GCrl5球化退火行为和力学性能的研究
杨洪波1，马宝国2，朱伏先1，刘相华1
(1．东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，辽宁沈阳110004；2．宝山钢铁股份有限公司特殊钢分公司，上海200940)摘要：采用等温球化退火和周期球化退火工艺分别研究了常规轧制(CR)和控轧控冷(TMCP)的GCrl5钢的球化退火行为和力学性能。结果表明，轧制工艺对GCrl5钢组织影响显著；在等温球化退火处理制度下常规轧制(CR)和控轧控冷(TMCP)试样球化效果差别较小；在周期球化退火处理制度下，控轧控冷(TMCP)试样可获得细小均匀的球化组织，其球化效果明显优于常规轧制(cR)试样，且球化退火时间比宝钢特钢现行的等温球化退火工艺缩短了6 h，可显著提高生产效率。关键词：GCrl5钢；等温球化退火；周期球化退火；力学性能中图分类号：TGl42．1 文献标识码：A 文章编号：1006—9356(2008)10—0020—04 GCrl 5钢是主要用于制造各种轴承的滚珠、滚柱和套圈等的传统高碳铬轴承钢。轴承在服役过程中承受极高的交变载荷，要求其具有较高的抗接触疲劳性能和耐磨性能，因此轴承钢需具有隐晶回火马氏体+细小渗碳体颗粒组织。为获得此种组织，则要求轴承钢具有良好球化的珠光体组织[1]；而轧制工艺对GCrl5钢组织有显著影响，进而影响其球化过程。为此，进行了小规模工业轧制试验，热轧材分别经等温球化退火和周期球化退火工艺处理，以此来研究GCrl5钢球化退火的行为，探索适合GCrl5轴承钢棒线材的合理球化退火工艺制度，为工业应用提供依据。1 试验材料与方法试验用特殊钢分公司的GCrl5钢材。其化学成分(试验炉号为750—1 417)：ω(C)=1．0％，ω(Mn)=0．31％，ω(P)=0．007％，ω(S)=0．005 9／5，ω(8i)=0．24％，ω(Ni)=0．04％，ω(Cr)=1．46％，ω(Cu)=0．08％，ω(Mo)=0．01％，ω(Ti)=0．002 4％。
采用常规轧制工艺(简称“CR”，900℃终轧后空冷)和控轧控冷工艺(简称“TMCP”，800℃终轧后水冷与风冷)进行小规模工业轧制试验，轧制规格为Φ12 min；利用等温球化退火(宝钢特钢现行，退火时间长达22 h，工艺规程见图1)和周期球化退火工艺(退火时间长达16h，工艺规程见图2)分别对CR材和TMCP材进行球化退火。
将经上述热轧及球化退火工艺处理的试验料加工成标准拉伸试样(l0=5d0，d0=4 mm)和金相、硬度试样，并通过室温拉伸试验测定常规力学性能；金相试样经4％的硝酸酒精溶液浸蚀后在光学显微镜及扫描电镜(SEM)下观察各处理制度下的显微组织形貌，用软件计算球状珠光体中渗碳体颗粒的平均尺寸及其大尺寸颗粒所占比例(将最大几何长度大于1μm的颗粒定义为大尺寸颗粒)，检测试样的布氏硬度。2 试验结果与分析2．1微观组织形貌热轧材的光学显微组织见图3。从图3(a)可见，CR热轧材网状碳化物较多，且多呈封闭状态；从图3(b)可见，TMCP热轧材仅有细小、微量的网状碳化物析出。CR热轧材的SEM显微组织中珠光体片层粗大松散(图
3(c))；TMcP热轧材的SEM显微组织中珠光体片层细小致密，渗碳体呈短棒状，有些渗碳体片
产生扭折甚至断开(图3(d))。球化组织中渗碳体颗粒的平均尺寸、大尺寸颗粒所占比例见表1。经不同轧制及不同球化退火工艺后的GCrl5钢SEM显微组织见图4。
从图4(a)可见，CR材经等温球化退火后渗碳体分布不均匀，晶界处渗碳体颗粒尺寸较大，其主要是CR材沿晶界析出的网状碳化物较多和球化不充分所致；从图4(b)可见，CR材经周期球化退火后晶界处及晶粒内部仍有部分短棒状的渗碳体，这是CR热轧材的网状碳化物较多及珠光体片层粗大而不能完全球化所致；从图4(c)可见，TMCP材经等温球化退火后大部分渗碳体颗粒很细，但分布均匀性较差，晶界处及晶粒内部存在3．9％的大尺寸颗粒，其主要原因是细片状
珠光体组织的TMCP热轧材在等温球化退火过程中，一方面不断有新的片状渗碳体溶断、球化而使渗碳体颗粒更加细小，另一方面又不断有渗碳体颗粒按ostwald熟化机制长大而使球化的渗碳体变大，该机制熟化过程的热力学方程[2]见式(1)：
式中Cαr，Cα0——分别为体积较小和较大的颗粒周围，某一组元在α基体中的浓度；σ——第2相与基体之间的比界面能；V p——第2相的摩尔体积；C p——控制性元素在第2相中的平衡摩尔浓度；r——第2相的颗粒半径。渗碳体是钢中最常见的第2相，它的Ostwal d熟化机制的控制元素是碳[3]。由式(1)看出，体积较小的渗碳体颗粒周围碳在基体中的浓度总是比体积较大的渗碳体颗粒周围碳在基体中的浓度要高，因此，随等温时间的延续，细小弥散的渗碳体颗粒逐渐增多，碳原子将从小颗粒周围向大颗粒附近扩散，这种扩散会破坏颗粒周围溶质浓度的平衡，导致小颗粒不断溶解收缩并最终消失，而大颗粒则将不断长大；TMCP材经周期球化退火处理后，渗碳体颗粒均匀细小(图4(d))，平均尺寸及大尺寸比例都满足了GB／T18254—2002的要求。2．2 力学性能轴承钢的力学性能与显微组织紧密相连，经不同球化退火工艺后，试验钢的硬度(HB)、抗拉强度(R m)、伸长率(A)见表2。
可见，在等温球化退火下TMCP退火材的硬度和抗拉强度明显高于CR退火材，这是因为具有细片状珠光体组织的TMCP热轧材在长达22h的等温球化退火过程中不断有渗碳体颗粒按Ostwald熟化机制长大，使球化的渗碳体变大，阻碍铁素体变形的能力增强，所以硬度和抗拉强度值都有所升高，此时的断裂伸长率也稍高于CR退火材。在周期球化退火下，TMCP退火材的硬度和抗拉强度明显低于CR退火材，这是TMCP热轧材在16h的周期球化退火下可得到理想的球化组织、细小均匀的球状渗碳体数量较多和阻碍铁素体变形的能力下降所致；而其抗断裂伸长率明显高于CR退火材，这是因CR热轧材在周期球化退火下晶界处的网状碳化物未完全消除，部分呈现为短棒状，拉伸过程中易从此处断裂，故试验钢的塑性相对较低。TMCP热轧材在16h 的周期球化退火下球化效果较理想，该试验钢的组织和力学性能均能满足GB／T18254—2002的要求，且球化退火时间缩短了6h，可显著提高生产效率。3 讨论目前，在工业生产中GCrl5钢多采用等温球化退火处理工艺，它是利用不均匀奥氏体中未溶碳化物或奥氏体中高浓度碳偏聚区的非自发形核的有利作用来加速球化[3]。对于细珠光体组织，如果加热到A温度以上，随后缓冷到A，以下，那么这种细珠光体组织则往往会被缓冷或保温过程中形成的粗大珠光体组织所替代，其结果反而不利于碳化物的球化[4]；同时，在保温过程中又不断有渗碳体颗粒按Ostwald熟
化机制长大，使球化的渗碳体变大。本试验中，TMCP热轧材经等温球化退火处理后的渗碳体大尺寸颗粒比例为3．9％，而在周期球化退火下仅为0．9％。周期球化退火是在双相区内反复对试验钢进行等温球化退火的热处理工艺。其工艺特点是：①钢材的奥氏体化保温时间较短，致使每一次循环的加热阶段因奥氏体成分不均匀、未溶碳化物多，加速了渗碳体的球化，而使球化退火效果更加理想，且显著缩短了工艺时间。②奥氏体向珠光体转变的冷却速度较快。冷却速度决定了过冷奥氏体转变的温度A r1[5]，冷却速度越快，转变温度越低，碳及铁原子的扩散就越困难，从而缩短碳化物球化时的临界距离，这样就避免细珠光体在保温或冷却过程中形成粗大珠光体。③反复处理的作用。反复加热除了进一步溶断先共析渗碳体网外，同时也加速球化过程[6]，但该工艺对网状碳化物的球化效果不理想，如CR在等温球化处理下有短棒状渗碳体存在。4 结论(1)常规轧制的GCrl5钢热轧材网状碳化物较多，且珠光体较粗大。相对于常规轧制试样，控轧控冷试样珠光体发生退化且片层细小，渗碳体呈短棒状，部分渗碳体片产生扭折甚至断裂。(2)等温球化退火下常规轧制和控轧控冷试样球化效果差别较小。(3)周期球化退火下控轧控冷试样可获得细小均匀的球化组织，退火组织的级别及退火材的硬度均能满足GB／T18254—2002的要求。其球化效果明显优于常规轧制试样，且球化退火时间比现行的等温球化退火工艺缩短了6h，显著提高了生产效率。参考文献：[1]Brien O J M，Hosford w F．Spheroidization cycles for Medium Carbon ateels[J]．Metal．Mater．Trans．，2002，33A(4)：1255．[2]雍歧龙．钢铁材料中的第二相[M]．北京：冶金工业出版社，2006．[3]戚正风．金属热处理原理[M]．北京：机械工业出版社，1987．[4]濑户浩藏，陈洪真．轴承钢——在20世纪诞生并飞速发展的轴承钢[M]．北京：冶金工业出版社，2003。[5]安运铮．热处理工艺学[M]．北京：机械工业出版社，1982．[6]夏立芳．金属热处理工艺学[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1996．
绪论§0.1 工程材料 工程材料分类（按其应用分） ?结构材料 依靠其力学性能得以发展和应用的材料。 ?功能材料 利用物质的声、光、电、磁、化学乃至生物性能得以发展和应用的材料。 （本课程所研究和讲述的重点在第一种，尤其是结构材料中的金属材料） §0.2 力学性能 材料抵抗外加载荷（不仅指外力和能量的作用，而且还包括环境因素例如温度、介质、加载速率等的影响）所引起的变形和断裂的能力。 §0.3 研究内容 研究材料在外力作用下的变形、断裂和寿命。 ?弹性 材料在外力作用下保持固有形状和尺寸的能力；以及在外力去除后恢复固有形状和尺寸的能力。 ?塑性 材料在外力作用下发生永久不可逆变形的能力。 ?强度 材料对塑性变形和断裂的抗力。 ?寿命 材料在外力的长期和重复作用下，或在外力和环境因素的复合作用下，抵抗失效的能力（时间长短）。 （以上只是定性地说明这些力学性能，如果要定量地说明它就必须用一些力学参量（应力、应变、应力场强度因子等）来表示这些力学性能。 如果我们说某材料的力学性能好，就是指这些力学参量的值高或低，所以人们通常将力学参量的临界值或规定值称为材料的力学性能指标。声学材料：隔音层光学材料：玻璃，镜片 电学材料：金属导线，电子元器件 磁学材料：磁头、磁卡 化学材料：高分子材料催化剂 生物材料：人工关节、人工骨骼 生活中常指后者
如：强度指标、塑性指标、韧性指标） 具体研究涉及的内容： ?材料（包括金属材料和非金属材料）在不同形式外力作用下，或者外力、温度、环境等因素的共同作用下，发生变 形、损伤和断裂的过程、机理和力学模型； ?评定力学性能的各项指标的意义（物理意义和工程实用意义）、各指标间的相互关系以及具体的测试技术； ?研究力学性能指标机理、影响因素以及改善或提高这些力学性能指标的方法和途径。 （注：材料力学性能的影响因素 内因：化学成分、组织结构、冶金质量、残余应力、表面和内部缺陷。 外因：载荷性质、载荷谱、应力状态、温度、环境介质等。） §0.4学习和研究材料力学性能的目的和意义 机械和工程结构的设计，应当达到所要求的性能，并且在规定的服役期内安全可靠地运行，同时也要具有经济性，即低的设计、制造和维修费用。 ①达到使用要求；②安全性；③经济性 然而，各种机械和结构零部件的使用条件各不相同，因而要选用不同的的材料制成零件，也需要采用不同的工艺手段来完成零件的实际制作。而材料的力学性能及其评定指标，是结构设计时选用材料、制订加工工艺的主要依据，也是评价结构质量的主要依据。 ?在零部件使用中，要求材料具有高的变形和断裂抗力，使零部件在受外力作用时能保持设计所要求的外形和尺寸， 并保证在服役期内安全地运行； ?在零部件的生产过程中，则要求材料具有优良的可加工性。 （例如，在金属的塑性成形中，要求材料具有优良的塑性和低的塑性变形抗力） 对于学生，必须具有材料力学性能方面的知识，以便在研究新材料和改善材料的过程中，能根据材料的使用要求，选用合适的现有材料或研制新材料，制订合适的加工工艺。 §0.5研究方法 ?理论分析 ?试验测定
《工程材料力学性能》课后答案 机械工业出版社 2008第2版 第一章 单向静拉伸力学性能 1、 试述退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸力-伸长曲线图上的区别？为什么？ 2、 决定金属屈服强度的因素有哪些？【P12】 答：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。 外在因素：温度、应变速率和应力状态。 3、 试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？【P21】 答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。 4、 剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂，为什么断裂性质完全不同？【P23】 答：剪切断裂是在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离，一般是韧性断裂，而解理断裂是在正应力作用以极快的速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，解理断裂通常是脆性断裂。 5、 何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？ 答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。上述断口三区域的形态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。 6、 论述格雷菲斯裂纹理论分析问题的思路，推导格雷菲斯方程，并指出该理论的局限性。 【P32】 答： 212?? ? ??=a E s c πγσ，只适用于脆性固体,也就是只适用于那些裂纹尖端塑性变形可以忽略的情况。 第二章 金属在其他静载荷下的力学性能 一、解释下列名词： （1）应力状态软性系数—— 材料或工件所承受的最大切应力τ max 和最大正应力σmax 比值，即： () 32131max max 5.02σσσσσστα+--== 【新书P39 旧书P46】 （2）缺口效应—— 绝大多数机件的横截面都不是均匀而无变化的光滑体，往往存在截面的急剧变化，如键槽、油孔、轴肩、螺纹、退刀槽及焊缝等，这种截面变化的部分可视为“缺口”，由于缺口的存在，在载荷作用下缺口截面上的应力状态将发生变化，产生所谓的缺口效应。【P44 P53】 （3）缺口敏感度——缺口试样的抗拉强度σbn 的与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σ b 的比值，称为缺口敏感度，即： 【P47 P55 】 （4）布氏硬度——用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。【P49 P58】 （5）洛氏硬度——采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度所表示的硬度 【P51 P60】。 （6）维氏硬度——以两相对面夹角为136。的金刚石四棱锥作压头，采用单位面积所承受
物理所硕士招生专业及研究方向 理论物理 主要研究方向 1、高温超导体机理、BEC理论及自旋电子学相关理论研究。 2、凝聚态理论； 3、原子分子物理、量子光学和量子信息理论； 4、统计物理和数学物理。 5、凝聚态物理理论、计算材料、纳米物理理论 6、自旋电子学，Kondo效应。 7、凝聚态理论、第一原理计算、材料物性的大规模量子模拟。 8、玻色-爱因斯坦凝聚, 分子磁体, 表面物理，量子混沌。 凝聚态物理 主要研究方向 1、非常规超导电性机理，混合态特性和磁通动力学。 （1）高温超导体输运性质，超导对称性和基态特性研究。 （2）超导体单电子隧道谱和Andreev反射研究。 （3）新型Mott绝缘体金属－绝缘基态相变和可能超导电性探索。 （4）超导体磁通动力学和涡旋态相图研究。 （5）新型超导体的合成方法、晶体结构和超导电性研究。 2、高温超导体电子态和异质结物理性质研究 （1）高温超导体和相关氧化物功能材料薄膜和异质结的生长的研究。 （2）铁电体极化场对高温超导体输运性质和超导电性的影响的研究。 （3）高温超导体和超大磁电阻材料异质结界面自旋极化电子隧道效应的研究。 （4）强关联电子体系远红外物性的研究。 3、新型超导材料和机制探索 （1）铜氧化合物超导机理的实验研究 （2）探索电子―激子相互作用超导体的可能性 （3）高温超导单晶的红外浮区法制备与物理性质研究 4、氧化物超导和新型功能薄膜的物理及应用研究 （1）超导/介电异质薄膜的制备及物性应用研究 （2）超导及氧化物薄膜生长和实时RHEED观察 （3）超导量子器件的研究和应用 （4）用于超导微波器件的大面积超导薄膜的研制 5、超导体微波电动力学性质，超导微波器件及应用。 6、原子尺度上表面纳米结构的形成机理及其输运性质 （1）表面生长的动力学理论； （2）表面吸附小系统(生物分子，水和金属团簇)原子和电子结构的第一性原理计算；（3）低维体系的电子结构和量子输运特性(如自旋调控、新型量子尺寸效应等)。. 7、III-V族化合物半导体材料及其低维量子结构制备和新型器件探索 （1）宽禁带化合物（In/Ga/AlN，ZnMgO）半导体及其低维量子结构生长、物性、微结构以及相互关系的研究，宽禁带化合物半导体新型微电子、光电子器件探索； （2）砷化镓基、磷化铟基新型低维异质结材料的设计、生长、物性研究及其新型微电子/光电子器件探索；
球化退火是使钢中碳化物球化而进行的退火工艺。将钢加热到Ac1以上20～30℃，保温一段时间，然后缓慢冷却，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。球化退火主要适用于共析钢和过共析钢，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。这些钢经轧制、锻造后空冷，所得组织是片层状珠光体与网状渗碳体，这种组织硬而脆，不仅难以切削加工，且在以后淬火过程中也容易变形和开裂。而经球化退火得到的是球状珠光体组织，其中的渗碳体呈球状颗粒，弥散分布在铁素体基体上，和片状珠光体相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，冷却时工件变形和开裂倾向小。另外对于一些需要改善冷塑性变形（如冲压、冷镦等）的亚共析钢有时也可采用球化退火。 球化退火加热温度为Ac1+(20～40)℃或Acm-(20～30)℃，保温后等温冷却或直接缓慢冷却。在球化退火时奥氏化是“不完全”的，只是片状珠光体转变成奥氏体，及少量过剩碳化物溶解。因此，它不可能消除网状碳化物，如过共析钢有网状碳化物存在，则在球化退火前须先进行正火，将其消除，才能保证球化退火正常进行。 球化退火工艺方法很多，最常用的两种工艺是普通球化退火和等温球化退火。普通球化退火是将钢加热到Ac1以上20～30℃，保温适当时间，然后随炉缓慢冷却，冷到500℃左右出炉空冷。等温球化退火是与普通球化退火工艺同样的加热保温后，随炉冷却到略低于Ar1的温度进行等温，等温时间为其加热保温时间的1.5倍。等温后随炉冷至500℃左右出炉空冷。和普通球化退火相比，球化退火不仅可缩短周期，而且可使球化组织均匀，并能严格地控制退火后的硬度。 软化退火热处理的热处理程序是将工件加热到600℃至650℃范围内（A1温度下方），维持一段时间之后空冷，其主要目的在於使以加工硬化的工件再度软化、回復原先之韧性，以便能再进一步加工。此种热处理方法常在冷加工过程反覆实施，故又称之為製程退火。大部分金属在冷加工后，材料强度、硬度会随著加工量渐增而变大，也因此导致材料延性降低、材质变脆，若需要再进一步加工时，须先经软化退火热处理才能继续加工。
软物质的测定方法及应用
软物质的测定方法及应用 姓名：张春霞学号：111791 化学化工学院物理化学 指导教师：刘守信职称：教授 摘要：本文主要以微凝胶为例研究了软物质的测定方法，综述了显微技术、示差扫描量热技术、浊度法、散射技术、及荧光光谱等在微凝胶结构的应用，最后概述了软物质的应用。 关键词软物质微凝胶显微技术浊度法荧光光谱应用 前言 软物质是最近几年诞生的新兴学科，在美国被称为“复杂流体”。1991年诺贝尔物理学奖得主热纳将软物质作为其获奖演讲的题目，提出了软物质的研究。软物质是指处于固体和理想流体之间的物质，一般由大分子或基团组成，如液晶、聚合物、胶体、膜、泡沫、颗粒物质、生命体系物质等，它们在自然界、生命体、日常生活和生产中普遍存在。国际上许多研究机构均在大力开展软物质的研究，在国外的物理教科书中已经有了软物质的内容，而国内则尚未见到。 1软物质的测定方法 软物质的种类多，范围宽，为了更精准研究软物质的测定方法，本文选择软物质的其中一种类型——微凝胶来展开阐述。 微凝胶一般是指平均直径在50nm~ 5цm、被良溶剂溶胀的交联乳胶颗粒. 本文主要综述了显微技术、示差扫描量热技术、浊度法、散射技术、及荧光光谱等在微凝胶结构与性能研究中的应用、主要研究结果, 并对微凝胶未来的研究方向提出了一些建议。 1.1 显微技术 电子显微技术, 特别是透射电子显微技术(TEM)和扫描电子显微技术( SEM) ,最早且最常用于考察微凝胶的形态、大小及分散性[1，2,4]。近来, 研究人员已不仅仅局限于用TEM 技术来考察微凝胶的形态、大小及性。例如, Lee等[ 5]利用TEM 详细考察了无皂乳液聚合法合成温敏性微凝胶的合成机理、热响应性质等, 并且通过乙酸双氧铀染色、利用TEM 技术考察了功能性阴离子基团在共聚型微凝胶网络中的分布情况。20 世纪80 年代中期推出的原子力
提问者： 映月沙丘- 江湖新秀 最佳答案 球化退火 球化退火是使钢中碳化物球化而进行的退火工艺。将钢加热到Ac1以上20～30℃，保温一段时间， 然后缓慢冷却，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。 球化退火主要适用于共析钢和过共析钢，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。这些钢经轧制、 锻造后空冷，所得组织是片层状珠光体与网状渗碳体，这种组织硬而脆，不仅难以切削加工，且在 以后淬火过程中也容易变形和开裂。而经球化退火得到的是球状珠光体组织，其中的渗碳体呈球状 颗粒，弥散分布在铁素体基体上，和片状珠光体相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加 热时，奥氏体晶粒不易长大，冷却时工件变形和开裂倾向小。另外对于一些需要改善冷塑性变形 （如冲压、冷镦等）的亚共析钢有时也可采用球化退火。 球化退火加热温度为Ac1+(20～40)℃或Acm-(20～30)℃，保温后等温冷却或直接缓慢冷却。在球 化退火时奥氏化是“不完全”的，只是片状珠光体转变成奥氏体，及少量过剩碳化物溶解。因此， 它不可能消除网状碳化物，如过共析钢有网状碳化物存在，则在球化退火前须先进行正火，将其消 除，才能保证球化退火正常进行。 球化退火工艺方法很多，最常用的两种工艺是普通球化退火和等温球化退火。普通球化退火是将钢 加热到Ac1以上20～30℃，保温适当时间，然后随炉缓慢冷却，冷到500℃左右出炉空冷。等温球 化退火是与普通球化退火工艺同样的加热保温后，随炉冷却到略低于Ar1的温度进行等温，等温时 间为其加热保温时间的1.5倍。等温后随炉冷至500℃左右出炉空冷。和普通球化退火相比，球化退 火不仅可缩短周期，而且可使球化组织均匀，并能严格地控制退火后的硬度。
第一章习题答案 一、解释下列名词 1、弹性比功：又称为弹性比能、应变比能，表示金属材料吸收弹性变形功的能力。 2、滞弹性：在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象。 3、循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性。 4、包申格效应：先加载致少量塑变，卸载，然后在再次加载时，出现ζ e 升高或降低的现 象。 5、解理刻面：大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。 6、塑性、脆性和韧性：塑性是指材料在断裂前发生不可逆永久(塑性)变形的能力。韧性：指材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力，或指材料抵抗裂纹扩展的能力 7、解理台阶：高度不同的相互平行的解理平面之间出现的台阶叫解理台阶； 8、河流花样：当一些小的台阶汇聚为在的台阶时，其表现为河流状花样。 9、解理面：晶体在外力作用下严格沿着一定晶体学平面破裂，这些平面称为解理面。 10、穿晶断裂和沿晶断裂：沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，一定是脆断，且较为严重，为最低级。穿晶断裂裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可能是脆性断裂。 11、韧脆转变：指金属材料的脆性和韧性是金属材料在不同条件下表现的力学行为或力学状态，在一定条件下，它们是可以互相转化的，这样的转化称为韧脆转变。 二、说明下列力学指标的意义 1、E(G): E(G)分别为拉伸杨氏模量和切变模量，统称为弹性模量，表示产生100%弹性变形所需的应力。 2、Z r 、Z 0.2、Z s: Z r :表示规定残余伸长应力，试样卸除拉伸力后，其标距部分的 残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力。ζ 0.2:表示规定残余伸长率为0.2%时的应力。 Z S:表征材料的屈服点。 3、Z b韧性金属试样在拉断过程中最大试验力所对应的应力称为抗拉强度。 4、n:应变硬化指数，它反映了金属材料抵抗继续塑性变形的能力，是表征金属材料应变硬 化行为的性能指标。 5、3、δ gt、ψ : δ是断后伸长率，它表征试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。 Δgt 是最大试验力的总伸长率，指试样拉伸至最大试验力时标距的总伸长与原始标距的百
河海大学工程力学教学条件 1. 教学平台 工程力学专业拥有国家工科基础课程（力学）教学基地、国家级力学实验教学示范中心、国家级力学基地教学团队，国家级教学名师3人（品牌专业建设以来2人），国家级双语教学示范课程1门（结构力学）。 2. 精品课程 4门国家级精品课程：理论力学，弹性力学及有限单元法，结构力学，水力学（品牌专业建设前被评）。 3. 教材建设 面向21世纪工程力学系列教材”(包括静力学基础、动力学基础、材料力学、结构静力学、结构动力学、弹性力学和计算力学共7本)——河海大学出版社（获河海大学优秀教材一等奖）； 《理论力学》——高等教育出版社（获江苏省教学成果二等奖）； 《弹性力学》（上、下册）——高等教育出版社； 《理论力学课堂教学系统与素材库》——高等教育出版社； 《力学创新与妙用——开发创造力》——高等教育出版社； 《力学建模导论》——科学出版社； 《细观力学》——科学出版社； 《有限单元法及其应用》——科学出版社； 《理论力学》——中国电力出版社； 《材料力学》——中国电力出版社； 《材料力学习题解答》——中国电力出版社； 《工程优化—原理、算法及实施》——机械工业出版社； 《工程力学》（少学时）——机械工业出版社； 《工程力学》（多学时）——机械工业出版社； 《工程力学学习指导与解题指南》——机械工业出版社； 《工程优化—原理、算法及实施》——机械工业出版社； 《有限元法与软件的工程应用》——机械工业出版社； 《工程力学》——清华大学出版社； 《结构动力学》——清华大学出版社； 《现代工程设计方法》——清华大学出版社； 《材料力学》——清华大学出版社； 《材料力学》——河海大学出版社； 《力学实验》——河海大学出版社； 《结构力学》——河海大学出版社。 《弹性力学简明教程》立体化教材体系——高等教育出版社（获江苏省高等学校精品教材奖）； 4．实践基地 校外认识实习和生产实习的实践基地共6个（其中江都水电站、三峡水电站、葛洲坝水
郑州铁路局电大教师教案第2-1 页 2 材料的力学行为 金属材料的性能包括：使用性能、工艺性能、经济性能。 使用性能包括：物理性能、化学性能、力学性能（或称机械性能）。 力学性能：指金属材料在外力作用下所表现出来的性能，是机械设计的重要依据，包括强度、塑性、硬度、冲击韧度、疲劳极限和断裂韧度等。 2.1.1 强度和塑性 1、强度 概念：金属材料抵抗朔性变形和断裂的能力。 分类：抗拉、抗压、抗弯、抗扭、抗剪强度 （1）拉伸试验 试验方法：拉伸试验 标准拉伸试样：长试样L0=10d0 短试样L0=10d0 拉伸曲线：力——伸长曲线 四个变形阶段： 1）oe弹性变形阶段 2）es屈服阶段 3）sb强化阶段 4）bk缩颈阶段 ⑵强度指标 屈服强度σs（又称屈服点）： 概念：在拉伸过程中力不增加（保持恒定），试样仍能继续伸长时的应力。 σs=F s／S0 规定残余伸长应力（σr0。2称条件屈服极限）： σr=F r／S0 抗拉强度σb 概念：在拉伸条件下所能承受的最大应力值。 σb=F b／S0 2、塑性 概念：断裂前材料发生不可逆永久变形的能力。 表达方式：断后伸长率和断面收缩率。
郑州铁路局电大教师教案 第 2-2 页 断后伸长率 δ=ΔL ／L 0 断面收缩率 ψ=ΔS ／S 0 δ、ψ数值越大，材料的塑性越好。 2.1.2 硬度 硬度的概念：金属材料表面抵抗其它更硬物体压入的能力。 硬度的测试方法：压入法（布、洛、维氏及显微硬度）。 划痕法（莫氏硬度）。 回跳法（肖氏硬度） 一、布氏硬度： 1、测试原理 （GB231-84） HBS （HBW ）=0.102F πDh =0.102×2F πD(D-22d D -) 2、实验条件 压头，载荷，载荷保持时间 压头：材料——淬火钢球，硬质合金球 直径 D ——10mm ，5 mm ，2.5 mm ，1 mm 载荷：F ／D 2=30（钢铁30，铜10，铅5） 载荷保持时间 t ：12秒，30秒，60秒 3、标注方法 淬火钢球 225HBS 10／1000／30 硬质合金球 500HBW 5／750／10 4、适用范围 测量原材料、退火和正火钢、铸铁、非铁金属的硬度 二、洛氏硬度 1、测试原理 测量压痕深度，确定硬度值。 压头 顶角1200金钢石圆锥体或直径为Φ1.588（1／16吋）的淬火钢球。 HR= 002 .0h K - 2、实验条件 标尺，压头，载荷
高分子结构与性能关系的三个层次 最基本的关系?通过分子运动联系的 “分子结构与材料性能”关系?通过产品设计联系的 凝聚态结构与制品性能关系“凝聚态结构与制品性能”关系?通过凝聚态物理知识来联系的 “电子态结构与材料功能”关系 导电、超导、磁性、光学
本科高分子物理的内容 结构－分子运动－性能 结构分子运动性能Structure--Molecular motion Structure –Properties i
第一讲软物质概念 第二讲高分子单链凝聚态及多链凝聚态第三讲液晶高分子与原位复合材料 第四讲共聚/共混体系 第五讲高分子的物理老化 第六讲导电高分子
参考书 吴其晔,《高分子凝聚态物理及其进展》, 华东理工大学出版社， 2006
几条主线 单个高分 单个高分子链的高弹性交联橡胶的高弹性储能函数 应力-应变关系 热力学分析统计理论高弹性特点弹性模量小可逆弹性形变大内 旋柔 熵弹性本质模量随温度升高而变大转性 绝热拉伸时温度升高 定义 耐热性 强度论(等自由体积动力学和热力学论) 现象(体积、热力学、力学的和电磁的)意义(工艺上和学科上)玻璃化转 理论(等自由体积、动力学和热力学理论)影响因素(链柔性、相互作用和空间立构) 变测定方法(不同方法结果不能比较) 改变手段(增塑、共聚、改变相对分子质量…)
在水面单分子层上结晶——单 链单晶 实先聚 稀溶液中结晶——多层高聚物极稀溶液中结晶——单层折叠 链片晶 不同方法取向度比取向验事合后 结晶浓溶液中结 晶 片晶 由片晶扭曲而测定结果不能较细颈实||结应力作用下结晶—高聚物串晶熔体中结晶成的高聚物球 晶 不同结晶无规线团模型结构晶形态高压下结晶：伸直链晶体,与折叠链共存 条件两相结构模型折叠链模型模型高聚 物的 不同结晶超薄膜的结先结不同方法结晶度测定结果不能比 外场诱变下结晶一些特殊 的结晶现 象结晶度 晶态方式晶单体单晶经固态聚合直接成高 聚物单晶(尺寸达厘米量级的 高聚物宏单体晶后 聚合较高聚物宏观单晶体)
热处理技术——球化退火 球化退火是使钢获得弥散分布于铁素体基体上的细粒状（球状）碳化物组织的工艺方法。其目的为改善切削性能，减小淬火时的变形开裂倾向性，使钢件得到相当均匀的最终性能。球化退火主要应用于轴承零件、刀具、冷作模具等的预备热处理，以改善切削加工性能及加工精度，消除网状或粗大碳化物颗粒所引起的工具的脆断和刃口崩落，提高轴承的接触疲劳寿命等。中碳及中碳合金钢只当要求硬度极低而韧性极高（例如用于冷冲压坯料）时，才用球化退火。低碳钢一般不进行球化退火，否则由于硬度过低（160~170HBS）反而使切削加工性能变坏。 在工具钢及轴承钢碳化物的概念中，应包括一次（液析）碳化物、二次碳化物（由奥氏体中析出）及共析碳化物这三方面的球化。一次碳化物系铸锭枝晶偏析所引起的亚稳定莱氏体结晶的产物，颗粒尺寸较大，常沿轧制方向分布，形成偏析碳化物带，硬度高、脆性大，易引起淬火裂纹，使钢的耐磨性变差，以至工件在使用中造成表面脱落或中心破裂。一次碳化物的球化主要靠合理的锻造工艺，例如反复镦拔（相当大的总锻造比：十几、二十几以上）和适当的扩散退火来得到。 二次碳化物与共析碳化物的球化与锻造过程有关。为了使退火后能获得均匀分布的粒状碳化物，锻造后的组织应为细片状珠光体及细些断续网状碳化物（或含有少量马氏体）。如果终锻温度南过高或冷却太慢，则易引起粗大网状在化物，退火中无法消除。如终锻温度过低＜800℃，碳化物易沿晶界变形方向析出而形成线条状组织，退火后将有方向性，使钢的强度降低，加工性能变坏。珠光体片较细时，球化退火时可采用较低，加工性能变坏。珠光体片较细时，球化退火时可采用较低的的温度和较短的时间。退火温度愈低、未溶解的碳化物数量越多，容易获得均匀分布的细粒状珠光体组织。珠光体片较粗时，在正常退火工艺情况下，不易获得均匀分布的细粒状珠光体。因此，为了得到良好的球化组织，必须严格控制锻造工艺过程。 1
第二章 材料在其他静载荷下的力学性能 研究材料在常温静载荷下的力学性能时，除采用单向静拉伸试验方法外，有时还选用压缩、弯曲、扭转等试验方法，目的是： ①很多机件在服役过程中常承受弯矩、扭矩或轴向压力的作用，有必要测定试样在相应承载条件下的力学性能指标，做为设计和选材的依据；（实际中存在） ②不同的加载方式产生不同的应力状态，材料在不同应力状态中表现的力学性能不完全相同，因此，应选用不同应力状态的试验方法。（和单向拉伸应力状态不同） 本章介绍压缩、弯曲、扭转和剪切等试验方法及测定的力学性能指标 §2.1 应力状态柔度因数（软性系数） 一、柔度因数 塑性变形和断裂是金属材料在静载荷下失效的两种主要形式，它们是金属所能承受的应力达到其相应的强度极限而产生的。当金属所受的最大切应力τmax 达到屈服强度τs 时，产生屈服；当τmax 达到切断强度τk 时，产生剪切型断裂；当最大正应力S max 达到正断强度S k 时，产生正断型断裂。但同一种金属材料，在一定承载条件下产生何种失效方式，除与自身的强度大小有关以外，还与承载条件下的应力状态有关。不同的应力状态，其最大正应力与最大切应力的相对大小是不一样的。 考虑到三向应力状态下另外两向应力的贡献，因此材料的最大正应力的计算采用第二强度理论给出： 即：不再采用S max ＝σ1 而采用（第二强度理论）： ()max 123S σνσσ=-+ 称为最大当量正应力 最大切应力由第三强度理论给出： 13 max 2 σστ-=
观塑性变形，属正断型脆性断裂； ②单向拉伸（α＝0.5）时，先与τs线相交，发生塑性变形（屈服），然后与S k线相交，发生正断，属正断型的韧性断裂； ③扭转（α＝0.8）时，先与τs线相交，发生塑性变形（屈服），然后与τk线相交，发生切断，属于切断型的韧性断裂。 即：相同的材料在不同应力状态下表现出不同的断裂模式，也可称为在不同应力状态条件下的韧脆转变。（材料在其他外界因素下也会发生韧脆转变，因涉及到具体的试验测试手段，因此后面讲。） §2.2 材料在轴向压缩载荷下的力学行为（单向压缩试验）一、试样型式 常用的压缩试样为圆柱体（也可采用立方体或棱柱体）， 为防止压缩时试件失稳，试件的高度与直径之比h0/d0=1.5~2.0，同时h0/d0越大，抗压强度越低，因此对于几何形状的试件，需要保证h0/d0为定值。（GB7314-87）二、试验过程 ①为保证两端面的自由变形，试件的两端面必须光滑平整（涂润滑油、石墨）；或者将试样的端面加工成圆锥凹面，使锥面的倾角等于摩擦角，即tanα＝f，f为摩擦因数，也要将压头改成相应的锥体； ②压缩可以看作是反向拉伸，因此，拉伸试验中所定义的各个力学性能指标和相应的计算公式，在压缩试验中基本可以应用； 1－高塑性材料；2－低塑性材料1－拉伸；2－压缩
专题软物质研究进展（I） 在物理学研究的早期历史上，很多享誉世界的大科学家如爱因斯坦、朗缪尔、弗洛里等, 都对软物质物理的发展做出过开创性贡献。自de Gennes 1991年正式提出“软物质”概念以来，软物质物理学发展更为迅猛，不仅极大地丰富了物理学的研究对象，还对物理学基础研究，尤其是与复杂体系、非平衡现象（如生命现象）密切相关的物理学提出了重大挑战。作为物理学与数学、化学、生物学、工程等学科的重要交叉点, 软物质物理的研究, 无疑对推动多学科的交集协同发展, 有着极其重要的作用。 2005年，著名学术期刊《Science》在创刊125周年之际提出了125个世界性科学前沿问题，其中13个直接与软物质交叉学科有关。其中包括“自组织的发展程度”更是被列入前25个最重要的世界性课题中的第18位，“玻璃化转变和玻璃的本质”也被认为最具有挑战性的基础物理问题以及当今凝聚态物理的一个重大研究前沿。2007年，美国物理学会凝聚态物理委员会（CMMP 2010 Committee）发布报告《凝聚态与材料物理：我们身边的科学》，列出未来十年物理学面临的六个重大课题，其中四个直接与软物质和生命系统相关。2013年，以John Hemminger教授为首的委员会在给能源部的一份报告中写到，“对物质宏观行为至关
重要的功能的结构叠加，往往不是起源于原子或纳米量级，而是发生在介观尺度......我们已准备好揭开并控制介观尺度功能的复杂性。”在这个尺度上，经典的微观科学（连续）与现代的纳观科学（量子）产生了碰撞，这将对未来几十年的研究产生深远影响，而软物质的结构特征正好体现在该尺度上。 由于迷人的物理性质，以及巨大的实用价值、社会需求，软物质研究已经成为当代物理学乃至整个物质科学的重要组成部分，其基础性、复杂性、新奇性将为物质科学的发展注入源源不断的活力。软物质研究对材料、能源、环境、医药健康等人类面对的重大问题也有着深远的影响，对我国的国计民生具有重大的战略价值。 本刊组织的“软物质研究进展”专题, 就软物质研究中的发展现状和最新的研究成果, 进行了总结与回顾。从软物质中的理性连续介质，生物膜泡的理论研究，到胶体及颗粒多相材料；从高分子物理相关研究，到超分子凝胶与介观结构的结构与性能的关系；从”纳米原子”到”巨型分子”，干活性物质的动力学理论，到受限液晶系统的理论新进展,都做了深入浅出的总结与分析。在低维材料与相关性能方面, 本专题包括了准一维、二维受限空间到生物以及材料表面, 蛋白纤维的组装动力学, 管腔结构软组织的三维形貌失稳，水的奇异性质与液-液相变，微观尺度下的水，仿生多尺度超浸
软物质的研究导论 课程：生物材料 姓名：夏培 学号：2012208087 专业：材料学（无机） 学院：材料科学与工程学院
软物质的研究导论 摘要：软物质的提出与发现，为推动二十一世纪凝聚态物质的研究提供了很大的便利。文章概述了软物质的发展和作用意义，并针对软物质的三个基本特性展开陈述，对其应用进行归纳总结。以国内外发展现状为契机，认识问题，展望未来。 关键词：软物质；特征与应用；发展现状 1.引言 软物质这一概念由法国物理学家德·热纳(P.G. de Gennes)首先提出，他在1991年诺贝尔奖授奖会上以“软物质(SoftMatter)”为演讲题目[1]，他用“软物质”一词概括所有“软”的东西[2]，包括普通的流体和当时美国学者惯常称呼的“复杂流体”，从此推动了一门21世纪跨越物理、化学和生物三大学科的重要交叉学科的发展。软物质又称软凝聚态物质(Soft condensed matter)或称复杂流体(Complex fluid)，是指处于固体和理想流体之间的复杂物质，一般由大分子或基团(固、液、气)组成。软物质在纳米到微米尺度(l~1000nm)范围内，通过相互作用可形成从简单的时空序到复杂生命体一系列的结构体和动力学系统。软物质的丰富物理内涵和广泛应用背景引起越来越多物理学家的兴趣，是具挑战性和迫切性的重要研究方向，已成为凝聚态物理研究的重要前沿领域[3] [4]。 我们通常对软物质的理解，直觉是指容易形变的东西。德·热纳取软物质这个名词也是出于这一层通俗易懂的寓意。自然界中软物质无所不在，生命体是最显而易见的一类软物质。生物体的组成部分，如细胞、蛋白质、DNA等基本上都是软物质；日常生活和生产过程中软物质更是广泛存在，如橡胶、墨水、乳液及药品和化妆品，等等。对软物质的深入研究，将对生命科学、化学化工、医学、药物、食品、材料、环境、工程等领域及人们日常生活有广泛影响。软物质的基本特性是对外界微小作用的敏感和非线性响应、自组织行为、空间缩放对称性。它与一般硬物质(如金属、陶瓷等) 的运动变化规律有许多本质区别。人们对这一
07 秋 材料力学性能 一、填空：（每空1分,总分25分） 1. 材料硬度的测定方法有 、 和 。 2. 在材料力学行为的研究中，经常采用三种典型的试样进行研究，即 、 和 。 3. 平均应力越高，疲劳寿命 。 4. 材料在扭转作用下,在圆杆横截面上无正应力而只有 ,中心处切应力为 ,表面处 。 5. 脆性断裂的两种方式为 和 。 6. 脆性材料切口根部裂纹形成准则遵循 断裂准则；塑性材料切口根部裂纹形成准则遵循 断裂准则； 7. 外力与裂纹面的取向关系不同，断裂模式不同，张开型中外加拉应力与断裂面 ，而在滑开型中两者的取向关系则为 。 8．蠕变断裂全过程大致由 、 和 三个阶段组成。 9．磨损目前比较常用的分类方法是按磨损的失效机制分为 、 和腐蚀磨损等。 10．深层剥落一般发生在表面强化材料的 区域。 11．诱发材料脆断的三大因素分别是 、 和 。 二、选择：（每题1分，总分15分） （ ）1. 下列哪项不是陶瓷材料的优点 a ）耐高温 b) 耐腐蚀 c) 耐磨损 d)塑性好 （ ）2. 对于脆性材料，其抗压强度一般比抗拉强度 a) 高 b) 低 c) 相等 d) 不确定 （ ）3.用10mm 直径淬火钢球，加压3000kg ，保持30s ，测得的布氏硬度值为150的正确表示应为 a) 150HBW10／3000／30 b) 150HRA3000／l0／30 c) 150HRC30／3000／10 d) 150HBSl0／3000／30 （ ）4. 对同一种材料，δ5比δ10 a) 大 b) 小 c) 相同 d) 不确定 （ ）5. 下列哪种材料用显微硬度方法测定其硬度。 a) 淬火钢件 b) 灰铸铁铸件 c) 退货态下的软钢 d) 陶瓷 （ ）6. 下列哪种材料适合作为机床床身材料 a) 45钢 b) 40Cr 钢 c) 35CrMo 钢 d) 灰铸铁 （ ）7. 下列哪种断裂模式的外加应力与裂纹面垂直，因而 它是最危险的一种断裂方式。 a) 撕开型 b) 张开型 c) 滑开型 d) 复合型
软物质 摘要：软物质科学的研究正蓬勃发展，软物质有诸多奇特性能，它的运用必将造福于人类。 关键词：软物质，特征，应用，现状，前景 软物质是近些年来蓬勃发展的一门科学，它标榜了继石器时代、青铜时代和铁器时代之后的又一个新的时代——高分子时代。而软物质这门科学在对软物质的研究、开发和应用中应运而生。谁掌握了软物质这把利剑，谁就会成为现代科学技术发展的掌舵者。软物质是物理学的一个新的前沿学科，它跨越物理、化学、生物三大学科，也许不久的将来，它将会成为最伟大的学科之一。 对于软物质德热纳给出一个重要的特征：弱力起大变化。想想我们曾使用的液晶电子表能使用很长时间就能发现，液晶的电子表很不费电，因为很微弱的电流就能使液晶的形态发生根本性的变化。放进一点硫，液态的橡胶树就变成了固态的橡胶；一点骨胶可以使墨汁多年不变质；一点卤汁使豆浆变成豆腐；非常微弱的电流，就能使液晶从透明变成不透明。这些现象告诉我们：你只须施加微小的作用，软物质的形状和性质就会发生很大的变化[1]。软物质具有对外界微小作用的敏感和非线性响应、自组织行为、空间缩放对称性等突出特点。 就目前看来，软物质有两大非常好的应用方向： 首先，软物质的研究理论对生物学的发展提供很好的基础理论。生物学大分子一直以来都是科学研究的热点，如对DNA链的研究，在软物质中的对理想链的理论就能很好地计算DNA的伸长所消耗ATP的能量；而生物大分子的构象可由各种散射技术测定，而这些技术都是基于软物质理论中的散射法尺寸测定理论；生物细胞中的渗透压及离子运输机制都可以用软物中的混合热力学理论给出完美的结果[2]。软物质研究将会对生物学的研究和发展带来诸多理论指导和支持，特别是在医学上研究上，能够从理论指导生物大分子和具有生物特定功能组织等的人工合成一定会给人类带来前所未有的大成就。 其次，软物质理论对高分子材料的研究和制造提供了理论基础。高分子材料拥有耐高温、耐酸碱腐蚀、隔热性能好、经久耐用、又轻又柔等诸多优点，这是传统材料所不能匹配的。高分子材料有着诱人的前景，这迫切需要软物质理论的支持。软物质有对高分子的构象、高分子溶液和熔体的热力学、以及高分子网络的生成与性质等理论基础，这对高分子材料的普遍性质进行了理论上的探索，也为制作具有特定性质的高分子的材料提供了理论上的方向。 可以想象，在软物质发展起来并运用于实践，我们的生活会发生怎样的
07 秋材料力学性能 一、填空：（每空1分,总分25分） 1. 材料硬度的测定方法有、和。 2. 在材料力学行为的研究中，经常采用三种典型的试样进行研究，即、和。 3.平均应力越高，疲劳寿命。 4.材料在扭转作用下,在圆杆横截面上无正应力而只有 , 中心处切应力为 ,表面处。 5.脆性断裂的两种方式为和。 6.脆性材料切口根部裂纹形成准则遵循断裂准则； 塑性材料切口根部裂纹形成准则遵循断裂准则； 7.外力与裂纹面的取向关系不同，断裂模式不同，张开型中外加 拉应力与断裂面，而在滑开型中两者的取向关系则为。 8．蠕变断裂全过程大致由、和 三个阶段组成。
9．磨损目前比较常用的分类方法是按磨损的失效机制分为、和腐蚀磨损等。 10．深层剥落一般发生在表面强化材料的区域。 11．诱发材料脆断的三大因素分别是、和。 二、选择：（每题1分，总分15分） （）1. 下列哪项不是陶瓷材料的优点 a）耐高温 b) 耐腐蚀 c) 耐磨损 d)塑性好 （）2. 对于脆性材料，其抗压强度一般比抗拉强度 a) 高b) 低c) 相等d) 不确定 （）3.用10mm直径淬火钢球，加压3000kg，保持30s，测得的布氏硬度值为150的正确表示应为 a) 150HBW10／3000／30 b) 150HRA3000／l0／ 30 c) 150HRC30／3000／10 d) 150HBSl0／3000／30 （）4.对同一种材料，δ5比δ10 a) 大 b) 小 c) 相同 d) 不确定 （）5. 下列哪种材料用显微硬度方法测定其硬度。
a) 淬火钢件 b) 灰铸铁铸件 c) 退货态下的软钢 d) 陶瓷 （）6.下列哪种材料适合作为机床床身材料 a) 45钢 b) 40Cr钢 c) 35CrMo钢 d) 灰铸铁（）7. 下列哪种断裂模式的外加应力与裂纹面垂直，因而它是最危险的一种断裂方式。 a) 撕开型 b) 张开型 c) 滑开型 d) 复合型（）8. 下列哪副图是金属材料沿晶断裂的典型断口形貌 a) b) c) d) （）9. 下列哪种材料中的弹性模量最高 a) 氧化铝 b) 钢 c) 铝 d) 铜 （）10. 韧性材料在什么样的条件下可能变成脆性材料 a) 增大缺口半径 b) 增大加载速度 c) 升高温度 d) 减小晶粒尺寸 （）11．应力腐蚀门槛值正确的符号为 a) K ISCC b) ΔK th c) K IC d) CF （）12．σm=0 ， R=-1 表示下列哪种循环应力
钢的五种热处理工艺 热处理工艺——表面淬火、退火、正火、回火、调质工艺： 1、把金属材料加热到相变温度（700度）以下，保温一段时间后再在空气中冷却叫回火。 2、把金属材料加热到相变温度（800度）以上，保温一段时间后再在炉中缓慢冷却叫退火。 3、把金属材料加热到相变温度（800度）以上，保温一段时间后再在特定介质中（水或油） 快速冷却叫淬火。 ◆表面淬火 ?钢的表面淬火 有些零件在工件时在受扭转和弯曲等交变负荷、冲击负荷的作用下，它的表面层承受着比心部更高的应力。在受摩擦的场合，表面层还不断地被磨损，因此对一些零件表面层提出高强度、高硬度、高耐磨性和高疲劳极限等要求，只有表面强化才能满足上述要求。由于表面淬火具有变形小、生产率高等优点，因此在生产中应用极为广泛。 根据供热方式不同，表面淬火主要有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火等。 感应表面淬火后的性能: 1.表面硬度：经高、中频感应加热表面淬火的工件，其表面硬度往往比普 通淬火高2～3单位（HRC）。 2.耐磨性：高频淬火后的工件耐磨性比普通淬火要高。这主要是由于淬硬 层马氏体晶粒细小，碳化物弥散度高，以及硬度比较高，表面的高的压应力等综合的结果。 3.疲劳强度：高、中频表面淬火使疲劳强度大为提高，缺口敏感性下降。 对同样材料的工件，硬化层深度在一定范围内，随硬化层深度增加而疲劳强度增加，但硬化层深度过深时表层是压应力，因而硬化层深度增打疲劳强度反而下降，并使工件脆性增加。 一般硬化层深δ＝（10～20）％D。较为合适，其中D。为工件的有效直径。 ◆退火工艺
退火是将金属和合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火后组织亚共析钢是铁素体加片状珠光体；共析钢或过共析钢则是粒状珠光体。总之退火组织是接近平衡状态的组织。 ?退火的目的 ①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。 ②细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能 或为以后的热处理作组织准备。 ③消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。 ?退火工艺的种类 ①均匀化退火（扩散退火) 均匀化退火是为了减少金属铸锭、铸件或锻坯的化学成分的偏析和组织的不均匀性，将其加热到高温，长时间保持，然后进行缓慢冷却， 以化学成分和组织均匀化为目的的退火工艺。 均匀化退火的加热温度一般为Ac3+（150～200℃），即1050～ 1150℃，保温时间一般为10～15h，以保证扩散充分进行，大道消除 或减少成分或组织不均匀的目的。由于扩散退火的加热温度高，时间长， 晶粒粗大，为此，扩散退火后再进行完全退火或正火，使组织重新细化。 ②完全退火 完全退火又称为重结晶退火，是将铁碳合金完全奥氏体化，随之缓慢冷却，获得接近平衡状态组织的退火工艺。 完全退火主要用于亚共析钢，一般是中碳钢及低、中碳合金结构钢锻件、铸件及热轧型材，有时也用于它们的焊接构件。完全退火不适用 于过共析钢，因为过共析钢完全退火需加热到Acm以上，在缓慢冷却 时，渗碳体会沿奥氏体晶界析出，呈网状分布，导致材料脆性增大，给 最终热处理留下隐患。 完全退火的加热温度碳钢一般为Ac3+（30～50℃）；合金钢为Ac3+（500～70℃）；保温时间则要依据钢材的种类、工件的尺寸、装炉量、 所选用的设备型号等多种因素确定。为了保证过冷奥氏体完全进行珠光 体转变，完全退火的冷却必须是缓慢的，随炉冷却到500℃左右出炉空 冷。 ③不完全退火 不完全退火是将铁碳合金加热到Ac1～Ac3之间温度，达到不完全奥氏体化，随 之缓慢冷却的退火工艺。 不完全退火主要适用于中、高碳钢和低合金钢锻轧件等，其目的是细化组织和 降低硬度，加热温度为Ac1+(40～60)℃，保温后缓慢冷却。