材料力学性能学习要点_(2)

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1、材料力学性能知识框架不同材料（金属、高分子、陶瓷基复合材料）具有怎样的力学性能特点；结合成型与加工、选材和材料改质、改性等项要求，理解各材料力学性能指标（复习不再列出）的含义、物理及技术意义；材料变形与断裂的基本特征（金属为主，了解高分子、陶瓷及复合材料）；结合工件服役（受载、环境因素）条件和材料断口形貌特征，判断材料失效及断裂类型；了解主要力学性能指标的测试方法；分析、把握影响材料主要力学性能指标的主要因素。1．拉伸力学性能强度、塑性、韧性；（1）强度：金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力

2、称为强度。强度是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。（2）塑性：材料受力，应力超过屈服点后，仍能继续变形而不发生断裂的性质（能力）。“δ”-伸长率，“ψ”-断面收缩率。意义：a.确保安全，防止产生突然破坏；b.缓和应力集中；c.是轧制、挤压等冷热加工变形的必要条件；影响因素：a.细化晶粒，塑性↑；b.软的第二相，塑性↑；c.温度提高，塑性↑；d.固溶、硬的第二相等，塑性↓（3）韧性：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

3、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（＜0.5～1.0%）（2）塑性变形：定义：外载荷卸去后，不能恢复的变形。特点：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

4、塑性变形开始阶段，外力不增加、甚至下降时，变形继续进行的现象，称为屈服。特点：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

5、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

6、有关。2）外因温度提高，位错易运动，σs↓。例：高温锻造，“乘热打铁”应变速率提高，σs↑。应力状态切应力τ↑，σs↓。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，

7、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

8、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：Ψ<5%为脆性断裂；>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；应力状态软性系数α 的定义：最大切应力与最大正应力之比式中最大切应力τmax按第三强度理论计