材料力学性能学习要点.doc

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1、材料力学性能学习要点材料力学性能知识框架不同材料(金属、高分子、陶瓷基复合材料)具有怎样的力学性能特点;结合成型与加工、选材和材料改质、改性等项要求,理解各材料力学性能指标(复习不再列出)的含义、物理及技术意义;材料变形与断裂的基本特征(金属为主,了解高分子、陶瓷及复合材料);结合工件服役(受载、环境因索)条件和材料断口形貌特征,判断材料失效及断裂类型;了解主要力学性能指标的测试方法;分析、把握影响材料主要力学性能指标的主要因索。1.拉伸力学性能强度、塑性、韧性;(1)强度:金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。强度是衡量零件本身承载能力(即抵抗失效

2、能力)的重要指标。(2)幫性:材料受力,应力超过屈服点后,仍能继续变形而不发生断裂的性质(能力)。“6”-伸长率,“W”-断血收缩率。意义:a.确保安全,防止产生突然破坏;b・缓和应力集中;c.轧制、挤压等冷热加工变形;影响因索:a.细化晶粒,幫性仁b.软的第二相,塑性仁c.温度提高,塑性t;d.周溶、硬的第二相等,缎性/(3)韧性:材料断裂前吸收蜩性变形功和断裂功的能力。(或者材料抵抗裂纹扩展的能力,J/ni3),是材料的力学性能。退火低碳钢静拉伸曲线特征;断口形貌特点;退火低碳钢在拉仲力作川下的变形过程可分为弹性变形、不均匀屈服鴉性变形、均匀幫性变形、不均匀集中

3、草性变形和断裂儿个阶段。弹性变形、槊性变形;(1)弹性变形:定义:当外力去除后,能恢复到原來形状或尺寸的变形,叫弹性变形。特点:单调、可逆、变形量很小(<0.5〜1.0%)(2)塑性变形:定义:外载荷卸去后,不能恢复的变形。特点:各晶粒变形的不同时性和不均匀性、变形的相互协调性屈服(不均匀璃性变形)、均匀幫性变形、集小舉性变形(缩颈);(1)屈服(不均匀第性变形):在金属槊性变形开始阶段,外力不增加、其至下降吋,变形继续进行的现象,称为屈服。特点:上屈服点、下屈服点(吕德丝带)(2)均匀蜩性变形:屈服Z后,缩颈Z前的阶段(3)集中塑性变形(缩颈):a.意义变形集屮于

4、局部区域b.缩颈的判据(幫性变形时,体积不变的条件)eB二n结论:当金属材料的应变硬化指数n等于最人真实均匀幫性应变量时,便产生缩颈。所以,n值人时,材料的均匀塑性变形能力强!c.颈部的三向拉应力状态承受三向拉应力(相当于厚板单向拉伸,平面应变状态)产生屈服的原因,影响因索分析;机理:外应力作用下,晶体小位错萌生、增殖和运动的过程。影响屈服强度因素:1)内因a.金属木性及晶格类型位错运动的阻力:晶格阻力(P-N力);位错交互作用产生的阻力。b.溶质原子和点缺陷形成晶格畸变(间隙固溶,空位)c.晶粒人小和亚结构晶界是位错运动的障碍。要使相邻晶粒的位错源开动,须加人外应

5、力。d.第二相不可变形第二相,位错只能绕过它运动。可变形第二相,位错可切过。第二相的作用,还与其尺寸、形状、数量及分布有关;同时,第二相与基体的晶体学匹配程度也有关。2)外因温度提高,位错易运动,^slo例:高温锻造,“乘热打铁”丿应变速率提高,©sf。应力状态切应力nt,4sIo应变硬化,静力韧度;(1)应变硬化或称形变駛化,加工硕化1)意义El.M变硬化和舉性变形适当配合,可使金属进行均匀璃性形变。b.使构件具有一定的抗偶然过载能力。c.强化金属,提高力学性能。d.提高低碳钢的切削加工性能。2)丿应变硬化机理a.三种单晶体金属的应力b.丿应变硬化机理易滑移阶段:

6、单系滑移hep金属(Mg、Zn)不能产生多系滑称,・・・易滑移段长。线性硬化阶段:多系滑移位错交互作用,形成割阶、血角位错、胞状结构等;位错运动的阻力增人。抛物线駛化阶段:交滑移,或双交滑移,刃型位错不能产生交滑移。多晶体,一开动便是多系滑移,.••无易滑移阶段(2)静力韧度:静拉伸时,单位体积材料断裂所吸收的功(是强度和槊性的综合指标)。J/m3工程意义:对按照屈服强度设计、有偶而过载的机件必须考虑。断裂类型(韧性、脆性,沿晶、穿晶,微孔聚合、解理);断裂分类及特征(表1-7)韧性断裂与脆性断裂的区别与联系;区别:(1)韧性断裂断裂特点:断裂前,広观变形明显;过程

7、缓慢;断裂血一般平行于最人切应力,并与主应力成45。角。(2)脆性断裂断裂特点断裂前基木不发生璃性变形,无明显前兆;断口与正应力垂宜。联系:通常,脆断前也产生微量的幫性变形,-•般规定:屮<5%为脆性断裂;>5%时为韧性断裂。可见,金属材料的韧性与脆性是根据一定条件下的犁性变形量來规定的。条件改变,材料的韧性与脆性行为会随之而改变。格里菲斯断裂理论之裂纹扩展力学表达式(表1-8)的数学、物理含义。1.丿应力状态软性系数;应力状态软性系数a的定义:最人切应力与最人正应力之比式屮最人切应力qniQX按第三强度理论计算,即nmax=(©1一?>3)/2©1,©3分别为

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