工程材料力学性能

❖ 6〕不仅适用于脆性也适用于塑性金属材料。
❖ 7〕 缺点 外表切应力大，心部小，变形不均匀。
二、扭转实验 扭转试样：圆柱形式〔d0=10mm，L0=50m或100mm〕 试验方法：对试样施加扭矩T，相对扭转角以Φ表示
弹性范围内外表的切应力和切应变
扭转试验可测定以下主要性能指标： (1) 切变模量G
在弹性范围内,Kt的数值决定于缺口的几何形状和 尺寸 与材料性质无关.
❖ 2.厚板： ❖ εz=0, σz≠0 ❖ 根部:两向拉伸力状态， ❖ 内侧:三向拉伸的立体应力平面应变状态， ❖ σz ＝ν〔σy＋σx〕 ❖ σy>σz >σx
3.缺口效应： 1〕根部应力集中 2〕改变缺口的应力状态，由单向应力状态改变为两
思考题： ❖ 1 缺口效应及其产生原因； ❖ 2 缺口强化； ❖ 3 缺口敏感度。
❖
第六节 硬度
前言 •古时，利用固体互相刻划来区分材料的软硬 •硬度仍用来表示材料的软硬程度。 •硬度值大小取决于材料的性质、成分和显微组织，测
量方法和条件不符合统一标准就不能反映真实硬度。 •目前还没有统一而确切的关于硬度的物理定义。 •硬度测定简便，造成的外表损伤小，根本上属于“无
可利用扭转试验研究或检验工件热处理的外表质量和各 种外表强化工艺的效果。
❖ 4)扭转时试样中的最大正应力与最大切应力在数值 上大体相等，而生产上所使用的大局部金属材料的 正断抗力 大于切断抗力 ，扭转试验是测定这些材 料切断抗力最可靠的方法。
❖ 5〕根据扭转试样的宏观断口特征，区分金属材料 最终断裂方式是正断还是切断。
油孔，台阶，螺纹,爆缝等对材料的性能影响有以下 四个方面： ❖ 1 缺口产生应力集中 ❖ 2 引起三向应力状态,使材料脆化 ❖ 3 由应力集中产生应变集中 ❖ 4 使缺口附近的应变速率增高

材料的力学性能有哪些
1材料力学性能
材料力学性能是指材料受外力作用时产生的结构变形以及产生的变形所抵抗的力之间的相互关系。

材料力学性能决定着物体能够承受多大载荷，从而保证物体的安全和稳定性，也是应用工程材料的重要考量标准。

材料力学性能的分类：
1.1弹性性能
弹性性能是指材料受外力作用时能够承受的恢复力的大小，是衡量材料的强度的重要指标。

包括屈服强度、抗拉强度、抗压强度和断裂强度等级。

若外力作用则材料发生变形，材料结构恢复后变形越小，弹性性能越好。

1.2理论性能
理论性能是指材料在不受外力作用时产生的固有属性，一般包括形状、尺寸、密度、抗剪强度、压缩性能等。

这些性能判断材料的加工性能。

1.3定向性能
定向性能是指材料在特定方向受外力作用时，所产生的变形程度以及抵抗力的大小，一般包括抗断裂性能、抗拉伸性能、抗压缩性能以及特殊材料（如硅胶、聚氨酯）的韧性，用来测试其在特定应用场合时的表现。

1.4加工性能
加工性能是指材料加工时机械性能指标，一般包括热处理性能、热变形性能、焊接性能以及表面质量等。

1.5材料寿命性能
材料寿命性能是指材料受到温度、湿度、外力等作用时的抗老化性能，是材料用途的重要考量标准，一般包括热稳定性、导热性能、环境老化性能、化学稳定性等。

以上就是材料的力学性能的分类及指标，它们的测试可以反映出一种材料的强度、稳定性、耐久性及环境效应等状况。

选择合适的材料并使之满足应用要求，需要对材料力学性能做出合理评估。

工程材料力学性能1. 引言工程材料力学性能是指材料在外力作用下的力学行为和性能特征。

能够准确评估材料的力学性能对于工程设计和材料选择具有重要意义。

本文将介绍一些常见的工程材料力学性能参数及其测试方法。

2. 抗拉强度抗拉强度是衡量材料抗拉能力的指标，通常用Mpa（兆帕）表示。

该值表示材料能够承受的最大拉伸力。

一般情况下，抗拉强度越高，材料的抗拉性能越好。

抗拉强度的测试可以通过拉伸试验来完成。

在拉伸试验中，标准试样会受到均匀的拉力，直到发生材料破裂。

通过测量试样的最大载荷和横截面积，可以计算出抗拉强度。

3. 弹性模量弹性模量是衡量材料刚性和变形能力的指标，通常用Gpa （千兆帕）表示。

弹性模量越大，材料的刚性越好，变形能力越小，即材料在外力作用下不容易发生变形。

弹性模量的测试可以通过弹性试验来完成。

在弹性试验中，标准试样会受到一定的载荷，然后释放。

通过测量载荷-变形关系的斜率，即应力-应变的比值，可以计算出弹性模量。

4. 屈服强度屈服强度是材料在拉伸过程中突破弹性极限后的抗拉能力，通常用Mpa表示。

屈服强度代表了材料的韧性和延展性。

材料的屈服强度越高，其抗变形性能越好。

屈服强度的测试可以通过拉伸试验或压缩试验来完成。

在拉伸试验中，标准试样会受到逐渐增加的拉力，直到发生塑性变形。

通过测量试样的屈服点和横截面积，可以计算出屈服强度。

5. 硬度硬度是衡量材料抗外界划痕和压痕能力的指标。

常见的硬度测试方法包括布氏硬度（HB）、维氏硬度（HV）、洛氏硬度（HRC）等。

硬度测试方法根据材料的硬度特性进行选择。

例如，布氏硬度适用于较软的金属材料，而维氏硬度适用于硬度较高的金属材料。

硬度的测试结果通常以单位压力下形成的压痕直径或者硬度值表示。

6. 断裂韧性断裂韧性是衡量材料抵抗破裂扩展的能力以及吸收塑性能力的指标。

常用的断裂韧性测试包括冲击试验和拉伸试验。

冲击试验通常用于低温下材料的断裂韧性测试。

在冲击试验中，冲击试样受到快速施加的冲击载荷，通过测量试样的断裂能量和断口形貌，可以评估材料的断裂韧性。

工程材料力学性能
工程材料力学性能是指材料在受力作用下所表现出的各种力学特性。

包括材料的强度、刚度、韧性、耐久性、变形特性等。

首先，强度是指材料在受力情况下的抗拉、抗压、抗剪等能力。

强度高的材料能够承受更大的外力，具有更高的抗破坏能力。

常见的工程材料如钢材、混凝土等都具有很高的强度，可以满足不同工程的需求。

其次，刚度是指材料对外力的响应程度。

刚度高的材料在受力时会有较小的变形。

材料的刚度可通过弹性模量来表示，常见的高刚度材料有钢材、铝合金等。

刚度高的材料适用于需要保持结构稳定的工程。

韧性是指材料在受力下的延展性和断裂韧性。

韧性高的材料能够在受力时发生一定的塑性变形而不断裂。

例如，钢材的韧性较好，可以在受力下发生较大的塑性变形，从而吸收能量，减轻外部冲击造成的损伤。

耐久性是指材料在长期使用和外界环境条件的影响下保持其力学性能的能力。

耐久性好的材料不易受到腐蚀、氧化等因素的影响，能够保持较长时间的使用寿命。

例如，不锈钢具有较好的耐久性，可以用于长期在潮湿环境中工作的工程。

变形特性是指材料在受力下发生形变的特点。

包括弹性变形和塑性变形。

弹性变形是指材料在力加载时产生的可恢复的形变，而塑性变形是指材料在超过其弹性限度后产生的不可回复的形
变。

材料的变形特性对于结构设计和材料选择非常重要。

综上所述，工程材料力学性能是描述材料在受力下的各种力学特性的指标。

通过对不同材料的力学性能的研究和评估，可以确保工程结构的安全可靠性，满足不同工程的实际需求。

工程力学中的材料力学性能测试与评估工程力学是研究物体受力和变形规律的学科，而材料力学性能测试与评估则是工程力学中的关键环节。

在工程项目中，对材料的力学性能进行准确的测试和评估，对于确保工程质量和安全至关重要。

本文将介绍工程力学中常用的材料力学性能测试方法，以及评估这些测试结果的方法和标准。

一、拉伸性能测试与评估拉伸性能是衡量材料抗拉强度和延展性的重要指标。

常见的拉伸性能测试方法包括拉伸试验和屈服点测试。

拉伸试验通过施加逐渐增大的拉力，测量材料在拉伸过程中的应力和应变关系。

而屈服点测试则是在拉伸试验中，通过测量材料的屈服点来判断材料的抗拉性能。

在对拉伸性能进行评估时，常用的指标有抗拉强度、屈服强度和断裂延伸率等。

抗拉强度是材料在拉伸过程中最大的抗拔应力，而屈服强度是材料开始塑性变形的应力。

断裂延伸率则是材料在断裂前的拉伸过程中发生的延伸程度。

根据工程设计的需要，对于不同材料的拉伸性能指标有相应的要求和标准。

二、压缩性能测试与评估压缩性能是描述材料在压缩作用下的抗压能力的指标。

与拉伸性能测试类似，常用的压缩性能测试方法包括压缩试验和屈服点测试。

压缩试验通过施加逐渐增大的压力，测量材料在压缩过程中的应力和应变关系。

而屈服点测试通过测量材料在压缩试验中的屈服点来判断材料的抗压性能。

在对压缩性能进行评估时，常用的指标有抗压强度、屈服强度和残余应变等。

抗压强度是材料在压缩过程中最大的抗压应力，屈服强度是材料开始塑性压缩的应力。

残余应变则是材料在压缩过程中恢复到原始形状前的变形程度。

不同材料的压缩性能指标也有相应的要求和标准。

三、剪切性能测试与评估剪切性能是描述材料在受到剪切力时的变形和破坏特性的指标。

常用的剪切性能测试方法包括剪切试验和剪切强度测试。

剪切试验通过施加剪切力，测量材料在剪切过程中的应力和应变关系。

剪切强度测试则通过测量材料的剪切强度来评估材料的抗剪特性。

在对剪切性能进行评估时，常用的指标有抗剪强度、剪切模量和剪切应变等。

TEM微观形貌（疲劳辉纹）， 显示疲劳断口光亮区裂纹缓 慢扩展过程
疲劳断裂实例
硬度
硬度——衡量材料软硬程度的性能指标，分压入法和刻划法两类 压入法硬度表征材料弹性、微量塑性变形抗力及形变强化能力等，常用的有布氏 硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和维氏硬度（HV）。 数值
HB P 0.204P F D ( D D 2 d 2 )
e de dl l ln ln(1 ) l0 l l0
l
S Ke n
其中，S为真应力，e为真应变，K为常数，n——形变强 化指数。 一些金属材料的形变强化指数 材料 n Al ~0.15 -Fe ~ 0.2 Cu ~ 0.30 18-8不锈钢 ~ 0.45
金属压力加工
硬度测试的优点：
制样简单，设备便宜；
基本上是非破坏性； 可大致预测其它一些力学性能。
冲击韧性
冲击韧性——表征材料抵抗冲击载荷的能力。 指标：冲击韧性（冲击值）KU（ KV ）
mg (h h) KU ( KV ) J/cm2 A • 冲击试验标准试样： • U型缺口（梅氏试样） • V型缺口（夏氏试样）
670℃加热（完全再结晶）
750℃加热（晶粒长大）
屈服强度——条件屈服强度
屈服强度s——材料开始产生塑性变形时的应力
条件屈服强度s：
产生0.2%残余变形
时的应力值
屈服强度
s
低碳钢的拉伸应力-应变曲线 以下屈服点的屈服应力为屈服强度
抗拉强度、断裂强度
抗拉强度（强度极限，UTS）
b——试样断裂前承受的最

c s cos cos
c称为晶体的临界分切应力，其数值取决于材料的本性、温

表示方式：600HBW1/30/20 350HBW5/750
第二节 材料的硬度 一、布氏硬度HBW 补充说明： （1）硬度超过HB650的材料，不能做布氏硬度试验，这是因为
所采用的压头，会产生过大的弹性变形，甚至永久变形，影 响实验结果的准确性，这时应改用洛氏和维氏硬度试验。 （2）每个试样至少试验3次。试验时应保证两相邻压痕中心的 距离不小于压痕平均直径的4倍，对于较软的金属则不得小于 6倍。压痕中心距试样边缘的距离不得小于压痕直径的2.5倍， 对于软金属则不得小于3倍
可用硬度试验机测定，常用的硬度指标有布氏硬度 HBW、 洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和维氏硬度HV
第二节 材料的硬度 一、布氏硬度HBW （一）试验原理
布氏硬度试验规范
3 8
第二节 材料的硬度 一、布氏硬度HBW （二）应用范围
布氏硬度主要用于组织不均匀的锻钢和铸铁的硬度 测试，锻钢和灰铸铁的布氏硬度与拉伸试验有着较好的对 应关系。布氏硬度试验还可用于有色金属和软钢，采用小 直径球压头可以测量小尺寸和较薄材料。布氏硬度计多用 于原材料和半成品的检测，由于压痕较大，一般不用于成 品检测。
最大力伸长率（Agt)：最大 力时原始标距的伸长与原 始标距之比的百分率。
最大力非比例伸长率（Ag)
二、拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义
断后收缩率（Z）：断裂后试样横截面积的最大缩减量与原始横截面 各之比的百分率。
第二节 材料的硬度
材料抵抗其他硬物压入其表面的能力称为硬度，它 是衡 量材料软硬程序的力学性能指标。
洛氏硬度计
第二节 材料的硬度 二、洛氏硬度HR （一）实验原理
第二节 材料的硬度 二、洛氏硬度HR (二)应用范围（共15个标尺） 示例：60HRBW

材料力学性能材料力学性能是指材料在外力的作用下所表现出来的力学特性和性能。

材料力学性能的评价是材料工程中非常重要的一个方面，它直接关系到材料的使用性能和安全性。

下面就常见的材料力学性能进行简要介绍。

1. 强度：材料的强度是指材料在外力作用下抗变形和断裂的能力。

强度是材料力学性能中最基本和重要的指标之一。

常见的强度指标有拉伸强度、屈服强度、抗压强度、剪切强度等。

2. 韧性：材料的韧性是指材料在受到外力作用下的抗冲击和抗断裂能力。

韧性可以通过材料的断裂韧性、冲击韧性等指标来评价。

高韧性的材料具有良好的抗冲击和抗断裂性能。

3. 塑性：材料的塑性是指材料在受到外力作用下能够发生可逆的形变。

材料的塑性可以通过塑性应变、塑性延伸率、塑性饱和应变等指标来描述。

常见的塑性材料有金属材料和塑料材料。

4. 刚性：材料的刚性是指材料在受到外力作用下不易发生形变的能力。

刚性材料具有较高的弹性模量和抗弯刚度。

常见的刚性材料有钢材和铝合金等。

5. 弹性：材料的弹性是指材料在受到外力作用后能自行恢复原状的能力。

弹性材料具有较高的弹性模量和较小的应变率。

常见的弹性材料有弹簧钢和橡胶等。

6. 硬度：材料的硬度是指材料抵抗外部物体对其表面的压入的能力。

硬度指标可以通过洛氏硬度、布氏硬度、维氏硬度等来表示。

硬度高的材料具有较好的抗划伤和抗磨损性能。

7. 耐磨性：材料的耐磨性是指材料在长时间摩擦和磨损作用下的抗磨损能力。

耐磨性可以通过磨损试验来评价。

高耐磨性的材料具有较长的使用寿命。

总的来说，材料力学性能是评价材料使用性能的重要指标，不同材料的力学性能差异很大，选择合适的材料可以提高产品的使用寿命和安全性。

在材料工程中，需要根据具体应用要求和工作环境选择合适的材料，并通过力学性能的评价来保证材料的质量和可靠性。

工程材料力学性能工程材料力学性能是指材料在力的作用下的反应和变形能力，主要包括强度、韧性、延展性、硬度、抗疲劳性、耐腐蚀性和温度承受能力等。

材料力学性能的好坏对工程建设和材料选择至关重要。

本文将从强度、韧性和延展性三个方面来探讨工程材料力学性能。

一、强度强度是指材料在受载时抵抗破坏的能力。

工程中使用的材料常常会受到连续和间歇的荷载和外力的作用。

如果材料在受力时能够保持整体的完整性和稳定性，那么可以说该材料具有良好的强度。

强度通常分为静态强度和动态强度两种。

静态强度指材料在静态荷载下的抗拉强度、抗压强度、屈服强度等。

一般来说，材料的静态强度越高，使用范围越广，但也需要考虑材料的重量、成本等其他方面因素。

在材料的选择中，需要根据具体的应用场景选择适当的强度。

动态强度指材料在动态荷载下的抗拉强度和抗压强度。

工程中常出现的冲击荷载、振动荷载、爆炸荷载等都属于动态荷载，因此动态强度是一个十分重要的性能指标。

在深水油田开发中，海底管线通常受到海流、海浪等动态荷载的作用，因此管道材料的动态强度也是一个重要的因素。

二、韧性韧性是指材料在发生变形时能够继续承受载荷的能力。

在工程建设中，材料通常需要承受多种类型的荷载，在发生局部破坏时需要具有一定的韧性才能维持完整性。

如果材料的韧性不足，就容易出现断裂、疲劳、裂纹等问题。

韧性通常分为断裂韧性和塑性韧性两种。

断裂韧性指材料在破坏前的吸收能量的能力，而塑性韧性指材料发生塑性变形时吸收能量的能力。

这两种韧性都是衡量材料耐久性和疲劳性的重要指标。

三、延展性延展性是指材料在受到拉力或挤压力作用下，在不断变形的过程中产生的延伸量。

高延展性的材料能够在受到外力时在一定程度上发生形变，而不是立即断裂或产生异形。

延展性通常用材料的伸长率和断后伸长率来衡量。

延展性对于金属、塑料、橡胶等许多工程材料都很重要，因为它们可以在受到重要载荷时产生适当的挠曲，从而减轻载荷。

例如，在建筑结构和机械工程中广泛应用高延展性的钢材，因为它能够缓冲瞬间高峰负荷并保持结构稳定。

材料的力学性能材料的力学性能是指材料在外力作用下的力学行为和性能表现。

力学性能是材料工程中非常重要的一个指标，它直接关系到材料的使用寿命、安全性和可靠性。

材料的力学性能主要包括强度、韧性、硬度、塑性、蠕变等指标。

首先，强度是材料抵抗外力破坏的能力。

常见的强度指标包括抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等。

抗拉强度是材料在拉伸状态下抵抗断裂的能力，抗压强度是材料在受压状态下抵抗破坏的能力，抗弯强度是材料在受弯曲状态下抵抗破坏的能力。

强度指标直接反映了材料的抗破坏能力，是衡量材料力学性能的重要参数。

其次，韧性是材料抵抗断裂的能力。

韧性是指材料在受外力作用下能够吸收大量的变形能量而不断裂的能力。

韧性好的材料具有良好的抗冲击性能和抗疲劳性能，能够在外力作用下保持良好的形状和结构完整性。

再次，硬度是材料抵抗划痕和穿刺的能力。

硬度是材料抵抗外界硬物划破或穿透的能力，是材料抵抗局部破坏的重要指标。

硬度高的材料通常具有较好的耐磨性和耐磨损性能，能够在恶劣环境下保持较长时间的使用寿命。

此外，塑性是材料在受力作用下发生形变的能力。

塑性好的材料能够在外力作用下产生较大的变形，具有良好的加工性能和成形性能。

材料的塑性直接影响到材料的加工工艺和成型工艺，是材料加工和成形的重要指标。

最后，蠕变是材料在长期受力作用下发生变形和破坏的现象。

蠕变是材料在高温、高压、长期受力作用下产生的一种渐进性变形和破坏，是材料在高温高应力环境下的重要性能指标。

综上所述，材料的力学性能是衡量材料质量和可靠性的重要指标，强度、韧性、硬度、塑性和蠕变是材料力学性能的重要方面。

在材料设计、选材和工程应用中，需要充分考虑材料的力学性能，选择合适的材料以满足工程需求。

同时，通过合理的材料处理和改性，可以改善材料的力学性能，提高材料的使用寿命和安全可靠性。

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(mm2) Ψ=[(S0-S1)/S0]x100%=24%
练习题二
某工厂买回一批材料（要求： бs≥230MPa；бb≥410MPa；δ5≥23%； ψ≥50%）．做短试样（ｌ0=5ｄ0；ｄ 0=10mm）拉伸试验，结果如下： Fs=19KN，Fb=34.5KN；l1=63.1mm； d1=6.3mm;问买回的材料合格吗？
时间。如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球 在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏 硬度值为120。
布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头 还硬的材料。
适于测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。
2．洛氏硬度：
延伸率 延伸率与试样尺寸有关；δ5、δ10 (L0=5d,10d)
思考:同一材料δ5 ＞ δ10？
断面收缩率
> 时，无颈缩，为脆性材料表征；
拉
< 时，有颈缩，为塑性材料表征。
伸 试
样
的
颈
缩
现
象
断裂后
练习题一
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，颈缩区的最小直径为4.9mm，试求该材料的伸长率 和断面收缩率的值？
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等。

1、工程材料的应力曲线有几种典型形式？其主要特征如何？各为什么材料所特有A脆性材料，只发生弹性形变不发生塑性形变；平断口（大多数玻璃陶瓷岩石横向交联很好的聚合物）b塑性材料屈服点后发生塑变；加工硬化；颈缩；杯状断口（调质钢一些轻合金）c塑性材料；屈服平台，颈缩（退火低碳钢，某些有色金属）d无颈缩塑性材料（铝青钢奥氏体高锰钢）e拉伸不稳定；塑性材料（低熔指固溶体铝合金及含杂质的铁合金）2、何谓材料的强度？塑性？3、何谓材料的强度指标？塑性指标有何工程意义？强度指标：反映材料对塑性变形和断裂抗力的指标，塑性指标：反映材料塑性变形能力的指标（延伸率&k=lk-l0/l0x100% 断面收缩率faik=A0-Ak/A0x100%）意义：a保证零件的安全运行b塑性变形能力是塑性加工的基础4、何谓循环韧性其工程意义如何？交变载荷下，由于弹性后效得到弹性滞后环，环的面积表示交变载荷下能量的损耗，也称为弹性滞后环，它的大小代表金属在单向循环应力或交变循环应力作用下，以不可逆方式吸收能量而不破坏的能力，也就是代表着金属靠自身来消除机械振动的能力，循环韧性大，表示消振性好1、何谓物理屈服现象其工程意义如何受力式样在外力达到某一特定值后开始发生大规模塑性变形的现象称为屈服它标志着材料的力学响应由弹性变形阶段进入塑性变形阶段上屈服点下屈服点屈服应变量物理屈服现象实际上反映了材料的不均匀变形过程2、何谓应变时效其原因是什么经变形和时效处理后材料的塑性韧性降低脆性增强的现象称为应变时效退火状态下合金中的位错多为C,N原子气团钉札这是产生明显屈服点物理原因。

经塑性变形后大量位错摆脱气团的影响若卸载后立即重新拉伸被甩掉后的C.N原子来不及形成新的气团故对位错运动无影响不会重新出现屈服点若卸载后时效处理被甩掉的溶质原子有足够的时间重新形成气团钉札位错拉伸后重新出现屈服点使材料强度上升塑韧性下降3、比较条件应力应变和真实应力应变的异同异：a弹性变形极小弹性变形部分几乎与纵坐标重合b应力相等时真应变小于条件应变c应变相等时真应力大于条件应力d随塑性变形的发展材料一直在形变强化条件应力-应变曲线上颈缩后应力降低是一种假象4、何谓形变强化现象？其规律如何表征？其工程意义如何？变形强度：规律表征：屈服点到颈缩之间的形变强化规律可用Hollomon公式描述S=Ken次方K为强度系数E为真实塑性应变n为应变强化指数材料形变强化特征主要反映在n值大小上（n=0理想塑性材料一般金属材料n=0.1~0.5 n=1理想弹性材料）n的大小表示材料的应变强化能力或对进一步塑性形变的抗力工程意义：a保证零件安全运行b对于不能进行热处理强化的材料形变强化是工程上强化材料的重要手段c可以保证某些冷成型工艺的顺利进行1、韧性断裂：断裂前和宏观塑性变形的断裂（切离微孔聚集型断裂）低应力脆断：在弹性应力范围内一次加载引起的脆断一般所谓脆性断裂仅指低应力脆断解理断裂：在拉应力作用下沿一定晶面劈开的断裂形式仅见于BCC Hcp点阵金属为基的金属材料2、延性断口有哪些部分组成是如何形成的延性断口：切离型式断口（韧状断口尖锥状断口）微孔聚集型断裂断口：杯锥状断口（纤维区放射区剪切唇）颈缩开始后颈部由单向应力变为三响应力状态变形集中在颈部进行危险截面中心轴向应力最大变形受到的约束最严重是微孔损伤发展最剧烈的地方微孔形成长大并聚集形成微裂纹裂纹尖端存在应力集中促进新的微孔开裂与长大以及微裂纹的连结纤维区裂纹扩展到临界尺寸之后剩余有效截面积不足以承受现有载荷时裂纹失稳扩展快速撕裂形成具有放射状花样特征的比较平坦光亮的断裂区-放射区裂纹快速扩展至接近表面时由于表面变形不受约束在与拉伸轴体线成45°方向上形成剪切断口-剪切唇3、沿晶断裂的原因是什么晶界受到损伤时其变形能力被削弱不足以协调相邻晶粒的变形时便形成沿晶开裂1、缺口的危害有哪些？缺口效应：a缺口部分应承担的外力传递给缺口前方的材料产生应力集中现象b缺口根部产生三向应力状态c缺口强化：缺口诱发三向应力状态材料变形受到约束塑性区扩大使缺口试样屈服强度提高2、如何评定材料的缺口敏感性各有什么特点缺口敏感性：金属材料因存在缺口造成三向应力状态和应力集中而变脆的倾向缺口试样静拉伸和偏拉伸试验结果的比值用以评定材料缺口敏感性缺口试样冲击实验则是以冲击性能指标的绝对值评定材料的缺口敏感性3、冲击实验的特点是什么？为何在工程上得到广泛应用试样尺寸小加工方便操作容易实验快捷4、何谓低温脆性？哪些材料易发生低温脆性？工程上有哪些方法评定材料低温脆性低温脆性：随温度降低金属材料由韧性断裂转变为脆性断裂的现象；以体心立方为基的金属材料如中低强度钢和铍等；系列温度冲击实验1、应力场强度因子应有何重要物理意义衡量裂纹顶端应力场强烈程度决定于应力水平裂纹尺寸和形状在一定意义上可以用来描述裂纹扩展的动力2、如何正确应用Ki=K2cKI K2c表示材料对裂纹扩展的阻力称为平面应变断裂韧度Ki=Kic左边为裂纹顶端的应力强度因子右边为材料本身固有性能实际上是用应力场强度因子的临界值表示材料的断裂韧度对于含有中心穿透裂纹的无限宽板断裂判据KI=6根号下pai a=Kic推出6c=Kic/根号pai a 即可求裂纹失稳扩展时的应力值或当工作应力已知时求失稳时的裂纹尺寸3、高强度材料为什么对缺口极其敏感高强材料：6s>1400uPa本质：是由高强材料的组织特征与裂纹顶端应力应变特征共同作用的结果高强材料组织特征为在较强的固溶体基体上弥散地分布着析出相质点裂纹顶端塑性区小但塑性区内出现析出相质点几率很大靠裂纹顶端的析出相质点附近由应力集中易形成微孔开裂并长大很快与裂纹顶端实现裂纹体的岩裂此时由于塑性区小弹性区大故名义应力可能很低甚至低于6s1、什么是疲劳疲劳破坏的特征及断口特点是什么疲劳：由于承受变动载荷而导致裂纹萌生和扩展以至断裂失效的全过程疲劳破坏特征：a 脆性断裂突发性无预兆b断裂时名义应力低c是累积损伤过程；断口特点：断口由疲劳源裂纹扩展区疲劳断裂区三区组成；裂纹扩展区有贝壳或海滩状弧线它的尺寸取决于应力水平和材料的断裂韧性2、什么是高周疲劳，什么是低周疲劳如何进行表征高周疲劳：变动载荷作用下，循环周次大于10的5此方的疲劳以材料最大应力6max或应力半振幅6a对循环寿命N的关系和疲劳极限6r来表征低周疲劳：循环周次小于10的5此方的疲劳以应变寿命曲线和循环应力应变曲线表征3、工程疲劳设计中为什么要用P-S-N曲线代替S-N曲线疲劳试验分散数据分散性大，按常规组成的S-N曲线的设计依据为存活率50%而在工程实践中对一些重要场合需严格控制失效概率因此作为设计依据的S-N曲线上应同时标明失效概率4、改善疲劳强度的方法有哪些多数疲劳裂纹都在表面产生所以任何提高表面强度的表面处理方法都会提高疲劳裂纹形成的抗力表面处理：a机械处理：如研磨抛光b热处理：如火焰感应加热淬火c渗度处理如氮化和电镀改善疲劳裂纹扩展的抗力要按中等速率区和迈门槛区分别对符改善基体：a减少夹杂物和缺陷b细化晶粒5、应力腐蚀的特点是什么应力腐蚀开裂：材料或零件在应力和腐蚀环境共同作用下引起的开裂特点：a造成应力腐蚀破坏的应力是静应力远低于材料的6s而且一般为拉应力b脆性断裂断裂前无明显塑性变形c纯金属一般不发生应力腐蚀只有特色的合金成分与特性的介质相组合时才能造成dl裂纹扩展速率慢e裂纹多起源于表面蚀抗裂纹扩展常垂直于拉力轴f断口上有腐蚀产物g裂纹多分支h可能是穿晶断裂也可能是沿晶6、氢致延滞断裂的机理是什么氢脆的位错理论认为氢脆是由于氢原子与位错交互作用的结果。

《工程材料力学性能》课后答案第一章材料单向静拉伸载荷下的力学性能滞弹性：在外加载荷作用下，应变落后于应力现象。

静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。

弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。

比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限ζP)或屈服强度(ζS)增加；反向加载时弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)降低的现象。

解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。

晶体学平面－－解理面，一般是低指数，表面能低的晶面。

解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。

韧脆转变：材料力学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象（冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂，断口特征由纤维状转变为结晶状）。

静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。

是一个强度与塑性的综合指标，是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。

（1）应力状态软性系数—材料最大切应力与最大正应力的比值，记为α。

（2）缺口效应——缺口材料在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态发生的变化。

（3）缺口敏感度——金属材料的缺口敏感性指标，用缺口试样的抗拉强度与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度的比值表示。

（4）布氏硬度——用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。

（5）洛氏硬度——采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度所表示的硬度。

（6）维氏硬度——以两相对面夹角为136。

的金刚石四棱锥作压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。

（7）努氏硬度——采用两个对面角不等的四棱锥金刚石压头，由试验力除以压痕投影面积得到的硬度。

（8）肖氏硬度——采动载荷试验法，根据重锤回跳高度表证的金属硬度。

（9）里氏硬度——采动载荷试验法，根据重锤回跳速度表证的金属硬度。

工程材料力学性能第一章退火低碳钢在拉伸力作用下的变形过程可分为如下五个阶段：1、弹性变形；2、不均匀屈服塑性变形（屈服阶段）3、均匀塑性变形阶段；4、不均匀集中塑性变形；5、断裂。

弹性变形：是一种可逆变形，实质：晶格中原子自平衡位置产生可逆位移的反映。

弹性变形物理本质：原子间距几何参数随外力的可逆变化。

弹性模量：弹性模量是产生100%弹性变形所需的应力。

物理意义：表征金属材料对弹性变形的抗力，其值大小反映了金属弹性变形的难易程度。

其值越大，表示在相同应力下产生的弹性变形就越小。

影响因素——主要取决于金属原子本性和晶格类型（原子间作用力）。

金属的弹性模量是一个组织不敏感的力学性能指标，合金化、热处理（显微组织）、冷塑性变形对E值影响不大。

弹性比功：又称弹性比能、应变比能，表示金属材料吸收弹性变形功的能力（即材料吸收变形功而不发生永久变形的能力，是一个韧度指标。

）。

物理意义：试样或实际机器零件的体积越大，则可吸收的弹性功越多，可储备的弹性能越多。

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。

循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性，也叫做金属的内耗、消振性。

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，弹性极限和屈服强度就会升高；如果反向加载，弹性极限和屈服强度都下降，这种现象叫做包申格效应。

包申格效应的消除：预先进行较大的塑性变形，或在第二次反向受力之前使金属材料于回复或再结晶温度下退火。

塑性变形：外力移去后不能恢复的变形。

金属材料常见的塑性变形方式为滑移和孪生。

滑移系越多，塑性越好，但滑移系的数量不是决定塑性的唯一因素。

如fcc金属滑移系比bcc 金属少，但因前者晶格阻力低，位错容易运动，故塑性却优于后者。

塑性变形具有一些特点：1.各晶粒变形的不同时性和不均匀性：（a）材料表面优先（b）与切应力取向最佳的滑移系优先2．各晶粒变形的相互协调性：（a）晶粒间塑性变形的相互制约（b）晶粒间塑性变形的相互协调（c）晶粒内不同滑移系滑移的相互协调屈服现象与下述三个因素有关:①材料在变形前可动位错密度很小(或虽有大量位错但被钉扎住，如钢中的位错被杂质原子或第二相质点所订扎)；②随塑性变形发生，位错能快速增殖；③位错运动速率与外加应力有强烈依存关系。

根据载荷作用方式不同，强度可分为抗拉强度(σ b)、 抗压强度(σ bc)、抗弯强度(σ bb)、抗剪强度(τ b)和抗扭 强度(τ t)等五种。 一般情况下多以抗拉强度作为判别材料强度高低的 指标。
抗拉强度是通过拉伸试验测定的。拉伸试验的方法 是用静拉力对标准试样进行轴向拉伸，同时连续测量力 和相应的伸长，直至断裂。根据测得的数据，即可求出 有关的力学性能。 下面把试验作一简单介绍：
r 0.2
r 0.2
S0
08:58:08
机械零件在工作时如受力过大，则因过量的塑性变 形而失效。当零件工作时所受的力，低于材料的屈 服点或规定残余伸长应力，则不会产生过量的塑性 变形。材料的屈服点或规定残余伸长应力越高，允 许的工作应力也越高，则零件的截面尺寸及自身质 量就可以减少。因此，材料的屈服点或规定残余伸 长应力是机械设计的主要依据，也是评定材料优劣 的重要指标。 ②抗拉强度 材料在拉断前所能承受的最大应力 称为抗拉强度。用符号 σb 表示，按下列公式计算：
08:58:10
维氏硬度用符号 HV 表 示， HV 前面为硬度值， HV 后面的数字按顺序表示试 验 条 件 。 例 如 640HV30 表 示 用 294.2N(30kgf) 试 验 力，保持 10—15s( 可省略 不标 ) 测定的维氏硬度值 为640。 维氏硬度因试验时所加的试验力小，压入深度较浅， 故可测量较薄的材料，也可测量表面渗碳、氮化层的硬度。 而维氏硬度值具有连续性(HVl0～1000)，故可测定很软到 很硬的各种材料的硬度，且准确性高。维氏硬度试验的缺 点是试验时需要测量压痕对角线的长度，测试手续较繁； 压痕小，对试件表面质量要求较高。
08:58:10
(2) 洛氏硬度 ①洛氏硬度测试原理 在初始试验力 (F0) 及总试验力 (F0+F1)先后作用下，将压头(金刚石圆锥体或钢球)压入 试样表面，经规定保持时间后卸除生试验力 (F1) ，用保 持初始试验力的条件下，测量的残余压痕深度增量来计 算硬度。图 1--7 为用金刚石圆锥体压头进行洛氏硬度试 验的示意图。从图中看出，洛氏硬度值 (HR) 是用洛氏硬 度相应标尺刻度满量程(100)与残余压痕深度增量（e)之 差计算硬度值。计算公式如下 HR=k-e 式中 HR--洛氏硬度值；K——常数，用金刚石圆锥体 压头进行试验时K为100；用钢球压头进行试验时，K为 130；e——残余压痕深度增量，单位为0.002mm。

弹性后效
总结词
弹性后效是指材料在卸载后，弹性变形部分不能完全恢复的现象。
详细描述
当材料在弹性范围内受到外力作用时，会发生弹性变形。当外力卸载后，材料 的弹性变形部分不能完全恢复，这种现象称为弹性后效。弹性后效的程度取决 于材料的种类和加载条件。
03
塑性性能
屈服强度
定义
屈服强度是材料在受到外力作用时，开始发生屈服现 象的应力极限。
工程材料的力学性能
目录
• 引言 • 弹性性能 • 塑性性能 • 强度性能 • 韧性性能 • 工程材料的选用01引言定义与重要性定义
工程材料的力学性能是指材料在 受到外力作用时表现出的性质， 如强度、硬度、韧性、弹性等。
重要性
力学性能是评价材料性能的重要 指标，对于工程结构的稳定性、 安全性和使用寿命具有至关重要 的作用。
影响因素
材料的延伸率与材料的成分、组织结构和温度等因素有关。
弯曲强度
定义
01
弯曲强度是材料在受到弯曲应力作用时，发生弯曲破坏的应力
极限。
意义
02
弯曲强度是衡量材料抵抗弯曲变形和破坏的能力，对于材料的
弯曲性能有重要意义。
影响因素
03
材料的弯曲强度与材料的成分、组织结构、温度和受力状态等
因素有关。
04
材料选择的原则
适用性原则
材料应满足工程要求，具有所需的力学性能、 耐久性和稳定性。
可行性原则
材料应易于加工、制造和安装，能够实现工 程结构的制造和施工。
经济性原则
在满足性能要求的前提下，优先选择价格低 廉、易于加工和采购的材料。
环保性原则
优先选择可再生、可回收、低污染的材料， 减少对环境的负面影响。

力学性能的五个指标力学性能是指材料在受力作用下的变形和破坏的特性。

在工程领域中，力学性能的评估是非常重要的，它直接影响着材料的可靠性和安全性。

本文将介绍力学性能的五个主要指标：强度、韧性、硬度、刚性和延展性。

1. 强度强度是材料抵抗外部应力破坏的能力。

常见的强度指标有屈服强度、抗拉强度和抗压强度等。

屈服强度是指材料在受力后开始发生塑性变形的应力值，抗拉强度和抗压强度分别表示材料在拉伸和压缩过程中承受的最大应力。

强度指标的高低直接反映了材料的机械强度，能够评估材料在受力时的稳定性和耐久性。

2. 韧性韧性是指材料在受力过程中能够吸收较大能量而不发生破坏的能力。

它代表了材料的抗破坏能力和承受外力后的变形能力。

通常，韧性指标包括延伸率和断裂韧性。

延伸率是指材料在拉伸过程中发生塑性变形前的变形量，而断裂韧性则表示材料在破坏前能够吸收的能量。

韧性指标的高低可以评估材料在受力下的变形程度和抗震性能。

3. 硬度硬度是指材料抵抗外界压力的能力。

它反映了材料的耐磨性和抗刮擦能力。

硬度可以通过硬度试验来表征，常见的硬度试验有布氏硬度试验、洛氏硬度试验和维氏硬度试验等。

硬度指标的高低可以评估材料的耐磨性、耐腐蚀性和耐磨损性。

4. 刚性刚性是指材料在受力时难以发生形变的性质。

它反映了材料的刚性和不可塑性。

刚性可以通过弹性模量来评估，弹性模量表示材料在受力下的应变程度。

刚性指标的高低可以评估材料在受力时的变形程度和稳定性。

5. 延展性延展性是指材料在受力下能够延展或伸长的性质。

它描述了材料的可塑性和可加工性。

延展性可以通过伸长率来评估，伸长率表示材料在断裂前拉伸变形的程度。

延展性指标的高低可以评估材料的可加工性和可塑性。

总之，强度、韧性、硬度、刚性和延展性是评估材料力学性能的重要指标。

不同应用领域对这五个指标的要求不同，因此在选用材料时需要根据具体应用场景来综合考虑这些指标的优劣。

在工程设计和材料选择过程中，合理利用这些指标可以提高产品的质量和可靠性。