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第二章 材料的力学行为 2.1工程材料的力学性能 工程材料力学性能是关于材料强度的一门科学，其研究对象主要是材料受力作用后的力学行为规律及其物理本质和评定方法。 主要内容包括： 1、金属材料在各种服役条件下的失效现象及微观机理； 2、金属力学性能指标的本质、物理概念、实用意义，以及各种力学性能指标间的相互关系； 3、影响金属力学性能的因素，提高金属 力学性能的方向和途径； 4、金属力学性能指标的测试技术； 金属材料的力学性能 ： 是指金属在外加载荷(外力或能量）作用下或载荷与环境因素（温度、介质和加载速率）联合作用下所表现的行为。这种行为又称为力学行为，通常即表现为金属的变形和断裂。因此，金属材料的力学性能可以简单的理解成金属抵抗外加载荷引起的变形和断裂能力。 而绝大多数机器零件或构件（简称机件）都是用金属材料制成的，并在不同的载荷与环境下服役。如果金属材料对变形和断裂的抗力与服役条件不相适应，便会使机件失去预定的效能而损坏,即产生所谓“失效现象”。因此，金属材料的力学性能从某种意义上说，又称为金属材料的失效抗力。 常见的主要失效形式有：1、过量变形；弹性变形、塑性变形；2、断裂；包括磨损、接触疲劳等不完全断裂； 因为金属机件的承载条件一般用各种力学参量（如应力、应力场强度因子、应变和冲击能量等）来表示，因此，人们便将表征金属材料力学行为的力学参量的临界值或规定值称为金属力学性能指标，如强度指标 σ0.2 、 σb 、σ—1、塑性指标δ 、ψ，韧性指标αKU 、KIc等等。金属材料力学性能的优劣就用这些指标的具体数值来衡量。 金属材料的力学性能决定于材料的化学成分、组织结构、冶金质量、残余应力及表面和内部缺陷等内在因素，但外在因素如载荷性质（静载荷、冲击载荷、交变载荷）、载荷谱、应力状态（拉、压、弯、扭、剪切、接触应力及各种复合应力）、温度、环境介质等对金属的力学性能也有很大的影响 。 显然，分析上述各种内在与外在因素对金属力学性能的影响，掌握金属力学性能的变化规律，对于正确选择材料，明确提高金属力学性能的方向和途径，是具有十分重要意义的。 金属力学性能的物理本质及宏观变化规律与金属在变形和断裂过程中位错的运动、增值和交互作用（位错之间的交互作用、位错与点缺陷的交互作用）等微观过程有关。 综上，学习本课程的目的在于掌握工程材料力学性能的基本理论和评价材料的力学性能指标及其测试方法，为正确选择和合理使用材料，优化和改进加工工艺以及充分发挥材料的性能潜力，创制新材料、新工艺以及开展零构件失效分析等奠定必要的基础。 课程特点：内容较分散，比较抽象，涉及面广。主要涉及到《金属工艺学》、《工程力学》、《金属学》、《热处理工艺》、《金属材料学》等课程。这些课程相互之间有着密切的联系。因此学习时，要学会应用相关的课程的基础知识，掌握金属力学性能的基本理论。同时从具体零件的失效现象出发，学会正确确定力学性能指标及测试方法，分析各种内外因素对金属力学性能的影响，以便能从材料和工艺角度提出避免或防止机件失效，延长寿命的技术措施。 2.1.1强度和塑性 刚性指两个物体相碰撞不会发生变形，因此两个刚体就不会占据同一个空间，微粒、原子就是这样的物质。材料在弹性变形阶段内，正应力和对应的正应变的比值。2、试样：标准试样，按照《金属材料室温拉伸试验方法》GB/T228-2002。标准拉伸试样。有圆形截面和方形截面两种，长度有l0=10d0和l0=5d0两种。 1）、强度 强度：材料或结构在不同的环境条件下承受外载荷的能力。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（即抵抗失效能力）的重要指标。强度是机械零部件首先应满足的基本要求。e 1、σe：材料不产生永久变形的最大应力。 σe= Pe/Fo N/mm2(Mpa) 规定弹性极限：σ0.01或σ0.05—微塑变抗力指标. （2）、屈服点σs σs：具有上下屈服点时以下屈服点为σs σs= Ps/Fo N/mm2(Mpa) 名义屈服极限：σ0.2，即产生0.2%的残余变形时的应力值作为σs。 （3）、抗拉强度σb：强度极限或抗拉强度。 σb：强度极限或抗拉强度。表征材料产生最大均匀变形的抗力，或 材料断裂前能承受的最大应力值。 σb=Pb/Fo N/mm2(Mpa) （4）、E：弹性模量 E = σ/ε Mpa——材料产生单位弹性变形所需的应力 表明弹性变形的难易程度，它只与材料本性有关，与合金化、热处理、冷变形等无关。 2）塑性 塑性是一种在某种给定载荷下,材料产生永久变形的材料特性,对大多的工程材料来说