叙述金属中晶粒大小与机械性能的关系

晶粒大小对于金属力学性能的影响

晶粒大小对金属材料性能有很大影响：

晶粒之间的“边界”叫晶界，晶粒越大-则晶界也越大，而“晶界”又类似于材料中的“裂纹”；那么晶粒越大则材料中的“裂纹”越大。其次，晶粒内部的原子排列较为规则，容易产生“滑移”；而晶界上的原子排列较为凌乱，存在许多“位错”和“劈间”，使得原子面之间不易滑移和变形。那么晶粒细小时，其内的滑移变形就小且能被晶界有效抑制。第三，晶粒、晶界都越细小，外来的总重荷及变形将分散到更多的晶粒上，岂不更好。所以，晶粒越细--则金属材料的性能越好。

控制晶粒大小方法很多，主要原理有两个： 1.增大金属结晶时的过冷度。 2.增加结晶晶核。

第一节: 金属材料液态成形基础

(二)金属的结晶

1．结晶的条件

纯金属液体缓慢冷却过程的时间—温度的关系曲线，即纯金属的冷却曲线。

冷却曲线

分析冷却曲线可知，液体纯金属冷却到平衡结晶温度Tm（又称为理论结晶温度，热力学凝固温度，熔点和凝固点等）时，液体纯金属并不会立即自发地出现结晶，只有冷却到低于Tm后，固体才开始结晶，而后长大，并放出大量潜热，使温度回升到略低于平衡结晶温度，而在冷却曲线上出现一个温度平台。当凝固完成后，由于没有潜热释放，因此

六，晶粒大小的控制

晶粒度：

晶粒的大小称为晶粒度，通常用晶粒的平均面积或平均直径来表示 不同材料的金属所需要的晶粒大小：

? 在常温下，金属的晶粒越细小，强度和硬度则越高，同时塑性韧性也越好。 ? 但是，对于在髙温下工作的金属材料，晶粒过于细小性能反而不好，一般希望得到

适中的品粒度。

? 对于制造电机和变压器的硅钢片来说，晶粒反而越粗大越好。因为晶粒越大，则其

磁滞损耗越小，效应越高。

表2-3列出了晶粒大小对纯铁机械性能的影响

由表可见，细化晶粒对于提高金属材料的常温机械性能作用很大。 细晶强化：

这种用细化晶粒来提高材料强度的方法称为细晶强化。 改变晶粒大小的手段：

此外，除了钢铁等少数金属材料外，其它大多数金属不能通过热处理改变其晶粒度大小，因此通过控制铸造及焊接时的结晶条件，来控制晶粒度的大小，便成为改善机械性能的重要手段。

影响金属结晶时的晶粒大小的因素及原因

? 金属结晶时，每个晶粒都是由一个晶核长大而成的。 ? 晶粒的大小取决于形核率和长大速度的相对大小。

? 形核率越大，则单位体积中的晶核数目越多，每个晶粒的长大余地越小，因而长成

的晶粒越细小。同时长大速度越小，则在长大过程中将会形成更多的晶核，因而晶

粒也将越细小。反之，形核率

六，晶粒大小的控制

晶粒度：

晶粒的大小称为晶粒度，通常用晶粒的平均面积或平均直径来表示 不同材料的金属所需要的晶粒大小：

? 在常温下，金属的晶粒越细小，强度和硬度则越高，同时塑性韧性也越好。 ? 但是，对于在髙温下工作的金属材料，晶粒过于细小性能反而不好，一般希望得到

适中的品粒度。

? 对于制造电机和变压器的硅钢片来说，晶粒反而越粗大越好。因为晶粒越大，则其

磁滞损耗越小，效应越高。

表2-3列出了晶粒大小对纯铁机械性能的影响

由表可见，细化晶粒对于提高金属材料的常温机械性能作用很大。 细晶强化：

这种用细化晶粒来提高材料强度的方法称为细晶强化。 改变晶粒大小的手段：

此外，除了钢铁等少数金属材料外，其它大多数金属不能通过热处理改变其晶粒度大小，因此通过控制铸造及焊接时的结晶条件，来控制晶粒度的大小，便成为改善机械性能的重要手段。

影响金属结晶时的晶粒大小的因素及原因

? 金属结晶时，每个晶粒都是由一个晶核长大而成的。 ? 晶粒的大小取决于形核率和长大速度的相对大小。

? 形核率越大，则单位体积中的晶核数目越多，每个晶粒的长大余地越小，因而长成

的晶粒越细小。同时长大速度越小，则在长大过程中将会形成更多的晶核，因而晶

粒也将越细小。反之，形核率

1．1 金属材料机械性能基础术语：

1）屈服点（σs）：

钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，此时应力不增加或开始有所下降，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。

设Ps为屈服点s处的外力，Fo为试样断面积，则屈服点σs =Ps/Fo(MPa)，MPa称为兆帕等于N（牛顿）/mm2，（MPa=106Pa，Pa：帕斯卡=N/m2）

2）屈服强度（σ0.2）

有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2 。

3）抗拉强度（σb）

材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。它表示钢材抵抗断裂的能力大小。与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。

设Pb为材料被拉断前达到的最大拉力，Fo为试样截面面积，则抗拉强度σb= Pb/Fo （MPa）。

4）抗压强度（σlc）

材料试样受压力时，在压坏前所承受的最大应力。

5）抗弯强度（σcb）

材料试样受弯曲力时，在破坏前所承受的最大应力。

4）伸长率（δs）

材料在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率

钢材的机械性能 1.屈服点（σs）

钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。 设Ps为屈服点s处的外力，Fo为试样断面积，则屈服点σs =Ps/Fo(MPa)，MPa称为兆帕等于N（牛顿）/mm2，（MPa=106Pa，Pa：帕斯卡=N/m2） 2.屈服强度（σ0.2）

有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2 。 3.抗拉强度（σb）

材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。它表示钢材抵抗断裂的能力大小。与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。

设Pb为材料被拉断前达到的最大拉力，Fo为试样截面面积，则抗拉强度σb= Pb/Fo （MPa）。

4.伸长率（δs）

材料在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。 5.屈强比（σs/σb）

钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈

青岛天时海洋石油装备有限公司

英制（SAE J429）螺栓所用材料： Grade Material and Treatment C Element% Min 1 2 4 5 5.1 5.2 7 8 8.1 SAE 1541 8.2 Low or medium carbon steel Medium Medium Carbon Low or Low or Carbon cold steel quenched medium medium carbon steel drawn steel and tempered carbon steel Medium Carbon alloy steel quenched and tempered -- --- --- 0.55 --- --- 0.55 --- 0.048 0.13 --- 0.28 0.55 --- 0.048 0.058 --- 0.15 0.15 0.30 0.25 --- 0.74 0.28 0.55 --- 0.28 0.55 --- 0.28 0.55 --- 0.15 0.25 0.74 0.048 0.058 0.0005 Max 0.55 Mn Min P Max S Ma

物理机械性能培训教材

物理机械性能测试 培训教材

物理机械性能培训教材

目录1.冲击试验 2.拉伸试验方法 3.弯曲试验方法 4.熔融指数测试 5.密度测试方法 6.热变形通用测试方法 7.硬度计测试方法 8.UL-94 V0 V1 V2 9.ASTM与ISO样条的区别

物理机械性能培训教材

1.冲击试验 按冲击方式可分为:悬臂梁和简支梁 按试验后试验片破坏的结果可分为:完全破坏,部分破坏,无破坏 经过一次冲击后试样分成两段或几段称为完全破坏 试样经过冲击后,其横断面至少断开90%,但没有完全断开称为部分破坏 试样经过冲击后,其横断面断开部分小于90%称为无 按试样类型可分为:缺口冲击,无缺口冲击 无缺口冲击,是指无缺口试样在冲击负荷作用下,破坏时吸收的冲击能量与试样的原始 横断面之比或与试样厚度之比 缺口冲击,是指缺口试样在冲击负荷作用下,破坏时吸收的冲击能量与试样的原始横断 面之比或与试样厚度之比 缺口试样缺口的深度与角度的要求： 对于缺口试样缺口深度要求为，缺口深度与试样剩余厚度之比应为1:4 对于缺口试样缺口角度要求为，缺口角度为45±1℃

摆锤选择 按照塑料能量值的要求简支梁一般选择：1J 2J 4J 的摆锤 按照塑料能

O圈胶料物理机械性能指标 （一）

Physical and mechanical properties of the rubber material of O-ring１

O圈胶料物理机械性能指标 （二）

２

O圈胶料物理机械性能指标 （三）

３

O圈胶料物理机械性能指标 （四）

４

O圈胶料物理机械性能指标 (五）

５

COMSOL稳态和瞬态的机械性能仿真案例教学

新建

1. 新建→模型向导→三维

2. 选择物理场：固体力学，增加→研究

3. 选择研究：预置研究稳态/特征频率，完成

建模

4. 导入相应的二维或三维模型，或者直接在COMSOL里自建几何模型；导入：顶部工具栏：导入，选中几何1→选择单位→导入，最后形成联合体→全部构建；

网格化

5. 网格：“序列类型”默认是“物理场控制网格”；

6. 可改为“用户控制网格”，网格1 →尺寸，可以看到不同细化程度（软件默认）对应的“单元尺寸参数”，可手动修改网格尺寸；

材料参数

7. 顶部工具栏：增加材料；

8. 可在右侧框内搜索要添加的材料，然后“增加到选择”；或者添加空材料，去选择一个域，然后材料属性目录下会出现做该仿真必要的参数，输入参数即可；这里主要是密度，泊松比，杨氏模量；

载荷

9. 固体力学，右键，“固定约束”，选择“边界”；（研究稳态时，添加边界载荷，具体和下面的瞬态计算类似，不做赘述）；

研究：结果

10. 右键，“计算”；

11. 仿真完成后，结果下面自动出现“振型”，振型→表面，出现仿真结果图；表面→变形，可看到“比例因子”，即仿真结果的放大倍数，改变“比例因子”为1，可以看到真实形变。

12. 点击“振型”，可在“三维绘图

综合实验一 机床主轴的回转误差运动测试预习思考题答案

1、什么是误差敏感方向？车床主轴的误差敏感方向是什么方向？

答：与一个通过瞬时加工点（或测量点），并垂直于理想工件形成表面误差的直线相平行的方向。沿这个方向的回转误差运动对加工误差（或测量误差）影响很大。车床主轴的误差敏感方向为其直径方向。

2、车床主轴回转误差运动测量结果的表达方式有几种，其含义是什么？

答：直角坐标形式——以主轴转角为自变量，误差运动为因变量所表达的图形。 圆图像——以转角为自变量。某种误差运动为因变量的极坐标图形，与普通极坐标图形的不同之处：

普通的 幅值由原点计起

圆图像 幅值由基准圆的圆周计起。

3、主轴回转误差运动的测量方法有哪几种？各自的优缺点是什么？

答：打表法、单向法、双向法

打表法：由此法测得的结果不能反映主轴工作状态的误差运动。并含有很多非误差运动成份。它只能观察到两个极限值，不能加以记录。因此无法进行分析而找出产生误差的原因。

单向法：直角坐标显示，图形不便于判断分析结果，必须要克服偏心的影响。

4、机床主轴为什么会产生偏心误差？什么是消偏，为什么要消偏？

答：机床主轴在设计、加工、安装过程中会产生误差导致偏心。消偏就是消除由偏心所产生的正弦分量。偏心的存在不便于判断分析结