《材料性能学》第一章1.ppt

3.4、包申格效应 １、拉 (原始），σe1=240MPa ２、压（反向），σe2 =176MPa ３、压（同向），σe3=287MPa 4、拉（反向），σe4=85MPa σ ε 原始σe1 同向加载σe3 反向加载σe2 0 反向加载σe4 退火轧制黄铜 在不同加载条件下 弹性极限的变化 * 原因 ：包申格效应与金属材料中位错运动所受的阻力变化有关。 危害：包申格效应对于承受应变疲劳载荷作用的机件在应变疲劳过程中，每一周期内反向加载时，微量塑性变形抗力（规定残余伸长应力）降低，产生微量塑性变形，显示循环软化现象。 对于预先经受冷塑性变形的材料，如服役时受反向力作用，就要考虑微量塑性变形抗力降低的有害影响，如冷拉型材及管子在受压状态下使用就是这种情况。 3.4、包申格效应 * 3.5、粘弹性 变形形式除了弹性变形、塑性变形外，还有一种粘性流动。 一些材料受到载荷时，会表现出类似液体的粘性流动和弹性变形的混合特征 ——粘弹性变形 粘弹性变形既与时间有关，又具有可回复的弹性变形性质，即具有弹性和粘性变形两方面的特性。 * 3.5、粘弹性 粘弹性特征：是指应变对应力的响应（或反之）不是瞬时完成的，需要通过一个弛豫过程，但卸载后，应变恢复到初始值，不留下残余变形。 粘弹性是高分子材料的重要力学特性之一，在高分子材料中表现较为突出，故高分子材料也被称为粘弹性材料。 高分子材料表现突出！——由于大的分子质量使应变对应力响应较慢。 * 种类： 恒应变下的应力松弛［图 1－13（a）］——内部应力随着时间增加而逐渐衰减的现象。 恒应力下的蠕变［图 1－13（b）］——材料变形随着时间的增加而逐渐增大的现象。 3.5、粘弹性 * 蠕变 蠕变与温度高低和外力大小有关。 温度过低或者外力太小，则蠕变很小而且很慢，在短时间内不易察觉； 温度过高或外力过大，形变发展过快，也感觉不出蠕变； 在适当的外力作用下，通常在Tg以上不远处，链段在外力下可以运动，担运动时受到的内摩擦力又较大只能缓慢运动，此时可以观察到较为明显的蠕变现象。 * * 弹性模量 构件刚度（了解） 构件刚度表征构件对弹性变形的抗力，值越大，相同应力条件下变形越小。 要增加零件的刚度，选用弹性模量E较大的材料，或者增加材料的横截面积A。 * 弹性模量 比刚度（了解）：既要提高材料刚度，又要求减轻零件的自重时，就要以材料的比刚度来评定。 比刚度要视载荷形式而定 拉伸试棒或杆件时，其比刚度以E/ρ来度量，ρ为材料密度； 当零件或构件以梁的形式出现时，比刚度用E1/2/ρ 当板受弯曲时材料的比刚度是以E1/3/ρ来度量。 * 工程设计时，弹性模量是重要力学性能指标 机械设计中，有时刚度是考虑第一位的。 精密机床如果不具有足够的刚度，就不能保证零件的加工精度。 汽车拖拉机中的曲轴刚度不足，会影响活塞、连杆及轴承等重要零件的正常工作。 弹性模量影响因素 弹性模量本质——从原子本质上来看 弹性模量代表着使原子离开平衡位置的难易程度，是表征晶体中原子间结合力强弱的物理量。 所以，弹性模量是组织不敏感参数。 * * 弹性模量影响因素 弹性模量主要取决于结合键的本性和原子间结合力，而不依赖于成分和显微组织，因此，弹性模量是对组织不敏感的性能指标。 键合方式： 共价键结合的材料弹性模量最高，所以像SiC等陶瓷材料和碳纤维的符合材料有很高的弹性模量。 金属键有较强的键力，材料容易塑性变形，弹性模量适中。但是各种金属原子结合力不同时，E会有很大区别。如钢铁的弹性模量有210GPa，是铝合金的3倍（约70GPa），而钨的弹性模量又是铁的两倍。 靠分子键结合的高分子，由于分子键弱，弹性模量最低。 弹性模量与熔点成正比，越是难熔的材料其弹性模量也越高。 * 陶瓷材料E很高，橡胶E很小，金属材料介于两者之间 * 晶体结构：对各向异性晶体，沿原子密排面E较大。 成分、组织结构的影响： 金属： 冷加工/淬火/溶质原子——点阵畸变——模量降低； 淬火后回火/溶质和溶剂原子间结合力大——模量升高； 第二相：第二相体积分数、自身模量，一般可忽略。 陶瓷： 与构成陶瓷的相的种类、粒度、分布、比例及气孔率有关，影响复杂。 温度： 温度升高，原子间距加大，相互作用力减弱，弹性模量下降。模量的下降与温度的升高呈正比。 金属的弹性模量随温度升高的下降速度比陶瓷材料高出大约1倍。高温下，希望用陶瓷材料替代金属。 * * 加载条件和负荷持续时间 基本无影响 因为弹性变形速度与声速相同