材料结构与性能

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1、材料结构与性能（第一章第二章）读书报告材工09-2冯承刚200907031074第一章材料的结构与形变当材料在外力作用下不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变。材料的受力形变又分为弹性形变和塑性形变。弹性形变在外力的作用下，物体发生形变，当外力撤消后，物体能恢复原状，则这样的形变叫做弹性形变，如弹簧的形变。因物体受力情况不同，在弹性限度内，弹性形变有四种基本类型：即拉伸和压缩形变，切变，弯曲形变和扭转形变。无机材料的形变是重要的力学性能，与材料的制造，加工和使用都有密切的关系。因此，研究无机材料在的受力

2、情况下产生形变的规律是有重要意义的。塑性形变在外力的作用下，物体发生形变，当外力撤去后，物体不能恢复原状，则称这样的形变叫做塑性形变，如橡皮泥的形变等。在分析形变时通常用应力的概念。应力的定义为单位面积上所受的应力，F=s/A应力分量s的下标第一个字母表示应力作用面的法线方向，第二个字母表示应力作用的方向。法向应力若为拉应力则规定为正，若为压应力则规定为负。法向应力导致材料的伸长和缩短，剪应力引起材料的剪切畸变。应力弛豫又称应力松弛，在持续的外力作用下发生变形着的物体，在总的变形值保持不变的情况下，由于徐变变形渐增，弹

3、性变形相应地渐减而引起的物体内部应力随时间延续而逐渐减少的过程。从热力学观点分析，物体受外力作用而产生着一定的变形，如果变形保持不变，则贮存在物体中的弹性势能必将逐渐转变为热能。这种从势能转为热能的过程，即能量消散的过程，也就是应力松弛现象。所以应力松弛也可解释为一个体系因外界原因引起的不平衡状态逐渐转到平衡状态的过程。例如汽缸盖上的螺栓，由于应力松弛，其紧密程度会自动减少，所以每隔一段时间拧紧一次，以防松开漏气。松弛和徐变都是材料的应力应变关系随时间而变化的现象，两者在意义上有密切关系，而在土壤、沥青、木材、水泥混凝

4、土以及一些硅酸盐材料中都有所表面。应变用来表征材料受力时内部各质点之间的相对位移。对于各向同性材料，有三种基本的应变类型：拉伸应变ε、剪切应变γ和压缩应变△。拉伸应变是指材料受到垂直于截面积的大小相等、方向相反并作用在同一直线上的两个拉伸应力时材科发生的形变。剪切应变是指材料受到平行于截面积的大小相等、方向相反的两个剪切应力τ时发生的形变。压缩应变指材料周围受到均匀应力P时，其体积从起始时的V0变化为V1的形变。对于理想的弹性材料，在应力作用下会发生弹性形变，其应力与应变关系服从胡克(Hooke)定律，即应力σ与应变ε

5、成正比：式中的比例系数E称为弹性模量，又称弹性刚度。可见弹性模量是材料发生单位应变时的应力，它表征材料抵抗形变能力(即刚度)的大小。E越大，越不易变形，表示材料刚度越大。可见弹性模量E是一个重要的材料常数，是原子间结合强度的一个标志。弹性模量的单位与应力的单位相同(N／m2)。对应于三种应变类型的弹性模量分别称为杨氏模量E、剪切模量G和体积模量B。弹性模量E反映材料抵抗正应变的能力；切变模量G反映材料抵抗切应变的能力；泊松比μ反映材料横向正应变与受力方向线应变的比值；体积模量B表示材料在三向压缩(流体静压力)下，压强p

6、与体积变化率ΔV／V之间的线性比例关系。一些非晶体，有时甚至多晶体在比较小的应力时可以同时表现出弹性和粘性，成为粘弹性，所有聚合物差不多都表现出这种粘弹性。对于理想的弹性固体，作用应力会立即引起弹性应变，一旦应力消除，应变也随之立刻消除。但对于实际固体这种弹性应变的产生与消除需要有限时间。无机固体和金属这种与时间有关的弹性称为滞弹性。聚合物的粘弹性可以认为仅仅是严重发展的滞弹性。在转变温度附近的玻璃以及高温下许多含有玻璃相的材料，弹性模量不再是和时间无关的参数，而是随时间的增加而降低。这是由于高温下，应力的作用使一些原

7、子从一个位置移动到另一个位置。在这种情况下，形变是滞弹性或是粘弹性的。这种形变绝大部分在应力除去后或施加相反方向的应力时，可以恢复，但不是瞬时恢复，是逐渐恢复。当对粘弹性体施加恒定应力σ时，其应变随时间而增加。这种现象叫做蠕变。此时弹性模量E也将随时间而减小。如果施加恒定应变ε，则应力将随时间而减小，这种现象叫弛豫。此时弹性模量E也随时间而降低。超塑性是指材料在一定的内部条件和外部条件下，呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能的现象。超塑性的特点有大延伸率，无缩颈，小应力，易成形。最近超塑性成形工艺将在航天、汽车、车

8、厢制造等部门中广泛采用，所用的超塑性合金包括铝、镁、钛、碳钢、不锈钢和高温合金等。塑性形变是指一种在外力移除后不能恢复的形变。无机材料的塑性形变，远不如金属塑性形变容易。也就是说，常温下陶瓷材料易碎而金属材料摔不碎。材料经受住此种变形而不破坏的能力叫延展性。无机材料的致命弱点就是在常温下大都缺乏这种性能，使得材料的应用大大受到限制