不銹鋼材料性能知識大匯總
不銹鋼材料性能知識大匯總
1、關于拉伸力-伸長曲線和應力-應變曲線的問題
低碳鋼的應力－應變曲線
a、拉伸過程的變形：
彈性變形，屈服變形，加工硬化（均勻塑性變形），不均勻集中塑性變形。
b、相關公式：
工程應力 σ=F/A0 ；工程應變ε=ΔL/L0；比例極限σP；彈性極限σε；屈服點σS；抗拉強度σb；斷裂強度σk。
真應變 e=ln(L/L0)=ln(1+ε) ；真應力 s=σ(1+ε)= σ*eε 指數(shù)e為真應變。
c、相關理論：
真應變總是小于工程應變，且變形量越大，二者差距越大；真應力大于工程應力。
彈性變形階段，真應力—真應變曲線和應力—應變曲線基本吻合；塑性變形階段兩者出線顯著差異。
2、關于彈性變形的問題
a、相關概念
彈性：表征材料彈性變形的能力
剛度：表征材料彈性變形的抗力
彈性模量：反映彈性變形應力和應變關系的常數(shù)， E=σ/ε ；工程上也稱剛度，表征材料對彈性變形的抗力。
彈性比功：稱彈性比能或應變比能，是材料在彈性變形過程中吸收變形功的能力，評價材料彈性的好壞。
包申格效應：金屬材料經(jīng)預先加載產(chǎn)生少量塑性變形，再同向加載，規(guī)定殘余伸長應力增加；反向加載，規(guī)定殘余伸長應力降低的現(xiàn)象。
滯彈性：（彈性后效）是指材料在快速加載或卸載后，隨時間的延長而產(chǎn)生的附加彈性應變的性能。
彈性滯后環(huán)：非理想彈性的情況下，由于應力和應變不同步，使加載線與卸載線不重合而形成一封閉回線。
金屬材料在交變載荷作用下吸收不可逆變形功的能力，稱為金屬的循環(huán)韌性，也叫內(nèi)耗
b、相關理論：
彈性變形都是可逆的。
理想彈性變形具有單值性、可逆性，瞬時性。但由于實際金屬為多晶體并存在各種缺陷，彈性變形時，并不是完整的。
彈性變形本質(zhì)是構(gòu)成材料的原子或離子或分子自平衡位置產(chǎn)生可逆變形的反映
單晶體和多晶體金屬的彈性模量，主要取決于金屬原子本性和晶體類型。
包申格效應；滯彈性；偽彈性；粘彈性。
包申格效應消除方法：預先大塑性變形，回復或再結(jié)晶溫度下退火。
循環(huán)韌性表示材料的消震能力。
3、關于塑形變形的問題
a、相關概念
滑移：滑移系越多，塑性越好；滑移系不是唯壹因素（晶格阻力等因素）；滑移面——受溫度、成分和變形的影響；滑移方向——比較穩(wěn)定
孿生：fcc、bcc、hcp都能以孿生產(chǎn)生塑性變形；一般在低溫、高速條件下發(fā)生；變形量小，調(diào)整滑移面的方向
屈服現(xiàn)象：退火、正火、調(diào)質(zhì)的中、低碳鋼和低合金鋼比較常見，分為不連續(xù)屈服和連續(xù)屈服；
屈服點：材料在拉伸屈服時對應的應力值，σs；
上屈服點：試樣發(fā)生屈服而力下降前的*大應力值，σsu；
下屈服點：試樣屈服階段中*小應力，σsl；
屈服平臺（屈服齒）：屈服伸長對應的水平線段或者曲折線段；
呂德斯帶：不均勻變形；對于沖壓件，不容許出現(xiàn)，防止產(chǎn)生褶皺。
屈服強度：表征材料對微量塑性變形的抗力
連續(xù)屈服曲線的屈服強度：用規(guī)定微量塑性伸長應力表征材料對微量塑性變形的抗力
（1）規(guī)定非比例伸長應力σp：
（2）規(guī)定殘余伸長應力σr：試樣卸除拉伸力后，其標距部分的殘余伸長達到規(guī)定的原始標距百分比時的應力；殘余伸長的百分比為0.2%時，記為σr0.2
（3）規(guī)定總伸長應力σt：試樣標距部分的總伸長（彈性伸長加塑性伸長）達到規(guī)定的原始標距百分比時的應力。
晶格阻力（派納力）；位錯交互作用阻力
Hollomon公式：S=Ken ，S為真應力，e為真應變；n—硬化指數(shù)0.1~0.5，n=1,完全理想彈性體，n=0，沒有硬化能力；K——硬化系數(shù)
縮頸是：韌性金屬材料在拉伸試驗時變形集中于局部區(qū)域的特殊現(xiàn)象。
抗拉強度：韌性金屬試樣拉斷過程中*大試驗力所對應的應力。代表金屬材料所能承受的*大拉伸應力，表征金屬材料對*大均勻塑性變形的抗力。與應變硬化指數(shù)和應變硬化系數(shù)有關。等于*大拉應力比上原始橫截面積。
塑性是指金屬材料斷裂前發(fā)生不可逆長久（塑性）變形的能力。
b、相關理論
常見的塑性變形方式：滑移，孿生，晶界的滑動，擴散性蠕變。
塑性變形的特點：各晶粒變形的不同時性和不均勻性（取向不同；各晶粒力學性能的差異）；各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性（金屬是一個連續(xù)的整體，多系滑移；Von Mises 至少5個獨立的滑移系）。
硬化指數(shù)的測定：①試驗方法；②作圖法lgS=lgK+nlge
硬化指數(shù)的影響因素：與層錯能有關,層錯能下降，硬化指數(shù)升高；對金屬材料的冷熱變形也十分敏感；與應變硬化速率并不相等。
縮頸的判據(jù)（失穩(wěn)臨界條件）拉伸失穩(wěn)或縮頸的判據(jù)應為dF=0
兩個塑性指標：斷后伸長率δ=(L1-L0)/LO*100%；
斷后收縮率：ψ=(A0-A1)/A0*100%
ψ>δ，形成為縮頸
ψ=δ或ψ<δ，不形成縮頸
4、關于金屬的韌度斷裂問題
a、相關概念
韌性：斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力
韌度：單位體積材料斷裂前所吸收的功
韌性斷裂：裂紋緩慢擴展過程中消耗能量；斷裂*先發(fā)生在纖維區(qū)，然后快速擴展形成放射*后斷裂形成剪切唇，放射區(qū)在裂紋快速擴展過程中形成，一般放射區(qū)匯聚方向指向裂紋源。
脆性斷裂：基本不產(chǎn)生塑性變形，危害性大。低應力脆斷，工作應力很低，一般低于屈服極限；脆斷裂紋總是從內(nèi)部的宏觀缺陷處開始；溫度降低，應變速度增加，脆斷傾向增加。
穿晶斷裂：裂紋穿過晶內(nèi)，可以是韌性斷裂，也可以是脆性斷裂，斷口明亮。
沿晶斷裂：裂紋沿晶界擴展，都是脆性斷裂，由晶界處的脆性**相等造成，斷口相對灰暗。穿晶斷裂和沿晶斷裂可混合發(fā)生。高溫下，多由穿晶斷裂轉(zhuǎn)為沿晶韌性斷裂。
沿晶斷裂斷口：斷口冰糖狀；若晶粒細小，斷口呈晶粒狀。
剪切斷裂：材料在切應力作用下沿滑移面滑移分離而造成的斷裂。（滑斷、微孔聚集型斷裂）
解理斷裂：材料在正應力作用下，由于原于間結(jié)合鍵的破壞引起的沿特定晶面發(fā)生的脆性穿晶斷裂。
金屬的強度就是指金屬材料原子間結(jié)合力的大小，一般說金屬熔點高，彈性模量大，熱膨脹系數(shù)小則其原子間結(jié)合力大，斷裂強度高。斷裂的實質(zhì)就是外力作用下材料沿某個原子面分開的過程。
格里菲思理論：從熱力學觀點看，凡是使能量減低的過程都將自發(fā)進行，凡使能量升高的過程必將停止，除非外界提供能量。Griffth指出，由于裂紋存在，系統(tǒng)彈性能降低，與因存在裂紋而增加的表面能平衡。如彈性能降低足以滿足表面能增加，裂紋就會失穩(wěn)擴展，引起脆性破壞。
b、相關理論
斷裂三種主要的失效形式：磨損、腐蝕、斷裂
多數(shù)金屬的斷裂包括裂紋的形成和擴展兩個階段。
按斷裂的性態(tài)：韌性斷裂和脆性斷裂；按裂紋擴展路徑：穿晶斷裂和沿晶斷裂；按斷裂機制：解理斷裂和剪切斷裂
韌性斷裂和脆性斷裂：根據(jù)材料斷裂前產(chǎn)生的宏觀塑性變形量的大小來確定。通常脆性斷裂也會發(fā)生微量的塑性變形，一般規(guī)定斷面收縮率小于5％則為脆性斷裂。反之大于5％的為韌性斷裂。
脆性斷口平齊而光亮，與正應力垂直，斷口常呈人字紋或放射花樣。
解理斷裂是沿特定的晶面發(fā)生的脆性穿晶斷裂，通常總沿一定的晶面分離。
解理斷裂總是脆性斷裂，但脆性斷裂不一定是解理斷裂。
常見的裂紋形成理論：①位錯塞積理論 ②位錯反應理論
解理與準解理
共同點：穿晶斷裂；有小解理刻面；臺階及河流花樣
不同點：①準解理小刻面不是晶體學解理面②解理裂紋常源于晶界，準解理裂紋常源于晶內(nèi)硬質(zhì)點。準解理不是一種獨立的斷裂機理，而是解理斷裂的變種。
格雷菲斯理論是根據(jù)熱力學原理得出的斷裂發(fā)生的必要條件，但并不意味著事實上一定斷裂。裂紋自動擴展的充分條件是**應力等于或大于理論斷裂強度。
