工程材料力学性能第一章工.ppt

第一章　静拉伸下的力学性能;圆形试样;试验设备 万能试验机;试验原理：;力－拉伸曲线图;;塑性材料的力学性能;当试样表面光滑时，在材料发生屈服时，在试样的表面会出现与轴线成45度的线纹。 为什么？;塑性材料的力学性能;塑性材料的力学性能;线性阶段、屈服阶段、硬化（强化）阶段、缩颈阶段试样;塑性材料的力学性能;材料卸载与再加载时的力学行为;材料卸载与再加载时的力学行为;冷作(应变)硬化现象： 应力超过屈服极限后卸载，再次加载，材料的比例极限提高，而塑性降低的现象。;*;一般金属材料的拉伸力学性能;一般金属材料的拉伸力学性能;脆性材料;低碳钢的拉伸图(a)和应力－应变曲线(b); 　玻璃、陶瓷、岩石、横向交联很好的聚合物及一些低温下的金属; 　金属及合金、部分陶瓷及非晶态高聚物。;　低温和高应变速率下的面心立方金属（孪生）。某些含碳原子的体心立方铁合金以及铝合金低溶质固溶体。 ; 弹性－不均匀塑性－均匀塑性型 　体心立方的铁基合金和若干有色金属。; 弹性－不均匀塑性－均匀塑性型 　结晶态高聚物和未经拉伸的线形非晶态高聚物。;第二节　弹性变形、虎克定律和弹性模量 　 　1、弹性变形的虎克定律和双原子模型 　2、常用弹性常数和弹性模量 　3、刚度的概念及其应用;;双原子变形模型;双原子变形模型;常用弹性常数及弹性模量;　E=2G(1+υ) E=3k(1-2 υ) 因此，各向同性材料只有两个独立分量。 弹性模量的意义是以零件的刚度体现出来 ;第三节　滞弹性变形 　 　1、滞弹性变形的现象 　2、滞弹性变形的本质 　3、滞弹性变形的应用;环内面积相当于在交变载荷下不可逆的能量损失－－内耗（循环韧性） 它标志着单向交变载荷下能以不可逆方式吸收能量，而又不破坏的能力，即靠自身消除机械振动的抗力，是一种很有用的力学性能指标。;;影响弹性后效和循环韧性的因素： 材料本质有关的晶体结构和组织不均匀性 外部服役条件：温度、加工硬化和应力状态 高聚物大分子链结构和热运动导致高聚物的粘弹性。;第四节　连续屈服材料的变形和抗力 　 　1、非比例变形 　2、规定非比例伸长应力 　3、规定总伸长应力 　4、规定残余伸长应力 　5、几种应力的比较 ;非比例伸长=滞弹性伸长+蠕变伸长+塑性伸长 滞弹性伸长是可恢复的弹性部分，蠕变伸长是不可恢复的塑性部分，两者都是与时间相关的变形。塑性伸长是不可塑性的变形量，在低温和室温下，蠕变伸长和滞弹性伸长所占的比重较小。;总伸长=总弹性伸长+总塑性伸长 两者都包括与时间有关的和与时间无关的部分 卸载后的残余伸长=塑性变形造成的永久伸长+滞弹性伸长;2、规定非比例伸长应力σP ;3、规定总伸长应力σt;4、规定残余伸长应力σr;5、几种应力的比较;第五节　不连续屈服材料的变形和抗力 　 　1、不连续屈服 　2、影响屈服应力的因素 ;　1、不连续屈服 ;屈服机理最初用柯氏气团来解释――即位错被溶质原子钉锚。 平台的屈服应力σ有Hall-Petch关系： 式中，σ0为单晶体屈服应力，与温度和成分有关；K为系数，表征晶界对屈服应力影响程度，与晶界结构有关，与温度关系不大。 ;　 2、影响屈服应力的因素 由Hall-Petch公式知，屈服应力与成分、组织、晶粒尺寸、晶界组织等有关，是一个内部因素敏感的力学性能指标；同时屈服应力又与外部因素如温度、形变速率和应力状态等有关。 ;温度的影响 温度升高，屈服强度下降。这是因为： 1）温度升高，原子热振动增大，点阵间距增加，弹性模量下降，晶格对位错运动的阻力也下降，不同材料影响不同，体心立方结构最敏感，密排六方结构次之，面心立方结构最不敏感。 2）温度升高，阻碍位错运动的因素可借助热激活和原子扩散等过程得到克服。 ;变形速率 　　 　　屈服强度与温度及变形速率有关。因此，标准试验时，加载速率不能大于30N/mm2/s，以保证数据可比性。 ;应力状态 　　 　　切应力越高，塑性变形越有利，则屈服强度越低。不同应力状态下有效屈服强度排列顺序为：扭转＜拉伸＜弯曲＜三向不等拉伸。 ;空间（三向）应力状态：三个主应力均不为零;;;x;三向应力状态;提高屈服强度的途径： 1）形变硬化：冷变形，增加位错密度，提高屈服强度； 2）?细化晶粒：； 3）固溶强化：加入溶质元素，形成间隙型或置换型固溶体，与位错作用以提高屈服强度； 4）第二相强化：第二相的类型：聚合型和弥散型。第二相的成分与性质不同于基体，在质点周围形成应力场，应力场对位错运动有阻碍作用。 ;屈服强度应该是材料开始塑性变形的应力 塑性变形方式是滑移和孪生。 实际金属材料的塑性变形特点： 1、塑性变形不同时且不均匀 　　不同滑移系上切应力分量最大值达到临界分切应力的晶粒首先开始塑性变形