第2章5,6节 材料(塑性变形,热加工)
内应力的存在，使金
晶界位错塞积所 引起的应力集中
属耐蚀性下降，引起
零件加工、淬火过程
中的变形和开裂。因
此，金属在塑性变形 后，通常要进行退火
处理，以消除或降低内应力。
第2.6节 金属的再结晶与热变形加工
一、冷变形金属在加热时的组织和性能变化
金属经冷变形后, 组织处于不稳定状态, 有自发恢复
到稳定状态的倾向。但在常温下，原子扩散能力小,
不稳定状态可长时间维持。加热可使原子扩散能力
增加，金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。
黄 铜
加热温度 ℃
㈠ 回复
回复是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷 及位错近距离迁移而引起的晶内某些变化。如空位 与其他缺陷合并、同一滑移面上的异号位错相遇合 并而使缺陷数量减少等。 由于位错运动使其由冷 塑性变形时的无序状态
由于加工硬化, 使已变形部分发
生硬化而停止变形, 而未变形部
未变形纯铁
分开始变形。没有加工硬化, 金
属就不会发生均匀塑性变形。
加工硬化是强化金属的重要手
段之一，对于不能热处理强化
的金属和合金尤为重要。
变形20%纯铁中的位错
三、残余内应力
内应力是指平衡于金属内部的应力。是由于金属受力
时, 内部变形不均匀而引起的。金属发生塑性变形时,
钛合金六方相中的形变孪晶
奥氏体不锈钢中退火孪晶
二、多晶体金属的塑性变形
单个晶粒变形与单晶体相似, 多晶体变形比单晶体复杂。 ㈠晶界及晶粒位向差的影响 1、晶界的影响
当位错运动到晶界附近时，
受到晶界的阻碍而堆积起来,
称位错的塞积。要使变形继
续进行, 则必须增加外力, 从
而使金属的变形抗力提高。
位错切割第二 相粒子示意图
电 镜 观 察
2.5.3 冷变形对组织和性能的影响
一、塑性变形对组织结构的影响
金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其
内部的晶粒也相应地被拉长或压扁。
当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状，晶界变
得模糊不清。
塑性变形还
使晶粒破碎
为亚晶粒。
工业纯铁在塑性变形前后的组织变化
外力所做的功只有10%转化为内应力残留于金属中.
内应力分为三类： 第一类内应力平衡于表面与心部之间 (宏观内应力)。 第二类内应力平衡于晶粒之间或晶粒内不同区域之间 , (微观内应力)。 第三类内应力是由晶格缺陷引起的畸变应力。
第三类内应力是形变金属中的主要内应力，也是金 属强化的主要原因。而第一、二类内应力都使金属 强度降低。
1、滑移变形的特点 ： ⑴ 滑移只能在切应力的作 用下发生。产生滑移的最 小切应力称临界切应力.
⑵ 滑移常沿晶体中原
子密度最大的晶面和 晶向发生。因原子密 度最大的晶面和晶向 之间原子间距最大， 结合力最弱，产生滑 移所需切应力最小。 沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做滑移面和滑移 方向。通常是晶体中的密排面和密排方向。
形变织构示意图
“制耳”现象，使零件边缘不齐，厚薄不匀。但织构
轧制铝板的“制耳”现象
2.5.4 冷变形对金属性能的影响
1、加工硬化
随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑 性、韧性下降的现象称加工硬 铜 1040钢 (0.4%C) 铜
冷塑性变形量，%
冷塑性变形量，%
单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程 也与多晶体纯金属相似。但随溶质含量增加，固溶体 的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，称固溶强化。
产生固溶强化的原因，是由于溶质原子与位错相互作 用的结果，溶质原子不仅使晶格发生畸变，而且易被 吸附在位错附近形成柯氏气团，使位错被钉扎住，位 错要脱钉，则必须增加外力，从而使变形抗力提高.
发生切变的部分称孪生带或孪晶，沿其发生孪生的 晶面称孪生面。
孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。
孪生示意图
孪晶组织
与滑移相比： 孪生使晶格位向发生改变； 所需切应力比滑移大得多, 变形速度极快, 接近声速; 孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距.
密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。 体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生 孪生变形。面心立方晶格金属，一般不发生孪生变 形，但常发现有孪晶存在，这是由于相变过程中原 子重新排列时发生错排而产生的，称退火孪晶。
外 力 在 晶 面 上 的 分 解
切 应 力 作 用 下 的 变 形
锌 单 晶 的 拉 伸 照 片
解理断裂。只有在切应
力的作用下金属晶体才
能产生塑性变形。
韧性断口
脆性解理断口
塑性变形的形式：滑移和孪生。 金属常以滑移方式发生塑性变形。 ㈠ 滑移 滑移是指晶体的一部分沿一定的晶 面和晶向相对于另一部分发生滑动 位移的现象。
晶界对塑性变形的影响
Cu-4.5Al合金晶 界的位错塞积
2、晶粒位向的影响
由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形 时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑 性变形，则必以弹性变形来与之协调。这种弹性变形 便成为塑性变形晶 粒的变形阻力。由 于晶粒间的这种相 互约束，使得多晶
体金属的塑性变形
机械工程材料
Materials For Mechanical Engineering
1
第 2章
本章目录
材料的性能与力学行为
2.5 金属的塑性变形及强化 2.5.1 单晶体的塑性变形及强化 2.5.2 实际金属的塑性变形及强化 2.5.3 冷变形对金属组织结构的影响 2.5.4 冷变形对金属性能的影响 2.6 金属的再结晶与变形加工 2.6.1 冷变形金属在加热时的组织和 性能变化 2.6.2 金属的热变形加工 2.7 高聚物的力学状态 2.7.1 线型无定行高聚物的力学状态 2.7.2 线性结晶型高聚物的力学状态 2.7.3 体型高聚物的力学状态 2.8 高聚物的力学行为 2.8.1 高弹性 2.8.2 黏弹性 2.8.3 塑性与受迫弹性 2.8.4 强度与断裂
脆性 材料 塑性材料
金属在断裂前消耗
的功也大，因而其
韧性也比较好。
应变
通过细化晶粒来同时 提高金属的强度、硬 度、塑性和韧性的方 法称细晶强化。
二 合金的塑性变形与强化
合金可根据组织分为单相固溶体和多相混合物两种. 合金元素的存在，使合金的变形与纯金属显著不同.
奥氏体
珠光体
一、单相固溶体合金的塑性变形与固溶强化
冷塑性变形与性能关系
产生加工硬化的原因是: 1、随变形量增加, 位错 密度增加，由于位错之 间的交互作用(堆积、缠 结)，使变形抗力增加.
Si 中 的 位 错 源
晶 体 中 的 位 错 源
位错密度与强度关系
2. 随变形量增加，亚结构细化
3. 随变形量增加, 空位密度增加 4. 几何硬化：由晶粒转动引起
第2.5节 金属的塑性变形及强化
塑性变形及随后的加热对金
属材料组织和性能有显著的
影响. 了解塑性变形的本质,
塑性变形及加热时组织的变
化，有助于发挥金属的性能
潜力，正确确定加工工艺.
5万吨水压机
一 纯金属的塑性变形
一、单晶体金属的塑性变形
单晶体受力后，外力在 任何晶面上都可分解为 正应力和切应力。正应 力只能引起弹性变形及
⑶滑移时，晶体两部分的相对 位移量是原子间距的整数倍. 滑移的结果在晶体表面形成台 阶，称滑移线，若干条滑移线 组成一个滑移带。
铜拉伸试样表面滑移带
⑷ 滑移的同时伴随着晶体的转动
转动有两种：滑移面向外力轴方向转动和滑移面上 滑移方向向最大切应力方向转动。
切应力作用下的变形和滑移面向外力方向的转动
Cu-Ni合金成分与性能关系
二、多相合金的塑性变形与弥散强化 当合金的组织由多相混合物组成时，合金的塑性变
形除与合金基体的性质
有关外，还与第二相的 性质、形态、大小、数 量和分布有关。第二相 可以是纯金属、固溶体 或化合物，工业合金中 第二相多数是化合物。
+钛合金(固溶体第二相)
当在晶界呈网状分布时，对合金的强度和塑性不利
抗力提高。
㈡ 多晶体金属的塑性变形过程 多晶体中首先发生滑移的是滑移系与外力夹角等于 或接近于45°的晶粒。当塞积位错前端的应力达到 一定程度，加上相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原 来处于不利位向滑移系上的位错开动，从而使滑移
由 一批晶粒传递到另一
批晶粒，当有大量晶
粒发生滑移后，金属 σ
便显示出明显的塑性
金属材料性能及力学行为
第2.5节 金属的塑性变形及强化 第2.6节 金属的再结晶与热变形加工
5万吨水压机
金属的冷热加工
自由锻
模锻
轧制
正挤压
反挤压
拉拔
冲压
巨型自由锻件
无
有
各向异性导致的铜板 “制耳”
丝织 构 板织构
形变织构示 意图
习 题
1、如果将一软焊料反复弯曲数次，会发现它仍 旧很软。而对一退火铜也作同样弯曲就会明显 变硬，以至经过几次之后就不能用手弯曲了。 这是为什么？ 2 、钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工 ，请说明它们是热加工还是冷加工？（钨熔点 是3410℃，锡熔点是232℃)。 3、在室温下对铅板进行弯折，愈弯愈硬，而稍 隔一段时间再行弯折，铅板又象最初一样柔软 ，这是什么原因？
； 当在晶内呈片状分布时，可提高强度、硬度，但会 降低塑性和韧性；
工程材料力学性能第二章
❖ 7〕 缺点 外表切应力大，心部小，变形不均匀。
二、扭转实验 扭转试样：圆柱形式〔d0=10mm，L0=50m或100mm〕 试验方法：对试样施加扭矩T，相对扭转角以Φ表示
弹性范围内外表的切应力和切应变
扭转试验可测定以下主要性能指标： (1) 切变模量G
在弹性范围内,Kt的数值决定于缺口的几何形状和 尺寸 与材料性质无关.
❖ 2.厚板： ❖ εz=0, σz≠0 ❖ 根部:两向拉伸力状态， ❖ 内侧:三向拉伸的立体应力平面应变状态， ❖ σz ＝ν〔σy＋σx〕 ❖ σy>σz >σx
3.缺口效应： 1〕根部应力集中 2〕改变缺口的应力状态，由单向应力状态改变为两
思考题： ❖ 1 缺口效应及其产生原因； ❖ 2 缺口强化； ❖ 3 缺口敏感度。
❖
第六节 硬度
前言 •古时，利用固体互相刻划来区分材料的软硬 •硬度仍用来表示材料的软硬程度。 •硬度值大小取决于材料的性质、成分和显微组织，测
量方法和条件不符合统一标准就不能反映真实硬度。 •目前还没有统一而确切的关于硬度的物理定义。 •硬度测定简便，造成的外表损伤小，根本上属于“无
可利用扭转试验研究或检验工件热处理的外表质量和各 种外表强化工艺的效果。
❖ 4)扭转时试样中的最大正应力与最大切应力在数值 上大体相等，而生产上所使用的大局部金属材料的 正断抗力 大于切断抗力 ，扭转试验是测定这些材 料切断抗力最可靠的方法。
❖ 5〕根据扭转试样的宏观断口特征，区分金属材料 最终断裂方式是正断还是切断。
油孔，台阶，螺纹,爆缝等对材料的性能影响有以下 四个方面： ❖ 1 缺口产生应力集中 ❖ 2 引起三向应力状态,使材料脆化 ❖ 3 由应力集中产生应变集中 ❖ 4 使缺口附近的应变速率增高
材料的塑性变形
22:10
11
滑移带和滑移线只是晶格滑移结果的表象； 重新抛光后可去除。
光镜下：滑移带。 电境下：滑移线。
22:10
12
问题二：
产生滑移的条件?
滑移面 ：??? 滑移方向：????
22:10
13
产生滑移的条件：
2.1材料的塑性变形机理
面间距大； 滑移矢量（柏氏矢量）小；
＋ ＋ ＋＋＋＋ ＋ ＋ ＋＋＋＋
22:10
49
塑性变形的另一种方式
孪生
2.1材料的塑性变形机理
在切应力作用下，晶体一部分相对于另一部分沿一定
的晶面和晶向发生均匀切变，形成晶体取向的
镜面对称关系。双胞胎!
孪晶的形成 （动画）
孪生动画\孪 生变形.swf 变形
22:10
51
22:10
52
1. 孪生晶体学 晶体的孪晶面和孪生方向与晶体结构类型有关。
滑移面 ：密排面 滑移方向：密排方向
fcc滑移系： 滑移面{111}， 滑移方向<110>； 滑移系
4×3=12个
22:10
Cu,Al,Ni,Au，γ-Fe等 塑性变形能力如何？
17
α-Fe,W,Mo等
塑性变形能力如何？
22:10
18
次滑移系：
Mg,Zn,Ti,Zr等
22:10
塑变能力？ 20
44
☺ 滑移的表面痕迹 : ☺ 单滑移：单一方向的滑移带； ☺ 交滑移：波纹状的滑移带。 ☺ 多滑移：相互交叉的滑移带；
2.1材料的塑性变形机理
奥氏体钢交叉滑移带
问题二：
产生滑移的条件? 结构上
滑移面 ：??? 滑移方向：????
锻压
锻锤吨位的确定
模锻锤吨位（t） ≤0.75
1
1.5
2
3
5
7～ 10
16
锻件重量（kg） 〈0.5
0.5～1.5 1.5～5
5 ～ 12
12 ～ 25 25 ～ 40 40 ～ 100
〉 100
模锻件的精整
1.切边和冲孔
2.校正
模锻零件的结构工艺性
三.其他设备上的模锻
1.热模锻压力机上模锻：分为连杆式，双滑块式， 楔式等。
纤维织织：多晶体经变形后，各晶粒沿变形方向 伸长，当变形程度很大时，多晶体晶粒显著地沿 同一方向拉长呈纤维状。
锻造流线
在一般情况下增加锻造 比，可使金属组织细密 化，提高锻件的机械性 能。
锻造流线形成后，用热处理的方法不能消 除，只能在通过锻造方法改变其方向和分布状 况。设计时，应注意： Ⅰ必须考虑锻造流线的方向，使零件工作时正 应力方向与流线方向重合，切应力方向与流线 方向垂直。
精整工序
一.自由锻工艺规程的制定 自由锻的基本工序是指改变坯料的形状和 尺寸以达到锻件基本成型的工序。
镦粗（整体或局部）
拔长 冲孔
错移
扭转 切割
弯曲
一.自由锻工艺规程的制定
步骤3：计算坯料重量 和尺寸
一.自由锻工艺规程的制定
步骤4：选定设备
选定锻造设备的依据是锻件的材料、 尺寸和重量，同时也要考虑车间现有 的设备条件。
在分模面上的投影为圆形或长、 宽、高相近的锻件
短轴类锻件：镦粗制坯和终锻成型。 长轴类锻件：拔长，滚挤，形状复杂的需弯曲，成形， 预锻等。
长度与宽度（或直径）相差较大的锻件
坯料尺寸的计算
短轴类锻件：
V坯=（V锻+V连+V飞）（1+K1）
(完整版)金属工艺学(压力加工)
锻造齿轮毛坯，应对棒料镦粗加工，使其纤维呈放射状，有利于齿轮的受力。 曲轴毛坯的锻造，应采用拔长后弯曲工序，使纤维组织沿曲轴轮廓分布，这样曲轴 工作时不易断裂。
第三节 金属的可锻性
金属的可锻性是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难 易程度的工艺性能。
转体锻件。
第二节 锻造工艺规程的制订
一、绘制锻件图
锻件图是以零件图为基础，结 合锻造工艺特点绘制而成。
1.敷料、余量及公差
敷料:为了简化零件的形状和 结构、便于锻造而增加的 部分金属。
加工余量：在零件的加工表面 上，为切削加工而增加的 尺寸。
锻件公差:是锻件名义尺寸允 许的变动量。金工动画\锻 件图.exe
二、常用的压力加工方法：
a）轧制 b）挤压 c）拉拔 d）自由锻 e）板料冲压 f）模锻
金工动画\压力加工\视 频\挤压.avi
金工动画\压力加工\视频\镦粗.avi
三、压力加工的特点 （1）改善金属的组织、提高力学性能。 （2）材料的利用率高。 （3）较高的生产率。 （4）毛坯或零件的精度较高。 钢和非铁金属可以在冷态或热态下压力 加工。可用作承受冲击或交变应力的重要零 件，但不能加工脆性材料（如铸铁）。
可锻性常用塑性和变形抗力来衡量。金属的可锻性取决于金属 的本质和加工条件。
一、 金属的本质
1.化学成分的影响 纯金属的可锻性比合金好；碳钢的含碳量越低，可锻性
越好。 2.金属组织的影响
纯金属及单相固溶体比金属化合物的可锻性好;细小的 晶粒粗晶粒 好；面心立方晶格比体心立方晶格好 。
二、加工条件
1.变形温度的影响 热变形可锻性提高.但温度过高将发生过热、过烧、脱
工程材料第二章知识点
工程材料第二章金属材料组织和性能的控制一、名词解释。
一次结晶过冷度二次结晶自发晶核非自发晶核同素异构转变变质处理相图支晶偏析扩散退火变质处理共晶反应组织（组成物）变形织构加工硬化再结晶临界变形度热处理过冷奥氏体退火马氏体淬透性淬硬性调质处理滑移再结晶冷加工热加工过冷度实际晶粒度本质晶粒度淬火回火正火一次结晶：通常把金属从液态转变为固体晶态的过程称为一次结晶过冷度：理论结晶温度与开始结晶温度之差叫做过冷度，它表明金属在液体和固态之间存在一个自能差二次结晶：金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程称为二次结晶或重结晶（或金属的同素异构转变）自发晶核：从液体结构内部由金属原子本身自发长出的结晶核心叫做自发晶核非自发结晶：杂质的存在常常能够促进晶核形成，依附于杂质而生成的晶核叫做非自发结晶同素异构转变：金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变变质处理：指在液体金属中加入孕育剂或变质剂，增加非自发晶核的数量或者阻止晶核的长大，以细化晶粒和改善组织相图：是表明合金系中各种合金相的平衡条件和相与相之间关系的一种简明示意图，也称为平衡图或状态图支晶偏析：固溶体在结晶过程中冷却过快，原子扩散不能充分形成成分不均匀的固溶体的现象扩散退火：为减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分和组织不均匀性，将其加热到略低于固相线的温度，长时间保温并进行缓慢冷却的热处理工艺，称为扩散退火或均匀化退火共晶反应：有一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反应组织（组成物）：指合金组织中具有确定本质、一定形成机制的特殊形态的组成部分。
组织组成物可以是单相，或是两相混合物变形织构：金属塑性变形很大（变形量达到70%以上）时，由于晶粒发生转动，使各晶粒的位向趋于一致，这种结构叫做形变织构加工硬化：金属发生塑性变形，随变形度的增大，金属的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降，这种现象称为加工硬化再结晶：变形后的金属在较高温度加热时，由于原子扩散能力增大，被拉成（或压扁）破碎的晶粒通过重新形核和长大变成新的均匀、细小的等轴晶，这个过程称为再结晶临界变形度：再结晶时使晶粒发生异常长大的预先变形度称做临界变形度热处理：是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的工艺过冷奥氏体：从铁碳相图可知，当温度在A1（PSK线/共析反应线）以上时奥氏体是稳定的，能长期存在，当温度降到A1以下后，奥氏体即处于过冷状态，这种奥氏体称为过冷奥氏体（过冷A）退火：将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（一般为随炉冷却）热处理工艺叫做退火-马氏体：碳在a —Fe中的过饱和固溶体淬透性：钢接受淬火时形成马氏体的能力叫做钢的淬透性淬硬性：钢淬火后硬度会大幅度提高，能够达到的最高硬度叫钢的淬硬性调质处理：通常把淬火加高温回火称为调质处理滑移：在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（滑移面）上的一定方向（滑移方向）相对于另一部分发生滑动的过程叫做滑移冷加工：在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工热加工：在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工实际晶粒度：某一具体的热处理或热加工条件下的奥氏体的晶粒度叫做实际晶粒度本质晶粒度：钢加热到（930土10C）,保温8h，冷却后测得的晶粒度叫做本质晶粒度淬火：将钢加热到相变温度以上，保温一定时间，然后快速冷却以获得马氏体组织的热处理工艺称为淬火回火：钢件淬火后，为了消除内应力并获得所要求的组织和性能，将其加热到Ac1（PSK线/共析反应线）以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺叫做回火正火：钢材或钢件加热到Ac3 （对于亚共析钢）、Ac1 （对于共析钢）和Accm （对于过共析钢）以上30~50C，保温适当时间后，在自由流动的空气中均匀冷却的热处理称为正火一次渗碳体是从液相包晶过程中直接析出二次渗碳体是从奥氏体中析出三次渗碳体是从铁素体中析出珠光体：铁素体+渗碳体高温莱氏体Le（A+Fe3C）:奥氏体+渗碳体低温莱氏体Le'（P+Fe3C U +Fe3C）:珠光体+二次渗碳体+渗碳体二、填空。
(金属塑性成形原理课件)第2讲塑性变形物理本质
存在着一系列缺陷: 点缺陷、线缺陷、 面缺陷
2020/10/4
10
Lesson Two
一些金属材料的实验屈服强度和理论屈服强度
材料
理论强度（G/30)/GPa 实验强度/MPa 理论强度/实验强度
银 铝 铜 镍 铁 钼 铌 镉 镁（柱面滑移） 钛（柱面滑移） 铍（基面滑移） 铍（柱面滑移）
2020/10/4
13
Lesson Two
肖脱基空位——只形成空位而不形成等量的间隙原子 弗兰克尔缺陷——同时形成等量的空位和间隙原子
2020/10/4
14
Lesson Two
在实际晶体中，点缺陷的形式可能更复杂。例 如，即使在金属晶体中，也可能存在两个、三个甚 至多个相邻的空位，分别称为双空位、三空位或空 位团。但由多个空位组成的空位团从能量上讲是不 稳定的，很容易沿某一方问“塌陷”成空位片（即 在某一原子面内有一个无原子的小区域)。同样，间 隙原子也未必都是单个原子，而是有可能m个原子均 匀分布在n个原子位置的范围内（m＞n），形成所谓 “挤塞子”（crowdion）。
（1）表面：指所研究的金属材料系统与周围气相或液相介质的接触面。 （2）晶界、亚晶界：指多晶体材料内部，结构及成分相同，而位向不 同的两部分晶体之间的界面。 （3）相界：指晶体材料内部不仅位向不同，而且结构不同，甚至成分 也不同的两部分晶体之间的界面。在纯金属的同素异晶转变过程中出现 的相界面，其两侧仅结构不同；而合金相的相界两侧，除结构不同外， 往往成分也不相同。 此外，还有孪晶界、反相畴界，层错界、胞壁等等。
（1）对称倾侧晶界
对称倾侧晶界相当于两部分晶体，沿着平行于界面
的某一轴线，各自转过方向相反的θ／2而形成的。两晶 粒位向差为θ，如下图1所示。此晶界相当于两个晶粒的 对称面，它只有一个自由度θ。
付华-材料性能学-部分习题答案1
第一章材料的弹性变形一、填空题：1.金属材料的力学性能是指在载荷作用下其抵抗变形或断裂的能力。
2. 低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。
3. 线性无定形高聚物的三种力学状态是玻璃态、高弹态、粘流态，它们的基本运动单元相应是链节或侧基、链段、大分子链，它们相应是塑料、橡胶、流动树脂（胶粘剂的使用状态。
二、名词解释1.弹性变形：去除外力，物体恢复原形状。
弹性变形是可逆的2.弹性模量：拉伸时σ=EεE：弹性模量（杨氏模数）切变时τ=GγG：切变模量3.虎克定律：在弹性变形阶段，应力和应变间的关系为线性关系。
4.弹性比功定义：材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力，又称为弹性比能或应变比能，表示材料的弹性好坏。
三、简答：1．金属材料、陶瓷、高分子弹性变形的本质。
答：金属和陶瓷材料的弹性变形主要是指其中的原子偏离平衡位置所作的微小的位移，这部分位移在撤除外力后可以恢复为0。
对高分子材料弹性变形在玻璃态时主要是指键角键长的微小变化，而在高弹态则是由于分子链的构型发生变化，由链段移动引起，这时弹性变形可以很大。
2．非理想弹性的概念及种类。
答：非理想弹性是应力、应变不同时响应的弹性变形，是与时间有关的弹性变形。
表现为应力应变不同步，应力和应变的关系不是单值关系。
种类主要包括滞弹性，粘弹性，伪弹性和包申格效应。
3．什么是高分子材料强度和模数的时-温等效原理?答：高分子材料的强度和模数强烈的依赖于温度和加载速率。
加载速率一定时，随温度的升高，高分子材料的会从玻璃态到高弹态再到粘流态变化，其强度和模数降低；而在温度一定时，玻璃态的高聚物又会随着加载速率的降低，加载时间的加长，同样出现从玻璃态到高弹态再到粘流态的变化，其强度和模数降低。
时间和温度对材料的强度和模数起着相同作用称为时=温等效原理。
四、计算题：气孔率对陶瓷弹性模量的影响用下式表示：E=E0 (1—1.9P+0.9P2)E0为无气孔时的弹性模量；P为气孔率，适用于P≤50 %。
工程材料 5 塑性变形
(c) 变形80%
2. 亚组织的细化 塑性变形使晶粒碎化，内部 形成更多位向略有差异的亚晶粒 （亚结构），在其边界上聚集着 大量位错。 3. 产生形变织构 由于塑性变形过程中 晶粒的转动，当变形量达 到一定程度（70％～90％） 以上时，会使绝大部分晶 粒的某一位向与外力方向 趋于一致，形成织构。
产生加工硬化
由于塑性变形的变形度增加， 使金属的强度、硬度提高，而塑 性下降的现象称为加工硬化。
二、冷塑性变形对金属组织的影响 1. 形成纤维组织 金属在外力作用下产生塑性变形时，随着外形变化，而且其 内部的晶粒形状也相应地被拉长或压偏。当变形量很大时，晶粒 将被拉长为纤维状。
(a) 未变形
(b) 变形40%
2. 再结晶退火
把冷变形金属加热到再结晶温度以上，使其产生再结晶的热处 理称为再结晶退火。 生产中金属的再结晶退火温度比其再结晶温度高100～200℃。
三、晶粒长大
再结晶完成后，若继续升高加热温度或延长保温时间，金 属晶粒将继续长大是通过晶界的迁移进行的，是大晶粒吞食小 晶粒的过程。这是一个自发的过程。 影响晶粒大小的因素除加热温度和保温时间外，还有晶粒 原始尺寸、杂质的分布、预先变形度等。加热温度和预先变形 度影响最大。
晶粒粗大会使金属的强度，特别是塑性和冲击韧性降低。
1. 加热温度和保温时间的影响 加热温度越高，保温时间越长， 金属晶粒越粗大。
黄铜再结晶后晶粒的长大
580º C保温8秒后的组织
580º C保温15分后的组织
700º C保温10分后的组织
2. 预变形度的影响
对一般金属，当变形度为2%～10%时，由于变形很不均匀， 会造成晶粒异常长大，应予避免。变形度过大（＞90%），因织 构，晶粒也会粗大。通常变形度为30%～60%。
第二章钢结构材料
作用则属于连续交变荷载，或称循环荷载。
1） 加载速度的影响
高于此温度时，不论 何种加载方式材料的 韧性性能均好。T3
低于此温度时，不论 何种加载方式材料的 韧性性能均差。T1
常温下某温度时，静载下材料 的韧性最好，中等加载速度下 次之，冲击加载最差。T2
2）循环荷载的影响
钢材在连续交变荷载作用下，会逐渐积累损伤、 产生裂纹、裂纹逐渐扩展，直到最后破坏，这种现
锰、硅含量不高时可提高钢材强度，但又不会过多 降低塑性和冲击韧性，不过量时是有益元素。
硫、磷、氧、氮均是有害元素，一般情况下其含量
元旦应严格控制。（但也有例外） 2-4-2 钢材的焊接性能 指钢材经过焊接后能获得良好的焊接接头的性能。 包括焊缝金属和近缝区钢材在施焊时不开裂、焊接
构件在施焊后的机械性能不低于母材。
达到屈服点作为评价钢结构承载能力极限状态的标
志，即取屈服强度作为钢材的标准强度。 钢材的伸长率是反映钢材塑性的指标之一。反映钢 材塑性的另一个指标是截面收缩率。 伸长率δ等于试件拉断后原标距间的伸长量和原标 距比值的百分率。原标距长度有10倍标距δ 和5倍标
10
距δ5两种。
断面收缩率ψ是试件拉断后，颈缩区的断面面积 缩小值与原断面面积比值的百分率。 由单向拉伸试验还可以看出钢材的韧性好坏。 韧性用材料破坏过程中单位体积吸收的总能量来衡 量，包括弹性能和非弹性能两部分，其值等于应力
力集中。应力高峰值及应
力分布不均匀的程度与杆件 截面变化急剧的程度有关。
实验表明，应力集中处，不仅有纵向应力，还有横向应力， 常常形成同号应力场，有时还会有三向的同号应力场。这种同 号应力场导致钢材塑性降低，脆性增加，结构发生脆性破坏的 危险性增大。
材料加工工程基础知识
材料加工工程基础知识1. 简介材料加工工程是一门研究材料的塑性变形和切削加工方法的学科，是工程技术领域中非常重要的一门学科。
本文将介绍材料加工工程的一些基础知识，包括材料的塑性变形、切削加工方法、材料的性能与加工等内容。
2. 塑性变形塑性变形是材料经受力而发生的永久形变。
常见的塑性变形过程有压缩、拉伸、弯曲等。
塑性变形会改变材料的内部结构，使得材料具有更好的力学性能。
塑性变形还可以改变材料的性能和形状，使得材料适用于不同的工程应用。
3. 切削加工方法切削加工是通过机械力使工件上的材料产生切削切除的过程。
常见的切削加工方法包括车削、铣削、钻削等。
切削加工可以将材料加工成所需的形状和尺寸，同时也可以提高材料的表面质量和精度。
切削加工是制造业中常用的加工方法之一，广泛应用于零部件制造、模具制造等领域。
4. 材料的性能与加工材料的性能对加工工艺有很大影响。
不同材料具有不同的物理、化学和力学性能，在加工过程中需要根据材料的性能来选择合适的加工方法和工艺参数。
材料的性能包括力学性能、热物性、化学性质等。
了解材料的性能可以更好地进行材料选择和加工工艺设计。
5. 材料加工的发展趋势随着科技的不断进步，材料加工技术也在不断发展。
未来的材料加工将更加注重高效率、精度和资源节约。
以下是材料加工的一些发展趋势：•数控技术的应用：数控技术可以实现多轴联动，提高加工精度和效率。
•先进材料的加工：新材料的出现提出了新的挑战和机遇，需要开发适合其加工的工艺。
•精细加工技术的发展：如超精密加工、微纳加工等，可以满足对尺寸精度要求极高的工程应用。
6. 总结材料加工工程是一门重要的学科，掌握材料加工的基础知识对于工程技术人员具有重要意义。
本文简要介绍了塑性变形、切削加工方法、材料性能与加工以及材料加工的发展趋势。
希望能够为读者提供一些有关材料加工的基础知识，并对材料加工有更深入的了解。
参考文献：[1] 王志涛, 徐跃树. 材料加工工程基础[M]. 高等教育出版社, 2002.[2] 张恒. 材料力学及加工原理[M]. 科学出版社, 2004.。