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1、工程材料材料的性能v工程材料的主要加工方法工程材料的主要加工方法：（1）金属的液态成型（铸造生产）金属的液态成型（铸造生产）（2）金属的塑性成型（压力加工）金属的塑性成型（压力加工）（3）材料的连接成型（焊接生产）材料的连接成型（焊接生产）（4）切削加工）切削加工v产品的生产加工过程包括以下环节产品的生产加工过程包括以下环节：原材料的运输、保管和准备原材料的运输、保管和准备生产的准备工作生产的准备工作毛坯的毛坯的制造制造零件的机械加工与热处理零件的机械加工与热处理零件装配成机器零件装配成机器机器的质量检查及运行试验机器的质量检查及运行试验机器的油漆、包装和机器的油漆、包装和入库入库v工艺过程主
2、要有工艺过程主要有（1)毛坯制造工艺过程毛坯制造工艺过程（2)机械加工工艺过程机械加工工艺过程（3)热处理工艺过程热处理工艺过程（4)装配工艺过程装配工艺过程v加工分为冷加工和热加工两种加工分为冷加工和热加工两种材料的表征材料的表征v现代材料科学在很大程度上依赖于对材料性能及其成分和显微组织关系现代材料科学在很大程度上依赖于对材料性能及其成分和显微组织关系的理解。因此，对材料性能的各种测试技术，对材料组织从宏观到微观的理解。因此，对材料性能的各种测试技术，对材料组织从宏观到微观不同层次的表征构成了材料科学与工程的一个重要部分，也是联系材料不同层次的表征构成了材料科学与工程的一个重要部分，也是联
3、系材料设计与制造工艺直到获得具有满意使用性能的材料之间的桥梁。设计与制造工艺直到获得具有满意使用性能的材料之间的桥梁。v在公认的材料科学与工程四大要素在公认的材料科学与工程四大要素“合成与制备、组成与结构、性质、合成与制备、组成与结构、性质、使用性能使用性能”之中，之中，性能检测与表征技术通过组成与结构在化学、物理学和性能检测与表征技术通过组成与结构在化学、物理学和环境科学基础上与其它三大要素相互联系与反馈，同样构成材料科学与环境科学基础上与其它三大要素相互联系与反馈，同样构成材料科学与工程的关键共性技术工程的关键共性技术。1、性能表征与检测、性能表征与检测v材料的性能是指材料在给定的一套条件
4、下，当某一条件发生变化时，材材料的性能是指材料在给定的一套条件下，当某一条件发生变化时，材料所产生的反应料所产生的反应。v对材料的性能测定需要建立一种广义力和广义位移的关系。当关系为线对材料的性能测定需要建立一种广义力和广义位移的关系。当关系为线性时，材料性能由线性常数表征性时，材料性能由线性常数表征，如弹性模量、热容等。当关系偏离线，如弹性模量、热容等。当关系偏离线性时，材料的性能需要由高阶常数来描述，如光学晶体在强光照射下的性时，材料的性能需要由高阶常数来描述，如光学晶体在强光照射下的极化率。材料的传输性能与材料内部参数的梯度所产生的流有关，由广极化率。材料的传输性能与材料内部参数的梯度所
5、产生的流有关，由广义力与所产生的流之间的比例常数来表征，如热导率、扩散系数等。义力与所产生的流之间的比例常数来表征，如热导率、扩散系数等。v新材料的发展还提出了新材料的发展还提出了一些难以用单项性能进行评价的材料特征一些难以用单项性能进行评价的材料特征。如金。如金属材料的可焊性，材料的可加工性，高温熔盐气氛下的腐蚀性能等。属材料的可焊性，材料的可加工性，高温熔盐气氛下的腐蚀性能等。2、显微结构表征、显微结构表征v显微结构表征显微结构表征包括观察组织的形貌、确定其原子排列方式和分析包括观察组织的形貌、确定其原子排列方式和分析其化学组分。其化学组分。v分析方法分析方法可按照观察形貌的显微镜、测定结
6、构的衍射仪及分析成分可按照观察形貌的显微镜、测定结构的衍射仪及分析成分的各种谱仪进行分类。的各种谱仪进行分类。1）形貌观察）形貌观察2）结构测定）结构测定3）化学组分分析）化学组分分析一、工程材料的主要性能一、工程材料的主要性能1、概述、概述v材料的性能材料的性能是指材料的性质和功能。是指材料的性质和功能。v性质性质是本身所具有的特质或本性；是本身所具有的特质或本性；v功能功能是人们对材料的某种期待与要求种可以承担功效，以及承担该是人们对材料的某种期待与要求种可以承担功效，以及承担该功效下的表现或能力。功效下的表现或能力。v材料的性能材料的性能一般分为以下几种：力学性能、物理性能、化学性能和一
7、般分为以下几种：力学性能、物理性能、化学性能和工艺性能。工艺性能。2、材料的物理性能、材料的物理性能v材料的物理性能材料的物理性能是指材料本身的具有各种物理量是指材料本身的具有各种物理量(热、电、光、磁等热、电、光、磁等)以及环境变化时它们的变化程度。以及环境变化时它们的变化程度。v密度密度密度是指单位体积物质的质量，单位是密度是指单位体积物质的质量，单位是kg/m3;M/VM：金属的质量（：金属的质量（kg）；）；V：金属的体积：金属的体积(m)一般将密度小于一般将密度小于5.010kg/m的金属称为的金属称为轻金属轻金属；密度大于；密度大于5.010kg/m的金属称为的金属称为重金属重金属
8、。v比容比容是指单位质量的物质所占的体积，单位是是指单位质量的物质所占的体积，单位是m3/kg。v导热性导热性 是指物体内温度梯度为是指物体内温度梯度为1/M时，在单位时间、单位面积内传递时，在单位时间、单位面积内传递的热量，单位是的热量，单位是W/(m.K)。导热率越大，导热性越好。导热率越大，导热性越好。v热膨胀性热膨胀性:金属材料随着温度变化而膨胀、收缩的特性称为热膨胀性。金属材料随着温度变化而膨胀、收缩的特性称为热膨胀性。热膨胀性用线胀系数热膨胀性用线胀系数l和体胀系数和体胀系数V来表示。来表示。线膨胀系数线膨胀系数是指温度上升是指温度上升1时，单位长度的伸长量，单位是时，单位长度的伸
9、长量，单位是mm/(.mm)或或-1。式中，式中，l为线胀系数（为线胀系数（1/K或或1/）；）；L1为膨胀前长度（为膨胀前长度（m）；）；L2为膨胀为膨胀后长度（后长度（m）；）；t为温度变化量（为温度变化量（K或或）。）。v熔点熔点是指物质由固态转变为液态的温度，反映固态下原子间的结合力。是指物质由固态转变为液态的温度，反映固态下原子间的结合力。易熔金属：熔点低（锡、铅等）如保险丝材料；难熔金属：熔点高（钨、易熔金属：熔点低（锡、铅等）如保险丝材料；难熔金属：熔点高（钨、铬等）如白炽灯的灯丝材料。铬等）如白炽灯的灯丝材料。v电阻与电导电阻与电导：电阻率电阻率 为单位长度和单位截面积导体的电
10、阻为单位长度和单位截面积导体的电阻,单位是单位是m，其倒数称为电导率其倒数称为电导率。金属传导电流的能力。用电阻率来衡量金属的导电性能导电性。金属传导电流的能力。用电阻率来衡量金属的导电性能导电性。金属材料能够传导电流的能力称导电性，通常用电导率来衡量，电导率金属材料能够传导电流的能力称导电性，通常用电导率来衡量，电导率越大，金属材料导电性越好。越大，金属材料导电性越好。电阻温度系数：温度上升电阻温度系数：温度上升1时，电阻率时，电阻率 的变化系数，单位的变化系数，单位-1。v导磁率导磁率：金属所具有的导磁能力。是用于表征铁合金、化合物：金属所具有的导磁能力。是用于表征铁合金、化合物(铁氧体铁
11、氧体)的特有性能。的特有性能。常用金属的物理性能常用金属的物理性能金属名称金属名称符号符号密度密度熔点熔点热导率热导率线膨胀线膨胀系数系数电阻率电阻率铝铝铜铜铁铁锡锡钨钨AlCuFeSnWu2.69848.967.877.29819.3660.110831538231.913380221.9393.575.462.8166.223.81711.762.34.62.6551.679.711.55.13、材料的化学性能、材料的化学性能材料的化学性能是材料的化学性能是指材料在常温或高温时抵抗各种化学作用的能力指材料在常温或高温时抵抗各种化学作用的能力。反映了材料与各种化学试剂发生化学反应的可能性和反
12、应速度大小的相反映了材料与各种化学试剂发生化学反应的可能性和反应速度大小的相关参数。关参数。1）耐腐蚀性耐腐蚀性金属抵抗氧、水蒸气、酸、碱等介质侵蚀的能力。金属抵抗氧、水蒸气、酸、碱等介质侵蚀的能力。2）热安定性热安定性金属在高温下对氧化的抵抗能力。金属在高温下对氧化的抵抗能力。根据不同的工况选用不同的材料。根据不同的工况选用不同的材料。4、材料的工艺性能、材料的工艺性能v我们把材料的我们把材料的工艺性能定义工艺性能定义为：材料的工艺性能为：材料的工艺性能是一种参是一种参量，用于表征材料适应工艺而获得规定性能和外形的能力量，用于表征材料适应工艺而获得规定性能和外形的能力。v为了满足材料性能的要
13、求，就必然要控制材料的成分、组为了满足材料性能的要求，就必然要控制材料的成分、组织和结构。织和结构。v人们总是企图用在实验室测定的一些物理的、化学的或力人们总是企图用在实验室测定的一些物理的、化学的或力学的参量，来表征工艺性能。人们学的参量，来表征工艺性能。人们采用两种思路去表征，采用两种思路去表征，一种是模拟，一种是抽象一种是模拟，一种是抽象，即从复杂工艺现象中，抽出主，即从复杂工艺现象中，抽出主要的项目在实验室测定。要的项目在实验室测定。v材料的工艺性能是材料力学、物理、化学性能的综合表现。材料的工艺性能是材料力学、物理、化学性能的综合表现。主要反映材料生产或零部件加工过程的可能性或难易程
14、度。主要反映材料生产或零部件加工过程的可能性或难易程度。1）材料可生产性材料可生产性：得到材料可能性和制备方法。：得到材料可能性和制备方法。2）铸造性铸造性：将材料加热得到熔体，注入较复杂的型腔后冷却：将材料加热得到熔体，注入较复杂的型腔后冷却凝固，获得零件的方法。例如：凝固，获得零件的方法。例如：v流动性流动性：充满型腔能力：充满型腔能力v收缩率收缩率：缩孔数量的多少和分布特征：缩孔数量的多少和分布特征v偏析倾向偏析倾向：材料成分的均匀性：材料成分的均匀性3）锻造性锻造性：材料进行压力加工：材料进行压力加工(锻造、压延、轧制、拉拔、挤锻造、压延、轧制、拉拔、挤压等压等)的可能性或难易程度的度
15、量。例如：的可能性或难易程度的度量。例如：v塑性变形能力：材料不破坏的前提下的最大变形量。塑性变形能力：材料不破坏的前提下的最大变形量。v塑性变形抗力：发生塑性变形所需要的最小外力。塑性变形抗力：发生塑性变形所需要的最小外力。4)焊接性焊接性：利用部分熔体，将两块材料连接在一起，就是：利用部分熔体，将两块材料连接在一起，就是焊接。在一定焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程焊接。在一定焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度，就是焊接性能。例如：度，就是焊接性能。例如：v连接能力：焊接头部位强度与母材的差别程度。连接能力：焊接头部位强度与母材的差别程度。v焊接缺陷：焊接处出现气孔、裂纹可能
16、性的大小或母材变形焊接缺陷：焊接处出现气孔、裂纹可能性的大小或母材变形程度。程度。5)切削加工性切削加工性：材料进行切削加工的难易程度。它与材料的种：材料进行切削加工的难易程度。它与材料的种类、成分、硬度、韧性、导热性等有关。类、成分、硬度、韧性、导热性等有关。v切削抗力切削抗力v加工表面质量加工表面质量v排屑难易程度排屑难易程度v切削刀具的使用寿命切削刀具的使用寿命6)热处理性能热处理性能：可以实施的热处理方法和材料在热处理时性能：可以实施的热处理方法和材料在热处理时性能改变的程度。例如：改变的程度。例如：v淬透性淬透性v变形度变形度5、力学性能、力学性能v材料的力学性能是指材料的力学性能是
17、指材料处于特定环境因素材料处于特定环境因素(温度、介质等温度、介质等)时，在时，在外力或能量以及作用下表现出来的变形和破坏的特征外力或能量以及作用下表现出来的变形和破坏的特征。v金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为机械性能或称为力学金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为机械性能或称为力学性能性能。v金属材料的金属材料的机械性能、物理性能、化学性能统称为金属材料的使用机械性能、物理性能、化学性能统称为金属材料的使用性能性能。金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿。金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。命。v金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的主要依据。金属材
18、料的机械性能是零件的设计和选材时的主要依据。液压式万能电子材料试验机液压式万能电子材料试验机拉伸试验拉伸试验 拉伸试样拉伸试样长试样：长试样：L L0 0=10=10d d0 0短试样：短试样：L L0 0=5 5d d0 0d0L0 力力-拉拉 伸伸 曲曲 线线 FesbkFsFbO屈服屈服弹性弹性变形变形缩颈缩颈断裂断裂塑性塑性变形变形塑性变形塑性变形:外力去除后不能外力去除后不能消失的变形消失的变形L拉拉伸伸试试样样的的颈颈缩缩现现象象强度硬度断裂韧度疲劳衡量材料的主要力学性能指标衡量材料的主要力学性能指标塑性韧性弹性弹性 (elasticity(elasticity)金属材料受外力作用
19、时产生变形金属材料受外力作用时产生变形,当外力去掉后能恢复到当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。原来形状及尺寸的性能。随载荷撤除而消失的变形。随载荷撤除而消失的变形。弹性极限弹性极限(elastic limit):Fe 弹性极限载荷弹性极限载荷(N)e(M pa)=S0 试样原始横截面积试样原始横截面积(mm2)弹性变形弹性变形(elasticdeformation):定义定义:试样在断裂前所能承受的最大应力。试样在断裂前所能承受的最大应力。F b 试样断裂前的最大载荷试样断裂前的最大载荷(N)b(M Pa)=S 0 试样原始横截面积试样原始横截面积(mm2)抗拉强度抗拉强度(tensi
20、lestrength)根据受力方向不同根据受力方向不同:抗拉强度、抗拉强度、抗压强度、抗压强度、抗弯强度抗弯强度抗剪强度抗剪强度、抗扭强度等。、抗扭强度等。屈服强度屈服强度(yield strength):屈服点屈服点 S 条件屈服强度条件屈服强度:规定残余伸长应力：规定残余伸长应力：0.2=F0.2/S 0slF0.20.2%l0o Fs s(M pa)=S0试样屈服时的载荷试样屈服时的载荷(N)试试样原始横截面积样原始横截面积(mm2)衡量指标衡量指标1断后伸长率断后伸长率(延伸率延伸率)(specific elongation):指试样拉断后的标距伸长量指试样拉断后的标距伸长量L 1与原
21、始标距与原始标距L 0之比。之比。L 1 L 0 =100%L 0 10%属塑性材料属塑性材料塑性塑性 (plasticity):指材料在载荷作用下产生塑性变形而指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。不被破坏的能力。塑性塑性 (plasticity):衡量指标衡量指标2断面收缩率断面收缩率(percentage reduction in area):指试样拉断处横截面积指试样拉断处横截面积S1的收缩量与原始横截面积的收缩量与原始横截面积S0之比。之比。S0-S 1 =100%S0硬度硬度(hardness)(hardness)定义定义：是指材料抵抗其它更硬物体：是指材料抵抗其它更硬物
22、体压入其表面的压入其表面的能力。能力。常用硬度试验方法：常用硬度试验方法：F 布氏硬度布氏硬度测试法测试法 洛氏硬度测试法洛氏硬度测试法 维氏硬度测试法维氏硬度测试法布氏硬度计布氏硬度计 布布 氏氏 硬硬 度度 试试 验验 原原 理理用一定直径的压头（球体），用一定直径的压头（球体），以相应试验力压入待测表面，以相应试验力压入待测表面，保持规定时间卸载后，测量保持规定时间卸载后，测量材料表面压痕直径，以此直材料表面压痕直径，以此直径对照布氏硬度表查得相应径对照布氏硬度表查得相应硬度值。硬度值。布布氏氏硬硬度度试试验验原原理理（1 1）压头材质表示方法）压头材质表示方法 淬火钢球：淬火钢球：HB
23、SHBS 硬质合金钢球：硬质合金钢球：HBWHBW（2 2）布氏硬度值）布氏硬度值与压头选择与压头选择 布氏硬度值布氏硬度值 450450的材料的材料,选用淬火钢球头。选用淬火钢球头。例如：例如：200HBS200HBS，350HBS350HBS。布氏硬度值布氏硬度值450650450650的材料，选用硬质合金的材料，选用硬质合金球压头。例如：球压头。例如：550HBW550HBW，600HBW600HBW布氏硬度标注方法：布氏硬度标注方法：符号符号HBS或或HBW之前的数字表示硬度值，之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载
24、荷保持时间。荷及载荷保持时间。如如:120HBS10/1000/30表示直径为表示直径为10mm的的钢球在钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为测得的布氏硬度值为120。布布 氏氏 硬硬 度度 特特 点点优点：测量误差小（因压痕大），数据稳测量误差小（因压痕大），数据稳定，重复性强。定，重复性强。缺点：压痕面积较大，测量费时。压痕面积较大，测量费时。应用：常用于测量较软材料、灰铸铁、有常用于测量较软材料、灰铸铁、有色金属、退火正火钢材的硬度。色金属、退火正火钢材的硬度。不适于不适于测量成品零件或薄件的硬度。测量成品零件或薄件的硬度。洛洛 氏氏
25、 硬硬 度度 试试 验验 原原 理理用锥顶角为用锥顶角为120120的金刚石圆锥或直径的金刚石圆锥或直径1.588mm1.588mm的淬火钢球，以相应试验力压入待测表面，保的淬火钢球，以相应试验力压入待测表面，保持规定时间卸载后卸除主试验力，以测量的持规定时间卸载后卸除主试验力，以测量的残残余压痕深度增量余压痕深度增量来计算出硬度值。来计算出硬度值。00112332h1h2h3h1-1 1-1 初载初载10kg 10kg h h1 12-2 2-2 总载总载150kg 150kg h h2 23-3 3-3 卸载卸载140kg 140kg h h最后测得：最后测得：残余压痕深度增量 h hh
26、h=h h2 2-h h1 1 洛洛 氏氏 硬硬 度度 试试 验验 原原 理理洛氏硬度洛氏硬度 HR(Rockwill Hardness)根据压头的种类和总载荷的大小根据压头的种类和总载荷的大小,洛氏硬度洛氏硬度分为三种：分为三种：HRA:金刚石圆锥压头；588N总载荷HRB:1/16钢球压头；980N总载荷HRC:金刚石圆锥压头；1470总载荷洛氏硬度标注方法：7085HRA，2070HRC，25100HRB注：HRA、HRB、HRC分别测得的硬度，不可直接比较大小，但可以通过查表的方式进行互换。例如：例如：50HRC70HRA 50HRC40HRC 50HRB40HRC 洛洛 氏氏 硬硬
27、度度 特特 点点优点：优点：测量操作简单，方便快捷，压测量操作简单，方便快捷，压痕小；测量范围大，能测较薄痕小；测量范围大，能测较薄工件。工件。缺点：缺点：测量精度较低，可比性差，不测量精度较低，可比性差，不同标尺的硬度值不能比较。同标尺的硬度值不能比较。生产中应用最广泛的硬度试验方法。生产中应用最广泛的硬度试验方法。可用于可用于成品检验和薄件表面硬度检验。成品检验和薄件表面硬度检验。不适于不适于测量组织不均匀材料。测量组织不均匀材料。洛洛 氏氏 硬硬 度度 应应 用用 维氏硬度维氏硬度 HV(Diamond Penetrator Hardness)HV(Diamond Penetrator
28、Hardness)维氏氏硬硬度度计计维 氏 硬 度 试 验 原 理与布氏硬度试验原理基本相同。与布氏硬度试验原理基本相同。只是压头改用了金刚石四棱锥体。只是压头改用了金刚石四棱锥体。维维氏氏硬硬度度压压头头锥面夹角为锥面夹角为136的的金刚石正四棱锥体金刚石正四棱锥体以一定的试验力将压头以一定的试验力将压头压入试样表面，保持规压入试样表面，保持规定时间卸载后，在试样定时间卸载后，在试样表面留下一个四方锥形表面留下一个四方锥形的压痕，测量的压痕，测量压痕两对压痕两对角线长度角线长度，以此计算出，以此计算出硬度值。硬度值。维维 氏氏 硬硬 度度 试试 验验 原原 理理用压痕两对角线用压痕两对角线的
29、平均长度来计的平均长度来计算。算。H V=F/Saad维维 氏氏 硬硬 度度 试试 验验 原原 理理维氏硬度标注方法维氏硬度标注方法与布氏硬度基本相同，在后面要标注试验与布氏硬度基本相同，在后面要标注试验条件条件试验力和保持时间（试验力和保持时间（1015S不标）。不标）。实例：实例：580HV30表示用表示用30kgf(294.2N)试试验力保持验力保持1015S测定的维氏硬度值为测定的维氏硬度值为580。维维 氏氏 硬硬 度度 特特 点点优点：优点：适用范围广，从极软到极硬材料都可测量适用范围广，从极软到极硬材料都可测量;测量测量精度高，可比性强；能测较薄工件。精度高，可比性强；能测较薄工
30、件。缺点：缺点：测量操作较麻烦，测量效率低。测量操作较麻烦，测量效率低。应用：应用：广泛用于科研单位和高校，用于薄件表面硬度检广泛用于科研单位和高校，用于薄件表面硬度检验。不适于大批生产和测量组织不均匀材料。验。不适于大批生产和测量组织不均匀材料。疲劳现象疲劳现象：零件在循环应力的长期作用下，：零件在循环应力的长期作用下，即使工作时承受的应力低于材料的屈服点即使工作时承受的应力低于材料的屈服点或规定残余伸长应力，在经受一定的应力或规定残余伸长应力，在经受一定的应力循环后也会发生突然断裂，这种现象称为循环后也会发生突然断裂，这种现象称为疲劳现象。疲劳现象。疲疲 劳（劳（FatigueFatigu
31、e ）疲劳极限疲劳极限-1：表示金属材料在无数次交变载荷作用表示金属材料在无数次交变载荷作用而不破坏的最大应力。而不破坏的最大应力。疲劳极限疲劳极限-1-1：钢材的循环次数一般取钢材的循环次数一般取 N=10N=107 7 有色金属的循环次数一般取有色金属的循环次数一般取 N=108疲劳曲线1943年，美国年，美国T-2油轮发生断裂油轮发生断裂提高疲劳极限途径：提高疲劳极限途径：u 改善零件的结构形状改善零件的结构形状u 降低表面粗糙度值降低表面粗糙度值u 采取表面强化采取表面强化韧性韧性 (Toughness):(Toughness):材料在冲击载荷作用下抵抗材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能
32、力。破坏的能力。冲击试验机冲击试验机冲击试样和冲击试验示意图冲击试样和冲击试验示意图金属的夏比冲击试验金属的夏比冲击试验试样冲断时所消耗的冲击功试样冲断时所消耗的冲击功A k为为:A k=m g H m g h(J)g g试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击吸收功。试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击吸收功。AK a k=(J/cm)S0冲冲 击击 韧韧 度度 ak断裂韧性断裂韧性K1(J/m)在实际生产中，有些大型传动零件、高压容器、船舶、桥梁等，常在其工作应在实际生产中，有些大型传动零件、高压容器、船舶、桥梁等，常在其工作应力远低于力远低于S的情况下，突然发生低应力脆断。通过大量研究认为，这种
33、破坏与制的情况下，突然发生低应力脆断。通过大量研究认为，这种破坏与制件本身存在裂纹和裂纹扩展有关。件本身存在裂纹和裂纹扩展有关。实际使用的材料，不可避免地存在一定的冶金和加工缺陷，如气孔、夹杂物、实际使用的材料，不可避免地存在一定的冶金和加工缺陷，如气孔、夹杂物、机械缺陷等，它们破坏了材料的连续性，实际上成为材料内部的微裂纹。机械缺陷等，它们破坏了材料的连续性，实际上成为材料内部的微裂纹。在服役过在服役过程中，裂纹扩展的结果，造成零件在较低应力状态下，即低于材料的屈服强度、而程中，裂纹扩展的结果，造成零件在较低应力状态下，即低于材料的屈服强度、而材料本身的塑性和冲击韧性又不低于传统的经验值的情
34、况下，发生低应力脆断材料本身的塑性和冲击韧性又不低于传统的经验值的情况下，发生低应力脆断。材料中存在的微裂纹，在外加应力的作用下，裂纹尖端处存在有较大的应力集材料中存在的微裂纹，在外加应力的作用下，裂纹尖端处存在有较大的应力集中和应力场中和应力场。断裂力学分析指出，。断裂力学分析指出，这一应力场的强弱程度用这一应力场的强弱程度用应力强度因子应力强度因子K1描述。描述。随应力的增大，随应力的增大，K1也随之增大，也随之增大，当当K1增大到一定值时，就可使裂纹前端某一区增大到一定值时，就可使裂纹前端某一区域内的内应力大到足以使裂纹失去稳定而迅速扩展，发生脆断域内的内应力大到足以使裂纹失去稳定而迅速
35、扩展，发生脆断。这个这个K1的临界值称的临界值称为为临界应力强度因子或断裂韧性，用临界应力强度因子或断裂韧性，用K1C表示表示，单位为，单位为J/m。它反映了材料抵抗裂纹扩展和抗脆断的能力。它反映了材料抵抗裂纹扩展和抗脆断的能力。v材料的断裂韧性材料的断裂韧性K1C与裂纹的形状、大小无关，也和外加应力无关，与裂纹的形状、大小无关，也和外加应力无关，只决定于只决定于材料本身特性材料本身特性（成分、热处理条件、加工工艺等），（成分、热处理条件、加工工艺等），是一个反映材料性能的常数是一个反映材料性能的常数。当当K K1 1达到临界值达到临界值K K1C1C时，零件内裂纹将发生失稳扩展而出时，零件内
36、裂纹将发生失稳扩展而出现低应力脆性断裂，而现低应力脆性断裂，而K K1 1K K1C1C时，零件安全可靠。时，零件安全可靠。断断 裂裂 韧韧 度度 K1C1C K1c可通过试验来测定，它是材料本身的特性，与材料成分、热处理及可通过试验来测定，它是材料本身的特性，与材料成分、热处理及加工工艺等有关加工工艺等有关为安全设计提供了一个重要的力学性能指标为安全设计提供了一个重要的力学性能指标反映材料有裂纹存在时，抵抗脆性断裂的能力。反映材料有裂纹存在时，抵抗脆性断裂的能力。常见工程材料的断裂韧度常见工程材料的断裂韧度K1C值（值（MNM-3/2）此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢