材料力学性能-第1章

1、材料力学性能材料力学性能徐建林徐建林顾玉芬顾玉芬材料科学与工程学院材料科学与工程学院第一章 绪 论一、工程背景一、工程背景（一）工程要求（一）工程要求1、现代技术发展的要求：高性能、经济、现代技术发展的要求：高性能、经济、 安全安全2、选材的依据、选材的依据3、质量评价的依据、质量评价的依据（二）服役条件与性能（二）服役条件与性能负荷负荷零件零件可能产生损伤可能产生损伤（严重时）失效（严重时）失效力学负荷力学负荷（外力作用条件下）（外力作用条件下）材料内部变形材料内部变形 方式、应力分布状态和缺口效应方式、应力分布状态和缺口效应热热 负负 荷荷（外界高温条件下）（外界高温条件下）材料内部产生材

2、料内部产生热冲击、热应力，热冲击、热应力，TT承载能力承载能力环境介质作用环境介质作用表面化学腐蚀，电化学腐蚀，表面化学腐蚀，电化学腐蚀，摩擦与磨损摩擦与磨损力学负荷（载荷）力学负荷（载荷）（1 1）分类：）分类： 静载荷：静载荷： 如机器重量对基础的作用。如机器重量对基础的作用。 动载荷：动载荷： 交变载荷（随时间做周期变化）；交变载荷（随时间做周期变化）；如齿轮传动。如齿轮传动。 冲击载荷（物体的运动在瞬时突冲击载荷（物体的运动在瞬时突变所引起的载荷）；如锻打。变所引起的载荷）；如锻打。（2 2）零件在静载荷下变形的基本形式）零件在静载荷下变形的基本形式变形：构件在工作时在外力作用下其几何

3、变形：构件在工作时在外力作用下其几何形状和尺寸将发生改变的现象。形状和尺寸将发生改变的现象。. .拉伸和压缩：拉伸和压缩：.剪切：. .扭转：扭转： 4. 4.弯曲：弯曲：5 5. .组合变形组合变形2.热热负荷负荷温度因素温度因素：高温、低温、热冲击高温、低温、热冲击高温下服役的零件高温下服役的零件 热疲劳：温度反复急剧变化热疲劳：温度反复急剧变化 高温氧化高温氧化 蠕变现象：温度上升导致延伸率上升（一般高于蠕变现象：温度上升导致延伸率上升（一般高于0.30.3T T熔熔显著）显著） 温度上升导致力学性能下降：普通钢材从室温上温度上升导致力学性能下降：普通钢材从室温上升到升到600600C

4、C，强度下降一般很多。强度下降一般很多。 ： T0.3Tm,T0.3Tm,很小应力下的缓慢变形蠕变很小应力下的缓慢变形蠕变 急热急冷产生的热应力急热急冷产生的热应力 低温下的材料脆化低温下的材料脆化3、环境介质的作用、环境介质的作用 腐蚀：腐蚀： 化学腐蚀、电化学腐蚀、物理溶解化学腐蚀、电化学腐蚀、物理溶解磨擦磨损：接触零件间相对运动时发生，引磨擦磨损：接触零件间相对运动时发生，引起功和能消耗、噪声等。磨损是零件表面材料起功和能消耗、噪声等。磨损是零件表面材料的逐渐失去，常见类型有粘着磨损、磨粘磨损、的逐渐失去，常见类型有粘着磨损、磨粘磨损、腐蚀磨损和疲劳磨损。腐蚀磨损和疲劳磨损。老化作用：各

5、种环境因素作用下材料性能的老化作用：各种环境因素作用下材料性能的逐渐退化、变坏，最终丧失使用价值的现象。逐渐退化、变坏，最终丧失使用价值的现象。轮胎龟裂、发粘，塑料变硬边脆。轮胎龟裂、发粘，塑料变硬边脆。老化的环境因素：温度、日光、电、辐射、应老化的环境因素：温度、日光、电、辐射、应力、化学介质等。力、化学介质等。（三）、材料的性能（三）、材料的性能： 是一种参量，用来表征材料在给定外界条是一种参量，用来表征材料在给定外界条件下的所表现出的行为特征。件下的所表现出的行为特征。外界条件：在不同的外界条件下，相同的材料外界条件：在不同的外界条件下，相同的材料也会有不同的性能。也会有不同的性能。例如

6、：断裂强度例如：断裂强度 蠕变断裂强度蠕变断裂强度 - -热学热学 疲劳断裂强度疲劳断裂强度 - -力学力学 应力腐蚀断裂强度应力腐蚀断裂强度-化学化学外界条件外界条件性能性能选材选材材料的基本性能材料的基本性能1 、 使用性能：使用性能：物理性能（光、电、磁） 力学性能 （强度、塑性、硬度） 2、 加工性能加工性能 （可制造性） 热加工：铸、锻、焊、热处理 冷加工：车、铣、磨 特种加工：电火花、激光、离子 材料的力学性能: 评价材料在变形、损伤和断裂的抗力和容量的定量指标。 材料的力学行为: 是对材料在外力作用下发生变形、损伤和断裂过程的描述（可用图、表、解析式）。 服役过程: 保持设计要求

7、的外形和尺寸， 保证在服役期内安全地运行。 生产过程: 要求材料具有优良的加工性能。 如压力加工要求优良的塑性和 低的塑性变形抗力。弹性弹性: :是指材料在外力作用下保持和恢复固有形状和尺寸的能力。塑性塑性: :是材料在外力作用下发生不可逆的永久变形的能力强度强度: :是材料对变形和断裂的抗力。寿命寿命: :是指材料在外力的长期或重复作用下抵抗损伤和失效的能力，使零件在服役期内安全运行。不同工况下对各种性能的要求不同（四）、材料的基本力学性能（四）、材料的基本力学性能（五）、材料力学性能表征（五）、材料力学性能表征1、材料软硬程度的表征。2、材料脆性的表征。3、材料抵抗外力能力表征。4、材料变

8、形能力的表征。5、含缺陷材料抗断裂能力的表征。6、材料抵抗多次受力能力的表征。7、新材料及特种材料性能的表征。8、特殊条件下材料性能的表征。（六）、意义（六）、意义1、材料的安全使用（1）防止失效失效形式：过量变形、断裂、磨损、腐蚀（2）减少经济损失美国：1982年为1190亿（占GDP4%）研究认为：采用新技术，可减少1/3损失2、评价材料和相关制备工艺3、合理使用材料二、研究内容和研究方法二、研究内容和研究方法1、研究内容：结合材料的实际服役条件，研究材料在外力作用下力学性能变化的情况。2、研究方法（1）简单到复杂研究典型工况、典型试样A、光滑试样：基本力学性能的测定，失效机理与判据的研究

9、；B、切口试样：更具实际性（贴近实际零部件）C、带裂纹试样：具有实际性（裂纹存在）（2）联系实际情况进行研究三、教材结构和内容教材结构和内容第一部分第一部分: :第一七章 阐述材料在一次加载条件下的形变和断裂过程。所测定的力学性能指标用于评价零件在服役过程中抗过载失效的能力或安全性。第二部分第二部分: :第八十一章 论述疲劳、蠕变、磨损和环境效应四种常见的与时间相关的失效形式。材料对这四种形式失效的抗力将决定零件的寿命。第三部分第三部分: :第十二十四章 介绍陶瓷材料、高分子材料和复合材料的力学性能。四、本课程学习注意问题：四、本课程学习注意问题：（一）学习要求（目的）1、掌握材料基本力学性能

10、的测试原理和方法；2、理解材料在外力作用下失效过程、机制和力学模型；3、理解评价材料的力学性能治标及评价方法；4、理解选优材料的指标、方法，通过优化工艺改善材料的力学性能；5、了解新材料、新技术的发展对材料的力学性能提出的新的要求；（二）学习方法（二）学习方法1 1、加强前后知识的联系：、加强前后知识的联系： 相关课程：相关课程：材料力学、材料科学基础、机械设计、金属热处理、弹塑性力学。2 2、注重实践环节、注重实践环节（1 1）掌握一些经验公式的适用范围和限制；）掌握一些经验公式的适用范围和限制；（2 2）掌握测试原理、设备和方法；）掌握测试原理、设备和方法；（3 3）理论联系实际）理论联系实际: :是实用性很强的一门课程。某些力学性能指标根据理论考虑