第三章+材料的力学性能

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1、第三章材料的力学性能内容金属在单向静拉伸载荷下的力学性能力学实验蠕变疲劳磨损金属在单向静拉伸载荷下的力学性能力-伸长曲线和应力应变曲线Op——直线关系与pe——偏离直线关系，即弹性形变阶段（可逆形变）；F到达FA至Fc点时，产生不均匀塑性变形（不可逆的永久变形）；CB——均匀塑性变形；Bk——再次不均匀塑性变形；K点——发生断裂纵横坐标分别除以原始截面积A0和原始标距长度L，即可得应力应变曲线COc真实应力应变曲线真实应力应变曲线与工程应力应变曲线不同，为什么？弹性变形——弹性变形及其实质材料在受到外力作用时

2、产生变形或者尺寸的变化，而且能够恢复的变形叫做弹性变形。弹性变形的重要特征是其可逆性，即受力作用后产生变形，卸除载荷后,变形消失。金属的弹性性质是金属原子间结合力抵抗外力的宏观表现。弹性变形——弹性模量弹性模量，又称杨氏模量，弹性模数是产生100%弹性变形所需的应力。拉伸时σ=Eε，剪切时τ=Gγ，E和G分别为拉伸时的杨氏模数和切变模数。可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标。材料的抗弹性变形的一个量，材料刚度的一个指标。它只与材料的化学成分有关，与其组织变化无关，与热处理状态无关。各种钢的弹性模量差别很小

3、，金属合金化对其弹性模量影响也很小。弹性变形——比例极限与弹性极限弹性变形——比例极限与弹性极限对于要求服役时其应力应变关系严格遵守线性关系的机件，如测力计弹簧，是依靠弹性变形的应力正比于应变的关系显示载荷大小的，则应以比例极限作为选择材料的依据；对于服役条件不允许产生微量塑性变形的机件，设计时应按弹性极限来选择材料。σp、σe的工程意义弹性变形——弹性比功思考：人们日常所说的材料弹性的好坏指的是什么？（1）提高σe提高材料弹性比功的途径（2）降低E举例（高弹性比功材料）弹簧（金属材料）——减振、储能橡胶（高

4、分子材料）——不能做受力结构件塑性变形——塑性变形方式及特点金属材料常见的塑性变形机理为晶体的滑移和孪生两种。塑性变形：材料的塑性变形上微观结构的相邻部分产生永久性位移，并不引起材料破裂的现象。金属材料的塑性变形机理塑性变形-滑移定义：滑移面：原子最密排面；滑移向：原子最密排方向。滑移系：滑移面和滑移向的组合。滑移系越多，材料的塑性越好。晶体结构的影响较大：fcc＞bcc＞hcp滑移的临界分切应力τ=(P/A)cosφcosλφ—外应力与滑移面法线的夹角；λ—外应力与滑移向的夹角；Ω=cosφcosλ称为取向

5、因子。塑性变形-滑移模型滑移是金属晶体在切应力作用下，沿滑移面和滑移方向进行的切变过程。塑性变形-孪生模型孪生本身提供的变形量很小,但可以调整滑移面的方向,使新的滑移系开动,因而可以对塑性变形产生影响。单晶金属塑性变形的特点（1）各晶粒变形的不同时性和不均匀性∵各晶粒的取向不同即cosφcosλ不同。对于具体材料，还存在相和第二相的种类、数量、尺寸、形态、分布的影响。（2）变形的相互协调性多晶体作为一个整体，不允许晶粒仅在一个滑移系中变形，否则将造成晶界开裂。五个独立的滑移系开动，才能确保产生任何方向不受

6、约束的塑性变形。屈服现象屈服机理影响金属材料屈服强度的因素（1）晶体结构：金属材料的屈服过程主要是位错的运动。（2）晶界与亚结构：晶界是位错运动的重要障碍，晶界越多，对材料屈服强度的提高贡献越大。（晶粒细化）（3）溶质元素：晶格畸变应力场与位错应力场产生交互作用；溶质与溶剂之间的电学交互作用；化学交互作用；有序作用等都使位错运动受阻，从而提高屈服强度，产生固溶增强化。影响金属材料屈服强度的因素（4）第二相：其强化效果与质点的性质有关。（5）温度：一般情况下，温度升高金属材料的屈服强度下降。但是，晶体结构不同，

7、其变化形式各异。（6）应变速率与应力状态：应变速率对金属材料的屈服强度有明显的影响。应变速率高，金属材料的屈服应力显著提高；应力状态对金属材料屈服强度的影响规律是：切应力分量越大，越有利于塑性变形，屈服强度就越低。应变硬化应变硬化应变硬化应变硬化抗拉强度抗拉强度：拉伸实验时，试样拉断过程中最大实验力所对应的应力。其值等于最大拉力Fb除以试样的原始横截面面积A0，抗拉强度用σb表示，即σb=Fb/A0抗拉强度是材料在承受拉伸载荷时的实际承载能力。高分子材料和陶瓷材料的抗拉强度是产品设计的重要依据。塑性与塑性指标

8、（1）定义：塑性是指材料断裂前产生塑性变形的能力。（2）材料塑性的评价：在工程上一般以光滑圆柱试样的拉伸伸长率和断面收缩率作为塑性性能指标。常用的塑性性能指标有三种：定义：固体材料在力的作用下分成若干部分的现象称为断裂。材料的断裂是力对材料作用的最终结果，它意味着材料的彻底失效，因材料断裂而导致的机件失效与其他失效方式（如磨损、腐蚀等）相比危害性更大，并且可能出现灾难性的后果。因此，研究材料断裂的宏