材料力学性能第一章2

第一部分 金属的变形力学行为变形断裂疲劳蠕变应力腐蚀摩擦磨 损单向静载荷其他静载荷冲击载荷单向静载荷其他静载荷冲击载荷应力 -应变曲线弹性变形塑性变形断裂基础第一章 金属在单向静拉伸载荷下的力学性能静载荷 :温度、应力状态和加载速率都固定不变 。 动载荷 :冲击载荷、循环载荷等。1. 静拉伸性能2. 静扭转性能3. 静弯曲性能4. 静压缩性能静载荷第一节 应力应变曲线弹性变形阶段 应力 -应变成正比E： 正弹性模量G： 切弹性模量材料完全脆性的 曲线 虎克定律1.1.1 脆性材料的拉伸性能第一节 应力应变曲线在拉伸时只产生弹性变形，不产生或产生微量的塑性变形强度高、塑性差的材料：玻璃、陶瓷、高强钢、铸铁断口特征灰铸铁拉伸试样与断口形成平断口，断口平面与轴线垂直。是度量材料刚度的系数，或表征材料对弹性变形的抗力。E、 G值高，在相同应力下产生弹性变形就越小。断裂强度低，但抗压强度高。车床床身受压载荷： E、 G值越高，弹性变形越小 。脆性材料力学特征的主要参量： 、 E弹性模量绝大多数都有些塑性。弹变 均匀塑变 脆断强硬度高、塑性差 高强度钢、高锰钢、铝青铜、锰青铜1.1.1 脆性材料的拉伸性能第一节 应力应变曲线弹性变形阶段 应力 -应变成正比E： 正弹性模量G： 切弹性模量材料完全脆性的 曲线 虎克定律强度高、塑性差的材料：玻璃、陶瓷、高强钢、铸铁在拉伸时只产生弹性变形，不产生或产生微量的塑性变形P载荷(N)l伸长(mm)（低碳钢的拉伸力 -伸长曲线）eps0bPp PePskPb Pklb lu lk(MPa) (%)0p esb kb uk（ 低碳钢的应力 -应变曲线 ）1.1.2 塑性材料的拉伸性能第一节 应力应变曲线(MPa) (%)0低碳钢的应力 -应变曲线aabk0a段aa 段a b段bk段弹性变形阶段塑性变形阶段弹性变形：外力去除后变形随之消失，这种变形称为弹性变形。塑性变形：外力去除后变形不会消失，留下永久性形变，这种变形称为塑性变形。(MPa) (%)0aabk低碳钢的应力 -应变曲线0a段发生弹性变形，与脆性材料相似。变形量为 0.5%1%，卸载后变形消失。p e比例极限弹性极限应力 -应变曲线上符合线性关系的最高应力值 p。材料能够完全弹性恢复的最高应力值 e。p和 e哪个大？比例极限和弹性极限很难实际测量(MPa) (%)0aabk低碳钢的应力 -应变曲线aa 段发生屈服变形。载荷不增加或反而减少，试样还继续伸长的现象。变形量为 1%3% ， 屈服后，材料出现明显塑变，表面滑移带 。s屈服极限 屈服强度，表征金属材料对塑性变形的抗力，用 s表示 。表明金属材料开始发生大规模塑性变形。意义屈服强度的测量(MPa) (%)0aabk低碳钢的应力 -应变曲线a b段发生均匀塑性变形。b 形变强化（加工硬化）：屈服后欲变形必须不断加载，随塑变增大，变形抗力增大。抗拉极限 表征金属材料的极限承载能力，用 b表示。m 0 为总变形量，其中弹性变形量和塑性变形量各为哪段？(MPa) (%)0aabk低碳钢的应力 -应变曲线kbk段发生不均匀塑性变形。断裂极限 表征金属材料抵抗断裂能力，用 k表示。实际断裂强度： Sk颈缩 材 料可能 发 生的 局 部截面 缩 减的 现 象。材料的承载能力下降。低碳钢的应力 -应变曲线(MPa) (%)0aabkkbsp e小结比例极限弹性极限屈服强度抗拉强度断裂强度现象： 屈服加工硬化颈缩性能指标：屈强比低，材料塑性好；屈强比高，材料抗变形能力好。 s/ b屈强比第二节 弹性变形1.2.1 弹性变形及其实质1.2.2 胡克定律1.2.3 弹性模量与刚度1.2.4 弹性比功1.2.5 滞弹性1.2.1 弹性变形及其实质第二节 弹性变形弹性变形特点：总结1. 可逆性：卸载后变形消失2. 单值性：应力应变一一对应3. 变形性小： 0.5%1%你胆小r0物理本质1.2.1 弹性变形及其实质r1晶格中原子自平衡位置产生可逆位移的反映。F=Fmax时，克服引力，拉开两个原子，此为弹性下的断裂 理论正断强度但是，通常拉开 n分之一个原子间距就发生了塑性变形 塑性变形机理取代弹性变形(一 ) 简单应力状态的胡克定律1单向拉伸（ 1-1）2剪切和扭转（ 1-2） 3 E、 G的关系 （ 1-3）1.2.2 胡克定律第二节 弹性变形(二 ) 广义胡克定律（ 1-4）当应变为一个单位时，弹性模量即等于弹性应力，即弹性模量是产生 100弹性变形所需的应力。这个定义对金属而言是没有任何意义的，因为金属材料所能产生的弹性变形量是很小的。1.2.3 弹性模量与刚度第二节 弹性变形弹性模量 金属材料 E/105MPa铁 2.17铜 1.25铝 0.72铁 及低碳 钢 2.0铸铁 1.71.9低合金 钢 2.02.1奥氏体不 锈钢 1.92.0合金化、热处理、冷塑性变形对弹性模量的影响不大。？工程上的弹性模量刚度刚度大，则挠度小1.2.4 弹性比功第二节 弹性变形表示金属材料吸收弹性变形功的能力，又称弹性比功，应变比能。弹性极限 屈服强度表示金属材料开始塑性变形前单位体积吸收的最大功。韧性吸收功 储备能量 ？储能减震恒力碟簧支吊架 1.2.5 滞弹性第二节 弹性变形而后产生附加应变 eO（ 1）突然加载 OA，产生瞬时应变 Oa而后产生附加应变 Ah（ 2）快速卸载 Be，产生瞬时应变 He在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象。滞弹性产生原因：可能与金属中点缺陷的移动有关。在仪表和精密机械中，选用重要传感元件的材料时，需要考虑滞弹性问题。1.3.1 塑性变形方式及特点1.3.2 屈服现象和屈服点 (屈服强度 )1.3.3 影响屈服强度的因素1.3.4 应变硬化 (形变强化 )1.3.5 缩颈现象和抗拉强度1.3.6 塑性1.3.7 静力韧度第三节 塑性变形1.3.1 塑性变形方式及特点第三节 塑性变形塑性变形方式滑移孪生晶界滑动扩散性蠕变切应力 一定晶面和晶向 切变过程切应力 镜面对称关系 切变过程主要方式 变形量大变形量小调整滑移面1. 各晶粒变形的不同时性和不均匀性1.3.1 塑性变形方式及特点第三节 塑性变形塑性变形特点2. 各晶粒变形的相互协调性1.3.2 屈服现象和屈服点（屈服强度）第三节 塑性变形外力不增加 (保持恒定 )试样仍能继续伸长；或外力增加到一定数值时突然下降，随后，在外力不增加或上下波动情况下，试样继续伸长变形的现象。屈服现象屈服点 上屈服点 su下屈服点 sl吕德斯带屈服平台避免：预加 1%2%变形研究指出，屈服现象与下述三个因素有关 : 材料在变形前可动位错密度很小 (或虽有大量位错但被钉扎住，如钢中的位错为杂质原子或第二相质点所订扎 )； 随塑性变形发生，位错能快速增殖； 位错运动速率与外加应力有强烈依存关系。1.3.2 屈服现象和屈服点（屈服强度）第三节 塑性变形屈服机理金属材料一般是多晶体合金，往往具有多相组织，因此，讨论影响屈服强度的因素，必须注意以下三点： 屈服变形是位错增殖和运动的结果，凡影响位错增殖和运动的各种因素必然要影响屈服强度； 实际金属材料的力学行为是由许多晶粒综合作用的结果，因此，要考虑晶界、相邻晶粒的约束、材料的化学成分以及第二相的影响； 各种外界因素通过影响位错运动而影响屈服强度。1.3.3 影响屈服强度的因素第三节 塑性变形1.3.3 影响屈服强度的因素第三节 塑性变形影响因素内在因素 外在因素金属本性及晶格类型晶粒大小及亚结构溶质元素第二相温度应变速率应力状态1.3.4 应变硬化（形变强化） 真实应力应变曲线第三节 塑性变形弹性变形部分重合B在 b的左上方bBPS=（ 1+） e=ln（ 1+） bBP1.3.4 应变硬化（形变强化） 真实应力应变曲线第三节 塑性变形PB段： HollomonS=KenK 强度系数n 应变硬化指数，反映金属材料抵抗均匀塑性变形的能力。金属材料的 n值越大，则加工成的机件在服役时承受偶然过载的能力也就越大。1.3.4 应变硬