[工学]工程材料学第二讲-2009.ppt

* * * * * * * * * * * * * 韧性 (Toughness ): 定义：材料在冲击载荷作用下抵抗破坏 的能力。 冲击试验机 冲击试样和冲击试验示意图 金属的夏比冲击试验 试样冲断时所消耗的冲击功A k为: A k = m g H – m g h (J) g 试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击吸收功。 AK a k = (J/cm2) S0 冲 击 韧 度 ak 断裂韧性K1 (J/m) 在实际生产中，有的大型传动零件、高压容器、船舶、桥梁等，常在其工作应 力远低于σS的情况下，突然发生低应力脆断。通过大量研究认为，这种破坏与制 件本身存在裂纹和裂纹扩展有关。 实际使用的材料，不可避免地存在一定的冶金和加工缺陷，如气孔、夹杂物、 机械缺陷等，它们破坏了材料的连续性，实际上成为材料内部的微裂纹。在服役过 程中，裂纹扩展的结果，造成零件在较低应力状态下，即低于材料的屈服强度，而 材料本身的塑性和冲击韧性又不低于传统的经验值的情况下，发生低应力脆断。 材料中存在的微裂纹，在外加应力的作用下，裂纹尖端处存在有较大的应力集 中和应力场。断裂力学分析指出，这一应力场的强弱程度用应力强度因子K1来描述。 随应力的增大，K1也随之增大，当K1增大到一定值时，就可使裂纹前端某一区 域内的内应力大到足以使裂纹失去稳定而迅速扩展，发生脆断。 这个K1的临界值称为临界应力强度因子或断裂韧性，用K1C表示，单位为J/m。 它反映了材料抵抗裂纹扩展和抗脆断的能力。 材料的断裂韧性K1C与裂纹的形状、大小无关，也和外加应力无关，只决定于 材料本身的特性（成分、热处理条件、加工工艺等），是一个反映材料性能的常数 当K1达到临界值K1C时，零件内裂纹将发生失稳扩展而出现低应力脆性断裂，而K1＜K1C时，零件安全可靠。 断 裂 韧 度 K1C K1c可通过试验来测定，它是材料本身的特性，与材料成分、热处理及加工工艺等有关 为安全设计提供了一个重要的力学性能指标 定义: 反映材料有裂纹存在时，抵抗脆性断裂的能力。 常见工程材料的断裂韧度K1C值（MN·M-3/2） * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 弹性 ( elasticity ) 金属材料受外力作用时产生变形,当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。 随载荷撤除而消失的变形。 弹性极限( elastic limit ): Fe 弹性极限载荷( N ) σe ( M pa ) = S0 试样原始横截面积( mm2) 弹性变形( elastic deformation ): 定义: 试样在断裂前所能承受的最大应力。 F b 试样断裂前的最大载荷(N) σb ( M Pa ) = S 0 试样原始横截面积( mm2) 抗拉强度 ( tensile strength ) 根据受力方向不同: 抗拉强度、 抗压强度、 抗弯强度 抗剪强度 、抗扭强度等。 断后伸长率(延伸率) (specific elongation): 指试样拉断后的标距伸长量L 1与原始标距L 0之比。 L 1– L 0 δ = × 100% L 0 δ 2 ~ 5% 属脆性材科 δ ≈ 5 ~ 10% 属韧性材料 δ 10% 属塑性材料 塑性 (plasticity): 指标: 塑性 (plasticity): 定义: 指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。 指标: 断面收缩率(percentage reduction in area): 指试样拉断处横截面积S 1的收缩量与原始横截面积S0之比。