材料知识强化-1.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流材料知识强化-1.精品文档.材料知识强化-1机械性能回顾PEAC开头语为什么说材料选择与热处理知识的重要？1、模具制造工中级P67：模具失效的主要原因是模具选材及热处理不当。2、工业反馈：区别模具技术人才高下的关键之一是关于材料方面的知识多少。一、机械性能回顾1、强度强度是材料抵抗塑性变形和断裂的能力。（1）应力-应变（拉伸）曲线应力=力F/截面积A（MPa）应变=伸长l/试样原始长度l0（2）弹性变形虎克定律（线性关系）：应变与应力成正比，是直线关系（直线部分）。线性弹性变形极限：直线开始弯曲的部位。弹性变形极限（已经偏离直线但是仍然是弹性

2、变形）：在应力撤销后能够完全恢复的变形都是弹性变形。即使是超过直线部分范围，只要没有塑性变形，这些变形都能在外力撤销后自动恢复，所以都是弹性变形。屈服点（屈服极限）：y （有屈服现象的材料出现塑性变形的平台），这时，即使载荷不再增大，试样仍继续伸长，因而在拉伸曲线上出现一水平段，这种现象称为屈服或流动。0。2：没有屈服现象的材料，一般取达到0.2%应变时的应力0。2（3）塑性变形特点：变形是永久性的。滑移机理：下面是锌单晶体拉伸试验示意图。试样变细变长是靠很多小薄层之间的相对滑移来实现的。下面的图片是单晶体镉表面的滑移带，证明滑移现象。下面是以晶格的方式说明滑移的形成。左边起，第一个图没有作用

3、力；第二个图有剪切力，造成左部局部错位。第三个图在剪切力的作用下错位向右推进。第四个图错位完成一个原子距离的移动，上下相互滑移一个原子距离。滑移可以继续在不同平面上进行，使剪切力得到释放，回复到无应力状态。滑移方向：与拉伸方向成45度（应用力的分解，受拉应力的作用，在45度方向上出现最大剪切力）。强化（加工硬化）：屈服阶段结束后，拉伸曲线又呈上升状，即要使试样继续变形，就须增大载荷，这种现象称为材料的强化或者叫加工硬化（如果没有强化，应该在屈服极限出现平台，在此应力下塑性变形不断增加直至断裂）。颈缩：应力到达强度极限后，试样的塑性变形开始集中于某一部位，该处的截面积逐渐缩小，这种现象称为颈缩。

4、开始出现颈缩对应于曲线的最高点。随着颈部变细（截面积收缩），试样能承受的载荷也就不断下降，曲线下滑。最后被拉断。断后伸长率=（L-L0）/L0 X100%断面收缩率=（A0-A最小）/A0 X100%大量塑性变形出现后，表面变得粗糙不平。这些不平都是由于滑移所造成的。下面是示意图。（4）断裂抗拉强度：u 断裂时的最大应力。加工硬化= Kn（右图中虚线部分）如果考虑到试样的截面积随着拉伸而变小，那么在每一个时刻的真实应力应该是拉力除以当时的横截面积。如虚线部分所示，真实的情况是一直强化到断裂。塑性断裂的过程如下图所示。材料内存在的杂质或硬相，由于刚性比较大，在变形时比基体的变形小，周围的基体变形

5、更大，因此形成空穴。由于出现空洞，在此处塑性变形加剧，颈缩开始出现。随着空洞的出现和连接成片，所剩余的承载应力的材料截面急剧减少。随着承载应力的横截面减小，由于拉力并没有减少，应力（拉力除以横截面）渐渐增加。到一定程度时，应力超过抗拉强度，试样断裂。断裂的形貌是沿着45度角剪切开裂，凹陷的一端就像一个杯子（如图所示）。断面放大图（右图）：a晶粒间剥离模式（脆性）b晶粒被剪开模式（脆性）c有塑性变形也有晶粒开裂的断裂模式（脆性向塑性转变）d大量塑性变形后断裂的模式（夹杂和硬相界面脱离）（塑性）下面是一个拉伸曲线与试样的变化对应关系总结：弹性区：应力与变形量基本呈线性关系。应力增加一倍，则伸长量也

6、增加一倍。这正是弹簧秤的原理（虎克定律）。均匀塑性变形区：这时材料变形是均匀的。各个部位均匀地在伸长同时变细。直到最大应力（抗拉极限）。颈缩区：试样的某部位开始出现明显细于其余部位，就像出现一个颈一样。颈缩出现后，断裂很快就伴随发生。（5）塑料的特殊性玻璃化温度Tg(glass transition temperature)是高聚物由高弹态转变为玻璃态的温度。是高聚物的一种重要的工艺指标。在此温度以上，表现出弹性；在此温度以下，表现出脆性。如聚氯乙烯的玻璃化温度是80。3、硬度硬度：材料抵抗压头压入（塑性变形）的能力。H=F/A（1）布氏硬度D(mm)压头钢球直径d(mm)压痕直径P(N)载荷

7、单位：N/mm2布氏硬度计（2）维氏硬度F(kg)载荷d(mm)压痕对角线长度(压头为金刚石四棱锥)单位：kg/mm2（3）洛氏硬度HR=C-h/0.002C常数H压痕深度（mm）（HRC比较常用，压头是金刚石圆锥）洛氏硬度计4）各个硬度之间没有换算粗略估算经验：当硬度在200-600HB时 HRC0.1HB当硬度KIC 当试样尺寸符合一定的要求时，用试样测得的断裂韧度KIc值就与试样的几何尺寸及它们之间的比例无关，而是材料固有的力学性能。6、磨损（1）磨粒磨损表面间的游离硬颗粒或硬的微凸体峰间在较软的材料表面上犁刨出很多沟纹的微切削过程。主要因素：耐磨损能力与材料硬度成正比。材料硬度达到80

8、%磨料的硬度时磨损非常轻。当材料硬度超过磨料硬度20%时根本不会有磨损问题。可能出现的现象：相对摩擦的表面之间出现杂物。（2）侵蚀零件表面在含固体粒子的流体冲击下产生的一种磨损。主要因素：冲击角度、表面硬度。可能出现的现象：强化的塑料（比如含有玻璃纤维）对型腔入口处的侵蚀。（3）表面接触疲劳循环接触应力作用到达一定程度时，就会在零件工作表面形成疲劳裂纹，随着裂纹的扩展与相互连接，会造成许多微粒从零件表面上脱落下来，致使表面上出现许多浅坑。主要因素：表面强化。（4）粘着磨损表面的微凸体在相互作用的各点发生粘着作用，使材料由一表面转移到另一表面的磨损。主要减少磨损措施：表面处理、表面润滑。7、腐蚀：（1）高温氧化：金属被氧化形成氧化物，剥落后再形成。主要因素：温度、气氛。可能出现的现象：压铸模具氧化腐蚀、锻模的氧化腐蚀。（2）化学反应：腐蚀性环境。主要因素：材料中含有耐蚀元素。可能发生的情况：塑料释放出含有氯或氟气体，腐蚀模具。（3）电化学反应：金属在电解质中失去电子。主要因素：电解质构成电子流动的回路，使电子脱离金属表面。可能发生的现象：模具因潮湿而生锈。水起到电解质的作用。