材料的力学性能

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1、2.2工程材料的分类及用途工程材料有各种不同的分类方法。若将工程材料按化学成分可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料四大类。金属材料:是最重要的工程材料，包括金属和以金属为基的合金。可分为两大部分：黑色金属材料是指铁和以铁为基的合金（钢、铸铁和铁合金）；非铁金属材料是指黑色金属以外的所有金属及其合金，常用的有铝合金、铜合金、镁合金和锌合金等。无机非金属材料:常用造型无机非金属材料包括玻璃、陶瓷和木材等。1.1材料的种类有机高分子材料有机高分子化合物由大量的大分子构成，而大分子是由一种或多种低分子化合物通过聚合连接起来的

2、链状或网状大分子。因此有机高分子化合物又称高聚物或聚合物。由于分子的化学组成及聚集状态的不同而形成性能各异的高聚物。常用有机高分子材料主要有塑料、橡胶和胶粘剂等。复合材料目前常用的复合材料主要是以聚合物、金属和陶瓷为基体，加入各种增强纤维或增强颗粒而形成的。其力学性能、耐热性能均优于基体材料。因此，复合材料的研制和应用越来越广泛。定义:金属材料的力学性能是指金属材料在不同环境（温度、介质）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。指标:弹性、刚度、强度、塑性、硬度、冲击韧性、断裂韧度和疲劳强度

3、等。1.2材料的性能物理性能：密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等；化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等；工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性、热处理工艺性等。一、拉伸实验与拉伸曲线1.拉伸试样GB6397-86规定《金属拉伸试样》有：圆形、矩形、异型及全截面．常用标准圆截面试样。长试样：L0=10d0;短试样：L0=5d0拉伸试样2.拉伸过程拉伸试样的颈缩现象拉伸试验机eFeFssΔlbΔluΔlpFpΔlFFbbfoop段：比例弹性变形阶段；pe段：非比例弹性变形阶段；平台或锯齿（s段）：屈服阶段；sb段

4、：均匀塑性变形阶段，是强化阶段。b点：形成了“缩颈”。bk段：非均匀变形阶段，承载下降，到k点断裂。断裂总伸长为Of，其中塑形变形Og(试样断后测得的伸长)，弹性伸长gf。(1)应力σ：单位面积上试样承受的载荷。这里用试样承受的载荷除以试样的原始横截面积S0表示:F载荷(N)σ=——(Mpa)S0原始横截面积(mm2)(2)应变ε：单位长度的伸长量。这里用试样的伸长量除以试样的原始标距表示:σΔl伸长量(mm)ε=——l0原始长度(mm)(3)应力－应变曲线（σ-ε曲线）:σeσb形状和拉伸曲线相同，单位不同σs1.弹性:金属材料受外力

5、作用时产生变形,当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。弹性变形:随载荷撤除而消失的变形2.刚度：将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。弹性模量：弹性下应力与应变的比值,表示材料抵抗弹性变形的能力。即：E=σ/ε材料的E越大，刚度越大；E对组织不敏感；零件的刚度主要决定于E，也与形状、截面等有关。3.弹性极限:Fsσs=(MPa)S0试样屈服时的载荷(N)试样原始横截面积(mm2)4.强度:材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力。种类:抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等。(1)屈服点与屈服强度:产生明显塑性变形的最低应力

6、值.Fsσs=(MPa)S0试样屈服时的载荷(N)试样原始横截面积(mm2)σsF0.2σ0.2=(MPa)S0试样原始横截面(mm2)屈服强度(塑性变形量为0.2%，微量塑性变形)试样产生0.2%残余塑性变形时的载荷(Nσ0.2：试样产生残余塑性变形0.2%时的应力试样产生0.2%残余塑性变形屈服点σs、屈服强度σ0.2是零件设计的主要依据；也是评定金属强度的重要指标之一。(2)抗拉强度：试样在断裂前所能承受的最大应力。它表示材料抵抗断裂的能力。是零件设计的重要依据；也是评定金属强度的重要指标之一。σbFb试样断裂前的最大载荷(N)σ

7、b=(MPa)S0试样原始横截面积(mm2)(1)断面收缩率:是指试样拉断处横截面积的收缩量ΔS与原始横截面积S0之比。S0-S1ψ=——-—×100%S0(2)伸长率:是指试样拉断后的标距伸长量ΔL与原始标距L0之比。l1-l0δ=——-—×100%l0塑性指标不直接用于计算，但任何零件都需要一定塑性。防止过载断裂；塑性变形可以缓解应力集中、削减应力峰值。塑性：是指材料在载荷作用下产生塑型变形而不破坏的能力。拉力试样的原标距长度为50mm，直径为10mm，经拉力试验后，将已断裂的试样对接起来测量，若最后的标距长度为71mm，颈缩区的最

8、小直径为4.9mm，试求该材料的伸长率和断面收缩率的值？解：δ５=[（71-50）/50]x100%=42%S0=3.14x(10/2)2=78.5(mm2)S1=3.14x(4.9/2)2=18.85(m