力学冶金课件
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材料加工冶金传输原理课件(吴树森)流体静力学
理想流体（不可压缩、不计粘性
的流体）中能量守恒定律。这个
定理和相应的公式称为伯努利定
理和伯努利公式。
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2. 在古典“水动力学”的基础上纳维和斯托克斯 提出了著名的实际粘性流体的基本运动方程——纳 维-斯托克思方程(N-S方程)。从而为流体力学的长 远发展奠定了理论基础。但由于其所用数学的复杂 性和理想流体模模型的局限性，不能满意地解决工 程问题，故形成了以实验方法来制定经验公式的 “实验流体力学” 。但由于有些经验公式缺乏理 论基础，使其应用范围狭窄，且无法继续发展。
大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度 桥梁等的设计和建造离不开水力学和风工 程。
杨浦大桥
总之，没有流体力学的发展， 现代工业和高新技术的发展是不可 能的。
流体力学在推动社会发展方面做 出过很大贡献，今后仍将在科学与 技术各个领域发挥更大的作用。
第一章 绪论
第一节 流体力学的概念与发展简史 第二节 流体的概念及连续介质假设 第三节 流体的主要物理性质 第四节 流体的分类
G V
均质流体内部各点处的容重均相等：
=G/ V =g
水的容重常用值： =9800 N/m3
3、气体的比容 比容：指单位气体质量所具有的体积。
=1/ （ m3/kg）
气体的比容或密度，与气体的工况或过程是密切相关 的，是由状态方程确定，完全气体状态方程 P=P/=RT R为气体常数，空气的R=287N·m/kg·k
2.连续介质假设的意义
排除了分子运动的复杂性。
表征流体性质和运动特性的物理量和力学
量为时间和空间的连续函数，可用数学中连续 函数这一有力手段来分析和解决流体力学问题。
问题：按连续介质的概念，流体质点是指:
冶金过程热力学基础PPT课件
第一章 冶金过程热力学基础
T
通常： H T H 298 298 C p dT
其中： H 298 可根据热力学数据表求出，而
C p 是温度的函数。
C p a bT cT 2 ， C p a b cT 2
§1.1.4 化学反应自由能的变化
一、化学反应的等温方程式： 化学反应的自由能变化
利用化学热力学原理，分析计算冶金反应过程的热力学函数变化，判断反应 的可能性、方向性及最大限度。
⑵ 冶金过程动力学研究的主要任务： 利用化学动力学原理，分析计算冶金反应进行的途径、机理及速度。
第四页，共106页。
第一章 冶金过程热力学基础
§1.1 化学反应的热效应及自由能变化 §1.1.1 热力学函数(体系的状态函数
=
527400 336.56T
J mol
G 0 RT ln K 19.147T lg K
G 0
527400 336.56T 27545
lg K
17.58
19.147T
19.147T
T
第二十页，共106页。
J mol
第一章 冶金过程热力学基础
2、由实验测定的化学反应平衡常数K求反应的 G 0 ：
f ， b ：固体相变温度，熔点，沸点 ；
C C C C ps1 ，
ps2 ， pl ，
：固体1，固体2，液体，气体等压热容； pg
第十页，共106页。
第一章 冶金过程热力学基础
二、化学反应热效应计算
定义：
⑴ 热效应：化学反应过程伴随着热量的吸收和放出，在等容等压下进行的化 学反应，当反应物与生成物温度相同时，放出或吸收的热量称为化学反应的热 效应。
第二十一页，共106页。
金属材料的力学性能ppt课件.ppt
为塑性变形。
F F F
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
拉伸试验
d0
F
F
l0
L 拉伸前
dk
lk
拉伸后
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
标准冲击试样有两种，一种是Ｕ形缺口试样，另一种是Ｖ
形缺口试样。它们的冲击韧度值分别以a KU和a KV。
材料的a K值愈大，韧性就愈好；材料的a K值愈小，材料
的脆性愈大
通常把a K值小的材料称为脆性材料 研究表明，材料的a K值随试验温度的降低而降低。
加载速度越快，温度越低，表面及冶金质量越差， a K在值
Fe
e
k
4、s’b曲线：弹性变形+均匀塑性变
形
5、b点出现缩颈现象，即试样局部
o
截面明显缩小试样承载能力降低，
拉伸力达到最大值，而后降低，但
变形量增大，K点时试样发生断裂。
F S0 拉伸曲线
l l0
应力—应变曲线
l
e — 弹性极限点 S — 屈服点 b — 极限载荷点
K — 断裂点
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
3) 维氏硬度
维氏硬度试验原理
维氏硬度压痕
维氏硬度计
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
F F F
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
拉伸试验
d0
F
F
l0
L 拉伸前
dk
lk
拉伸后
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
标准冲击试样有两种，一种是Ｕ形缺口试样，另一种是Ｖ
形缺口试样。它们的冲击韧度值分别以a KU和a KV。
材料的a K值愈大，韧性就愈好；材料的a K值愈小，材料
的脆性愈大
通常把a K值小的材料称为脆性材料 研究表明，材料的a K值随试验温度的降低而降低。
加载速度越快，温度越低，表面及冶金质量越差， a K在值
Fe
e
k
4、s’b曲线：弹性变形+均匀塑性变
形
5、b点出现缩颈现象，即试样局部
o
截面明显缩小试样承载能力降低，
拉伸力达到最大值，而后降低，但
变形量增大，K点时试样发生断裂。
F S0 拉伸曲线
l l0
应力—应变曲线
l
e — 弹性极限点 S — 屈服点 b — 极限载荷点
K — 断裂点
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
3) 维氏硬度
维氏硬度试验原理
维氏硬度压痕
维氏硬度计
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
6力学冶金讲稿-3.5
（3.5-7）
应变速率敏感性指数m的确定： 可由 log σ − log ε 曲线的斜率得到， & 从式（3-14）中， log σ = log c + m log ε &
& 另一个更敏感的方法是速率变化试验，在不变的ε和T条件，通过测量 ε 的
变化及相应的σ的变化而确定m值，
m=(
log σ 2 − log σ 1 log(σ 2 / σ 1 ) ∂ log σ ∆ log σ ) ε .T ≈ ( ) ε .T = = & & & & & & ∂ log ε ∆ log ε log ε 2 − log ε 1 log(ε 2 / ε 1 )
超塑性金属优点： 超塑性金属优点：
具有高的抵抗塑性失稳能力，意味着变形过程一般限制在热聚合物中；
低的流动应力，其数量级仅为1000~5000psi，这些已在难加工的超合金的
锻造中得到应用。
3.5.4应变速率对流动性能的影响 应变速率对流动性能的影响
应变速率对流动性能有重要的影响: (1) 增加应变速率使拉伸强度增加，而且同强度的这种关系随温度的增加 而增加。
3.5.3 成型过程的速度及 ε
. _
表3-1 各种试验机和成型过程加载速度 工艺类别 拉伸试验 液压挤压机 机械压力机 冲击试验机 锻锤 爆炸成型 速度 ft/s 2 10-6~2 10-2 0.01~10 0.5~5 10~20 10~30 100~400
表3-2 应变速率范围
& ε
10-8 ~ 10-51/s 10-5~ 10-11/s 10-1~ 1021/s 102~ 1041/s 104~ 1081/s
冶金工程概论ppt课件
更没有单一的矿床，常以微量杂质形态存在于其它矿物的 晶格中。 稀土金属；包括镧系元素和化学性质近似的钪和钇共17个 元素。稀土并不似土，也不稀少，地壳中含量比Pb,Zn,Sn 等多几十倍，但物化性质非常近似，总是相互伴生；所有 提取单独的纯金属或其化合物都相当困难。 稀有放射性金属；习惯上不视为普通提取冶金的对象。
电热冶金；利用电能转变成热能，在高温 下提炼金属，本质与火法冶金相同。
电化学冶金；用电化学反应使金属从含金 属的盐类的水溶液或熔体中析出。
水溶液电解；如铜的电解精炼和锌的电解 沉积，属湿法冶金。
熔盐电解；如铝电解，属火法冶金。
精选 环保 处理低品位矿 综合利用
1
重金属；密度大于6g/cm3,如Sb（6.2）,Zn (7.14),Cu (8.95),Pb (11.34),Hg (14.2)。其产量大，用途广，价 格低，又称常用有色金属或贱金属。火法加湿法 提取。
轻金属；密度小于4.5g/cm3,Al（2.7）,Mg (1.74).比 重金属化学性质活泼，提取较困难，采用熔盐电 解或金属热还原。
贵金属；价格比常用金属贵而得名，如Au,Ag,Pt族 等。与其它金属区别在于其化学活性很低，不与 氧起反应，故又称惰性金属。小部分从矿石中提 出，大部分从Cu,Ni,Pb,Zn冶炼过程的付产品（阳 极泥）中回收。
精选编辑ppt
2
稀有金属；已知的93种金属元素中约占60种。这类金属中 有的地壳丰度小，天然资源少；有的地壳丰度大，但赋存 状态分散，不易经济的提取，有的物化性质上近似不易分 离成单一金属。故制取和使用得很少，得名为稀有金属。 其提取方法多种多样。
液固分离：将残渣与浸出液组成的悬浮液分离成液相和 固相的湿法冶金单元过程。主要用物理方法和机械方法， 如重力沉降，离心分离，过滤等。
电热冶金；利用电能转变成热能，在高温 下提炼金属，本质与火法冶金相同。
电化学冶金；用电化学反应使金属从含金 属的盐类的水溶液或熔体中析出。
水溶液电解；如铜的电解精炼和锌的电解 沉积，属湿法冶金。
熔盐电解；如铝电解，属火法冶金。
精选 环保 处理低品位矿 综合利用
1
重金属；密度大于6g/cm3,如Sb（6.2）,Zn (7.14),Cu (8.95),Pb (11.34),Hg (14.2)。其产量大，用途广，价 格低，又称常用有色金属或贱金属。火法加湿法 提取。
轻金属；密度小于4.5g/cm3,Al（2.7）,Mg (1.74).比 重金属化学性质活泼，提取较困难，采用熔盐电 解或金属热还原。
贵金属；价格比常用金属贵而得名，如Au,Ag,Pt族 等。与其它金属区别在于其化学活性很低，不与 氧起反应，故又称惰性金属。小部分从矿石中提 出，大部分从Cu,Ni,Pb,Zn冶炼过程的付产品（阳 极泥）中回收。
精选编辑ppt
2
稀有金属；已知的93种金属元素中约占60种。这类金属中 有的地壳丰度小，天然资源少；有的地壳丰度大，但赋存 状态分散，不易经济的提取，有的物化性质上近似不易分 离成单一金属。故制取和使用得很少，得名为稀有金属。 其提取方法多种多样。
液固分离：将残渣与浸出液组成的悬浮液分离成液相和 固相的湿法冶金单元过程。主要用物理方法和机械方法， 如重力沉降，离心分离，过滤等。
[课件]第7章冶金动力学基础-补充PPT
![[课件]第7章冶金动力学基础-补充PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/091910d9fab069dc5022019f.png)
化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增 加值表示。如反应 aA + bB = AB 其速率 dC dC dC (7-1) 其中：CA、CB、CAB表示反应物A、B和产物AB的浓度； JA、JB、JAB是以反应物A、B和产物AB表示的反应速度 反应物和产物表示的反应速度符号相反。 必须指出，若反应方程式中反应物和生成物的化学计量数不同，则以 各物质浓度随时间变化所表示的反应速率也不同，它们间关系如下：
1 dn JA ( A ) V dt S
nA0 nA XA nA0
(7-8)
n ( 1 X ) 所以 A A 0 A 即n
d ( n / V ) d ( n ( 1 X ) / V )n d X d X A 0 A 0 A 0 A 0 A A J C (7-9) A A 0 dt dt V d t dt 0
J A ( ) dt S dt
dC d [% C ] C J C dt dt
安徽工业大学 Anhui University of Technology
⑤在气固反应中，有时也以固体物质的单位体积为基础来表示浓 度，这时有 (7-7) 在气相反应中，反应前后气体物质的量不相等，体积变化很大， 这时不能准确测得初始体积 C0 。在这种情况下，最好用反应物的转 化率 fA来代表浓度。如开始时体积 V0中有 A 物质 nA0(mol) ，当反应进 行到t时刻时，剩下的A物质为nA(mol)，其转化速率为
安徽工业大学 Anhui University of Technology
7.2.确定限制性环节的方法
1. 活化能法 根据Arrhenius公式
E1 ln kln A RT
可以由 lnk 对 1/T 作图，直线的斜率即为活化能，进而可由活化能确定 多相反应的限制性环节。 2. 浓度差法
1 dn JA ( A ) V dt S
nA0 nA XA nA0
(7-8)
n ( 1 X ) 所以 A A 0 A 即n
d ( n / V ) d ( n ( 1 X ) / V )n d X d X A 0 A 0 A 0 A 0 A A J C (7-9) A A 0 dt dt V d t dt 0
J A ( ) dt S dt
dC d [% C ] C J C dt dt
安徽工业大学 Anhui University of Technology
⑤在气固反应中，有时也以固体物质的单位体积为基础来表示浓 度，这时有 (7-7) 在气相反应中，反应前后气体物质的量不相等，体积变化很大， 这时不能准确测得初始体积 C0 。在这种情况下，最好用反应物的转 化率 fA来代表浓度。如开始时体积 V0中有 A 物质 nA0(mol) ，当反应进 行到t时刻时，剩下的A物质为nA(mol)，其转化速率为
安徽工业大学 Anhui University of Technology
7.2.确定限制性环节的方法
1. 活化能法 根据Arrhenius公式
E1 ln kln A RT
可以由 lnk 对 1/T 作图，直线的斜率即为活化能，进而可由活化能确定 多相反应的限制性环节。 2. 浓度差法
冶金工程pptch1课件内容
2、材料的过程和工艺。2,冶金工程冶金工程冶金工程也称为金属工艺或金属加工，是一种把金属物料加工成为 物品、冶金工程也称为金属工艺或金属加工，是一种把金属物料加工成为物品、零件、组件的工艺技术，包括了桥 梁、轮船等的大型零件，乃至引擎、零件、组件的工艺技术，包括了桥梁、轮船等的大型零件，乃至引擎、珠宝、 腕表的微小组件。（定义不精确，但后面引用的倒是比较全面贴珠宝、腕表的微小组件。（定义不精确，但后面引 用的倒是比较全面贴切。）基础理论为物理冶金学、冶金物理化学、冶金热力学；讨论领域切。）基础理论为物理 冶金学、冶金物理化学、冶金热力学；讨论领域为冶金反应工程、冶金热能工程、冶金技术、钢铁冶金、有色金属 冶金
石，烧陶窑为金属的冶铸预备了高温炉和在炉内还原条件下冶炼矿石的技术。在甘肃东乡县林烧陶窑为金属的 冶铸预备了高温炉和在炉内还原条件下冶炼矿石的技术。在甘肃东乡县林家马家窑文化遗址中发觉的距今约家马家 窑文化遗址中发觉的距今约5000年的青铜刀，以及在其他一些新石器晚期遗址中相年的青铜刀，以及在其他一些新
有坑冶食货志载唐前期有坑冶168处,
15、计银冶处，计银冶58处,铜冶处，铜冶96处，铁山处，铁山5处，锡山处，锡山2处，铅山处，铅山4处。处 。6.明清时期冶金业的进展明清时期冶金业的进展这一时期金、铜、铁、锡、铅、锌的生产规模和产量都
比唐宋时期有所增长，并生产白铜这一时期金、铜、铁、锡、铅、锌的生产规模和产量都比唐宋时期有所增长 ，并生产白铜（铜银锌合金）。银两逐步成为主要货币，银产量亦有增长。（铜银锌合金）。银两逐步成为主要货 币，银产量亦有增长。1.2.2近代钢铁冶炼技术的进展近代钢铁冶炼技术的进展历史上，西方钢铁生产技术长期落后 于中国。历史上，西方钢铁生产技术长期落后于中国。18世纪中期，工业革命世纪中期，工业革命在英国首先
石，烧陶窑为金属的冶铸预备了高温炉和在炉内还原条件下冶炼矿石的技术。在甘肃东乡县林烧陶窑为金属的 冶铸预备了高温炉和在炉内还原条件下冶炼矿石的技术。在甘肃东乡县林家马家窑文化遗址中发觉的距今约家马家 窑文化遗址中发觉的距今约5000年的青铜刀，以及在其他一些新石器晚期遗址中相年的青铜刀，以及在其他一些新
有坑冶食货志载唐前期有坑冶168处,
15、计银冶处，计银冶58处,铜冶处，铜冶96处，铁山处，铁山5处，锡山处，锡山2处，铅山处，铅山4处。处 。6.明清时期冶金业的进展明清时期冶金业的进展这一时期金、铜、铁、锡、铅、锌的生产规模和产量都
比唐宋时期有所增长，并生产白铜这一时期金、铜、铁、锡、铅、锌的生产规模和产量都比唐宋时期有所增长 ，并生产白铜（铜银锌合金）。银两逐步成为主要货币，银产量亦有增长。（铜银锌合金）。银两逐步成为主要货 币，银产量亦有增长。1.2.2近代钢铁冶炼技术的进展近代钢铁冶炼技术的进展历史上，西方钢铁生产技术长期落后 于中国。历史上，西方钢铁生产技术长期落后于中国。18世纪中期，工业革命世纪中期，工业革命在英国首先
力学冶金课件1
k：体积模量，θ：体积变量 , δij ：单位张量，G：剪切模量，k、λ、G、E：弹性常数。
3)复杂应力状态的模型
B. 非线弹性
m k
2 G ( ) ij , ij
ij i j 2 G ( ) ij
3)复杂应力状态的模型
C. 线性粘性体
A. 线弹性
σ
σ=Eε
`
σ ε
B. 刚塑性
σ=σs
σs ε
2).简单应力状态的模型
C. 线粘性
D. 粘-塑性
E. 粘-弹性
s
s
E
3)复杂应力状态的模型
A. 线弹性
m
k
ij ' 2 G ij
ij i j 2 G ij
1）简单应力的加载准则
对应变硬化材料： dσ> 0，加载，产生新的塑性变形 dσ= 0，中性卸载，不会产生新的塑性变形，仅发生应力分量 的变化，应力状态仍在曲面上。 dσ< 0，卸载，弹性状态。
2）复杂应力状态的加载准则
2）复杂应力状态的加载准则
( ij ) 0
对于理想材料 屈服曲面
( ij ) 0
自由边界较小 个自由表面 主变形是拉伸应力，限制最大变形程度 的是塑性失稳
5 主变形为压缩应力，限制最大 变形程度的是出现裂纹
比常可忽略，视为刚-塑性材料
6 弹性变形量很小，与塑性变形量相 弹性变形量与塑性变形量在数量上相当
而不可忽略，弹性恢复、弹性后效等问 题不可忽略
2. 塑性加工变形力学
2.1 引言
初级产品 要求 成形极限
3)复杂应力状态的模型
B. 非线弹性
m k
2 G ( ) ij , ij
ij i j 2 G ( ) ij
3)复杂应力状态的模型
C. 线性粘性体
A. 线弹性
σ
σ=Eε
`
σ ε
B. 刚塑性
σ=σs
σs ε
2).简单应力状态的模型
C. 线粘性
D. 粘-塑性
E. 粘-弹性
s
s
E
3)复杂应力状态的模型
A. 线弹性
m
k
ij ' 2 G ij
ij i j 2 G ij
1）简单应力的加载准则
对应变硬化材料： dσ> 0，加载，产生新的塑性变形 dσ= 0，中性卸载，不会产生新的塑性变形，仅发生应力分量 的变化，应力状态仍在曲面上。 dσ< 0，卸载，弹性状态。
2）复杂应力状态的加载准则
2）复杂应力状态的加载准则
( ij ) 0
对于理想材料 屈服曲面
( ij ) 0
自由边界较小 个自由表面 主变形是拉伸应力，限制最大变形程度 的是塑性失稳
5 主变形为压缩应力，限制最大 变形程度的是出现裂纹
比常可忽略，视为刚-塑性材料
6 弹性变形量很小，与塑性变形量相 弹性变形量与塑性变形量在数量上相当
而不可忽略，弹性恢复、弹性后效等问 题不可忽略
2. 塑性加工变形力学
2.1 引言
初级产品 要求 成形极限
《冶金热力学基础》课件
推动新材料研发
通过研究金属及其化合物 的热力学性质，有助于发 现和开发具有优异性能的 新材料。
冶金热力学的发展历程
早期发展
冶金热力学起源于古代冶金实践 ，随着金属加工技术的发展而逐 步形成。
近代发展
20世纪以来，随着科学技术的进 步，冶金热力学在理论和实践方 面取得了重大突破。
现代发展
现代冶金热力学与计算机技术、 数值模拟等相结合，为冶金过程 的优化提供了强有力的支持。
金反应的平衡和过程方向具有重要意义。
03
冶金反应的平衡与过程
化学平衡
化学平衡的概念
化学平衡是化学反应进行到平衡状态时的一种动态平衡， 此时正、逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再发 生变化。
化学平衡的建立
化学平衡是在一定条件下建立的，条件包括温度、压力、 浓度等。在冶金反应中，化学平衡的建立对于确定反应方 向、反应限度以及反应速率具有重要意义。
05
冶金热力学的应用实例
钢铁工业中的应用
钢铁生产过程中，冶金热力学提供了 高温反应过程的理论基础，如高炉炼 铁、转炉炼钢和连铸连轧等工艺流程 。
热力学原理在钢铁工业中用于优化工 艺参数、提高产品质量和降低能耗等 方面，例如通过热力学分析确定最佳 的炼钢温度和吹氧强度。
有色金属工业中的应用
在有色金属工业中，冶金热力学为铜 、铝、锌等金属的冶炼、电解和精炼 过程提供理论支持。
绿色冶金与资源循环利用
随着环保意识的提高，绿色冶金和资源循环利用成为冶金工业的重要发展方向。冶金热力学将在绿色冶 金和资源循环利用方面发挥重要作用，为节能减排和可持续发展提供理论支持。
对冶金工业的影响与贡献
提高冶金过程效率
冶金热力学对冶金过程的研究，有助于深入了解冶金反应的机理和 热力学性质，为优化冶金工艺未来发展方向
《金属材料力学性能》课件
《金属材料力学性能》PPT课件
• 金属材料力学性能概述 • 金属材料的拉伸性能 • 金属材料的冲击韧性 • 金属材料的硬度与耐磨性 • 金属材料的疲劳性能 • 金属材料的断裂韧性
01
金属材料力学性能概述
定义与分类
定义
金属材料的力学性能是指金属材料在受到外力作用时所表现出来的性能，包括 弹性、塑性、韧性、强度等。
屈服阶段
屈服阶段是金属材料在受到外力作用后发生屈服现象的阶段，此时金属材料开始 发生塑性变形，应力与应变不再呈线性关系。
屈服强度是描述金属材料在屈服阶段的力学性能指标，反映了金属材料抵抗屈服 现象的能力。
强化阶段
强化阶段是金属材料在屈服阶段之后发生强度增高的阶段， 此时金属材料的应力与应变关系呈上升趋势。
通过改变材料的内部结构来提高韧性，如通过退火或淬火处理。
提高金属材料断裂韧性的方法
冷加工
通过塑性变形提高材料的韧性，如轧 制、拉拔或挤压。
提高金属材料断裂韧性的方法
表面处理
VS
通过喷丸、碾压或渗碳淬火等表面处 理技术提高材料的韧性。
THANKS
感谢观看
金属材料的力学性能与经济发展密切 相关，高性能的金属材料能够推动产 业升级和经济发展。
科学研究
金属材料的力学性能是科学研究的重 要领域之一，对于深入了解金属材料 的本质特性和发展新型金属材料具有 重要意义。
02
金属材料的拉伸性能
拉伸试验与拉伸曲线
拉伸试验
通过拉伸试验可以测定金属材料的拉 伸性能，包括抗拉强度、屈服强度、 延伸率等指标。
冲击试验与冲击韧性指标
冲击试验
通过在试样上施加冲击负荷，测定材 料抵抗冲击断裂的能力。
冲击韧性指标
• 金属材料力学性能概述 • 金属材料的拉伸性能 • 金属材料的冲击韧性 • 金属材料的硬度与耐磨性 • 金属材料的疲劳性能 • 金属材料的断裂韧性
01
金属材料力学性能概述
定义与分类
定义
金属材料的力学性能是指金属材料在受到外力作用时所表现出来的性能，包括 弹性、塑性、韧性、强度等。
屈服阶段
屈服阶段是金属材料在受到外力作用后发生屈服现象的阶段，此时金属材料开始 发生塑性变形，应力与应变不再呈线性关系。
屈服强度是描述金属材料在屈服阶段的力学性能指标，反映了金属材料抵抗屈服 现象的能力。
强化阶段
强化阶段是金属材料在屈服阶段之后发生强度增高的阶段， 此时金属材料的应力与应变关系呈上升趋势。
通过改变材料的内部结构来提高韧性，如通过退火或淬火处理。
提高金属材料断裂韧性的方法
冷加工
通过塑性变形提高材料的韧性，如轧 制、拉拔或挤压。
提高金属材料断裂韧性的方法
表面处理
VS
通过喷丸、碾压或渗碳淬火等表面处 理技术提高材料的韧性。
THANKS
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金属材料的力学性能与经济发展密切 相关，高性能的金属材料能够推动产 业升级和经济发展。
科学研究
金属材料的力学性能是科学研究的重 要领域之一，对于深入了解金属材料 的本质特性和发展新型金属材料具有 重要意义。
02
金属材料的拉伸性能
拉伸试验与拉伸曲线
拉伸试验
通过拉伸试验可以测定金属材料的拉 伸性能，包括抗拉强度、屈服强度、 延伸率等指标。
冲击试验与冲击韧性指标
冲击试验
通过在试样上施加冲击负荷，测定材 料抵抗冲击断裂的能力。
冲击韧性指标
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分别是沿轧制方向；沿板的宽度方向的 值；沿与轧制方向成 45角方向上的值。
{111}<110>，{111}<112>混合织构为好
(2)织构与磁晶各向异性
1）织构在变压器上的应用
利用磁晶各向异性在制造变压器铁心和电机的转子时，选用合适的织构来提高 铁磁材料的性能，使生产出来的产品重量轻体积小、电耗少、效率高。
化过程，使塑性变形容易进行。一般情况下其塑性、韧性好，产生断 裂的倾向性减少。同时，高温下原子的热激活能力提高，使金属中密 闭的空洞、气泡、裂纹等缺陷易于在形变中焊合。 3）与冷加工相比，热加工变形一般不易产生织构。这是由于在高温下发生 滑移的系统比较多，使滑移面和滑移方向不断发生变化，因此，工件 的择优取向性较小。 4）生产过程中，不需要像冷加工那样的中间退火，从而可简化生产工序， 提高生产率，降低成本。 5）通过控制热加工过程，可以在很大程度上改变金属材料的组织结构以满 足各种性能的要求。
A 高斯织构的应用
B 立方织构的应用
高斯织构
高斯织构硅钢片具有{110}<001> 织构，即具有{110}晶面平行于轧面，<001>晶向平行 于轧向。用这种材料制作变压器时，使<001>晶向（即轧制方向）顺磁路排列时，就 可以在相同磁场强度下得到较大的磁感应强度，磁路的磁阻最小，磁通量最大。
2）织构在电机上的应用
B {111}<112>织构：
5 成品的性能：
5.1 成品的组织性能及控制方法
成品的性能:：力学 ， 物理 ，化学性能；
性能的分类： 使用性能
工艺性能
控制： 设备
工艺
产品性能 深加工性能
结构
屈服强度
可加工性 性能
5.1.1 冷加工特点及产品性能
（1） 产品 组织结构： 位错的密度要增加； 位错胞状结构 ； 空位增多 ； 自由能较冷塑性变形前为高 ； 晶粒顺着拉伸方向伸长；压缩时，晶粒被压成扁平状； 第二相或者有夹杂物偏聚时，变形后会引起这些偏聚区 域的伸长而形成带状组织； 形成形变织构 ； 变形后材料内部还有残余内应力存在； 产生微裂纹，甚至宏观裂纹等。
图13-13连续动态再结晶与间断动态再结晶应力应变曲线
（4） 金属在热变形后特点：
软化百分数 :
x 1 1' 100% 1 y
图13-14奥氏体在热加工间隔时间内应力-应变曲线 的变化
图13-15 0.68%C钢在780℃热变形的应 力-应变曲线
5.2材料的各向异性
5.2.1 织构的基本概念及表示方法
5.2.2织构的应用及控制
(1)织构与机械性能各向异性
(2)织构与磁晶各向异性
(1) 织构与机械性能各向异性
体心立方晶体：
<111>强度最强 <110>次强 <100>最弱
冲压成形性：垂直各向异性 r值
平面各向同性 Δr值
稳定延伸： n值
r W t
r r0 r90 2r45 2
（2）金属组织结构和性能的变化
金属组织结构和性能的变化 ①改造铸态组织
铸态金属组织中的缩孔、疏松、空隙、气泡等缺陷等得到压缩式焊合， 铸态组织的物理、化学和结晶学方面的不均匀性会得到改造。 ② 细化晶粒和破碎夹杂物 ③热变形中形成的纤维组织 ： ④形成带状组织； ⑤形成网状组织
（3）金属在热变形过程中的特点：
预先形变热处理工艺中，低温变形后进行的中间回火，也是一种回复性 质的处理。其目的是为了得到比较稳定的位错（亚晶组织），在进行快 速淬火加热和最后的回火处理后，仍能够保持良好的形变强化的效果。
5.1.2热变形过程中金属组织结构和性能的变化
(1) 热变形的特点 ： 与其它加工方法相比，热加工所具有优点是： 1）处于热变形时的金属，其变形抗力低，因此能量消耗少。 2）金属在热加工变形时，在加工硬化的同时，也存在着回复或再结晶的软
冲制电机铁芯的硅钢片，要求板平面各向同性，电机转动才能平稳。 而且在板平面上还要没有难磁化的<111>晶向。一般选用两种织构：
A {100}<hkl>织构：在{100}平面内，与轧向平行的晶向是任意的，混乱 的，材料的各向同性好；在{100}平面内不存在难磁化的<111>晶向。所以可以满足 电机铁芯的要求。
（2）产品的性能
力学性能的变化体现在：冷加工后，金属材料的强度指标 （比例极限、弹性极限、屈服极限、强度极限、硬度）增加， 塑性指标（面缩率、延伸率等）降低，韧性也降低了。此外， 随着变形程度的增加，还可能产生力学性能的方向性。
物理、化学性能也发生明显变化：在晶间和晶内产生微观裂 纹和空隙以及点阵缺陷，因而密度降低，导热、导电、导磁 性能降低。同样原因，使金属材料的化学稳定性降低，耐腐 蚀性能降低，溶解性增加。
(3) 冷变形金属的回复阶段
回复过程中，金属会释放出冷塑性变形过程所贮能量的一部分。残余内 应力会降低或消除，电阻率、硬度、强度会降低，密度、塑性、韧性等 会提高。
回复退火在生产中主要用作去内应力退火，使冷加工的金属件，在基本 保持加工硬化的条件下降低其内应力，以避免变形和开裂，改善工件的 耐蚀性。
择优取向：这种某种晶面或晶向优先集中在某个方向上排列的现象 织构：具有择优取向的金属多晶体组织。
织构的表示方法：常用有极图和反极图，腐蚀坑法， 此外还有取向分布函数。
丝织构: 晶向平行于拉力轴的织构 板织构— 轧制织构 : 晶面平行于轧面 ,晶向平行于轧向的择优取向组织.
极射投影
高斯织构
不足之处主要是：
1）对过薄或过细的工件，由于散热较快，生产中保持热加工温度 困难。因此，目前生产薄的或细的金属材料，一般仍采用冷加工 （冷轧、冷拉）的方法。 2）热加工后工件的表面不如冷加工生产的光洁，尺寸也不如冷加工 生产的精确。 3）由于在热加工结束时，产品内的温度难于均匀一致，温度偏高处 晶粒尺寸要大一些，特别是大断面的情况下更为突出。因此，热 加工后产品的组织、性能常常不如冷加工的均匀。 4）热加工金属材料的强度比冷加工的低。 5）某些金属材料不宜热加工。例如铜中含Bi时，它们的低熔点杂质 分布在晶界上，热加工会引起晶间断裂。