优·第三章 材料的力学性能.ppt

第三章 材料的力学性能 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 真实应力应变曲线 真实应力应变曲线与应力应变曲线的区别 应力-应变曲线中的应力和应变是以试样的初始尺寸进行计算的，事实上，在拉伸过程中试样的尺寸是在不断变化的，此时的真实应力S应该是瞬时载荷（P）除以试样的瞬时截面积（A），即：S=P/A；同样，真实应变e应该是瞬时伸长量除以瞬时长度de=dL/L。真应力-真应变曲线，它不像应力-应变曲线那样在载荷达到最大值后转而下降，而是继续上升直至断裂，这说明金属在塑性变形过程中不断地发生加工硬化，从而外加应力必须不断增高，才能使变形继续进行，即使在出现缩颈之后，缩颈处的真实应力仍在升高，这就排除了应力-应变曲线中应力下降的假象。 弹性变形——弹性变形及其实质 材料在受到外力作用时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，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 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？ 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。 应变硬化（加工硬化）性能 在材料的拉伸压缩实验中，材料经过屈服阶段之后，又增强了抵抗变形的能力。这时，要使材料继续变形需要增大应力。经过屈服滑移之后，材料重新呈现抵抗继续变形的能力，称为应变硬化。 应变硬化性能——应变硬化的意义 ① 应变硬化可使金属机件具有一定的抗偶然过载能力，保证机件安全。 ② 应变硬化和塑性变形适当配合可使金属进行均匀塑性变形，保证冷变形工艺顺利实施 。 ② 应变硬化和塑性变形适当配合可使金属进行均匀塑性变形，保证冷变形工艺顺利实施 。 ④ 应变硬化还可以降低塑性改善低碳钢的切削加工性能。 应变硬化性能——应变硬化机理 应变硬化性能——应变硬化机理（知识拓展） Nature vol.440 (7088), (27 Apr 2006) 关于“应变硬化”机理的新理论 多年来，“应变硬化”被认为来自成对位移碰撞，在这种碰撞过程中，相互交叉的位移形成产生强度的接合点。现在，来自劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的一个小组发现，该理论是不全面的，因为它忽略了“多体位移相互作用”。以用钼晶体所做实验为依据的新的模拟结果表明，晶体在应力作用下发生硬化，是因为位移线三个一组捆绑在一起，变成很紧的结，这些结形成多个接合点。 蠕变——金属的蠕变现象 5、抗拉强度与缩颈条件 （1）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 （2）缩颈：是一些金属材料和高分子材料在拉伸实验时，变形集中于局部区域的特殊状态。它是在应变硬化与截面减小的共同作用下，因应变硬化跟不上塑性变形的发展，使变形集中于试样局部区域而产生的。 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。 6、塑性与塑性指标 （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，研究材料断裂的宏观与微观特征、断裂机理、断裂力学条件，以及影响材料断裂的各种因素不仅具有重要的科学意义，而且也有很大的实用价值。 ●金属的断裂 材料的断裂过程大都包括裂纹的形成与扩展两个阶段。 按断裂前与断裂过程中材料的宏观塑性变形的程度：脆性断裂和韧性断裂； 按晶体材料断裂时裂纹扩展的途径：穿晶断裂和沿晶断裂； 按微观断裂机理：解理断裂和剪切断裂； 按作用力的性质：正断和切断。 1、断裂的类型 2、断口特征 断口：材料的断裂表面称为断口。 断口分析法：用肉眼、放大镜或电子显微镜等手段对材料断口进行宏观及微观的观察分析，以了解材料发生