2023年材料力学性能总结新编.docx

材料力学性能总结 材料力学性能 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表达，本质上决定于晶体的电子结构，而不依赖于显微组织，因此，弹性模量是对组织不敏感的性能指标。 4.比例极限σp。应力与应变成直线关系的最大应力。 5.弹性极限σe。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。 2023.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。 12.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，规定剩余伸长应力增加；反向加载规定剩余伸长应力降低的现象，称为包申格效应。 13.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或再结晶温度下退火。三节：塑性 1.塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力.2.影响材料屈服强度的因素：㈠内在因素.1.金属本性及晶格类型.主滑移面位错密度大，屈服强度大。 2.晶粒大小和亚结构.晶界对位错运动具有阻碍作用。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。4，第二相.a.不可变形的第二相绕过机制.留下一个位错环对后续位错产生斥力，b.可以变形的第二相切过机制.由于，质点与基体间晶格错排及位错切过第二相质点产生新界面需要做功，使强度增加。二）外在因素： 1.温度温度越高原子间作用越小位错运动阻力越低2.应变速率。应变速率越高强度越高。 3.应力状态.切应力分量越大强度越低 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。在纯金属中参加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异越大，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时机减少，即位错运动受阻的时机减少，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，那么交滑移难，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。2023塑性的指标：①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。②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.裂纹的根本形成过程。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ψ5%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.塑性变形量越大那么放射线越粗。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，纤维区根本不变。 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2023.微孔聚集型断裂断口微观特征：韧窝。 11.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，界面沿滑移面别离形成微孔。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45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），当外加正应力到达一定数值后，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）解理台阶及河流状把戏。2）舌状把戏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把戏。 第二章 一节：材料的软性系数 1.α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。α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σpc。抗压强度σbc。相对压缩率δck和相对断面扩胀率ψck2.压缩试验的特点：1）单向压缩试验的应力状态系数α＝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σpb。抗弯强度σbb。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，外表应力最大，故可较灵敏地反映材料的外表缺陷。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。扭转比例极限τp和扭转屈服强度τs。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外表缺陷及外表硬化层的性能。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，不宜在零件外表上测定硬度，也不能测定薄壁件或外表硬化层硬度。 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;对试件外表造成的损伤较小，可用于成品零件的质量检验;因加有预载荷，可以消除外表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组织的不均匀性很敏感 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，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）参加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）α-fe中参加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）金相组织：强度相同时s>b>p片>p球。 2.外在因素。1）缺口越锋利，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α-fe中参加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.裂纹扩展的根本形式：1）张开型裂纹2）滑开型裂纹3）撕开型裂纹 2.在x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x轴方向扩展。 3.应力场强度因子kⅠ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）显微组织（1）m组织板条m，kic高。针状m，kic低混合m介于二者之间