1强韧性能的基本概念

钢材的控制轧制和控制冷却技术E-mail:[e-mail]:1017290987参考书：1、钢材的控制轧制和控制冷却.王有铭、李曼云.冶金工业出版社，2009年3月2、控制轧制与控制冷却.王占学.冶金工业出版社3、钢的控制轧制和控制冷却技术手册.李曼云等.冶金工业出版社，1998年8月4、超细晶钢—钢的组织细化理论与控制技术.翁宇庆.冶金工业出版社，2003年9月5、控制轧制·控制冷却.小指军夫.冶金工业出版社.2002年6月1．强韧性能的基本概念1.1强度指标及塑性指标☆强度指标(1)比例极限σp开始偏离直线的应力6(2)弹性极限σe材料由弹性变形过渡到塑性变形时的应力(3)屈服点σy（有屈服效应的材料）一般以下屈服点表示(4)屈服强度σ0.2(无屈服效应的材料)残余应变量为0.2%时的应力值(5)强度极限σb试样在拉断前所承受的最大应力☆塑性指标(1)延伸率δ(2)断面收缩率ψ1.2屈服现象及其理论通过拉伸试验可观察三种典型的屈服现象(a)连续过渡：拉伸曲线逐渐而连续地变化，不出现突然屈服现象。(b)非均匀屈服：拉伸曲线出现突然屈服，屈服点有明显的不连续的转折，下屈服点后有一应力平台。(c)均匀屈服：拉伸曲线出现突然屈服，有明显的屈服点，但变化较连续。有关理论早期晶界理论Dalby等人提出“科氏”理论Cottrell提出小半径的溶质原子与位错的交互作用理论缺陷：不能解释晶粒大小与屈服的关系，及单晶体的屈服应力总比多晶体低等现象。√非均匀屈服“气团＋晶界”理论“Cottrell+Petch”屈服理论σ＜σu时，有一些位错源已脱离钉扎而开动，产生位错，由于晶界的阻碍，位错塞积，对相邻晶粒产生应力。离塞积群头部l远处有一位错源P点，作用在P点的应力为：(σ－σi)(d/2l)1/2σ：外加应力d：晶粒直径σi：位错的运动阻力设要使P点位错源开动需用的应力为σl，则相邻晶粒的屈服条件为：σl＝（σ－σi）（d/2l)1/2＋σσ＝［σi＋(2l/d)1/2σl]／[1+(2l/d)1/2]当d＞＞l时σ＝σi＋KLd-1/2Hall-Petch公式KL＝(2l)1/2σl与位错钉扎有关位错钉扎、Lüders带的形成和非均匀屈服三者是紧密相关的。拉伸变形时细而密的滑移带均匀分布，不出现Lüders带。屈服机制与位错动力学特点有关1.3真应力－真应变曲线工程应力－应变曲线（等同于载荷－变形曲线）工程应力σ＝P/A0工程应变ε＝(l－l0)/l0√均匀屈服A’：比例极限A：弹性极限B：屈服强度C：抗拉强度176真应变：e＝lnl/l0ε＝(l－l0)/l0＝l/l0－1l/l0＝ε＋1e＝lnl/l0＝ln(ε＋1)从上式看出：ε较小时，e≈ε，随ε↑，其差别显著e＜ε6真应力：S＝P/AP:某时刻的载荷A:该时刻的实际截面积根据体积不变定律：A0×l0＝A×l＝常数A＝A0×l0／lS＝P/A＝P×l/A0×l0＝σ(ε＋1)拉伸时，S＞σ，随ε↑，S与σ差别越大。6当试样出现缩颈以后，应变不再沿标长均匀分布，而是集中于缩颈地区，这时，计算S、e要按细颈的实际面积A来计算即：e＝lnA0/AS＝P/A图中S－e曲线C点以后的部分就是按此作出的均匀塑性变形区的这部分S－e曲线（即从B点到C点）称为流变曲线。可用下面经验公式表达：S＝KenHollomon公式K——应变硬化系数日常用途不大n——应变硬化指数衡量材料硬化能力的实用指标0≤n≤1金属奥氏体不锈钢黄铜铜铝铁n0.45~0.550.35~0.400.3~0.350.15~0.250.05~0.15n＝0S＝Ｋ完全塑性状态n＝1S＝Ke完全弹性状态大多数金属的n值在0.10～0.50范围内面心立方＞体心立方层错能低＞层错能高退火态＞冷加工态纯金属、单相合金＞双相合金实验得出：nσy＝常数1.4颈缩和断裂试样在拉伸过程中，随试样伸长，横截面减小，即横截面上的应力升高，材料必须有足够的应变硬化能力才能保持均匀变形。否则，某一部分变形稍微大一点，此部分横截面上的应力就相应升高，如果此时材料的硬化能力不够强，那么变形就会集中在这一部分不断继续以至断裂。试样变形的任一瞬时：P＝S·F对伸长dl求导数：dP/dl＝S·dF/dl＋F·dS/dl＝S·dF/dl＋F/l·dS/de(de＝dl/l)S·dF/dl＜0F/l·dS/de＞0dP/dl＝S·dF/dl＋F·dS/dl＝S·dF/dl＋F/l·dS/deS·dF/dl＜0F/l·dS/de＞0根据Hollomon公式：S＝K·endS/de＝nK·en-1，n＜1随e↑，dS/de↓说明应变硬化速度随应变的发展而变慢，最后将会有dP/dl＝0的时刻。此时，应变硬化已补偿不了试样截面缩减引起的应力增量，变形将集中在小范围内快速发展，形成颈缩。dP/dl＝0拉伸试样形成颈缩的时刻，这点的应变相当于最大均匀变形量。P=S·FdP＝S·dF＋F·dS＝0dS/S＝－dF/FV=F·ldV＝F·dl＋l·dF＝0－dF/F＝dl/l＝deS=dS/deK·en=nK·en-1e＝n当缩颈开始形成的时候，就是取得最大均匀变形的时刻，最大均匀变形在数值上等于应变硬化指数。1.5冲击韧性（1）概念衡量材料承受冲击能量的抗力指标测试方法：冲击试验最常使用的是一次摆锤冲击弯曲试验梅氏试样夏氏V型试样试样必须严格标准化冲击韧性：αK＝Ak/F0（N·m/cm2)Ak：冲断试样消耗的功F0：试样缺口处的横断面积αK不能精确地反映材料的韧脆性①Ak取决于参加塑性变形的体积，而不仅仅取决于缺口断面面积F0②缺口断面上应力的分布是不均匀的。③AK＝Ae＋Ap＋AdAe——消耗的弹性变形功Ap——裂纹形成以前消耗于试样塑性变形的塑性功Ad——裂纹产生后消耗于裂纹扩展的功AK值相同，Ae、Ap、Ad所占的比例不同，所表现出来的韧脆情况就大大不同。Ae大，Ap、Ad小，脆性断裂Ae小，Ap、Ad大，韧性断裂所以只有塑性功、裂纹扩展功，才能真正地显示材料的韧脆情况。αK的使用价值①检验材料质量如晶粒度、裂纹、白点、夹杂、过烧等②得到αK－T曲线评定材料的冷脆性③在脆性状态下，αK值间接反映了正断应力σf的大小（2）影响αK值的因素a．材料本质的影响体心立方、密排六方的材料有冷脆现象面心立方的材料无冷脆现象αK是强度、塑性二者的函数δ↑、σ↑→αK↑δ↓、σ↓→αK↓塑性的影响更大些晶粒细化使δ↑、σ↑→αK↑实际上许多因素使σ↑、δ↓或σ↓、δ↑在这种情况下韧性的变化将视具体情况而定。①存在内应力、第二相——σ↑、δ↓→αK↓αK↓程度与第二相的形状、分布及性质有关尖角状、网状连续分布＞片状＞颗粒状＞细小弥散分布②第二相与基体的性质差异愈大，αK↓愈多③内部缺陷↑，αK↓b．试验温度c．变形速度变形速度↑，αK↓，Tc↑.d．尺寸因素试样尺寸↑，αK↓，Tc↑原因：尺寸↑，内部缺陷↑，缺口处三向拉应力状态加剧(3)韧－脆转变温度αK值随T的下降而显著降低——金属的冷脆性αK与T的关系曲线——脆性转变温度曲线曲线上αK值显著降低的温度——韧－脆转变温度测定方法a．能量法αK与T的关系曲线上对应于韧性状态和脆性状态下冲击韧性平均值的温度作为Tc。αK＝（αKmax＋αKmin）／2对应的温度6选取一定的冲击功所对应的温度作为Tc比如：夏氏V形缺口试样，冲击功为20.34J的Tc用V15TT表示1b．零塑性转变温度以冲击功曲线开始上升的温度来定义Tc，用NDT表示1c．断口形貌法按特定断口形貌对应的温度确定TcT℃↓，断口中纤维区面积↓，结晶区面积↑取结晶状区面积为断口总面积50%的温度作为Tc反映了裂纹扩展变化特征d．塑变量法原始宽度b0最小宽度b1最大宽度b2Ｔ↓，宽度的收缩变形（b0－b1）／b0↓取相对收缩变形为1%的温度作为Tc1.为什么说ak值不能精确地反映材料的韧脆性？2.什么是韧－脆转变温度？其测定方法有哪几种？分别是如何确定的？3.画示意图比较工程应力－应变曲线与真应力－应变曲线．