2022年材料力学性能总结

1、第PAGE13页共NUMPAGES13页2022年材料力学性能总结第一章二节.弹变1。弹性变形。材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种可恢复的变形称为弹性变形。2.弹性模量：表征材料对弹性变形的抗力3.弹性性能与特征是原子间结合力的宏观体现，本质上决定于晶体的电子结构，而不依赖于显微_，因此，弹性模量是对_不敏感的性能指标。4.比例极限p。应力与应变成直线关系的最大应力。5.弹性极限e。由弹性变形过渡到弹性塑性变形的应力。6.弹性比功。表示单位体积金属材料吸收弹性变形功的能力，又称弹性比应变能。7.力学性能指标。反映材料某些力学行为发生

2、能力或抗力的大小。8.弹性变形特点：应力与应变成比例，产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状9.滞弹性。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，称为滞弹性。10.循环韧性。指在塑性区加载时材料吸收不可逆变形功的能力。11.循环韧性应用。减振、消振元件。_包申格效应。金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载规定残余伸长应力降低的现象，称为包申格效应。_包申格应变。指在给定应力下，正向加载与反向加载两应力应变曲线之间的应变差。14.消除包申格效应：预先进行较大的塑性变形。在第二次反向受力前先使金属材料于回复

3、或再结晶温度下退火。三节：塑性晶粒小可以产生细晶强化。都会使强度增加。3.溶质原子：溶质元素溶入金属晶格形成固溶体，产生固溶强化应变速率越高强度越高。3.细晶强化。晶界是位错运动的阻碍，晶粒小相界多。减少晶粒尺寸会减少晶粒内部位错塞积的数量，减少位错塞积群的长度，降低塞积点处的应力，相邻晶粒中位错源开动所需的外加切应力提高，屈服强度增加。4.固溶强化。在纯金属中加入溶质原子形成固溶合金，将显著提高屈服强度，此即为固溶强化。溶质原子与基体原子尺寸差别越大，引起的弹性畸变越大，溶质原子浓度越高，引起的弹性畸变越大，对位错的阻碍作用越强，固溶强化作用越大。5.影响粒状第二相强化效果的因素。当粒子体积

4、分数f一定时，粒子尺寸r越小、位错运动障碍越多，位错的自由行程越小，强比效果越显著。当粒子尺寸一定时，体积分数f越大，强化效果亦越好。网状分布时，位错堆积，应力不可以松弛，脆性增加.片状球状6.珠光体对第二相的影响。1)片状珠光体，位错的移动被限制在渗碳体片层之间。所以渗碳体片层间距越小，珠光体越细，其强度越高。2)粒状珠光体，位错钱与第二相球状粒子交会的机会减少，即位错运动受阻的机会减少，故强度降低，塑性提高。3)渗碳体以连续网状分布于铁素体晶界上时，使晶粒的变形受阻于相界，导致很大的应力集中，因此强度反而下降，塑性明显降低。7.应变硬化：应变硬化是位错增殖、运动受阻所致8.n表示材料的应变

5、强化能力或对进一步塑性变形的抗力。9.影响n的因素：1)层错能：层错能低，则交滑移难，加工硬化指数高。2)冷热变形退火态n大，冷加工n小3)强度，强度高n低。10塑性的指标：延伸率：试样拉断时所测得的条件延伸率主要反映了材料均匀变形的能力。断面收缩率：断面收缩率主要反映了材料局部变形的能力11.韧性：韧性是指材料在断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。四节：金属的断裂1.裂纹的基本形成过程。裂纹形成和扩展。2.段裂类型：1)根据断裂前金属是否有明显的塑性变形分：脆性断裂_%2)从微观上按照裂纹的走向分：穿晶断裂沿晶断裂3.磨损，腐蚀，断裂是机件的三种失效形式。4.韧性断裂宏观断口。断口粗糙、呈纤

6、维状，灰暗色。1)中、低强度钢光滑圆柱试样拉伸断口呈杯锥状。5.宏观断口三要素：1)纤维区2)放射区3)剪切唇6.塑性变形量越大则放射线越粗。温度降低或材料强度增加，由于塑性降低放射线由粗变细乃至消失。7.影响断口三要素的因素。材料脆性越大，放射区越大，纤维区越小，剪切唇越小。材料尺寸越大，放射区越大，纤维区基本不变。8.脆性断裂宏观断口。脆性断裂的断裂面一般与正应力垂直，断口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状。9.沿晶断裂：当晶界的强度小于屈服强度时，晶界无塑性变形，断裂呈宏观脆性产生冰糖状断口。当晶界的强度大于屈服强度时，晶界有塑性变形，产生石状断口10.微孔聚集型断裂断口微观特征：韧窝。11

7、.微孔聚集型断裂的过程。塑变过程中，位错运动遇到第二相颗粒形成位错环。切应力作用下位错环堆积.位错环移向界面，界面沿滑移面分离形成微孔。位错源重新开动，释放出新位错，不断进入微孔，使微孔长大。在外力的作用下产生缩颈(内缩颈)而断裂(纤维区)，使微孔聚合，形成裂纹；裂纹尖端应力集中，产生极窄的与径向大致呈_度的剪切变形带，新的微孔就在变形带内成核、长大和聚合，与裂纹连接时，裂纹扩展。(大概说出)12.解理断裂。指金属材料在一定条件下(如低温)，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂。13.解理面。由于与大理石的断裂相似，所以称这种晶体学平面为解理面。14.解理断裂过

8、程分为三个阶段：a)塑性变形形成裂纹b)裂纹在同一晶粒内初期长大c)裂纹越过晶界向相邻晶粒扩展15.解理断裂的微观断口特征：1)解理台阶及河流状花样。2)舌状花样16.准解理断裂：穿晶断裂；有小解理刻面；有台阶或撕裂棱及河流花样。第二章一节：材料的软性系数1.值越大，最大切应力分量越大，表示应力状态越“软”，越易于产生塑性变形和韧性断裂。值越小，最大正应力分量越大，应力状态越“硬”，越不易产生塑性变形而易于产生脆性断裂。2.对于塑性较好的金属材料，往往采用应力状态硬的三向不等拉伸的加载方法，以考查其脆性倾向。二节：压缩1.力学性能指标规定非比例压缩应力pc。抗压强度bc。相对压缩率ck和相对断

9、面扩胀率ck2.压缩试验的特点：1)单向压缩试验的应力状态系数2，主要用于拉伸时呈脆性的金属材料力学性能的测定。2)因此塑性材料很少进行压缩试验。3)脆性材料的压缩强度一般高于其抗拉强度。三节：弯曲1.性能指标：可测定脆性或低塑性材料的主要力学性能指标有：规定非比例弯曲应力pb。抗弯强度bb。弯曲模量eb2.弯曲试验的特点：1)试样形状简单、操作方便，不存在拉伸试验时的试样偏斜对试验结果的影响，并可用试样弯曲的挠度显示材料的塑性。2)弯曲试样一侧受拉，一侧受压，表面应力最大，故可较灵敏地反映材料的表面缺陷。3)对于脆性难加工的材料，可用弯曲代替拉伸四节：扭转1.力学性能指标。切变模量g。扭转比

10、例极限p和扭转屈服强度s。抗扭强度2.扭转特点。1)测定那些在拉伸时呈现脆性或低塑性材料的强度和塑性。2)能较敏感地反映出材料表面缺陷及表面硬化层的性能。3)试样长度上的塑性变形是均匀的，不会出颈缩现象。4)扭转时最大正应力与最大切应力在数值上大体相等。五节：缺口试样静载荷试验1.缺口效应效应1：缺口引起应力集中，改变了缺口前方应力状态。由单向应力状态变为两向或三向应力状态。缺口效应2：缺口使塑性材料产生缺口附加强化，使强度增加，塑性降低。六节：硬度1.布氏硬度优点：压痕面积大，不受个别相及微小不均匀性影响，反映平均性能，重现度大。缺点。不同材料变d、f，测d不能直接读数。压痕较大，不宜在零件

11、表面上测定硬度，也不能测定薄壁件或表面硬化层硬度。2.洛氏硬度。压痕深度来表示材料的硬度。3.洛氏硬度优点：适于各种不同硬质材料的检验，不存在压头变形问题;硬度值可直接读出;对试件表面造成的损伤较小，可用于成品零件的质量检验;因加有预载荷，可以消除表面轻微的不平度对试验结果的影响。缺点：不同标尺的洛氏硬度值无法相互比较;由于压痕小，所以洛氏硬度对材料_的不均匀性很敏感4.维氏硬度：测量压痕两对角线的长度后取平均值d。第三章金属在冲击载荷下的力学性能三节：低温脆性1.冲击韧性。是指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。2.材料的冲击韧度值随温度的降低而减小，当温度降低到某一温度范围时

12、，冲击韧度急剧下降，材料由韧性状态转变为脆性状态。这种现象称为“冷脆”。3.低温脆性的本质。低温脆性是材料屈服强度随温度下降急剧增加的结果。4.影响冲击韧性和韧脆转变温度的因素：1.材料因素：a)晶体结构的影响。低、中强度的bcc金属及其合金有冷脆现象。高强度的bcc金属，冷脆转变不明显。fcc金属一般情况下可认为无冷脆现象。2)化学成分：a)加入能形成间隙固溶体的元素，使冲击韧性减小，冷脆转变温度提高b)-fe中加入能形成置换固溶体的元素。c)杂质元素s、p、pb、sn、as等，会降低钢的韧性。3)晶粒尺寸：细化晶粒能使材料的韧性增加，韧脆转变温度降低。4)金相_：强度相同时sbp片p球。2

13、.外在因素。1)缺口越尖锐，三向应力状态越严重脆性转变温度的升高。2)尺寸因素试样尺寸增大，材料的韧性下降，断口中纤维区减少，脆性转变温度升高。3)加载速度外加冲击速度增加，使缺口处塑性变形的应变率提高，促进材料的脆化。5.si、cr等降低层错能，促进位错扩展，形成孪晶、交滑移困难。在-fe中加入ni和mn，能显著地降低冷脆转变温度并提高韧断区的冲击值。第四章金属的断裂韧度1.裂纹扩展的基本形式：1)张开型裂纹2)滑开型裂纹3)撕开型裂纹2.在_轴上裂纹尖端的切应力分量为零，拉应力分量最大，裂纹最易沿_轴方向扩展。3.应力场强度因子k表示裂纹尖端应力场的强弱4.这个临界或失稳状态的ki值就记作

14、kic或kc称为断裂韧度。表征材料对宏观裂纹失稳扩展的抗力。5.gic，也称为断裂韧度或平面断裂韧度，表示材料阻止裂纹失稳扩展时单位面积所消耗的能量6.影响断裂韧性kic的因素：一、内因。1)晶粒尺寸晶粒愈细，kic也愈高。2)合金化固溶使得kic降低。弥散分布的第二相数量越多，其间距越小，kic越低;第二相沿晶界网状分布，晶界损伤，kic降低；球状第二相的kic片状3)夹杂夹杂物偏析于晶界，晶界弱化，增大沿晶断裂的倾向性；在晶内分布的夹杂物起缺陷源的作用，都使材料的kic值下降。4)显微_(1)m_板条m，kic高。针状m，kic低混合m介于二者之间(2)回火_。回火马氏体kic低。回火索氏

15、体kic高。回火屈氏体介于二者之间。(3)贝氏体_上贝氏体低下贝氏体高。(4)残余奥氏体提高kic.(貌似不能考太复杂了，想看自己看书吧)第五章金属的疲劳一节：金属疲劳现象及特点1.疲劳。2022年材料力学性能总结（二）金属力学性能1、拉伸试验条件。光滑试样室温下进行的轴向加载静拉伸。2、屈服强度。许多金属拉伸时会出现物理屈服现象，而又有许多金属没有物理屈服现象。把规定产生_%残余伸长所对应的应力称为屈服强度。3、抗拉强度：是试件拉断以前的最高载荷除以试件原始横断面积，用b表示4、弹性模数的物理意义：(1)弹性模数是弹性应变为_时的弹性应力；(2)弹性模数实际是原子间静电引力的表征，其数值反应

16、了原子间结合力的大小；(3)弹性模数是弹性变形时应力和应变的比值，或比例常数；5、包申格效应。试件预加载产生微量塑性变形，然后再同向加载e升高，反向加载时e下降，我们把这种现象称作包申格效应。6、弹性后效。当试件沿oa加载时，呈线性。在a点保持负荷不变，随时间延长变形在慢慢增加，产生变形ab。到b时卸曲线落到d点。这时可以看到变形od。od称为正弹性后效。随时间的延长，又从d慢慢回复到o，do为反弹性后效。我们把这种与时间有关的弹性变形称为弹性后效。7、金属在加载和卸载时应力应变曲线不重合，形成一个封闭的环，这个环叫做弹性滞后环。8、布氏硬度计。软材料，如低碳钢、铜合金、铝合金、铸铁等。洛氏硬

17、度计。淬火，硬材料。维氏硬度计。涂层，硬度梯度变化的材料。9、金属强化方法。细晶强化，固溶强化，第二相强化，形变强化。10、物理屈服现象。在应力应变曲线上出现应力不增加，时而有所降低，而变形仍在继续进行的现象。产生机制详见p53。11、形变强化的意义：(1)形变强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)形变强化可使金属塑变均匀进行，保证冷变形工艺的顺利实现(3)形变强化可提高金属强度，和合金化、热处理一样，也是强化金属的重要工艺手段(4)形变强化还可降低塑性改善低碳钢的切削加工性能12、颈缩实际过程。塑性变形形变强化塑性变形不停塑性变形转移不出去不停塑变颈缩。13、解理断裂特

18、征。河流花样，解理舌，穿晶断裂。14、光滑试件微孔断裂三个区域。纤维区，放射区，剪切唇。15、应力场强度因子ki。表示在名义应力的作用下，含裂纹体处于弹性平衡状态时，裂纹前端附近应力场的强弱。16、金属的断裂韧性kic是材料常数。材料抵抗裂纹失稳扩展的的能力可用kic来评定17、gi。裂纹扩展单位面积由系统所提供的弹性能量叫做裂纹扩展力或称为裂纹扩展时的能量释放率，简称能量释放率。18、格里菲斯理论优点：与实测值相符，解决了实际强度与理论强度的巨大差异；数学形式上简明。缺点：未考虑塑性变形；对于没有初始微裂纹的材料无法解释。19、裂纹的三种扩展方式。张开型，滑开型，撕开型。20、冷脆：钢在低温

19、冲击时其冲击功极低，这种现象称为钢的冷脆力学本质：温度低于tk时，塑变强度高于正断强度，在塑变前发生正断。物理本质：温度降低时，屈服强度提高造成的。21、韧脆转变温度的确定：能量准则法：以ak值降至某一特定数值时的温度作为tk。断口形貌准则法：按特定断口形貌对应的温度确定tk.22、疲劳宏观断口分为三个区：疲劳裂纹产生区，疲劳裂纹扩展区，最后断裂区23、疲劳线为宏观断口，疲劳辉纹24、损伤度：设试件在循环应力1下的疲劳寿命为nf1，若在该应力幅下循环n_次，则损伤度为n1d1_n1/nf1.25、用非发展裂纹解释过负荷损害界的产生。在疲劳极限的应力下，虽经过无限多次应力循环而未断裂，但金属内部

20、还是存在有宏观尺寸的裂纹，只是这种裂纹在金属内部不发展，故称为“非发展裂纹”，这种裂纹在疲劳极限应力下有一临界尺寸。过载荷应力下造成的裂纹长度如果小于此临界尺寸，则此裂纹在疲劳极限应力下不会发展，即过载荷没有造成损伤。如果大于临界尺寸，则在以后的疲劳极限应力下，此裂纹将不停的发展，以致断裂，即过载荷造成了损伤。另外，在过负荷下即有裂纹向前扩展因素，又有裂纹顶端塑性区产生压应力和变形强化及时效等阻止裂纹增长因素，尤其是阻止裂纹长大到非发展裂纹尺寸，所以会产生过负荷损害界。26、驻留滑移带。反复在原位出现，就像驻扎在那里总也不消失的滑移带称为驻留滑移带。27、表面强化处理提高疲劳极限的原因。表面强化后不仅直接提高了表面层的