力为下保持1015s测得的维氏硬度值为640.第三章金属在冲击载荷下的力学性能1冲击韧性材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。常用标准试样的冲击吸收功Ak表示。2冲击吸收功Ak:冲击弯曲实验中试样变形和断裂所消耗的功Ak=mgH1mgH2Ak相同的材料，其韧性不一定相同；冲击吸收功的应用：1将Ak值作为质量控制指标使用。2）根据系列冲击试验可得Ak值与温度的关系曲线，测定材料的韧脆转变温度。3低温脆性：体心立方金属及合金、
14、某些密排六方金属及合金，尤其是工程上常用的中、低强度结构钢，当试验温度低于某一温度tk时，材料由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型变为穿晶解理型，断口特征由纤维状变为结晶状，这即低温脆性，转变温度tk称为韧脆转变温度，亦称冷脆转变温度。4影响冲击韧性和韧脆转变温度的因素：一、冶金因素1、化学成分的影响：1）间隙溶质元素韧性,韧脆转变温度2）置换型溶质元素对韧性的影响不明显，钢中加入置换型溶质元素一般也提高韧脆转变温度。3）杂质元素S、P、As、Sn、Sb等使钢的韧性下降以碳钢为例：C韧脆转变温度；Mn韧脆转变温度，对船体钢来说，关键要看Mn/C比，只有当Mn/C3时
15、，船体钢才有比较满意的韧脆转变温度。2、晶体结构的影响：体心立方金属及其合金存在低温韧性。普通中、低强度钢的基体是体心立方点阵的铁素体，都有明显的低温脆性：3、显微组织：a.晶粒尺寸晶粒大小：细化晶粒使材料韧性增加b.金相组织1）对低强度钢：按tk由高到低的顺序：珠光体上贝氏体铁素体下贝氏体回火马氏体2）对中碳合金钢且强度相同，tk：下贝氏体回火马氏体；贝氏体马氏体混合组织回火马氏体3）低碳合金钢的韧性：贝氏体马氏体混合组织单一马氏体或单一贝氏体4）马氏体钢的韧性：奥氏体的存在将显著改善钢的韧性二、外界因素1、温度2、加载速率3、试样尺寸和形状第四章金属的断裂韧度1线弹性断裂力学分析裂纹体断裂问题有两种方法:一种是应力应变分析方法，得到相应的断裂K判据；另一种是能量分
