材料力学性能学习要点2Word格式文档下载.docx

1、材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。（或者材料抵抗裂纹扩展的能力，J/m3 ），是材料的力学性能。退火低碳钢静拉伸曲线特征；断口形貌特点；退火低碳钢在拉伸力作用下的变形过程可分为弹性变形、不均匀屈服塑性变形、均匀塑性变形、不均匀集中塑性变形和断裂几个阶段。弹性变形、塑性变形；（1）弹性变形：定义：当外力去除后，能恢复到原来形状或尺寸的变形，叫弹性变形。特点：单调、可逆、变形量很小（0.51.0%）（2）塑性变形：外载荷卸去后，不能恢复的变形。各晶粒变形的不同时性和不均匀性、变形的相互协调性屈服（不均匀塑性变形）、均匀塑性变形、集中塑性变形（缩颈）；（1）屈服（不均匀塑性变形）：在金属塑性变

2、形开始阶段，外力不增加、甚至下降时，变形继续进行的现象，称为屈服。上屈服点、下屈服点 （吕德丝带）（2）均匀塑性变形：屈服之后，缩颈之前的阶段（在这一阶段，塑性变形并是能像屈服平台那样连续流变先去，而需要不断增加外力才能进行，）（3）集中塑性变形（缩颈）：a. 意义 变形集中于局部区域b. 缩颈的判据（塑性变形时，体积不变的条件）eB = n结论：当金属材料真实均匀塑性应变量等于应变硬化指数时，便产生缩颈。所以，n值大时，材料的均匀塑性变形能力强！c. 颈部的三向拉应力状态 承受三向拉应力（相当于厚板单向拉伸，平面应变状态）产生屈服的原因，影响因素分析；机理：外应力作用下，晶体中位错萌生、增殖

3、和运动的过程。影响屈服强度因素：1）内因a. 金属本性及晶格类型位错运动的阻力：晶格阻力（P-N力）；位错交互作用产生的阻力。b. 溶质原子和点缺陷形成晶格畸变（间隙固溶，空位）c. 晶粒大小和亚结构 晶界是位错运动的障碍。要使相邻晶粒的位错源开动，须加大外应力。d. 第二相不可变形第二相，位错只能绕过它运动。可变形第二相，位错可切过。第二相的作用，还与其尺寸、形状、数量及分布有关；同时，第二相与基体的晶体学匹配程度也有关。2）外因 温度提高，位错易运动，s。 例：高温锻造，“乘热打铁” 应变速率提高，s。 应力状态 切应力，s。应变硬化，静力韧度；（1）应变硬化 或称形变强化，加工硬化1）意

4、义 a. 应变硬化和塑性变形适当配合，可使金属进行均匀塑性形变。b.使构件具有一定的抗偶然过载能力。 c. 强化金属，提高力学性能。 d.提高低碳钢的切削加工性能。2）应变硬化机理a. 三种单晶体金属的应力b. 应变硬化机理易滑移阶段：单系滑移hcp金属（Mg、Zn）不能产生多系滑称，易滑移段长。线性硬化阶段：多系滑移位错交互作用，形成割阶、面角位错、胞状结构等；位错运动的阻力增大。抛物线硬化阶段：交滑移，或双交滑移，刃型位错不能产生交滑移。多晶体，一开动便是多系滑移，无易滑移阶段（2）静力韧度：静拉伸时，单位体积材料断裂所吸收的功（是强度和塑性的综合指标）。J/m3工程意义：对按照屈服强度设

5、计、有偶而过载的机件必须考虑。断裂类型（韧性、脆性，沿晶、穿晶，微孔聚合、解理）；断裂分类及特征（表1-7）韧性断裂与脆性断裂的区别与联系；区别：（1） 韧性断裂 断裂特点：断裂前，宏观变形明显；过程缓慢；断裂面一般平行于最大切应力，并与主应力成45o角。（2）脆性断裂断裂特点断裂前基本不发生塑性变形，无明显前兆；断口与正应力垂直。联系：通常，脆断前也产生微量的塑性变形，一般规定： 5时为韧性断裂。可见，金属材料的韧性与脆性是根据一定条件下的塑性变形量来规定的。条件改变，材料的韧性与脆性行为会随之而改变。格里菲斯断裂理论之裂纹扩展力学表达式（表1-8）的数学、物理含义。2应力状态软性系数；应力

6、状态软性系数 的定义：最大切应力与最大正应力之比 式中 最大切应力max按第三强度理论计算，即 max= （1-3） /2 1，3分别为最大和最小主应力。 最大正应力 max 按第二强度理论计算，即, 泊松比。单向拉伸 = 1/2 扭 转 = 1 /（1+）0.8单向压缩 = 1 /（2） 2 应力状态系数的技术意义表示在不同试验方法下（即不同应力状态下）材料塑性变形的难易程度 越大，表示该应力状态下切应力分量越大，材料就越易塑变。把 值较大的称做软的应力状态，值较小的称做硬的应力状态。缺口试样静弯曲曲线，缺口效应；缺口式样静弯曲曲线：曲线下所包围的面积，表示试样从变形到断裂的总功。 总功由三

7、部分组成：（1）只发生弹性变形的弹性功;（2）发生塑性变形的变形功以面积表示；（3）在达到最大载荷Pmax时试样即出现裂纹。如果裂纹到截荷P1点时开始迅速扩展，直至试样完全破断。这一部分功以面积表示，叫作撕裂功。可用断裂功，或Pmax/P1,来表示材料的缺口敏感度。P1 试样发生断裂所对应的作用力。Pmax/P1 =1时，裂纹扩展极快，缺口敏感度最大。缺口效应： 理论应力集中系数 Kt = max/ Kt值与材料性质无关，只取决于缺口的几何形状。拉伸时，缺口试样上的应力分布 弹性状态下: （a）薄板缺口下的弹性应力（平面应力） 缺口根部为单向拉应力状态y，内部为两向拉应力状态， z等于0 。

8、（b）厚板缺口下的弹性应力（平面应变） 缺口根部为两向拉应力状态，内部为三向拉应力状态。 （c） 平面应变时的应力分布 在材料内部，沿厚度方向， z不等于0。（d）平面应变时,局部屈服后的应力分布塑性状态下：塑性较好的材料，若根部产生塑性变形，应力将重新分布，并随载荷的增大，塑性区逐渐扩大，直至整个截面。 应力最大处则转移到离缺口根部ry距离处，该处y，x，z均为最大值。 随塑性变形逐步向试样内部转移，各应力峰值越来越大。试样中心区的y最大。出现“缺口强化”（三向拉应力约束了塑性变形）塑性降低，影响材料的安全使用。常规硬度指标规范（HRA、HRB、HRC）及适用场合。标尺硬度符号压头类型初始实

9、验力F0/N主试验力F1/N总试验力F/N测量硬度范围应用举例AHRA金刚石圆锥98.07490.3588.42088硬质合金、硬化薄钢板、表面薄层硬化钢BHRB1.588mm球882.6980.720100低碳钢、铜合金、铁素体可锻铸铁CHRC137314712070淬火钢、高硬度铸件、珠光体可锻铸铁3冲击弯曲试验冲击韧度、试样规范及断口形貌特征、低温脆性、韧脆转变温度tK及影响因素。断裂分析图（FAD），技术意义和用途，NDT、FTE和FTP的含义和定量关系：技术意义：对低强度钢板进行落锤试验求得NDT温度，可建立断裂分析图。该图是表示许用应力、缺陷（裂纹）和温度之间关系的综合图。它明确提

10、供了低强度钢构件在温度、应力和缺陷（裂纹）联合作用下脆性断裂开始和终止的条件。对低强度钢构件防止脆断设计和选材提供了一个有效方法；可分析断裂事故，帮助积累防止脆性断裂的经验。NDT：零塑性、或无塑性断裂温度；FTE：弹性断裂转变（/折）温度（数值上= NDT+33）FTP：100%纤维断口的断裂温度（数值上= NDT+67），即 塑性断裂转变温度。4断裂韧度裂纹尖端应力强度因子KI、塑性区修正的意义；断裂韧度的影响因素；断裂韧度的实质：（KIC）是材料强度、塑性和结构参量（基体相的强化程度、第二相的大小、数量与分布，晶粒尺寸，裂纹等）的综合性能。KIC应用、计算（本章例一、例二，本章思考习题1

11、7，），有关塑性区修正的问题、表面半椭圆形裂纹形状系数；KIC、KC，有何异同？断裂韧度JIC和GIC、裂纹尖端张开位移C的技术含义（Esp：量纲和断裂条件上理解）5疲劳疲劳概念及其特点，概念：材料在交变应力的作用下，经过一段时间，而发生断裂的现象，叫疲劳。疲劳破坏时无明显的塑性变形，呈现脆性的突然断裂。疲劳断裂是一种非常危险的断裂。疲劳的分类及其特点：（1）分类1）按应力状态 弯曲疲劳、扭转疲劳、拉压疲劳、复合疲劳等。2）按环境 腐蚀疲劳、热疲劳、接触疲劳等。3）按循环周期 高周疲劳、低周疲劳。4）按破坏原因 机械疲劳、腐蚀疲劳、热疲劳（2）疲劳的特点1）断裂应力b，甚至s；2）出现脆性断裂

12、；3）对材料的缺陷十分敏感；4）疲劳破坏能清楚显示裂纹的萌生和扩展，断裂。疲劳曲线，疲劳断口宏观形貌特征，疲劳裂纹形成、扩展和断裂，微观特征；（1）疲劳端口宏观形貌特征：断口拥有三个形貌不同的区域：疲劳源、疲劳区、瞬断区。随材质、应力状态的不同，三个区的大小和位置不同。疲劳裂纹扩展速率曲线；疲劳门槛值（概念）、疲劳寿命估算Paris公式、疲劳过程及裂纹形成与扩展的机理；疲劳门槛值Kth：是阻止疲劳裂纹开始扩展的性能，也是材料力学性能指标常选用Paris公式：da/dN = C（K）n 疲劳过程：裂纹萌生亚稳扩展失稳扩展断裂裂纹萌生的原因：应力集中、不均匀塑性形变。方式：表面滑移带开裂；晶界或其他界面开裂。裂纹扩展的两个阶段：第一阶段 沿主滑移系，以纯剪切方式向内扩展；扩展速率仅0.1m 数量级。第二阶段 疲劳裂纹亚稳扩展；扩展速率达m级。疲劳强度影响因素；（1）材料内因：化学成分 显微组织 非金属夹杂及冶金缺陷（2）材料表面状态和工件结构：表面状态 应力集中；表面粗糙度 残余应力及表面强化（喷丸与滚压）表面及化学热处理低周疲劳和热疲劳的概念低周疲劳：疲劳寿命为102105次的疲劳断裂，称为低周疲劳（在应力较高、循环次数较少的疲劳断裂）（1）局部产生宏观变形，应力与应变之间呈非线性。 （2）裂纹成核期短，有多个裂纹源；断口呈韧窝状、轮胎花样状。 （3） 疲劳寿命取决于