金属力学性能及其他性能

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1、8.金属的力学性能及其他性能金属的力学性能及其他性能8 81 1 金属的应力与应变金属的应力与应变 8 82 2 弹性性能弹性性能 8 83 3 金属单晶体的塑性形变金属单晶体的塑性形变 8 84 4 金属多晶体的塑性变形金属多晶体的塑性变形 8 85 5 合金的塑性变形合金的塑性变形 8 86 6 塑性变形对合金组织和性能的影响塑性变形对合金组织和性能的影响 8 87 7 金属及合金的回复与再结晶金属及合金的回复与再结晶 8 88 8 金属的断裂金属的断裂 8 89 9 金属的疲劳金属的疲劳 8 81010 金属的蠕变和持久强度金属的蠕变和持久强度 8 81111 硬度硬度 8 812 12

2、 金属的磨损金属的磨损8 813 13 金属的物理和化学性能金属的物理和化学性能 8 81414 金属的工艺性能金属的工艺性能小结小结 金属材料的性能金属材料的性能包括使用性能和工艺包括使用性能和工艺性能两方面。性能两方面。 使用性能使用性能是指金属材料在使用条件下是指金属材料在使用条件下所表现出来的性能，它包括力学性能、物所表现出来的性能，它包括力学性能、物理和化学性能；理和化学性能； 工艺性能工艺性能是指制造过程中材料适应加是指制造过程中材料适应加工的性能。工的性能。金属材料的性能金属材料的性能金属材料的力学性能金属材料的力学性能亦称亦称机械性能机械性能，指金属材料在，指金属材料在外力作用

3、下表现出来的性能，包括弹性、强度、塑性、硬外力作用下表现出来的性能，包括弹性、强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度、蠕变和磨损等。外力即载荷，其形度、韧性、疲劳强度、蠕变和磨损等。外力即载荷，其形式如图所示。式如图所示。 载荷的形式载荷的形式 (a)拉伸载荷拉伸载荷(b)压缩载荷压缩载荷(c)弯曲载荷弯曲载荷(d)剪切载荷剪切载荷(e)扭转载荷扭转载荷金属材料的力学性能金属材料的力学性能8 81 1 金属的应力与应变金属的应力与应变 金属在外力（载荷）作用下，首先发金属在外力（载荷）作用下，首先发 生生弹弹性性变变形形，载载荷荷增增加加到到一一定定大大小小，发发生生塑塑性性变变形形，达达到到一一定

4、定大大小小后后，便便发发生生断断裂裂。金金属属在在外外力力作作用用下下的的上上述述表表现现，可可以以反反映映在应力在应力-应变曲线上。应变曲线上。8.1.1 8.1.1 拉伸的应力与应变拉伸的应力与应变将将一一截截面面为为圆圆形形的的低低碳碳钢钢或或铸铸铁铁拉拉伸伸试试样样在在材材料料试试验验机机上上进进行行拉拉伸伸,可测得应力可测得应力-应变曲线。应变曲线。图中图中为为应力应力,（MPaMPa）为为应变应变,式式中中：P为为所所加加载载荷荷,Ao为为试试样样原原始始截截面面积积,l0为为试试样样的的原原始始标标距距长长度度,l为试样变形后的标距长度为试样变形后的标距长度,l为伸长量。为伸长量

5、。圆形拉伸试样圆形拉伸试样（a）拉伸前；拉伸前；(b)拉伸后拉伸后低碳钢和铸铁的低碳钢和铸铁的-曲线曲线(a)低碳钢低碳钢；(b)铸铁铸铁1 1拉伸变形的几个阶段拉伸变形的几个阶段Oe:弹性变形阶段弹性变形阶段试试样样变变形形量量与与外外加加载载荷荷成成正正比比,载载荷荷卸卸掉掉后后试试样样恢复到原来的尺寸。恢复到原来的尺寸。es:屈服阶段屈服阶段 不不仅仅有有弹弹性性变变形形, , 还还发发生生了了塑塑性性变变形形。即即载载荷荷卸卸掉掉后后, , 一一部部分分形形变变恢恢复复, , 一一部部分分形形变变不不能能恢恢复复, , 形变不能恢复的变形称为塑性变形。形变不能恢复的变形称为塑性变形。

6、sb:强化阶段强化阶段载载荷荷不不断断增增加加,塑塑性性变变形形增增大大,材材料料变变形形抗抗力力也也逐渐增加。逐渐增加。bz:缩颈阶段缩颈阶段当当载载荷荷达达到到最最大大值值时时,试试样样直直径径发发生生局局部部收收缩缩,称为称为“缩颈缩颈”。此时变形所需的载荷逐渐降低。此时变形所需的载荷逐渐降低。z点点:试样断裂试样断裂试样在此点发生断裂。试样在此点发生断裂。低碳钢和铸铁的低碳钢和铸铁的-曲线曲线(a)低碳钢低碳钢；(b)铸铁铸铁2 2强度强度根据变形特点，强度指标有：根据变形特点，强度指标有：（1）弹性极限值弹性极限值材材料料保保持持弹弹性性变变形形,不不产产生生永永久久变变形形的的最最

7、大大应应力力,是是弹弹性性零零件件的设计依据。的设计依据。（2）屈服极限屈服极限(屈服强度屈服强度)金金属属开开始始发发生生明明显显塑塑性性变变形形的的抗抗力力,有有些些材材料料（如如铸铸铁铁）没没有有明明显显的的屈屈服服现现象象,则则用用条条件件屈屈服服极极限限来来表表示示:产产生生0.2%残残余余应应变变时的应力值时的应力值,用用表示。表示。（3）强度极限强度极限(抗拉强度抗拉强度)金属受拉时所能承受的最大应力。金属受拉时所能承受的最大应力。3 3塑性塑性断断裂裂前前金金属属材材料料产产生生永永久久变变形形的的能能力力称称为为塑塑性性,用用延延伸伸率率和和断断面面收收缩率来表示。缩率来表示

8、。（1）延伸率延伸率式中：式中：为试样拉断后的标距为试样拉断后的标距(mm),为试样的原始标距为试样的原始标距(mm),为为最大伸长量。最大伸长量。(2)断面收缩率断面收缩率试样拉断后试样拉断后,缩颈处截面积的最大缩减量与原横断面积的百分比缩颈处截面积的最大缩减量与原横断面积的百分比称为断面收缩率称为断面收缩率,用符号用符号表示。表示。 式中：式中：S S1 1为试样拉断后缩颈处最小横截面积为试样拉断后缩颈处最小横截面积( (mmmm2 2), ), S S0 0为试样的原始为试样的原始 横断面积横断面积( (mmmm2 2), ), 为试样缩颈处截面积的最大缩减量为试样缩颈处截面积的最大缩减

9、量( (mmmm2 2) )。8.1.2 8.1.2 压缩的应力与应变压缩的应力与应变铸铸铁铁等等脆脆性性材材料料试试样样达达到到最最大大载载荷荷Pbc时时就就突突然然发发生生断断裂裂。低低碳碳钢钢等等塑塑性性材材料料，在在比比例例极极限限负负荷荷Ppc后后，开开始始出出现现变变形形增增长长较较快快的的一一小小段段，表表示示达达到到了了屈屈服服负负荷荷Psc，但但并并不不象象拉拉伸伸那那样样有有明明显显的的屈屈服服阶阶段段。此此后后曲曲线线继继续续上上升升，这这是是因因为为塑塑性性变变形形迅迅速速增增长长，试试样样截截面面积积也也随随之之增增大大，增增大大的的面面积积能能承承受受更更大大的的负

10、负荷荷。其其上上的的虚虚线线表表示示材材料料被被压压扁扁但但不不断断裂裂。由由压压缩缩曲曲线线可可以以得得出压缩强度指标出压缩强度指标（抗压强度）和塑性指标（抗压强度）和塑性指标（相相对对压压缩缩率率）、（相相对对断断面面扩扩展展率率），可可分分别别采用下述公式计算：采用下述公式计算：式中：式中：Pbc为压缩断裂载荷；为压缩断裂载荷；S0、Sk为试样的原始截为试样的原始截面积和破坏时的截面积；面积和破坏时的截面积；h0、hk为试样的原始为试样的原始高度和破坏时的高度。高度和破坏时的高度。铸铁和低碳钢的压缩曲线铸铁和低碳钢的压缩曲线1-铸铁；铸铁；2-低碳钢低碳钢8.1.3 8.1.3 弯曲的应

11、力与应变弯曲的应力与应变弯曲试验中的加荷方法弯曲试验中的加荷方法（a）三点加载；（）三点加载；（b）四点加载）四点加载 弯曲力矩弯曲力矩-挠度曲度曲线当试验进行到当试验进行到P点时，弯曲力矩点时，弯曲力矩M与与挠度挠度f仍保持正比关系；进行到仍保持正比关系；进行到e点时，挠点时，挠度度f仍为弹性变形；超过仍为弹性变形；超过e点，则除弹性变点，则除弹性变形外同时将产生一定的塑性变形；到达形外同时将产生一定的塑性变形；到达b点时，弯曲力矩为最大值点时，弯曲力矩为最大值Mb。超过此点，。超过此点，弯曲力矩将逐渐下降，直至试样破断。这弯曲力矩将逐渐下降，直至试样破断。这一关系曲线和应力一关系曲线和应力

12、-应变曲线及扭矩应变曲线及扭矩-扭转扭转角关系曲线颇为相似，只是它们的坐标不角关系曲线颇为相似，只是它们的坐标不相同而已。相同而已。根据材料力学的弯曲公式并参考图所根据材料力学的弯曲公式并参考图所示各点，可以得到抗弯弹性极限及产生一示各点，可以得到抗弯弹性极限及产生一定微量塑性变形的抗弯屈服强度。当试样定微量塑性变形的抗弯屈服强度。当试样发生较大塑性变形时，试样中应力分布趋发生较大塑性变形时，试样中应力分布趋于复杂，弯曲公式不再有效。于复杂，弯曲公式不再有效。材料的塑性可用弯曲最大挠度材料的塑性可用弯曲最大挠度fmax表表示。示。8.1.4 8.1.4 剪切的应力与应变剪切的应力与应变构件在剪

13、切时受力和变形特点构件在剪切时受力和变形特点作作用用在在构构件件两两侧侧面面上上外外力力的的合合力力大大小小相相等等、方方向向相相反反、作作用用线线相相距距较较近近，并并将将各各自自作作用用的的构构件件部部分分沿沿着着与与合合力力作作用用线线平平行行的的受受剪剪面面（m-m截截面面）发发生生错错动动。构构件件在在剪剪切切时时，受受剪剪面面上上的的内内力力称称为为剪剪力力，相相应应的的受受剪剪面面上上将将有有剪剪应应力力，通通常常假假设设受受剪剪面面上上各各点点处处的的剪剪应应力力相相等等，因因此此，它它实实际际上上就就是是截截面面上上的的平平均均应力，剪应力用应力，剪应力用表示。表示。试样受剪

14、情况及受剪情况及压式剪切器式剪切器（a）受剪情况；（）受剪情况；（b）压式剪切器式剪切器双剪试验双剪试验是最常用的剪切试验。双剪是最常用的剪切试验。双剪试验时，试样在两截面试验时，试样在两截面-，-上同上同时受剪力作用（图中（时受剪力作用（图中（a）。双剪试验）。双剪试验时所用的剪切器有拉式及压式两种。图时所用的剪切器有拉式及压式两种。图（b）为压式剪切器示意图。）为压式剪切器示意图。双剪试验时，剪切强度双剪试验时，剪切强度以下式计算：以下式计算：式中式中:P为试样被剪断时的最大负荷，为试样被剪断时的最大负荷，N；d0为试样直径，为试样直径，mm。8.1.5 8.1.5 扭转的应力与应变扭转的

15、应力与应变圆柱体受扭矩作用产生扭转角圆柱体受扭矩作用产生扭转角 M-曲曲线把把一一对对扭扭矩矩M施施加加于于一一圆圆柱柱体体，将将产产生生一一扭扭转转角角。如如把把M和和相相应应的的值值绘绘成成曲曲线线，则则得得如如图图所所示示的的扭扭矩矩-扭扭转转角角曲曲线线（M-曲曲线线）。它它与与拉拉伸伸试试验验中中的的应应力力-应应变变曲曲线线极极为为相相似似。这这是是由由于于在在试试验验过过程程中中，试试样样形形状状几几乎乎保保持持不不变变，即即使使进进入入塑塑性性阶阶段段，扭扭矩矩M仍仍逐逐步步增增加加，直直至至试试样样断断裂。裂。扭转性能扭转性能退火低碳退火低碳钢的扭的扭转图（1）扭转比例极限扭

16、转比例极限扭扭转转曲曲线线开开始始偏偏离离直直线线（ON）时时的的扭扭矩矩Mp与与试试样样的的断断面面系系数数W之之比比。对对圆圆柱柱形试样，形试样，（d0为试样直径）。为试样直径）。（2）扭转条件强度极限扭转条件强度极限亦亦称称为为抗抗剪剪强强度度，为为试试样样扭扭断断前前的的最最大扭矩大扭矩Mb与试样断面系数与试样断面系数W的比值。的比值。（3）扭转屈服强度扭转屈服强度其其数数值值为为残残余余扭扭转转切切应应变变为为0.3%时时的的扭矩扭矩M0.3与试样断面系数与试样断面系数W之比。之比。（4）切变弹性模量切变弹性模量G式中：式中：l0为试样原始原始标距；距；为试样在在弹性性变形形阶段的相

17、段的相对扭扭转角；角；M为试样在在弹性性变形形阶段的扭矩段的扭矩8 82 2 弹性性能弹性性能在弹性变形范围内，应力和应变的关系符合在弹性变形范围内，应力和应变的关系符合虎克定律虎克定律：=E或或=G式式中中,为为正正应应力力和和切切应应力力；,为为正正应应变变和和切切应应变变；E,G为为正弹性模量和切弹性模量。上式可改写为：正弹性模量和切弹性模量。上式可改写为：E=/或或G=/所所以以，弹弹性性模模量量E、G是是应应力力应应变变曲曲线线上上的的斜斜率率。金金属属的的弹弹性性模模量量E、G是是表表示示材材料料对对弹弹性性变变形形的的抗抗力力，即即表表示示零零件件或或构构件件保保持持原原有有形形

18、状状与与尺尺寸寸的的能能力力，也也称称为为材材料料的的刚刚度度，材材料料的的弹弹性模量性模量E愈大，它的刚度愈大。愈大，它的刚度愈大。单晶体的弹性模数单晶体的弹性模数E是是有方向性有方向性的。的。多晶体表现出多晶体表现出伪无方向性伪无方向性。8.3 8.3 金属单晶体的塑性形变金属单晶体的塑性形变 单单晶晶体体塑塑性性变变形形的的基基本本方方式式有有两两种种：滑滑移和孪生移和孪生。8.3.1 8.3.1 滑移滑移滑滑移移是是晶晶体体在在切切应应力力的的作作用用下下，晶晶体体的的一一部部分分沿沿一一定定的的晶晶面面（滑滑移移面面）上上的的一一定定方方向（滑移方向）相对于另一部分发生滑动。向（滑移

19、方向）相对于另一部分发生滑动。1.滑移特征滑移特征1）滑移线与滑移带）滑移线与滑移带左图中那些相互平行的细线，通常称为左图中那些相互平行的细线，通常称为滑移带滑移带。 组组成成滑滑移移带带的的那那些些细细线线称称为为滑滑移移线线。滑滑移移线线及及滑滑移带的示意图如右图所示。移带的示意图如右图所示。纯铝试样的滑移带纯铝试样的滑移带 滑移线和滑移滑移线和滑移带示意图带示意图 2）滑移系滑移系金金属属中中的的滑滑移移是是沿沿着着一一定定的的晶晶面面和和一一定定的的晶晶向向进进行行的的。这这些些晶晶面面和和晶晶向向分分别别称称为为滑移面和滑移方向滑移面和滑移方向。滑移面和滑移方向往往是金属晶体中滑移面

20、和滑移方向往往是金属晶体中原子面密度最大的晶面（密排面）和其上原子面密度最大的晶面（密排面）和其上线密度最大的晶向（密排方向）。线密度最大的晶向（密排方向）。 一一个个滑滑移移面面与与其其上上的的一一个个滑滑移移方方向向组组成成一一个个滑滑移移系系。 金金属属晶晶体体中中的的滑滑移移系系愈愈多多，滑滑移移时时可可能能选选择择的的空空间间取取向向愈愈多，金属发生滑移的可能性越大，塑性就越好。多，金属发生滑移的可能性越大，塑性就越好。 滑滑移移方方向向对对滑滑移移所所起起的的作作用用比比滑滑移移面面大大，所所以以面面心心立立方方晶晶格格金金属属比比体体心心立立方方晶晶格格金金属属的的塑塑性性更更好

21、好，而而密密排排六六方方晶格金属由于滑移系数目少，塑性较差。晶格金属由于滑移系数目少，塑性较差。 三种常见晶格的滑移系三种常见晶格的滑移系晶格体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格滑移面1106111400011滑移方向 233滑移系62=1243=1213=3三种常见晶格的滑移系三种常见晶格的滑移系3 3）滑移的临界分切应力）滑移的临界分切应力金金属属晶晶体体受受外外力力作作用用时时，外外力力在在晶晶体体内内部部均均可可分分解解为为垂垂直直某某一一晶晶面面的的正正应应力力与与沿沿此此晶晶面面的的切切应应力力。滑滑移移面面上上沿沿着着滑滑移移方方向向的的分分切切应应力力达达到到某某一一临临界值时

22、，晶体开始滑移。界值时，晶体开始滑移。单晶体在滑移变形时的应力分解图单晶体在滑移变形时的应力分解图式中：式中：P为外力，为外力，F为晶体横截面积，为晶体横截面积，为滑移方向与外力为滑移方向与外力 轴线的夹角，轴线的夹角， 为滑移面的法线与外力轴线的夹角。为滑移面的法线与外力轴线的夹角。当当滑滑移移开开始始时时，上上页页公公式式中中的的达达到到临临界界值值c。这这时时在在宏宏观观上上金金属属开开始始屈屈服服，P/F应应当当等等于于s，将将其其代入上页公式，即得代入上页公式，即得式中式中: : c称为金属晶体的临界分切应力；称为金属晶体的临界分切应力； 称为取向因子或施密特（称为取向因子或施密特（

23、SchmidSchmid）因子，取因子，取 向因子大的称向因子大的称软取向软取向；取向因子小的称；取向因子小的称硬取硬取 向向。滑移的滑移的临界分切应力临界分切应力4 4）金属晶体在滑移时的转动）金属晶体在滑移时的转动 随随着着滑滑移移的的进进行行，金金属属晶晶体体还还会会产产生生转转动动，从从而而使使金金属属晶晶体体的的空空间间取取向向发发生生变变化化。在在拉拉伸伸时时，晶晶体体转转动动的的结结果果是是使使其其滑滑移移方方向向逐逐渐渐转转到到与与应应力力轴轴相相平平行行的的方方向向；而而在在压压缩缩时时，晶晶体体转转动动是是使使其其滑滑移移面面逐逐渐渐转转到到与与应应力力轴轴相相垂直垂直的方

24、向。的方向。 金属晶体在滑移时的转动金属晶体在滑移时的转动 （a a）拉伸时；（拉伸时；（b b）压缩时压缩时在拉伸时金属晶体发生转动的机制示意图在拉伸时金属晶体发生转动的机制示意图 以拉伸为例分析金属晶体在滑移时产生转动的原因以拉伸为例分析金属晶体在滑移时产生转动的原因滑移时产生转动的原因滑移时产生转动的原因2 2滑移机理滑移机理 滑滑移移是是晶晶体体内内部部位位错错在在切切应应力力作作用用下下运运动动的的结结果果。滑滑移移并并非非是是晶晶体体两两部部分分沿沿滑滑移移面面作作整整体体的的刚刚性性滑滑动动，而而是是通通过过位位错错的的运运动动来来实实现现的的。在在切切应应力力作作用用下下，一一

25、个个多多余余半半原原子子面面从从晶晶体体一一侧侧到到另另一一侧侧运运动动，即即位位错错自自左左向向右右移移动动时时，晶体产生滑移。晶体产生滑移。位错运动造成滑移位错运动造成滑移位错的运动位错的运动实质上是原子的运实质上是原子的运动，它不是整个滑移面上全部原子动，它不是整个滑移面上全部原子一齐移动，而是通过位错中原子的一齐移动，而是通过位错中原子的逐一递进（像接力赛跑一样），将逐一递进（像接力赛跑一样），将位错中心由一个平衡位置转移到另位错中心由一个平衡位置转移到另一个平衡位置而进行的。通过位错一个平衡位置而进行的。通过位错的逐步滑移比整体滑移所需的临界的逐步滑移比整体滑移所需的临界切应力要小得

26、多。正是位错运动的切应力要小得多。正是位错运动的这一特点，使金属晶体具有良好的这一特点，使金属晶体具有良好的塑性变形能力。塑性变形能力。刃型位错的滑移过程刃型位错的滑移过程 位错运动与滑移位错运动与滑移8.3.2 8.3.2 孪生孪生在在切切应应力力作作用用下下晶晶体体的的一一部部分分相相对对于于另另一一部部分分沿沿一一定定晶晶面面（孪孪生生面面）和和晶晶向向（孪孪生生方方向向）发发生生切切变变的的变变形形过过程程称称为为孪孪生生。发发生生切切变变、位位向向改改变变的的这这一一部部分分晶晶体体称称为为孪孪晶晶。孪孪晶晶与与未未变变形形部部分分晶晶体体原原子子分分布布形形成对称。成对称。 通常认

27、为，孪生是一个发生在晶体内部的通常认为，孪生是一个发生在晶体内部的均匀切变均匀切变过程，过程，切切变变区区的的宽宽度度较较小小，在在金金相相显显微微镜镜下下一一般般呈呈带带状状（有有时时为为透透镜镜状），称为孪晶带。状），称为孪晶带。面面心心立立方方晶晶体体是是由由一一系系列列（111111）面面沿沿着着111111方方向向按按照照ABCABCAABCABCA的的规规律律堆堆垛垛而而成成的的。在在有有切切应应力力作作用用时时，若若晶晶体体内内局局部部区区 域域 的的 （ 111111） 晶晶 面面 沿沿 着着 方方向向（即即图图中中的的ABAB方方向向）产产生生一一个个切切动动距距离离为为 的

28、的均均匀匀切切变变，即即可可得到如图所示的情况。得到如图所示的情况。面心立方晶体中面心立方晶体中的孪生面及孪生方向的孪生面及孪生方向 面心立方晶体中的孪生面心立方晶体中的孪生在在孪孪生生变变形形中中，已已发发生生均均匀匀切切变变的的那那部部分分晶晶体体称称为为孪孪晶晶（或或孪孪晶晶带带），均均匀匀切切变变区区与与未未切切变变区区的的分分界界面面（即即二二者者的的镜镜面面对对称称面面）称称为为孪孪晶晶界界。发发生生均均匀匀切切变变的的晶晶面面称称为为孪孪生生面面，在在图图中中为为（111111）面面；孪孪生生面面切切动动的的方方向向则则称称为为孪孪生生方方向向，在在图图中中为为晶晶向。向。 在孪

29、生变形中，对应于一定类型在孪生变形中，对应于一定类型的晶体结构有着固定的切变面（孪生的晶体结构有着固定的切变面（孪生面）与切变方向（孪生方向），诸切面）与切变方向（孪生方向），诸切变面切变移动的距离互不相等，也不变面切变移动的距离互不相等，也不是切变方向原子间距的整数倍，而是是切变方向原子间距的整数倍，而是正比于晶面与孪晶界的距离正比于晶面与孪晶界的距离。面心立方晶体孪面心立方晶体孪生切变过程示意图生切变过程示意图 孪生变形的特点孪生变形的特点8.4 8.4 金属多晶体的塑性变形金属多晶体的塑性变形8.4.1 8.4.1 多晶体塑性变形的特点多晶体塑性变形的特点8.4.2 8.4.2 晶粒大小

30、对变形的影响晶粒大小对变形的影响8.4.1 8.4.1 多晶体塑性变形的特点多晶体塑性变形的特点(1)首首先先在在那那些些取取向向因因子子m最最大大，即即沿沿此此滑滑移移系系的的分分切切应应力力已已优优先先达达到到其其临临界界值值的的晶粒中晶粒中开始滑移开始滑移（图中（图中A晶粒）晶粒）.(2)位位错错在在晶晶界界附附近近塞塞积积，会会使使邻邻近近的的晶晶粒粒B和和C中中某某些些滑滑移移系系中中的的位位错错也也开开动动起起来来而发生相应的滑移。而发生相应的滑移。(3)A中中的的位位错错又又重重新新开开动动，并并进进而而使使位位错错移移出出这这个个晶晶体体。这这样样变变形形便便从从一一个个晶晶粒

31、粒传传递递到到另另一一个个晶晶粒粒。一一批批批批晶晶粒粒如如此此逐逐传递下去，可使变形波及整个晶体。传递下去，可使变形波及整个晶体。(4)多多晶晶体体中中晶晶粒粒的的变变形形要要受受到到邻邻近近晶晶粒粒的的制约和协调制约和协调作用。作用。多晶体的滑移示意图多晶体的滑移示意图 1.多晶体变形的过程多晶体变形的过程 由于晶界的阻碍和邻近不同位向晶粒的相互相互制约和协调制约和协调作用，多晶体的塑性变形抗力通常比单晶体的要高，对具有密排六方结构的锌尤为显著。 单晶体与多晶体的应力应变曲线单晶体与多晶体的应力应变曲线 ( (a)a)锌；锌；(b)铝铝多晶体与单晶体比较多晶体与单晶体比较2. 2. 多晶体

32、变形的不均匀性多晶体变形的不均匀性各各个个晶晶粒粒之之间间的的变变形形不不均均匀匀，每每一一个个晶晶粒粒内内部部（晶晶界界和和中中心心）的的变变形形也也不不均均匀匀，结结果果产产生生了了晶晶体体内内部的部的微观内应力微观内应力。3.多晶体变形时晶粒的转动多晶体变形时晶粒的转动 多多晶晶体体变变形形中中，各各个个晶晶粒粒在在滑滑移移的的同同时时，其其滑滑移移方方向向都都有有着着转转向向与与力力轴轴平平行行（或或垂垂直直）的的趋趋势势，当当变变形形量量很很大大（70%70%- -80%80%）时时，各各晶晶粒粒的的取取向向几几乎乎趋趋于于一一致致。这这种种由由于于变变形形而而形形成成晶晶粒粒择择优

33、优取取向向排排列列的的组组织织，称称为为变形织构变形织构。8.4.2 8.4.2 晶粒大小对变形的影响晶粒大小对变形的影响 晶晶粒粒越越小小，对对塑塑性性变变形形的的抗抗力力越越大大，屈屈服服强强度度愈愈高高，而而且且塑塑性性、韧韧性性也也好好，称称为为细细晶晶强强化化。这这是是一一种种十十分分重要的强韧化的手段。重要的强韧化的手段。晶晶粒粒平平均均直直径径d与与屈屈服服强强度度（）的关系可表示为的关系可表示为式中：式中： 0 和和K K 皆为常数，前者表示皆为常数，前者表示晶内对变形的抗力，约相当于单晶体晶内对变形的抗力，约相当于单晶体 的的2-32-3倍左右，后者表示晶界对变形影倍左右，后

34、者表示晶界对变形影响的程度，随晶界结构而定。此公式响的程度，随晶界结构而定。此公式适用于大多数金属材料适用于大多数金属材料低碳钢的晶粒大小低碳钢的晶粒大小与屈服强度的关系与屈服强度的关系 8.5 8.5 合金的塑性变形合金的塑性变形 随着溶质原子的加入，随着溶质原子的加入，合金的塑性变形抗力大大提合金的塑性变形抗力大大提高，表现为强度、硬度的不高，表现为强度、硬度的不断增加，塑性、韧性的不断断增加，塑性、韧性的不断下降，即产生了下降，即产生了“固溶强化固溶强化”作用。作用。Cu-Ni固溶体的机固溶体的机械性能与成分的关系械性能与成分的关系 8.5.1 8.5.1 固溶体塑性变形特点固溶体塑性变

35、形特点（1）溶质原子的）溶质原子的浓度浓度越高，强化作越高，强化作用越大。用越大。（2）溶质原子与基体金属）溶质原子与基体金属(溶剂溶剂)的的原子原子尺寸尺寸相差越大，强化作用相差越大，强化作用越大。越大。（3）形成间隙固溶体的）形成间隙固溶体的合金元素合金元素一一般要比形成置换固溶体的合金般要比形成置换固溶体的合金元素的强化效果大。元素的强化效果大。 溶质对溶质对Cu单晶单晶临界分切应力的影响临界分切应力的影响不同溶质原子所引起的强化规律不同溶质原子所引起的强化规律 固溶强化固溶强化的主要原因是溶质原的主要原因是溶质原子与位错的弹性交互作用，阻碍了子与位错的弹性交互作用，阻碍了位错的运动。位

36、错的运动。 由于溶质原子的溶入造成了点由于溶质原子的溶入造成了点阵畸变，其应力场将与位错的应力阵畸变，其应力场将与位错的应力场发生弹性交互作用，结果使溶质场发生弹性交互作用，结果使溶质原子趋于聚集在位错的周围，好像原子趋于聚集在位错的周围，好像形成了一个溶质原子形成了一个溶质原子“气团气团”，称，称为为柯氏气团柯氏气团。柯氏气团对位错有。柯氏气团对位错有“钉扎钉扎”作用，为使位错挣脱作用，为使位错挣脱“气团气团”而运动就必须施加更大的外力，而运动就必须施加更大的外力，因此固溶体合金的塑性变形抗力要因此固溶体合金的塑性变形抗力要比纯金属大。比纯金属大。溶质原子聚集在溶质原子聚集在位错附近的示意图

37、位错附近的示意图 固溶强化与位错固溶强化与位错8.5.2 8.5.2 多相合金的塑性变形特点多相合金的塑性变形特点 其其塑塑性性变变形形不不仅仅取取决决于于基基体体相相的的性性质质，而而且且还还取取决决于于第第二二相相的的性性质质、形形状状、大大小小、数数量量和和分分布布等等状状况况。后后者者在在塑塑性性变变形形中中往往往起着决定性的作用。往起着决定性的作用。 合合金金中中第第二二相相阻阻碍碍变形形的的作作用用，根根据据其其形状和分布不同而有很大差形状和分布不同而有很大差别。（1）如如果果硬硬而而脆脆的的第第二二相相呈呈连连续续的的网网状状分分布布在在塑塑性性相相的的晶晶界界上上，合合金金的的

38、塑塑性性将将大大大大下下降降，而而且且脆脆性性相相数数量量愈愈多多，网网越越连连续续，合合金金的的塑塑性性就就越越差差。甚甚至至强强度度也也随随之之下下降降。例例如如，过过共共析析纲纲中中网网状状二二次次Fe3C及及高高速速纲纲中中的骨骼状的骨骼状一次碳化物皆使纲的脆性增加，强度、塑性降低。一次碳化物皆使纲的脆性增加，强度、塑性降低。（2）如如果果脆脆性性的的第第二二相相呈呈片片状状或或层层状状分分布布在在晶晶内内，如如铁铁碳碳合合金金中中的的珠珠光光体体组组织织。这这种种分分布布不不致致使使纲纲脆脆化化,而而且且由由于于铁铁素素体体的的变变形形受受到到阻阻碍碍，位位错错的的移移动动被被限限制

39、制在在碳碳化化物物片片层层之之间间的的很很短短距距离离之之内内,增增加加了了继继续续变变形形的的阻阻力力,故故提提高高了了合合金金的的强强度度.珠珠光光体体越越细细,片片层层间间距距越越小小,其其强强度度越越高。高。（3）如如果果脆脆性性的的第第二二相相呈呈颗颗粒粒状状均均匀匀分分布布在在晶晶内内，强强度度降降低低，塑塑性性，韧韧性性获得显著改善。获得显著改善。第二相阻碍变形作用的差别第二相阻碍变形作用的差别 若若合合金金中中的的第第二二相相以以细细小小弥弥散散的的微微粒粒均均匀匀分分布布在在基基体体上上，则则可可显显著著提提高高合合金金的的强强度度，称称为为弥弥散散强强化化。如如果果这这种种

40、微微粒粒是是通通过过过过饱饱和和固固溶溶体体的的时时效效处处理理而而沉沉淀淀析析出出来来的的，则则称称为为沉沉淀淀强强化或时效强化化或时效强化。弥散强化与沉淀强化弥散强化与沉淀强化8.6 8.6 塑性变形对合金组织和性能的影响塑性变形对合金组织和性能的影响8. 6. 1 8. 6. 1 塑性变形对组织结构的影响塑性变形对组织结构的影响8. 6. 2 8. 6. 2 塑性塑性变形形对性能的影响性能的影响 8 8.6.1 .6.1 塑性变形对组织结构的影塑性变形对组织结构的影响1.显微组织的变化 出现大量的滑移带、孪生带，晶粒形状也逐步发生了变化，出现大量的滑移带、孪生带，晶粒形状也逐步发生了变化

41、，甚至出现纤维组织甚至出现纤维组织。低碳钢冷变形后的显微组织低碳钢冷变形后的显微组织左图中：左图中：(a)热扎态热扎态(b)变形变形52%(c)变形变形72%(d)变形变形95% 当当金金属属材材料料内内部部组组织织不不均均匀匀，如如有有枝枝晶晶偏偏析析或或夹夹杂杂物物偏偏析析时时，塑塑性性变变形形会会使使这这些些区区域域伸伸长长，这这样样在在热热加加工工后后或或随随后后的的热热处处理理过过程中往往会出现程中往往会出现带状组织带状组织。2. 2. 亚结构的细化亚结构的细化铸铸态态金金属属中中亚亚结结构构的的边边长长约约为为10102 2cmcm，经经塑塑性性变变形形后后，亚亚结结构构将将细细化

42、化到到10104 4-10-106 6cmcm。 出现出现“胞状亚结构胞状亚结构”。纯铁变形亚结构的薄膜透射像纯铁变形亚结构的薄膜透射像（a）变形变形9%；（；（b）变形变形20%3. 3. 形变织构形变织构由由于于各各晶晶粒粒的的转转动动，当当变变形形量量很很大大时时，各各晶晶粒粒的的取取向向会大致趋于一致，即形成了会大致趋于一致，即形成了形变织构形变织构。 拉拉拔拔形形成成的的织织构构，称称丝丝织织构构。其其特特征征是是各各个个晶晶粒粒的的某某一晶向与拉拔方向平行或接近平行。一晶向与拉拔方向平行或接近平行。 轧轧制制形形成成的的织织构构，称称板板织织构构。其其特特征征是是各各个个晶晶粒粒的

43、的某某一晶面平行于轧制平面，而某一晶向平行于轧制方向。一晶面平行于轧制平面，而某一晶向平行于轧制方向。丝织构示意图丝织构示意图 板织构示意图板织构示意图 4. 4. 残留内应力和点阵畸变残留内应力和点阵畸变1）残留内应力）残留内应力(1)宏观内应力宏观内应力：由于工件各部分之间变形不均由于工件各部分之间变形不均匀性所产生的。匀性所产生的。(2)微观内应力微观内应力：塑性变形时塑性变形时,各晶粒或亚晶粒内各晶粒或亚晶粒内或之间的变形不均匀而产生的。或之间的变形不均匀而产生的。2）点阵畸变）点阵畸变 金金属属和和合合金金经经塑塑性性变变形形后后，位位错错、空空位位等等晶晶体体缺缺陷陷大大大大增增加

44、加，使使点点阵阵中中的的一一部部分分原原子子偏偏离离其其平平衡衡位置，造成位置，造成点阵畸变点阵畸变。8.6.2 8.6.2 塑性变形对性能的影响塑性变形对性能的影响 随随着着塑塑性性变变形形程程度度的的增增加加，金金属属材材料料的的强强度度、硬硬度度显显著著升升高高，而而塑塑性性、韧韧性性很很快快下下降降，即即产产生生了了加加工工硬硬化化现现象象1.加工硬化加工硬化加工硬化的特点加工硬化的特点加加工工硬硬化化是是强强化化金金属属的的一一种种重重要要方方法法。对对一一些些不不能能用用热热处处理理方方法法来来强强化化的的材材料料，更更具具有有重重要要的的实实用用性性。例例如如，某某些些不不锈锈钢

45、钢经经冷冷轧轧后后，可可能能其其强度提高将近一倍。强度提高将近一倍。 产产生生加加工工硬硬化化的的原原因因，与与位位错错的的运运动动和和交交互互作作用用密密切切相相关关。随随着着塑塑性性变变形形的的进进行行，位位错错密密度度不不断断增增加加，其其间间的的相相互互作作用用加加剧剧，产产生生了了塞塞积积群群、缠缠结结网网和和胞胞状状亚亚结结构构等等，阻阻碍碍了了位位错错的的进进一一步步运运动动，大大大大增增加加了了不不能能移移动动位位错错的的数数量量。因因此此，显著提高了金属继续变形的流变应力。显著提高了金属继续变形的流变应力。加工硬化的特点与原因加工硬化的特点与原因2. 2. 其它物理、化学性能

46、的变化其它物理、化学性能的变化1 1）导磁率、导电率和电阻温度系数等下降；）导磁率、导电率和电阻温度系数等下降；2 2）矫顽力及电阻率等增加；）矫顽力及电阻率等增加；3 3）比重、导热系数等有一定的下降。）比重、导热系数等有一定的下降。 8.7 8.7 金属及合金的回复与再结晶金属及合金的回复与再结晶 形变后的金属和合金，在组织、结构形变后的金属和合金，在组织、结构和性能都发生了复杂的变化。温度较高，和性能都发生了复杂的变化。温度较高，原子具有相当的扩散能力时，形变后的金原子具有相当的扩散能力时，形变后的金属和合金就会自发地向着自由能降低的方属和合金就会自发地向着自由能降低的方向转变。进行这种

47、转变的过程称为向转变。进行这种转变的过程称为回复与回复与再结晶再结晶。前者指在较低温度下、或在较早。前者指在较低温度下、或在较早阶段所发生的转变过程；后者则指在较高阶段所发生的转变过程；后者则指在较高温度下、或较晚阶段发生的转变过程。温度下、或较晚阶段发生的转变过程。8.7.1 8.7.1 形变金属或合金加热过程中的一般变化形变金属或合金加热过程中的一般变化形变金属在加热过程中会出现形变金属在加热过程中会出现回复、再结晶以及晶粒长大回复、再结晶以及晶粒长大的过程。的过程。1.1.显微组织的基本变化显微组织的基本变化 在在00t t1 1阶阶段段，显显微微组组织织几几乎乎看看不不出出任任何何变变

48、化化，晶晶粒粒仍仍保保持持伸伸长长状状或或扁扁片片状状，为为回回复复阶阶段段；在在t t1 1t t2 2阶阶段段，形形变变晶晶粒粒内内发发生生了了新新晶晶粒粒的的生生核核和和长长大大，形形变变组组织织完完全全为为新新等等轴轴晶晶取取代代，为为再再结结晶晶阶阶段段；在在t t2 2t t3 3阶阶段，新晶粒逐步合并长大，达到稳定的尺寸，为晶粒段，新晶粒逐步合并长大，达到稳定的尺寸，为晶粒长大阶段长大阶段。回复、再结晶及晶粒长大过程示意图回复、再结晶及晶粒长大过程示意图 2. 2. 性能的变化性能的变化回复及再回复及再结晶晶过程中性能的程中性能的变化化8.7.2 8.7.2 回复回复 1.1.当

49、当加加热热漫漫度度较较低低时时，首首先先发发生生点点缺缺陷陷的的运运动动和和其其相相互互结结合合而而消消失。失。 2.2.当当加加热热温温度度较较高高时时，原原来来在在变变形形 晶晶粒粒中中杂杂乱乱分分布布的的位位错错逐逐渐渐集集中中，相相互互结结合合和和按按照照某某种种规规律律排排列列起起来来。这这样样在在变变形形晶晶粒粒中中形形成成许许多多较较完完整整的的小小晶晶块块，称称为为回回复复亚亚晶晶，这一过程称为这一过程称为多边化多边化。刃型位错的刃型位错的攀移和滑移示意图攀移和滑移示意图多边化前、后刃型多边化前、后刃型位错的排列情况位错的排列情况(a)多边化前；多边化前；(b)多边化后多边化后

50、8.7.3 8.7.3 再结晶再结晶1.再结晶过程再结晶过程 再结晶过程是新晶粒生核和长大的过程。再结晶过程示意图再结晶过程示意图 2. 2. 再结晶温度及其影响因素再结晶温度及其影响因素1）再结晶温度）再结晶温度冷冷变变形形金金属属开开始始进进行行再再结结晶晶的的最最低低温温度度，称称为为再再结结晶晶温温度度。为为了了便便于于比比较较和和使使用用方方便便，通通常常生生产产上上使使用用的的再再结结晶晶温温度度是是指指经经过过大大的的冷冷变变形形（变变形形度度70%）的的金金属属在在1小小时时内内能能够够完完成成再再结结晶晶（或或已已再再结结晶晶的的体体积积分分数数95%）的的最最低温度。低温度

51、。2 2）影响再结晶的主要因素）影响再结晶的主要因素(1)温度：温度：加加热热温温度度越越高高，再再结结晶晶速速度度越越快快，产产生生一一定体积分数的再结晶所需要的时间也越短。定体积分数的再结晶所需要的时间也越短。经经98%冷轧的纯铜（冷轧的纯铜（99.999%Cu）在不同温度下的等温再结晶曲线在不同温度下的等温再结晶曲线(2)变形程度：变形程度：冷冷变变形形度度越越大大，T再再越越低低；变变形形度度大大到到一一定定程程度度，T再再趋趋于于一一稳稳定定值值，即即最最低低T再再；变变形形度度小小到到一一定定程程度度，T再再趋趋向向熔熔点点，不不发发生生再再结结晶晶。能能够够发发生生再再结结晶晶的

52、的最最小小变变形形度度，称称为为临临界界变变形形度度。在临界变形度下，在临界变形度下，T再再值最高。值最高。纯纯金金属属，最最低低T再再（K）与与其其熔熔点点T熔熔（K）之之间间存存在在下下列列经经验验关系：关系：T再再(0.350.40)T熔熔铁和铝的开始再结晶铁和铝的开始再结晶温度与冷变形程度的关系温度与冷变形程度的关系(3)原始晶粒尺寸：原始晶粒尺寸：金属的晶粒越细小，再结金属的晶粒越细小，再结晶温度较低。晶温度较低。(4)微量溶质原子：微量溶质原子：微量溶质元素能显著提高微量溶质元素能显著提高T再再，金属越纯其，金属越纯其T再再越低。越低。3. 3. 再结晶晶粒大小的控制再结晶晶粒大小

53、的控制再结晶晶粒的平均直径可用下式来表达再结晶晶粒的平均直径可用下式来表达式中式中:K为比例常数。为比例常数。细化再结晶晶粒，必须减小细化再结晶晶粒，必须减小G G/ /N N的比值的比值。影响影响N N和和G G的有以下几个的有以下几个主要因素主要因素：（1 1）变形程度）变形程度（2 2）原始晶粒的尺寸）原始晶粒的尺寸（3 3）微量溶质原子和杂质）微量溶质原子和杂质（4 4）变形温度）变形温度（1 1）变形程度）变形程度 当当变变形形度度很很小小时时不不发发生生再结晶，故晶粒度不改变；再结晶，故晶粒度不改变； 发发生生再再结结晶晶的的最最小小变变形形度度，通通常常在在2 2%-8%-8%范

54、范围围内内，即即所所谓谓“临临界界变变形形度度”，此此时再结晶晶粒特别粗大；时再结晶晶粒特别粗大； 当当变变形形度度大大于于临临界界变变形形度度，则则晶晶粒粒逐逐渐渐细细化化，变变形形度愈大、晶粒愈细小。度愈大、晶粒愈细小。金属冷变形度对金属冷变形度对再结晶后晶粒大小的影响再结晶后晶粒大小的影响（2 2）原始晶粒的尺寸）原始晶粒的尺寸 当变形度一定时，原始晶粒越细再结晶后当变形度一定时，原始晶粒越细再结晶后的晶粒也愈细。的晶粒也愈细。黄铜的再结晶晶粒大小与黄铜的再结晶晶粒大小与变形度及原始晶粒大小的关系变形度及原始晶粒大小的关系（3 3）微量溶质原子和杂质）微量溶质原子和杂质微量溶质原子和杂质

55、，一般都能起细化晶粒微量溶质原子和杂质，一般都能起细化晶粒的作用。的作用。（4 4）变形温度）变形温度变形温度愈高，回复的程度便愈大，使晶粒变形温度愈高，回复的程度便愈大，使晶粒粗化。粗化。8.7.4 8.7.4 再结晶后的晶粒长大再结晶后的晶粒长大晶晶粒粒长长大大是是一一个个自自发发过过程程，其其结结果果是是使使晶晶界界减少，总的界面自由能降低，组织变得更为稳定。减少，总的界面自由能降低，组织变得更为稳定。 再再结结晶晶后后晶晶粒粒长长大大过过程程有有两两种种类类型型：一一种种是是随随温温度度的的升升高高或或时时间间的的延延长长而而均均匀匀地地连连续续长长大大，称称为为正正常常长长大大；另另

56、一一种种是是不不连连续续、不不均均匀匀的的（或或突突发发式式的的）长长大大，称称为为反反常常长长大大，亦亦称称二二次次再再结结晶晶。1.1.晶粒的正常长大晶粒的正常长大晶晶粒粒长长大大是是通通过过大大角角晶晶界界的的移移动动、相相互互合合并并的的方方式式进进行行的的。由由大大晶晶粒粒吞吞并并小小晶晶粒粒而而使使一一些晶粒逐渐长大。些晶粒逐渐长大。主要影响因素有：主要影响因素有：（1）温度：）温度：温度越高晶粒长大速度越快。温度越高晶粒长大速度越快。（2）杂杂质质或或溶溶质质原原子子：杂杂质质增增加加，晶晶界界移移动速度降低。动速度降低。（3）第第二二相相质质点点：当当晶晶界界移移动动遇遇到到第

57、第二二相相质点时，降低晶粒长大速度。质点时，降低晶粒长大速度。2. 2. 晶粒的反常长大晶粒的反常长大( (二次再结晶二次再结晶) )在在某某些些情情况况下下，再再结结晶晶完完成成后后晶晶粒粒长长大大出出现现少少数数较较大大的的晶晶粒粒优优先先快快速速长长大大，逐逐步步吞吞食食其其周周围围大大量量的的小小晶晶粒粒，最最后后形形成成非非常常粗粗大大的的组组织织。这这种种现现象象通通常常亦亦称称为为二二次次再再结结晶晶。将将前前节节所所讨讨论论的的再再结晶，称为结晶，称为一次再结晶一次再结晶，以资区别。，以资区别。 由于二次再结晶会形成非常粗大的晶粒，从由于二次再结晶会形成非常粗大的晶粒，从而降低

58、材料的强度、塑性和韧性，并影响冷变形而降低材料的强度、塑性和韧性，并影响冷变形后的表面光洁度。后的表面光洁度。8.7.5 8.7.5 再结晶退火后的组织再结晶退火后的组织 再再结结晶晶退退火火是是将将冷冷变变形形金金属属加加热热到到规规定定温温度度保保温温一一定定时时间间，然然后后缓缓慢慢冷冷却却至至室室温温的的一一种种热热处处理理操操作作。其其目目的的是是不不同同程程度度地恢复或进一步改善材料的性能。地恢复或进一步改善材料的性能。1. 1. 再结晶退火后的晶粒大小再结晶退火后的晶粒大小 退退火火后后的的晶晶粒粒大大小小主主要要取取决决于于变变形形程程度度和和退退火火温温度度。变变形形程程度度

59、越越大大，晶晶粒粒越越细细；退退火火温温度度越越高高，则则晶晶粒粒越越粗粗。通通常常将将晶晶粒粒大大小小、变变形形程程度度及及退退火火温温度度之之间间的的关关系系，绘绘制制成成立立体图形，称体图形，称“再结晶图再结晶图”。工业纯铝的再结晶图工业纯铝的再结晶图 2.2.退火孪晶退火孪晶再再结结晶晶退退火火后后的的组组织织中中常常出出现现孪孪晶晶，称为称为退火孪晶退火孪晶。3.3.再结晶织构再结晶织构 具有变形织构的材料经再结晶退火具有变形织构的材料经再结晶退火后，多数情况下仍然会具有织构，这种后，多数情况下仍然会具有织构，这种织构，称为织构，称为再结晶织构再结晶织构。8.7.6 8.7.6 金属

60、与合金的热加工金属与合金的热加工金金属属与与合合金金的的冷冷加加工工和和热热加加工工的的界界限限，以以金金属属与与合合金金的的再再结结晶晶温温度度来来划划分分。凡凡在在低低于于再再结结晶晶温温度度的的加加工工皆皆属属于于冷冷加加工工（有有加加工工硬硬化化），而而高高于于再再结结晶晶温温度度的的加加工工皆皆属属于于热加工热加工（无加工硬化）。（无加工硬化）。热热加加工工能能消消除除铸铸态态金金属属与与合合金金的的某某些些缺缺陷陷,如如使使气气孔孔焊焊合合，使使枝枝晶晶、柱柱状状晶晶和和粗粗大大晶晶粒粒破破碎碎，以以及及改改善善夹夹杂杂物物的分布等，从而能提高金属与合金的致密度和机械性能。的分布等

61、，从而能提高金属与合金的致密度和机械性能。 其其次次，热热加加工工以以后后钢钢中中的的夹夹杂杂物物、气气孔孔、疏疏松松沿沿着着加加工工方方向向延延伸伸，形形成成彼彼此此平平行行的的宏宏观观条条纹纹组组织织，即即所所谓谓流流线线（热热加加工工纤纤维维组组织织），使使金金属属与与合合金金的的机机械械性性能能有有明明显显的的方向性方向性- -纵向性能高于横向性能。纵向性能高于横向性能。8.8 8.8 金属的断裂金属的断裂材材料料在在应应力力作作用用下下分分为为两两（或或以以上上）部部分分的的现象称之为为现象称之为为断裂断裂。 韧韧性性断断裂裂：经经足足够够大大的的塑塑性性变变形形后后才才发发生生的的

62、断裂，其断口呈暗灰色，通常是纤维状的。断裂，其断口呈暗灰色，通常是纤维状的。 脆脆性性断断裂裂：几几乎乎没没有有塑塑性性变变形形就就破破断断，其其断断口为闪闪发光的结晶状断口。口为闪闪发光的结晶状断口。 断断裂裂的的过过程程是是裂裂纹纹的的产产生生和和发发展展的的过过程程。材材料料断断裂裂时时，首首先先形形成成微微裂裂纹纹或或者者以以原原有有的的微微裂裂纹纹、孔孔洞洞、杂杂质质等等为为破破坏坏源源，在在力力的的作作用用下下，裂裂纹纹或或破破坏坏源源缓缓慢慢扩扩张张达达到到某某一一临临界界尺尺寸寸- -临临界界裂裂纹纹尺尺寸寸，瞬瞬时时发发生生断断裂裂。所所以以断断裂裂是是一一个个随随时时间间渐

63、渐进进的的过过程。程。8.9 8.9 金属的疲劳金属的疲劳金金属属工工件件承承受受周周期期应应力力，在在比比承承受受单单一一静静负负荷荷低低得得多多的的应应力力下下失失效称为效称为疲劳失效疲劳失效。 疲疲劳劳失失效效通通常常起起源源于于应应力力集集中中处处，或或是是在在某某个个冶冶金金夹夹杂杂或或裂裂纹纹处处。裂裂纹纹一一旦旦萌萌生生，就就会会在在周周期期应应力力作作用用下下穿穿越越零零件件，当当剩剩下下的的截截面面变变得得很小、无法再承受负荷时，就会发生断裂。很小、无法再承受负荷时，就会发生断裂。 影响疲劳强度的因素：影响疲劳强度的因素：（1）应力集中）应力集中:缺口、键槽或截面突变处，疲劳

64、强度大大降低。缺口、键槽或截面突变处，疲劳强度大大降低。（2）表表面面粗粗糙糙度度:表表面面光光滑滑，疲疲劳劳强强度度高高；粗粗糙糙表表面面会会造造成成应应力力集集中中，使疲劳裂纹形成。使疲劳裂纹形成。（3）表表面面状状态态：钢钢的的表表面面硬硬度度提提高高，可可提提高高疲疲劳劳寿寿命命。表表面面形形成成残残余余压应力层也会提高疲劳寿命。压应力层也会提高疲劳寿命。（4 4）环环境境：如如果果金金属属在在承承受受周周期期应应力力时时还还有有一一个个腐腐蚀蚀性性环环境境，所所造造成成的的腐腐蚀蚀会会大大大大加加速速裂裂纹纹扩扩展展速速率率。腐腐蚀蚀和和周周期期应应力力对对金金属属的的综综合合作作用

65、用又称又称腐蚀疲劳腐蚀疲劳。8.10 8.10 金属的蠕变和持久强度金属的蠕变和持久强度8.10.1 8.10.1 金属的蠕变金属的蠕变 当当金金属属承承受受恒恒定定负负荷荷或或恒恒定定应应力力时时，经经过过一一段段时时间间后后，它它可可能能进进行行递递增增的的塑塑性性变变形形。这这种种与与时时间间有有关关的的应应变变，称称为为蠕蠕变变。对对于于许许多多在在高高温温下下工工作作的的工工程程设设计计，材材料料的的蠕蠕变变是是决定提高工作温度的限制因素。决定提高工作温度的限制因素。8.108.10.2.2 持久强度持久强度金属的持久强度金属的持久强度是在给定温度下，恰是在给定温度下，恰好使材料经过

66、规定时好使材料经过规定时间发生断裂的应力值。间发生断裂的应力值。持久强度试验的数据持久强度试验的数据可以绘制成以应力为可以绘制成以应力为纵坐标，破断时间为纵坐标，破断时间为横坐标的曲线（对数横坐标的曲线（对数标尺）。标尺）。316型不锈钢在不同温度下，型不锈钢在不同温度下，应力与破断所需时间的关系应力与破断所需时间的关系8 811 11 硬度硬度 材料抵抗另一硬物体压入其内的能力材料抵抗另一硬物体压入其内的能力叫叫硬度硬度，即受压时抵抗局部塑性变形的能，即受压时抵抗局部塑性变形的能力。硬度试验方法很多，硬度有多种表示力。硬度试验方法很多，硬度有多种表示方式。方式。主要有以下两种主要有以下两种:

67、1. 1. 布氏硬度布氏硬度2. 2. 洛氏硬度洛氏硬度8 811111 1 布氏硬度布氏硬度一一定定直直径径的的球球体体(钢钢球球或或硬硬质质合合金金球球)在在一一定定载载荷荷作作用用下下压压入入试试样样表表面面，保保持持一一定定时时间间后后卸卸除除载载荷荷，测测量量其其压压痕痕直直径径,计计算算硬硬度度值值。布布氏氏硬硬度度值值用用球球面面压压痕痕单单位位表表面面积积上上所所承承受受的的平平均均压压力力来来表表示示。用用符符号号HBS(当当用用钢钢球球压压头头时时)或或HBW(当当用用硬硬质质合合金球时金球时)来表示来表示.。式中：式中：F为荷载为荷载(N)，D为球体直径为球体直径(mm)

68、，d为压痕平均直径为压痕平均直径(mm)。布氏硬度试验原理图布氏硬度试验原理图 实实际际测测量量时时, , 可可查查相相应应的的压压痕痕直直径径与与布布氏氏硬硬度度对对照照表表查查得得硬度值。硬度值。 布布氏氏硬硬度度主主要要用用于于各各种种退退火火状状态态下下的的钢钢材材、铸铸铁铁、有有色色金金属属等等, , 也也用用于于调调质质处处理的机械零件。理的机械零件。8.11.2 8.11.2 洛氏硬度洛氏硬度 将将金金刚刚石石压压头头( (或或钢钢球球压压头头) ), , 在在先先后后施施加加两两个个载载荷荷( (预预载载荷荷P P0 0和和总总载载荷荷P P) )的的作作用用下下压压入入金金属

69、属表表面面。总总载载荷荷P P为为预预载载荷荷P P0 0和和主主载载荷荷P P1 1之之和和。卸卸去去主主载载荷荷P P1 1后后, , 测测量量其其残残余余压压入入深深度度e e来来计计算算洛洛氏氏硬硬度度值值。残残余余压压入入深深度度e e越越大大, , 表表示示材材料料硬硬度度越越低低, , 实实际际测测量量时时硬硬度度可可直直接接从从洛洛氏氏硬硬度度计计表表盘盘上上读读得得。根根据据压压头头的的种种类类和和总总载载荷荷的的大大小小洛洛氏氏硬硬度度常常用用的的表表示示方方式式有有H HR RA A、H HR RB B、H HR RC C三三种种。如如洛洛氏氏硬硬度度表表示示为为6 62

70、 2H HR RC C, , 表表示示用用金金刚刚石石园园锥锥压压头头, , 总总载载荷荷为为1 1 5 5 0 0k k g g f f测测 得得 的的 洛洛 氏氏 硬硬 度度 值值 。洛氏硬度测量原理图洛氏硬度测量原理图 常用洛氏硬度值的符号常用洛氏硬度值的符号, , 试验条件与应用试验条件与应用标度符号压头总载荷Kgf表盘上刻度颜色常用硬度应用举例HRA 金刚石园锥60黑线7085碳化物、硬质合金、表面硬化工件等HRB1/16钢球100红线25100 软钢、退火钢、铜合金等HRC 金刚石园锥150黑线20-67淬火钢、调质钢等洛洛氏氏硬硬度度试试验验用用于于试试验验各各种种钢钢铁铁原原材

71、材料料、有有色色金金属属、经经淬淬火火后后工工件件、表表面面热处理工件及硬质合金等。热处理工件及硬质合金等。材材料料的的硬硬度度还还可可用用维维氏氏硬硬度度试试验验方方法法和和显微硬度显微硬度试验方法测定。试验方法测定。 各种不同方法测得的硬度值之间可各种不同方法测得的硬度值之间可通过查表的方法进行互换。如通过查表的方法进行互换。如: : 6161HRC = 82HRA = 627HB = 803HV30HRC = 82HRA = 627HB = 803HV308.12金属的磨损金属的磨损由由于于零零件件之之间间相相对对摩摩擦擦的的结结果果，引引起起摩摩擦擦表表面面的的微微小小颗颗粒粒被被分分

72、离离出出来来，使使接接触触表表面面不不断断发发生生尺尺寸寸变变化化和和质质量量损损失失，这这种种现现象象称称为为磨磨损损。磨磨损损过过程程一一般般分分为为三三个个阶阶段段：跑跑合合阶阶段段（磨磨合合阶阶段段）；稳定磨损阶段；稳定磨损阶段；剧烈磨损阶段。剧烈磨损阶段。 按按材材料料磨磨损损的的破破坏坏机机理理来来分分类类，可可分分为为粘粘着着磨磨损损、磨磨粒粒磨磨损损、疲疲劳劳磨磨损损、冲冲蚀蚀磨磨损损、腐腐蚀蚀磨磨损损和和微微动动磨磨损损等等。通通常常情情况况下下，主主要要是粘着磨损和磨粒磨损是粘着磨损和磨粒磨损。 材材料料在在一一定定的的摩摩擦擦条条件件下下抵抵抗抗磨磨损损的的能能力力即即为

73、为材材料料的的耐耐磨磨性性。有有人人估估计计，世世界界的的能能源源有有1/31/3是是消消耗耗在在摩摩擦擦上上，摩摩擦擦的的存存在在必必然然导导致致机机件件的的磨磨损损，根根据据统统计计有有80%80%的的机机件件是是因因为为磨磨损损而而报报废废的的，可可见见认认识识并并掌掌握握摩摩擦擦、磨磨损损规规律律，提提高高材材料料表表面面的的耐耐磨磨性性，具具有有十十分分重重要的意义。要的意义。8.18.13 3 金属的物理和化学性能金属的物理和化学性能8 81 13 31 1 金属的物理性能金属的物理性能1. 1. 密度密度2. 2. 熔点熔点3. 3. 导热性导热性4. 4. 导电性导电性5. 5

74、. 热膨胀性热膨胀性6. 6. 磁性磁性 1. 1. 密度密度单位体积物质的质量称为该物质的单位体积物质的质量称为该物质的密度密度:式中：式中：为物质的密度为物质的密度(kg/m3), m为物质的质量为物质的质量(kg),V为物质的体积为物质的体积(m3)。密密度度小小于于5 510103 3kg/mkg/m3 3 的的金金属属称称为为轻轻金金属属, , 如铝、镁、钛及它们的合金。如铝、镁、钛及它们的合金。 密密度度大大于于5 510103 3 kg/mkg/m3 3的的金金属属称称为为重重金金属属, , 如铁、铅、钨等。轻金属多用于航天航空器上。如铁、铅、钨等。轻金属多用于航天航空器上。2.

75、2.熔点熔点 金金属属从从固固态态向向液液态态转转变变时时的的温温度度称称为为熔熔点点，纯金属都有固定的熔点。，纯金属都有固定的熔点。 熔熔点点高高的的金金属属称称为为难难熔熔金金属属，如如钨钨、钼钼、钒等，可以用来制造耐高温零件。钒等，可以用来制造耐高温零件。 熔熔点点低低的的金金属属称称为为易易熔熔金金属属如如锡锡、铅铅等等，可用于制造保险丝和防火安全阀零件等可用于制造保险丝和防火安全阀零件等) )。3.3.导热性导热性 导导热热性性通通常常用用热热导导率率来来衡衡量量。热热导导率率的的符符号号是是 , ,单单位位是是 。热热导导率率越越大大, , 导导热热性性越越好好。金金属属的的导导热

76、热性性以以银银为为最最好好, , 铜铜、铝铝次次之之。合合金金的的导导热热性性比比纯纯金金属属差差。在在热热加加工工和和热热处处理理时时，必必须须考考虑虑金金属属材材料料的的导导热热性性，防防止止材材料料在在加加热热或或冷冷却却过过程程中中形形成成过大的内应力，以免零件变形或开裂。过大的内应力，以免零件变形或开裂。4.4.导电性导电性 传传导导电电流流的的能能力力称称导导电电性性，用用电电阻阻率率来来衡量，电阻的单位是衡量，电阻的单位是 。 电电阻阻率率越越小小，导导电电性性越越好好，金金属属导导电电性性以以银银为为最最好好，铜铜、铝铝次次之之。合合金金的的导导电电性性比比纯金属差。纯金属差。

77、 电电阻阻率率小小的的金金属属( (纯纯铜铜、纯纯铝铝) )适适于于制制造造导导电电零零件件和和电电线线。电电阻阻率率大大的的金金属属或或合合金金( (如如钨、钼、铁、铬、铝钨、钼、铁、铬、铝) )适于做电热元件。适于做电热元件。金金属属材材料料随随着着温温度度变变化化而而膨膨胀胀、收收缩缩的的特特性性称称为为热热膨膨胀胀性性。一一般般来来说说，金金属属受受热热时时膨膨胀胀体体积积增增大大，冷冷却却时时收收缩缩体体积积缩缩小小。热热膨膨胀胀性性用用线胀系数线胀系数和体胀系数和体胀系数来表示。来表示。式中：式中：l l为线胀系数为线胀系数(1/K或或1/) l1膨胀前长度膨胀前长度(m)l2膨胀

78、后长度膨胀后长度(m)t 温度变化量温度变化量(K或或)5.5.热膨胀性热膨胀性金属铝铜镁镍铁钛铅锡锑元素符号AlCuMgNiFeTiPbSnSb密度kg/m31032.708.941.748.97.864.5111.37.36.69熔点()6601083650145515391660327232631线膨胀系数(1/)10-623.116.625.713.511.79.0292311.4导电率(%)609534231637144导热系数/W(mK)-12.093.851.460.590.840.17磁化率21抗磁12铁磁铁磁182抗磁2弹性模量E(MPa)724001300004360021

79、0000200000112500抗拉强度(Mpa)801102002402004005002503302503001820410伸长率/(%)3240455011.535402555507045400断面收缩率/(%)7090657512.560707085768890900布氏硬度/HB203680651004530色泽银白银白白灰白暗灰苍灰银白银白 一些金属的物理性能及机械性能 8 81 13 32 2 金属的化学性能金属的化学性能1.1.耐腐蚀性耐腐蚀性 金金属属材材料料在在常常温温下下抵抵抗抗氧氧、水水蒸蒸气气及及其其它它化化学学介介质质腐腐蚀蚀破破坏坏作作用用的的能能力力称称耐耐腐腐

80、蚀蚀性性。碳碳钢钢、铸铸铁铁的的耐耐腐腐蚀蚀性性较较差差；钛钛及及其其合合金金、不不锈锈钢钢的的耐耐腐腐蚀蚀性性好好；铝铝合合金金和和铜铜合合金金有较好的耐腐蚀性。有较好的耐腐蚀性。2.2.抗氧化性抗氧化性金金属属材材料料在在加加热热时时抵抵抗抗氧氧化化作作用用的的能能力力称称抗抗氧氧化化性性。加入加入Cr、Si等合金元素等合金元素,可提高钢的抗氧性。可提高钢的抗氧性。金金属属材材料料的的耐耐腐腐蚀蚀性性和和抗抗氧氧化化性性统统称称化化学学稳稳定定性性。在在高温下的化学稳定性称为高温下的化学稳定性称为热稳定性热稳定性。8 81 14 4 金属的工艺性能金属的工艺性能冶炼冶炼 铸造铸造 铸锭铸锭

81、 冷冲冷冲 热锻热锻冷轧冷轧 板、棒、板、棒、型材、管材型材、管材 焊接焊接 机加工机加工 机加工机加工 冷轧冷轧热拔热拔 锻件锻件 铸件铸件 零件零件 在在铸铸造造、锻锻压压、焊焊接接、机机加加工工等等加加工工过过程程中中，一一般般还还要要进进行行不不同同类类型型的的热热处处理理。工工艺艺性性能能是是指指制制造造工工艺艺过过程程中中材材料料适适应应加加工工的的性性能能, ,它它直直接接影影响响零零件件加加工工后后的的质质量量，是是选选材材和和制制订订零零件件加加工工工工艺艺路路线线时时应应当当考考虑的因素之一。虑的因素之一。8 81 14 41 1 铸造性能铸造性能金金属属材材料料铸铸造造成

82、成形形获获得得优优良良铸铸件件的的能能力力称称为为铸铸造造性性能能，用流动性、收缩性和偏析来衡量。用流动性、收缩性和偏析来衡量。1.流动性流动性熔熔融融金金属属的的流流动动能能力力称称为为流流动动性性。流流动动性性好好的的金金属属容容易易充满铸型，从而获得外形完整、尺寸精确、轮廓清晰的铸件充满铸型，从而获得外形完整、尺寸精确、轮廓清晰的铸件。2.收缩性收缩性铸铸件件在在凝凝固固和和冷冷却却过过程程中中，其其体体积积和和尺尺寸寸减减少少的的现现象象称称为为收收缩缩性性。铸铸件件收收缩缩不不仅仅影影响响尺尺寸寸，还还会会使使铸铸件件产产生生缩缩孔孔、疏松、内应力、变形和开裂等缺陷。疏松、内应力、变

83、形和开裂等缺陷。3.偏析偏析 金属凝固后，铸锭或铸件化学成分和组织的不均匀现象金属凝固后，铸锭或铸件化学成分和组织的不均匀现象称为称为偏析偏析。偏析大会使铸件各部分的力学性能有很大的差异，。偏析大会使铸件各部分的力学性能有很大的差异，降低铸件的质量。降低铸件的质量。几种金属材料的铸造性能比较材料材料流动流动性性收收缩缩性性偏析偏析倾向倾向其它其它体收缩体收缩线收缩线收缩灰口铸铁灰口铸铁好好小小小小小小铸造内应力小铸造内应力小球墨铸铁球墨铸铁稍差稍差大大小小小小易形成缩孔、缩易形成缩孔、缩松，松，白口化倾向白口化倾向小小铸钢铸钢差差大大大大大大导热性差，导热性差，易发易发生冷裂生冷裂铸造黄铜铸造

84、黄铜好好小小较小较小较小较小易形成集中缩孔易形成集中缩孔铸造铝合金铸造铝合金尚好尚好小小小小较大较大 易吸气，易吸气，易氧化易氧化8 81 14 42 2 锻造性能锻造性能 金属材料用锻压加工方法成形的适应能力称金属材料用锻压加工方法成形的适应能力称锻造性锻造性。 锻造性能主要取决于金属材料的塑性和变形锻造性能主要取决于金属材料的塑性和变形抗力。塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性抗力。塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性能越好。碳钢在加热状态下锻造性能较好，其中能越好。碳钢在加热状态下锻造性能较好，其中低碳钢最好，中碳钢次之，高碳钢差。低碳钢最好，中碳钢次之，高碳钢差。8 81 14 43

85、3 焊接性能焊接性能 金金属属材材料料对对焊焊接接加加工工的的适适应应性性称称焊焊接接性性。也也就就是是在在一一定定的的焊焊接接工工艺艺条条件件下下，获获得得优优质质焊焊接接头的难易程度。接接头的难易程度。 钢钢的的碳碳含含量量是是焊焊接接性性好好坏坏的的主主要要因因素素。低低碳碳钢钢和和碳碳含含量量低低于于0.18%0.18%的的合合金金钢钢有有较较好好的的焊焊接接性性能能, , 碳碳含含量量大大于于0.45%0.45%的的碳碳钢钢和和碳碳含含量量大大于于0.35%0.35%的的合合金金钢钢的的焊焊接接性性能能较较差差。碳碳含含量量和和合金元素含量越高合金元素含量越高, , 焊接性能越差。焊

86、接性能越差。8 81 14 44 4 切削切工性能切削切工性能 切切削削加加工工性性能能用用切切削削后后的的表表面面质质量量( (以以表表面面粗糙度高低衡量粗糙度高低衡量) )和刀具寿命来表示。和刀具寿命来表示。 影影响响切切削削加加工工性性的的因因素素主主要要是是材材料料的的化化学学成成分、组织、硬度、韧性、导热性和形变硬化等。分、组织、硬度、韧性、导热性和形变硬化等。 金金属属材材料料具具有有适适当当的的硬硬度度(170(170HBSHBS230HBS)230HBS)和和足足够够的的脆脆性性时时切切削削性性良良好好。改改变变钢钢的的化化学学成成分分( (如如加加入入少少量量铅铅、磷磷等等元

87、元素素) )和和进进行行适适当当的的热热处处理理( (如如低低碳碳钢钢进进行行退退火火，高高碳碳钢钢进进行行球球化化退退火火) )可可提提高钢的切削加工性能。高钢的切削加工性能。几种金属材料的切削加工性能的比较几种金属材料的切削加工性能的比较等级等级金属材料金属材料切削加工性能切削加工性能1铝、镁合金铝、镁合金很容易加工很容易加工2易切削钢易切削钢易加工易加工330钢正火钢正火易加工易加工445钢、灰口铸铁钢、灰口铸铁一般一般585钢钢(轧材轧材)、2Cr13钢调质钢调质一般一般6易切削不锈钢易切削不锈钢难加工难加工71Cr18Ni9Ti,W18Cr4V钢钢难加工难加工8耐热合金、钴合金耐热合

88、金、钴合金难加工难加工8 81 14 45 5 热处理工艺性能热处理工艺性能钢钢的的热热处处理理工工艺艺性性能能主主要要考考虑虑其其淬淬透透性性, , 即即钢钢接接受受淬淬火火的的能能力力。含含MnMn、CrCr、NiNi等等合合金金元元素素的的合合金金钢钢淬淬透透性性比比较较好好, , 碳碳钢钢的淬透性较差。的淬透性较差。小结小结（1）金金属属材材料料的的性性能能包包括括使使用用性性能能和和工工艺艺性性能能。使使用用性性能能是是指指金金属属材材料料在在使使用用条条件件下下所所表表现现出出来来的的性性能能，它它包包括括力力学学性性能能、物物理理和和化化学学性性能能；工工艺艺性性能能是是指指制制

89、造造过过程程中中材材料料适应加工的性能。适应加工的性能。金金属属材材料料的的力力学学性性能能亦亦称称为为机机械械性性能能，是是指指金金属属材材料料在在外外力力作作用用下下表表现现出出来来的的性性能能，包包括括弹弹性性、强强度度、塑塑性性、硬度、韧性、疲劳强度、蠕变和磨损等。硬度、韧性、疲劳强度、蠕变和磨损等。 金金属属在在外外力力（载载荷荷）作作用用下下，首首先先发发生生弹弹性性变变形形，载载荷荷增增加加到到一一定定大大小小，会会发发生生塑塑性性变变形形。继继续续增增加加载载荷荷，便便发发生生断断裂裂。金金属属在在外外力力作作用用下下的的上上述述表表现现，可可以以反反映映在在应应力力- -应应

90、变变曲曲线线上上。根根据据变变形形特特点点，金金属属的的强强度度指指标标有有：弹弹性性极限值极限值 、屈服极限、屈服极限( (屈服强度屈服强度) ) （或（或 ）、强度极限）、强度极限 ( (抗拉强度抗拉强度) )。金属的塑性用延伸率和断面收缩率来表示。金属的塑性用延伸率和断面收缩率来表示。小结小结（2）材材料料在在轴轴向向压压力力作作用用下下，会会产产生生沿沿作作用用力力方方向向的的缩缩短短变变形形，可可测测得得压压力力和和变变形形的的曲曲线线-压压缩缩曲曲线线或或应应力力应应变变曲曲线线。由由压压缩缩曲曲线线可可以以得得出出压压缩缩强强度度指指标标（抗抗压压强强度度）和塑性指标和塑性指标（

91、相对压缩率）和（相对压缩率）和（相对断面扩展率）。（相对断面扩展率）。 在弯曲负荷作用下金属试样的变形情况，可用弯曲在弯曲负荷作用下金属试样的变形情况，可用弯曲力矩力矩-挠度曲线所示。挠度曲线所示。构构件件受受到到一一力力偶偶作作用用时时（大大小小相相等等，转转向向相相反反），会会发发生生扭扭转转变变形形。通通过过扭扭矩矩-扭扭转转角角曲曲线线（M-曲曲线线），可可得得到到扭扭转转比比例例极极限限、扭扭转转条条件件强强度度极极限限、扭扭转转屈屈服强度服强度和切变弹性模量和切变弹性模量G。金属在弹性变形范围内，应力和应变的关系符合虎金属在弹性变形范围内，应力和应变的关系符合虎克定律。克定律。小结

92、小结（3）单单晶晶体体塑塑性性变变形形的的基基本本方方式式是是滑滑移移和和孪孪生生。滑滑移移是是晶晶体体在在切切应应力力作作用用下下，晶晶体体的的一一部部分分沿沿滑滑移移面面上上的的滑滑移移方方向向相相对对于于另另一一部部分分发发生生滑滑动动。滑滑移移特特征征是是出出现现滑滑移移线线与与滑滑移移带带。滑滑移移面面和和滑滑移移方方向向往往往往是是金金属属晶晶体体中中的的密密排排面面和和其其上上的的密密排排方方向向。一一个个滑滑移移面面与与其其上上的的一一个个滑滑移移方方向向组组成成一一个个滑滑移移系系。滑滑移移系系愈愈多多，塑塑性性越越好好。当当金金属属晶晶体体受受外外力力作作用用时时，滑滑移移

93、面面上上沿沿着着滑滑移移方方向向的的分分切切应应力力达达到到某某一一临临界界值值时时，晶晶体体开开始始滑滑移移。随随着着滑滑移移的的进进行行，金金属属晶晶体体还还会会产产生生转转动动，从从而而使使金金属属晶晶体体的的空空间间取取向向发发生生变变化化。滑滑移移是是晶晶体体内内部部位位错在切应力作用下运动的结果。错在切应力作用下运动的结果。孪孪生生是是在在切切应应力力作作用用下下晶晶体体的的一一部部分分相相对对于于另另一一部部分分沿沿孪孪生生面面和和孪孪生生方方向向发发生生切切变变的的变变形形过过程程。切切变变后后已已变变形形区的晶体取向与未变形区的晶体取向互成镜面对称关系。区的晶体取向与未变形区

94、的晶体取向互成镜面对称关系。小结小结（4）多多晶晶体体在在受受到到外外力力作作用用时时，各各晶晶粒粒并并非非同同时时开开始始变变形形，而而是是首首先先在在那那些些取取向向因因子子m m最最大大的的晶晶粒粒中中开开始始滑滑移移，然然后后从从一一个个晶晶粒粒传传递递到到另另一一个个晶晶粒粒。一一批批批批晶晶粒粒如如此此逐逐一一传传递递下下去去，即即可可使使变变形形波波及及整整个个晶晶体体。多多晶晶体体的的塑塑性性变变形形抗抗力力通通常常比比单单晶晶体体的的要要高高。多多晶晶体体变变形形的的其其他他特特点点是是：变变形形不不均均匀匀、可可出出现变形织构、细晶强化。现变形织构、细晶强化。固固溶溶体体变

95、变形形的的特特点点是是：随随着着溶溶质质原原子子的的加加入入，合合金金的的塑塑性性变变形形抗抗力力大大大大提提高高，表表现现为为强强度度、硬硬度度的的不不断断增增加加，塑塑性性、韧韧性性的的不不断断下下降降，即即产产生生了了“固固溶溶强强化化”作作用用。当当合合金金由由多多相相混混合合物物构构成成时时，其其塑塑性性变变形形不不仅仅取取决决于于基基体体相相的的性性质质，而而且且还还取取决决于于第第二二相相的的性性质质、形形状状、大大小小、数数量量和和分分布布等等状状况况。后者在塑性变形中往往起着决定性的作用。后者在塑性变形中往往起着决定性的作用。小结小结（5）塑塑性性变变形形对对组组织织结结构构

96、的的影影响响是是：晶晶粒粒形形状状发发生生变变化化、亚亚结结构构细细化化、造造成成形形变变织织构构、残残留留内内应应力力和和点点阵阵畸畸变变。塑塑性变形对性能的影响是出现加工硬化现象性变形对性能的影响是出现加工硬化现象对对形形变变金金属属和和合合金金进进行行加加热热，会会出出现现回回复复、再再结结晶晶以以及及晶晶粒粒长长大大三三个个过过程程。形形变变晶晶粒粒逐逐渐渐被被新新的的晶晶粒粒所所取取代代。材料性能也发生了相应的变化。材料性能也发生了相应的变化。 金金属属与与合合金金的的冷冷加加工工和和热热加加工工的的界界限限，以以金金属属与与合合金金的的再再结结晶晶温温度度来来划划分分。凡凡在在低低

97、于于再再结结晶晶温温度度的的加加工工皆皆属属于于冷冷加加工工（有有加加工工硬硬化化），而而高高于于再再结结晶晶温温度度的的加加工工皆皆属属于于热加工（无加工硬化）。热加工（无加工硬化）。 热热加加工工能能消消除除铸铸态态金金属属与与合合金金的的某某些些缺缺陷陷, ,如如使使气气孔孔焊焊合合，使使枝枝晶晶、柱柱状状晶晶和和粗粗大大晶晶粒粒破破碎碎，以以及及改改善善夹夹杂杂物物的分布等，从而能提高金属与合金的致密度和机械性能的分布等，从而能提高金属与合金的致密度和机械性能。小结小结（6） 经经足足够够大大的的塑塑性性变变形形后后才才发发生生的的断断裂裂称称为为韧韧性性断断裂裂。几几乎乎没没有有塑塑

98、性性变变形形就就破破断断的的现现象象称称之之为为脆脆性性断断裂裂。另另外外，还还有有疲疲劳劳破破坏坏、蠕蠕变变断断裂裂和和腐腐蚀蚀开开裂裂。断断裂裂的的过过程程是是裂裂纹纹的产生和发展的过程。不同的断裂形式有不同的特点。的产生和发展的过程。不同的断裂形式有不同的特点。 金金属属的的其其他他力力学学性性能能是是：金金属属的的疲疲劳劳、金金属属的的蠕蠕变变和和持久强度、硬度等。持久强度、硬度等。 金金属属的的物物理理性性能能包包括括：密密度度、熔熔点点、导导热热性性、导导电电性性、热热膨膨胀胀性性、磁磁性性等等。金金属属的的化化学学性性能能包包括括：耐耐腐腐蚀蚀性性、抗抗氧化性等。氧化性等。 金金属属的的工工艺艺性性能能包包括括：铸铸造造性性能能、锻锻造造性性能能、焊焊接接性性能、切削切工性能和热处理工艺性能等。能、切削切工性能和热处理工艺性能等。