工程材料及成型工艺基础1.doc

什么是低应力脆断?材料抵抗裂纹扩展断裂的能力叫断裂韧性。机械零件的传统强度设计为σ<[σ]=(n为安全系数),一般认为用此式设计的零件是安全的,不会产生塑性变形,更不会断裂。但是,有些高强钢制造的零件或大型焊接构件如桥梁、船舶等,有时会在工作应力远低于材料屈服强度甚至低于许用应力的条件下突然发生脆性断裂,这种工作应力远低于材料屈服强度的断裂叫低应力脆断。裂纹扩展的基本形式:1)张开型2)滑开型3)撕开型疲劳断裂:材料在循环载荷的作用下,即使所受力低于屈服强度也常发生断裂,这种现象称为疲劳断裂。疲劳极限:工程上规定,材料在循环应力作用下达到某一基数N而不断裂时,其最大应力就作为该材料的疲劳极限。断裂韧性:裂纹扩展时的临界应力场强度因子值称为材料的断裂韧度,用KⅠC表示,单位为MPa·m1/2。其为材料抵抗裂纹扩展断裂的能力大小的表现,为材料的固有属性,与材料的成分、组织、热处理以及加工工艺有关,与裂纹的大小、形状、外加应力等无关。当KⅠ≥KⅠc时,裂纹就会扩展而导致低应力脆断。金属键:依靠共有的负电子云与正离子之间的库仑力作用而形成的结合键。晶体具有良好的导电性、导热性、可塑性、正的电阻温度系数和金属光泽。离子键:电负性相差较大的两种原子,通过电子得失,变成正负离子,依靠正负离子间的引力形成的结合键,离子晶体熔点高,硬度高,热膨胀系数小,但相对脆性大。共价键:得失电子能力相近的原子相互靠近时,依靠共用电子对产生结合力而形成的结合键。共价晶体往往熔点高,硬度高。分子键:依靠瞬时偶极矩的作用产生结合力而形成的结合键。分子晶体具有低熔点、低硬度、弹性模量低等性能特点晶体与非晶体:原子在三维空间按一定几何规律排列形成的有序结构,称为晶体。原子在空间作无序排列,这种结构为非晶体。晶体具有固定的熔点,规则的外形,具有各向异性。而非晶体没有固定的熔点,呈现各向同性。晶体结构的基本概念:晶格:用以描述晶体中原子在三维空间按一定几何规律排列形成的有序结构,晶胞:能完全反映晶格特征的最小几何单元。晶格常数:描述晶胞大小的尺度。晶体材料中常见的、典型的晶体结构类型有:体心立方结构、面心立方结构和密排六方结构。晶体缺陷:点缺陷。线缺陷。面缺陷合金:两种或两种以上的金属或金属与非金属组合而成并具有金属特性的物质。组元--组成合金的基本单元。组元可以是金属和非金属,也可以是化合物。组织:材料中的直观形貌,可以用肉眼观察到,也可以借助于放大镜、显微镜观察到的微观形貌。宏观组织:肉眼或是30倍放大镜所呈现的形貌;显微组织:显微镜观察而呈现的形貌。相:合金中具有同一化学成分、同一晶体晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。合金的基本相结构:可分为固溶体(置换固溶体,间隙固溶体)和金属化合物两大类。固溶强化:晶格畸变使晶体变形的抗力增大,材料的强度`:当合金中出现金属化合物时,通常能够提高合金的强度`硬度和耐磨性,`大小`数量和分布来调整合金的性能,:1晶体相晶体相是陶瓷的主要组成相,;一个是大分子链结构,包括其结构单元的化学组成`链接方式和立体构型`分子大小及构象等;另一个是大分子的聚集态结构,:有机高分子化合物是由许多小分子通过共价键连接起来形成的大分子有机化合物,具有链状结构,`力学状态:高聚物在不同的温度下呈现出不同的物理状态,因而具有不同的性能。随温度的不同线形无定形聚合物可处于玻璃态、高弹态和粘流态。其中玻璃态是塑料的使用状态;高弹态是橡胶的使用状态;而粘流态是聚合物的加工状态。大分子链的几何形状:线形高分子弹性、塑性好,易于加工;支化型高分子强度和耐热度较低;而体型高分子具有较好的尺寸稳定性和强度以及耐热性,但弹性低、塑性低、脆性大,成型加工只能在网状结构形成之前同素异构转变:自然界中有许多元素具有同素异构特征,,压力等外界条件改变时,晶格类型可以发生转变,:金属与合金自液态冷却转变为固态的过程,是原子由不规则排列的液体状态逐步过渡到原子作规则排列的晶体状态的过程,称之为结晶。结晶过程:凝固的过程包括形核和长大两个过程。形核的方式:自发形核和非自发形核。后者是金属形核的主要方式。晶核一旦形成便开始长大,形成所谓的“树枝晶”晶粒大小对性能的影响及其控制:金属结晶后形成多晶体结构。晶粒的大小是金属组织的重要评定指标之