力学性能指标
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力学性能强度指标有哪些力学性能是材料科学中的一个重要领域,它研究材料在外力作用下的行为和性质。
材料的力学性能强度指标是衡量材料能承受多大力量而不发生破坏的重要参数,这些指标对于工程设计、材料选择以及产品的可靠性和安全性至关重要。
本文将介绍几个主要的力学性能强度指标。
弹性模量(E)弹性模量,也称为杨氏模量,是材料在弹性变形阶段内部抵抗变形的能力的量度。
它定义为应力(单位面积上的力)与应变(相对长度变化)的比值。
弹性模量高的材料在外力作用下的形变较小,表现出较好的刚性。
屈服强度(σy)屈服强度是指材料在塑性变形刚开始时所承受的最大应力。
屈服点是应力-应变曲线上的一个特定点,表示材料从弹性变形过渡到塑性变形的起始阶段。
材料达到屈服强度后,即使应力不再增加,材料也会继续发生变形。
抗拉强度(σu)抗拉强度,或称为最大拉伸强度,是材料在拉伸过程中能够承受的最大应力。
当材料达到其抗拉强度时,它会发生断裂。
抗拉强度是评价材料抗断裂能力的一个重要指标。
压缩强度压缩强度是材料在压缩过程中能够承受的最大应力。
对于多数材料,尤其是金属,其压缩强度通常高于抗拉强度,因为在压缩过程中材料内部结构更加紧密。
冲击韧性冲击韧性是指材料在快速加载(如冲击加载)下抵抗断裂的能力。
高冲击韧性的材料能够吸收较大的能量而不发生断裂,这一性质在要求材料在突然冲击或高速负荷下仍能保持完整性的应用中非常重要。
疲劳强度疲劳强度是指材料在重复应用的载荷下抵抗疲劳破坏的能力。
疲劳破坏通常发生在低于材料正常断裂强度的应力水平上,是因为材料在长时间重复应力作用下累积损伤造成的。
硬度硬度是衡量材料表面抵抗局部塑性变形(如被划伤、被压入或被穿透)的能力。
硬度测试通常通过测量一个硬质物体(如钢球或金刚石尖头)进入材料表面的深度来进行。
以上介绍的力学性能强度指标是设计和选择材料时必须考虑的关键参数。
通过了解和应用这些指标,工程师和设计师可以选择最适合其特定应用需求的材料,确保产品的性能和安全性。
符号弹性模量
E N/mm2切变模量G N/mm2弹性极限
σe N/mm2抗拉强度
σb N/mm2抗弯强度σbb或σw N/mm2
抗压强度σbc或σy N/mm2
抗剪强度τN/mm2
抗扭强度τb N/mm2
屈服点σs N/mm2
屈服强度σ0.2
N/mm2弹性指标
强度性能指标指标
单位名称
这是表示金属最大弹性的指标,即在弹性变形阶段,试
样不产生塑性变形时所能承受的最大应力
9 Y+ F- A, K Z6 [' |8 Q; M
指外力是拉力时的强度极限,它是衡量金属材料强度的
主要性能指标指外力是弯曲力时的强度极限
指外力是压力时的强度极限,压缩试验主要适用于低塑
性材料,如铸铁、塑料等
指外力是剪切力时的强度极限
指外力是扭转力时的强度极限
金属承受载荷时,当载荷不再增加,但金属本身的变形却继续增加的现象称为屈服,产生屈服现象时的应力
叫屈服点% f8 a6 i9 x: I8 b
金属发生屈服现象时,为便于测量,通常按其产生永久残余变形量等于试样原长0.2%时的应力,作为屈服强度 金属在弹性范围内,外力和变形成比例地增长,即应力与应变成正比例关系时(符合虎克定理),这个比例系数就称为弹性模量,根据应力,应变的性质通常又分涵义说明。
力学性能试验四个指标引言力学性能试验是评价材料强度和刚度的重要方法。
通过力学性能试验可以得到材料的一些关键参数,为工程设计和材料选择提供参考。
本文将介绍力学性能试验中的四个重要指标,包括拉伸强度、屈服强度、冲击韧性和硬度。
拉伸强度拉伸强度是材料在拉伸过程中抵抗拉伸变形和破坏的能力。
常用的试验方法是拉伸试验,将试样置于拉伸机上,以恒定速度施加拉力,记录材料的应力和应变曲线。
拉伸强度是指试样断裂前材料所承受的最大拉力与原始横截面积之比。
拉伸强度可以反映材料的整体强度和韧性。
屈服强度屈服强度是材料在拉伸过程中开始发生塑性变形的应力值。
拉伸试验中,当试样开始出现明显的塑性变形,应力-应变曲线出现明显的下降,就可以认为材料的屈服强度已经达到。
屈服强度是材料在静态拉伸过程中最重要的力学性能之一,它直接影响材料的可塑性和使用寿命。
冲击韧性冲击韧性是材料在低温等非常规条件下抵抗外力冲击破坏的能力。
常用的试验方法是冲击试验,通过将标准冲击试样放置在冲击试验机上,施加冲击荷载,记录试样的断裂能量。
冲击韧性可以评估材料在实际使用中对突发外力的承受能力,尤其对脆性材料的评价非常重要。
硬度硬度是材料抵抗局部塑性变形或表面破坏的能力。
硬度试验是一种简单且广泛应用的试验方法。
常见的硬度试验包括布氏硬度、维氏硬度和洛氏硬度等。
测试时,硬度试验仪施加一定的荷载并测量试验产生的印痕,从而计算出硬度值。
硬度可以反映材料的组织结构、热处理和强度等特性,对于材料的选择和判断具有重要的作用。
结论力学性能试验中的拉伸强度、屈服强度、冲击韧性和硬度是评价材料强度和刚度的关键指标。
这些指标可以帮助工程师进行材料选择和设计,保证产品的可靠性和安全性。
在进行力学性能试验时,需严格按照标准方法进行,确保试验结果的准确性和可比性。
材料的常用力学性能有哪些材料的常用力学性能指标有哪些材料在一定温度条件和外力作用下,抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能.锅炉、压力容器用材料的常规力学性能指标主要包括:强度、硬度、塑性和韧性等.(1)强度强度是指金属材料在外力作用下对变形或断裂的抗力.强度指标是设计中决定许用应力的重要依据,常用的强度指标有屈服强度σS或σ0.2和抗拉强度σb,高温下工作时,还要考虑蠕变极限σn和持久强度σD.(2)塑性塑性是指金属材料在断裂前发生塑性变形的能力.塑性指标包括:伸长率δ,即试样拉断后的相对伸长量;断面收缩率ψ,即试样拉断后,拉断处横截面积的相对缩小量;冷弯(角)α,即试件被弯曲到受拉面出现第一条裂纹时所测得的角度.(3)韧性韧性是指金属材料抵抗冲击负荷的能力.韧性常用冲击功Ak和冲击韧性值αk表示.Αk值或αk值除反映材料的抗冲击性能外,还对材料的一些缺陷很敏感,能灵敏地反映出材料品质、宏观缺陷和显微组织方面的微小变化.而且Ak对材料的脆性转化情况十分敏感,低温冲击试验能检验钢的冷脆性.表示材料韧性的一个新的指标是断裂韧性δ,它是反映材料对裂纹扩展的抵抗能力.(4)硬度硬度是衡量材料软硬程度的一个性能指标.硬度试验的方法较多,原理也不相同,测得的硬度值和含义也不完全一样.最常用的是静负荷压入法硬度试验,即布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)、维氏硬度(HV),其值表示材料表面抵抗坚硬物体压入的能力.而肖氏硬度(HS)则属于回跳法硬度试验,其值代表金属弹性变形功的大小.因此,硬度不是一个单纯的物理量,而是反映材料的弹性、塑性、强度和韧性等的一种综合性能指标.力学性能主要包括哪些指标材料的力学性能是指材料在不同环境(温度、介质、湿度)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.性能指标包括:弹性指标、硬度指标、强度指标、塑性指标、韧性指标、疲劳性能、断裂韧度.钢材的力学性能是指标准条件下钢材的屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能和冲击韧性等,也称机械性能.金属材料的力学性能指标有哪些一:弹性指标1.正弹性模量2.切变弹性模量3.比例极限4.弹性极限二:强度性能指标1.强度极限2.抗拉强度3.抗弯强度4.抗压强度5.抗剪强度6.抗扭强度7.屈服极限(或者称屈服点)8.屈服强度9.持久强度10.蠕变强度三:硬度性能指标1.洛氏硬度2.维氏硬度3.肖氏硬度四:塑性指标1:伸长率(延伸率)2:断面收缩率五:韧性指标1.冲击韧性2.冲击吸收功3.小能量多次冲击力六:疲劳性能指标1.疲劳极限(或者称疲劳强度) 七:断裂韧度性能指标1.平面应变断裂韧度2.条件断裂韧度衡量钢材力学性能的常用指标有哪钢材的力学性能是指标准条件下钢材的屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能和冲击韧性等,也称机械性能.1. 屈服强度钢材单向拉伸应力—应变曲线中屈服平台对应的强度称为屈服强度,也称屈服点,是建筑钢材的一个重要力学特征.屈服点是弹性变形的终点,而且在较大变形范围内应力不会增加,形成理想的弹塑性模型.低碳钢和低合金钢都具有明显的屈服平台,而热处理钢材和高碳钢则没有.2. 抗拉强度单向拉伸应力—应变曲线中最高点所对应的强度,称为抗拉强度,它是钢材所能承受的最大应力值.由于钢材屈服后具有较大的残余变形,已超出结构正常使用范畴,因此抗拉强度只能作为结构的安全储备.3. 伸长率伸长率是试件断裂时的永久变形与原标定长度的百分比.伸长率代表钢材断裂前具有的塑性变形能力,这种能力使得结构制造时,钢材即使经受剪切、冲压、弯曲及捶击作用产生局部屈服而无明显破坏.伸长率越大,钢材的塑性和延性越好.屈服强度、抗拉强度、伸长率是钢材的三个重要力学性能指标.钢结构中所有钢材都应满足规范对这三个指标的规定.4. 冷弯性能根据试样厚度,在常温条件下按照规定的弯心直径将试样弯曲180°,其表面无裂纹和分层即为冷弯合格.冷弯性能是一项综合指标,冷弯合格一方面表示钢材的塑性变形能力符合要求,另一方面也表示钢材的冶金质量(颗粒结晶及非金属夹杂等)符合要求.重要结构中需要钢材有良好的冷、热加工工艺性能时,应有冷弯试验合格保证.5. 冲击韧性冲击韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力,它用钢材断裂时所吸收的总能量来衡量.单向拉伸试验所表现的钢材性能都是静力性能,韧性则是动力性能.韧性是钢材强度、塑性的综合指标,韧性越低则发生脆性破坏的可能性越大.韧性值受温度影响很大,当温度低于某一值时将急剧下降,因此应根据相应温度提出要求.力学性能指标符号是什么?任何机械零件或工具,在使用过程中,往往要受到各种形式外力的作用.如起重机上的钢索,受到悬吊物拉力的作用;柴油机上的连杆,在传递动力时,不仅受到拉力的作用,而且还受到冲击力的作用;轴类零件要受到弯矩、扭力的作用等等.这就要求金属材料必须具有一种承受机械荷而不超过许可变形或不破坏的能力.这种能力就是材料的力学性能.金属表现来的诸如弹性、强度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料材料在外力作用下表现出力学性能的指标.1.1.1 强度强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力.强度指标一般用单位面积所承受的载荷即力表示,符号为σ,单位为MPa.工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度.屈服强度是指金属材料在外力作用下,产生屈服现象时的应力,或开始出现塑性变形时的最低应力值,用σs表示.抗拉强度是指金属材料在拉力的作用下,被拉断前所能承受的最大应力值,用σb表示.对于大多数机械零件,工作时不允许产生塑性变形,所以屈服强度是零件强度设计的依据;对于因断裂而失效的零件,而用抗拉强度作为其强度设计的依据.1.1.2 塑性塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力.工程中常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率.伸长率指试样拉断后的伸长量与原来长度之比的百分率,用符号δ表示.断面收缩率指试样拉断后,断面缩小的面积与原来截面积之比,用y表示.伸长率和断面收缩率越大,其塑性越好;反之,塑性越差.良好的塑性是金属材料进行压力加工的必要条件,也是保证机械零件工作安全,不发生突然脆断的必要条件.1.1.3 硬度硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力.硬度的测试方法很多,生产中常用的硬度测试方法有布氏硬度测试法和洛氏硬度试验方法两种.(一)布氏硬度试验法布氏硬度试验法是用一直径为D的淬火钢球或硬质合金球作为压头,在载荷P的作用下压入被测试金属表面,保持一定时间后卸载,测量金属表面形成的压痕直径d,以压痕的单位面积所承受的平均压力作为被测金属的布氏硬度值.布氏硬度指标有HBS和HBW,前者所用压头为淬火钢球,适用于布氏硬度值低于450的金属材料,如退火钢、正火钢、调质钢及铸铁、有色金属等;后者压头为硬质合金,适用于布氏硬度值为450~650的金属材料,如淬火钢等.布氏硬度测试法,因压痕较大,故不宜测试成品件或薄片金属的硬度.(二)洛氏硬度试验法洛氏硬度试验法是用一锥顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为f1.558mm(1/16英寸)的淬火钢球为压头,以一不定的载荷压入被测试金属材料表面,根据压痕深度可直接在洛氏硬度计的指示盘上读出硬度值.常用的洛氏硬度指标有HRA、HRB和HRC三种.采用120°金刚石圆锥体为压头,施加压为600N时,用HRA表示.其测量范围为60~85,适于测量合金、表面硬化钢及较薄零件.采用f1.588mm淬火钢球为压头,施加压力为1000N时,用HRC表示,其测量硬度值范围为25~100,适于测量有色金属、退火和正火钢及锻铁等.采用120°金刚石圆锥体为压头,施加压力为1500N时,用HRC表示,其测量硬度值范围为20~67,适于测量淬火钢、调质钢等.洛氏硬度测试,操作迅速、简便,且压痕小不损伤工件表面,故适于成品检验.硬度是材料的重要力学性能指标.一般材料的硬度越高,其耐磨性越好.材料的强度越高,塑性变形抗力越大,硬度值也越高.1.1.4 冲击韧性金属材料抵抗冲击载荷的能力称为冲击韧性,用ak表示,单位为J/cm2.冲击韧性常用一次摆锤冲击弯曲试验测定,即把被测材料做成标准冲击试样,用摆锤一次冲断,测出冲断试样所消耗的冲击AK,然后用试样缺口处单位截面积F上所消耗的冲击功ak表示冲击韧性.ak值越大,则材料的韧性就越好.ak值低的材料叫做脆性材料,ak值高的材料叫韧性材料.很多零件,如齿轮、连杆等,工作时受到很大的冲击载荷,因此要用ak值高的材料制造.铸铁的ak值很低,灰口铸铁ak值近于零,不能用来制造承受冲击载荷的零件.低碳钢的力学性能指标低碳钢由于含碳量低,它的延展性、韧性和可塑性都是高于铸铁的,拉伸开始时,低碳钢试棒受力大,先发生变形,随着变形的增大,受力逐渐减小,当试棒断开的瞬间,受力为“0”,其受力曲线是呈正弦波>0的形状.铸铁由于轫性差,拉伸开始时,受力是逐步加大的,当达到并超过它的拉伸极限时,试棒断开,受力瞬间为“0”,其受力曲线是随受力时间延长,一条直线向斜上方发展,试棒断开,直线垂直向下归“0”.同样的道理:低碳钢抗压缩的能力比铸铁要低,当对低碳钢试块进行压缩实验时,受力逐渐加大,试块随外力变形,当试块变形达到极限时,其受力也达到最大值,其受力曲线是一条向斜上方的直线.铸铁则不然,开始时与低碳钢受力情况基本相同,只是当铸铁试块受力达到本身的破坏极限时,受力逐渐减小,直到试块在外力下被破坏(裂开),受力为“0”其受力曲线与低碳钢拉伸时的受力曲线相同.以上就是低碳钢和铸铁在拉伸和压缩时力学性质的异同点.简述常用力学性能指标在选材中的意义?钢材常见的力学性能通俗解释归为四项,即:强度、硬度、塑性、韧性.简单的可这样解释:强度,是指材料抵抗变形或断裂的能力.有二种:屈服强度σb、抗拉强度σs.强度指标是衡量结构钢的重要指标,强度越高说明钢材承受的力(也叫载荷)越大;硬度,是指材料表面抵抗硬物压人的能力.常见有三种:布氏硬度HBS、洛氏硬度HRC、维氏硬度HV.硬度是衡量钢材表面变形能力的指标,硬度越高,说明钢的耐磨性越好;即不容易磨损;塑性,是指材料产生变形而不断裂的能力.有两种表示方法:伸长率δ、断面收缩率ψ.塑性是衡量钢材成型能力的指标,塑性越高,说明钢材的延展性越好,即容易拉丝或轧板;韧性也叫冲击韧性,是指材料抵抗冲击变形的能力,表示方法为冲击值αk.冲击韧性是衡量钢材抗冲击能力的指标,数值越高,说明钢材抵抗运动载荷的能力越强.一般情况下,强度低的钢材,硬度也低,塑性和韧性就高,例如钢板、型材,就是由强度较低的钢材生产的;而强度较高的钢材,硬度也高,但塑性和韧性就差,例如生产机械零件的中碳钢、高碳钢,就很少看到轧成板或拉成丝."钢材的主要力学性能指标有哪些(1)拉伸性能反映建筑钢材拉伸性能的指标,包括屈服强度、抗拉强度和伸长率.屈服强度是结构设计中钢材强度的取值依据.抗拉强度与屈服强度之比(强屈比)是评价钢材使用可靠性的一个参数.强屈比愈大,钢材受力超过屈服点工作时的可靠性越大,安全性越高;但强屈比太大,钢材强度利用率偏低,浪费材料.钢材在受力破坏前可以经受永久变形的性能,称为塑性.在工程应用中,钢材的塑性指标通常用伸长率表示.伸长率是钢材发生断裂时所能承受永久变形的能力.伸长率越大,说明钢材的塑性越大.试件拉断后标距长度的增量与原标距长度之比的百分比即为断后伸长率.对常用的热轧钢筋而言,还有一个最大力总伸长率的指标要求.预应力混凝土用高强度钢筋和钢丝具有硬钢的特点,抗拉强度高,无明显的屈服阶段,伸长率小.由于屈服现象不明显,不能测定屈服点,故常以发生残余变形为0.2%原标距长度时的应力作为屈服强度,称条件屈服强度,用σ0.2表示.(2)冲击性能冲击性能是指钢材抵抗冲击荷载的能力.钢的化学成分及冶炼、加工质量都对冲击性能有明显的影响.除此以外,钢的冲击性能受温度的影响较大,冲击性能随温度的下降而减小;当降到一定温度范围时,冲击值急剧下降,从而可使钢材出现脆性断裂,这种性质称为钢的冷脆性,这时的温度称为脆性临界温度.脆性临界温度的数值愈低,钢材的低温冲击性能愈好.所以,在负温下使用的结构,应当选用脆性临界温度较使用温度低的钢材.(3)疲劳性能受交变荷载反复作用时,钢材在应力远低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象,称为疲劳破坏.疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的,所以危害极大,往往造成灾难性的事故.钢材的疲劳极限与其抗拉强度有关,一般抗拉强度高,其疲劳极限也较高.硬度硬度,物理学专业术语,材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。
机械制造基础3_材料的力学性能指标材料的力学性能指标是指材料在力学加载下的表现和性能参数,用来评估材料的强度、刚度、韧性、耐磨性、抗疲劳性等。
以下将介绍常见的材料力学性能指标。
1.强度:材料的强度指的是其所能承受的最大应力。
常见的强度指标有屈服强度、抗拉强度、抗压强度等。
屈服强度是材料在弹性阶段的抗拉、抗压应力,即在材料开始发生塑性变形之前所能承受的应力。
抗拉强度是材料在拉伸过程中所能承受的最大应力,抗压强度是材料在受压过程中的最大应力。
2.刚度:材料的刚度指的是其抵抗变形的能力。
常见的刚度指标有弹性模量、切变模量等。
弹性模量是材料在弹性阶段的刚度大小,可以描述材料在拉伸或压缩时的回复能力。
切变模量是材料在剪切变形时的刚度大小,可以衡量材料的抗扭转能力。
3.韧性:材料的韧性指的是其在断裂前能够吸收的能量。
常见的韧性指标有延伸率、冲击韧性、断裂伸长率等。
延伸率表示材料在受拉时能够延长的程度,冲击韧性表示材料在受冲击载荷下的抵抗性能,断裂伸长率是材料在断裂前拉伸的长度与初始长度之比。
4.耐磨性:材料的耐磨性指的是其抗磨损能力。
常见的耐磨性指标有硬度、摩擦系数等。
硬度表示材料抵抗表面划伤、模具磨损等形变的能力,摩擦系数表示材料表面与其他物体接触时的磨擦阻力。
5.抗疲劳性:材料的抗疲劳性指的是其抵抗循环加载下疲劳破坏的能力。
常见的抗疲劳性指标有疲劳极限、疲劳寿命等。
疲劳极限是材料在疲劳加载下所能承受的最大应力,疲劳寿命表示材料在循环加载下能够承受的加载次数。
除了上述指标外,材料还有其他性能指标,如导热性能、热膨胀系数、电导率等,这些性能指标主要用于材料的特殊应用领域。
总而言之,材料的力学性能指标是评估材料力学特性的重要依据,不同的材料具有不同的力学性能指标,根据具体应用需求选择合适的材料和合适的力学性能指标是非常重要的。
力学性能的主要指标有哪些引言力学性能是评价材料、结构或设备性能的重要指标之一。
在工程设计中,了解和掌握材料或结构的力学性能对于确保产品的安全性、可靠性以及寿命具有至关重要的作用。
本文将介绍力学性能的主要指标,并对其进行简要解释。
1. 强度强度是材料抵抗外部力量破坏的能力。
它通常用于描述材料的最大承载能力。
在工程设计中,强度是一个重要的指标,因为它可以帮助确定材料的适用范围和结构的安全性。
常见的强度指标有抗拉强度、屈服强度、剪切强度等。
•抗拉强度:抗拉强度是材料在受拉破坏之前能承受的最大拉力。
它是材料的机械性能之一,通常以标准试样的断裂拉伸为基础来测定。
•屈服强度:屈服强度是材料在受压或受拉过程中开始发生塑性变形的应力水平。
它表征了材料的延性和可塑性。
•剪切强度:剪切强度是材料抵抗剪切应力的能力。
它通常用于描述连接件、焊缝等材料在受剪切力作用下的破坏。
2. 刚度刚度是指材料或结构在承受外部载荷时抵抗变形的能力。
刚度可以反映材料或结构的硬度和刚性程度。
刚度通常用弹性模量来描述,常见的弹性模量有弹性系数、扭转模量、剪切模量等。
•弹性系数:弹性系数是一个表示材料抗弯曲弹性变形的量。
它与材料的刚度有关,常用的弹性系数有弹性模量、剪切模量等。
•扭转模量:扭转模量是材料在受扭剪时所变形的一种性能参数。
它是衡量材料或结构抵抗扭转变形的能力。
•剪切模量:剪切模量是衡量材料或结构在受剪切力作用下所变形的一个性能参数。
它描述了材料的剪切刚度。
3. 韧性韧性是材料在破坏前能够吸收外界能量的能力。
它是描述材料耐久性和抗冲击性的重要指标。
常见的韧性指标有冲击韧性、断裂韧性等。
•冲击韧性:冲击韧性是材料在受冲击或冲击载荷作用下能够吸收的能量。
它可以衡量材料在突然受到外部冲击时的承载能力。
•断裂韧性:断裂韧性是材料在承受载荷时抵抗破裂的能力。
它通常通过断裂韧性试验来进行评定。
4. 疲劳性能疲劳性能是材料在长期受到交变载荷时抵抗疲劳破坏的能力。
2机械制造基础5_材料的力学性能指标材料的力学性能指标是评价材料在受力条件下的表现的重要标准。
它们描述了材料的强度、韧性、硬度等性能,是衡量材料适用性的重要指标。
下面将就材料的力学性能指标进行详细的介绍。
1.强度:材料的强度是指材料抵抗外力破坏的能力。
常见的强度指标有抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等。
抗拉强度是指材料在拉伸试验中发生拉断时所能承受的最大应力,在工程中用于估计材料的承载能力。
抗压强度是指材料在压缩试验中发生压碎时所能承受的最大应力。
抗弯强度是指材料在弯曲试验中发生折断时所能承受的最大应力。
2.延伸性:材料的延伸性指材料在受力时的延伸程度。
延伸性常用的指标有伸长率和断口收缩率。
伸长率是指材料在拉伸试验中的断口长度与原始长度之比,反映了材料的延伸性能。
断口收缩率是指材料断裂后断口的最窄处的宽度与原始横截面的宽度之比,常用来评估材料的塑性。
材料的延伸性与其粘体能力有着密切的关系,对于需要抵抗外力变形的材料来说,具有较好的延伸性能是非常重要的。
3.韧性:材料的韧性是指材料耗能能力的指标。
韧性体现了材料抗击穿、抗冲击、抗振动、抗疲劳等性能,通常用断裂韧性来描述。
断裂韧性指材料在拉伸过程中的变形能力。
韧性越大,材料的抗外力破坏能力越强。
衡量材料韧性的指标有冲击强度、断裂伸长率等。
4.硬度:材料的硬度是指材料抵抗局部外力的能力。
硬度的高低决定了材料的耐磨性、耐划伤性等性能。
常见的硬度测试方法有洛氏硬度、布氏硬度、维氏硬度等。
不同的硬度测试方法适用于不同类型的材料。
5.压缩模量:材料的压缩模量是指材料在受压力作用下产生相对变形的能力。
压缩模量越大,材料的抗压缩性能越好,即材料的体积变化能力越小。
综上所述,材料的力学性能指标包括强度、延伸性、韧性、硬度和压缩模量等。
每种指标都体现了材料在受力条件下的性能表现,不同的指标适用于不同类型的材料和不同的工程要求。
通过对这些指标的评价和分析,可以选择合适的材料,并对其使用性能进行预测和评估。
力学性能包括哪四种强度的引言力学性能是材料工程中的重要考察指标之一,它反映了材料在外力作用下的机械行为。
力学性能可通过多种途径进行评估,其中包括四种强度指标,分别是拉伸强度、屈服强度、压缩强度和弯曲强度。
本文将分别介绍这四种强度的含义和评估方法。
1. 拉伸强度拉伸强度是材料在拉伸条件下承受最大外力时的抗拉能力。
它是材料的抗拉极限,通常用MPa(兆帕)表示。
拉伸强度的计算方法是在材料试样上施加拉伸力,直到试样断裂,通过测量断裂前试样的横截面积和最大拉伸力,利用以下公式计算拉伸强度:拉伸强度 = 断裂前试样的最大拉伸力 ÷断裂前试样的横截面积拉伸强度反映了材料抵抗拉伸应力破坏的能力,是材料抗拉性能的重要指标。
2. 屈服强度屈服强度是材料在受力过程中出现塑性变形、开始产生残余应力的临界点。
它是材料从线性弹性切变区进入塑性变形区的转折点,通常也用MPa表示。
屈服强度的评估方法是在压力加载试验中,在材料试样上逐渐增加外力,直到试样产生可测量的残余应力,通过测量试样退载后的残余原始长度和横截面面积,利用以下公式计算屈服强度:屈服强度 = 产生残余应力时的外力 ÷试样的横截面积屈服强度反映了材料的塑性变形能力和刚性。
3. 压缩强度压缩强度是材料在受到压力作用下的抵抗能力。
它是材料在压缩过程中承受最大外力的能力,通常也用MPa表示。
压缩强度的计算方法类似于拉伸强度的评估方法,只是将力的方向改为压缩方向。
压缩强度反映了材料抵抗压缩力破坏的能力。
4. 弯曲强度弯曲强度是材料在受到弯曲力作用下的抵抗能力。
它是材料在弯曲过程中承受最大外力的能力,通常也用MPa表示。
弯曲强度的评估方法是在材料试样上施加弯曲力,通过测量试样断裂前的跨距和最大弯曲力,利用以下公式计算弯曲强度:弯曲强度 = 最大弯曲力 ×跨距 ÷试样的横截面积弯曲强度反映了材料弯曲形变和破坏的能力,对于柔性材料如橡胶和塑料非常重要。
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。
材料力学性能指标
材料力学性能指标是用于描述材料力学性能的数值指标,它们是评价材料在外力作用下变形和破坏行为的重要参数。
常见的材料力学性能指标包括强度、韧性、硬度、刚度等。
强度是材料抵抗本体破坏的能力,通常用屈服强度、抗拉强度、抗压强度等来衡量。
屈服强度是材料开始变形的强度,抗拉强度是在拉伸过程中材料破坏前所能承受的最大拉力,抗压强度是材料在受到压缩作用下承受的最大压力。
强度的高低决定了材料在受力环境下是否会发生破坏。
韧性是材料抵抗塑性变形能力的指标,一般用断裂延伸率和断裂韧性来描述。
断裂延伸率是材料在断裂前所能承受的最大拉伸变形与原始尺寸的比值,反映了材料在拉伸过程中的延展性;断裂韧性是材料在断裂前所能吸收的单位体积的能量,反映了材料的抗冲击能力。
硬度是材料抵抗划痕或穿刺的能力,常用硬度测试方法包括洛氏硬度、布氏硬度和维氏硬度等。
硬度的高低反映了材料的抗刮擦和抗磨损能力。
刚度是材料抵抗变形的能力,常用刚度系数衡量。
刚度系数是指材料在单位应力下的相对应变,刚度系数越大,材料的刚性越高,变形能力越小。
除了上述指标外,还有一些其他的材料力学性能指标,如耐疲劳性、蠕变性、弹性模量、破裂韧度等,这些指标可以根据具
体的材料性质和使用环境来选择。
综上所述,材料力学性能指标是评价材料性能的重要参数,不同的指标反映了材料在力学应力下的不同特性。
在工程设计和材料选择中,需要根据具体需求和使用环境来选择合适的材料力学性能指标,以保证材料在使用过程中具有良好的性能。
力学性能标准力学性能标准是指对材料、零部件或产品在受力作用下的性能指标和要求。
力学性能标准对于材料的选择、产品的设计和制造具有重要的指导意义,它可以帮助企业提高产品质量,降低生产成本,提高市场竞争力。
力学性能标准主要包括强度、硬度、韧性、塑性、疲劳性能等指标。
首先,强度是材料抵抗外部力量破坏的能力,通常用抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等来表示。
强度标准的制定需要考虑材料的种类、用途、工作环境等因素,以确保产品在使用过程中不会出现强度不足的问题。
其次,硬度是材料抵抗划痕、压痕的能力,通常用洛氏硬度、巴氏硬度等来表示。
硬度标准的制定需要考虑材料的硬度范围、表面处理方式、使用环境等因素,以确保产品具有足够的硬度,不易受到外部磨损而损坏。
再次,韧性是材料抵抗断裂的能力,通常用冲击韧性、断裂韧性等来表示。
韧性标准的制定需要考虑材料的断裂形式、断裂机理、温度影响等因素,以确保产品在受到冲击或挤压时不会出现过早断裂。
此外,塑性是材料受力后发生形变的能力,通常用屈服强度、延伸率、收缩率等来表示。
塑性标准的制定需要考虑材料的加工性能、成型方式、变形极限等因素,以确保产品在加工和使用过程中具有良好的塑性。
最后,疲劳性能是材料在循环载荷作用下的抗疲劳能力,通常用疲劳极限、疲劳寿命等来表示。
疲劳性能标准的制定需要考虑材料的组织结构、应力水平、循环次数等因素,以确保产品在长期使用过程中不会因疲劳损坏而影响安全性能。
综上所述,力学性能标准是产品质量的重要保障,它直接关系到产品的可靠性、安全性和经济性。
企业在制定力学性能标准时,需要充分考虑产品的实际使用情况,结合材料的特性和加工工艺,制定科学合理的标准,以确保产品具有良好的力学性能,满足用户的需求和期望。
1.屈服点(σs)钢材或试样在拉伸时,当应力超过弹性极限,即使应力不再增加,而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形,称此现象为屈服,而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。
设Ps为屈服点s处的外力,Fo为试样断面积,则屈服点σs =Ps/Fo(MPa),MP a称为兆帕等于N(牛顿)/mm2,(MPa=106Pa,Pa:帕斯卡=N/m2)2.屈服强度(σ0.2)有的金属材料的屈服点极不明显,在测量上有困难,因此为了衡量材料的屈服特性,规定产生永久残余塑性变形等于一定值(一般为原长度的0.2%)时的应力,称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2。
3.抗拉强度(σb)材料在拉伸过程中,从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。
它表示钢材抵抗断裂的能力大小。
与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。
设Pb为材料被拉断前达到的最大拉力,Fo为试样截面面积,则抗拉强度σb= P b/Fo (MPa)。
4.伸长率(δs)材料在拉断后,其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。
5.屈强比(σs/σb)钢材的屈服点(屈服强度)与抗拉强度的比值,称为屈强比。
屈强比越大,结构零件的可靠性越高,一般碳素钢屈强比为0.6-0.65,低合金结构钢为0.65-0.75合金结构钢为0.84-0.86。
6.硬度硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。
它是金属材料的重要性能指标之一。
一般硬度越高,耐磨性越好。
常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
⑴布氏硬度(HB)以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面,保持一段时间,去载后,负荷与其压痕面积之比值,即为布氏硬度值(HB),单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。
⑵洛氏硬度(HR)当HB>450或者试样过小时,不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。
它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球,在一定载荷下压入被测材料表面,由压痕的深度求出材料的硬度。
材料的力学性能指标材料的力学性能指标是评价材料力学性能的重要标准,它直接影响着材料的使用性能和工程应用。
力学性能指标包括强度、韧性、硬度、塑性、疲劳性能等多个方面,下面将逐一介绍这些指标。
首先,强度是材料抵抗外部力量破坏的能力。
常见的强度指标包括拉伸强度、屈服强度、抗压强度等。
拉伸强度是材料在拉伸状态下抵抗破坏的能力,屈服强度是材料在受力到一定程度时开始产生塑性变形的能力,抗压强度是材料在受到压缩力作用下抵抗破坏的能力。
强度指标直接反映了材料的抗破坏能力,是衡量材料质量的重要标准之一。
其次,韧性是材料抵抗断裂的能力。
韧性指标包括断裂韧性、冲击韧性等。
断裂韧性是材料在受力作用下抵抗破坏的能力,冲击韧性是材料在受到冲击载荷时不发生破坏的能力。
韧性指标直接反映了材料的抗断裂能力,对于承受外部冲击载荷的材料尤为重要。
再次,硬度是材料抵抗局部变形的能力。
硬度指标包括洛氏硬度、巴氏硬度、维氏硬度等。
硬度指标直接反映了材料的抗变形能力,对于承受局部载荷的材料尤为重要。
此外,塑性是材料在受力作用下发生形变的能力。
塑性指标包括延伸率、收缩率、冷弯性等。
塑性指标直接反映了材料的可加工性和成型性,对于需要进行加工和成型的材料尤为重要。
最后,疲劳性能是材料在受到交变载荷作用下不发生破坏的能力。
疲劳性能指标包括疲劳极限、疲劳寿命等。
疲劳性能直接影响着材料在实际工程应用中的使用寿命,是衡量材料耐久性的重要标准之一。
综上所述,材料的力学性能指标是评价材料力学性能的重要标准,它直接影响着材料的使用性能和工程应用。
强度、韧性、硬度、塑性、疲劳性能等指标相互联系、相互影响,综合考虑这些指标可以全面评价材料的力学性能,为材料的选择和设计提供重要依据。
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。
材料的力学性能指标材料的力学性能指标是评价材料力学性能的重要参数,它直接影响着材料的使用性能和工程应用。
力学性能指标通常包括强度、硬度、韧性、塑性和疲劳性能等多个方面。
下面将对这些力学性能指标进行详细介绍。
首先,强度是材料抵抗外部载荷作用下变形和破坏的能力。
强度包括屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等。
屈服强度是材料在拉伸过程中开始产生塑性变形的应力值,抗拉强度是材料抵抗拉伸破坏的能力,抗压强度是材料抵抗压缩破坏的能力,抗弯强度是材料抵抗弯曲破坏的能力。
强度指标反映了材料在外部载荷作用下的稳定性和安全性。
其次,硬度是材料抵抗外部划伤或压痕的能力。
硬度测试常用的方法有洛氏硬度、巴氏硬度、布氏硬度等。
硬度指标是评价材料抵抗表面破坏和耐磨损能力的重要参数,对于金属材料的选择和设计具有重要意义。
再次,韧性是材料抵抗断裂的能力。
韧性包括断裂韧性、冲击韧性、拉伸韧性等。
断裂韧性是材料在受到外部冲击或拉伸作用下抵抗破坏的能力,冲击韧性是材料在受到冲击载荷作用下不发生断裂的能力,拉伸韧性是材料在拉伸过程中能够吸收较大的变形能量而不断裂的能力。
韧性指标反映了材料在受到外部冲击或拉伸作用下的抗破坏能力和变形能量吸收能力。
此外,塑性是材料在受到外部加载作用下发生塑性变形的能力。
塑性包括延展性、收缩性、压缩变形等。
材料的塑性指标直接影响着材料的成形加工性能和变形加工性能。
最后,疲劳性能是材料在受到交变载荷作用下抵抗疲劳破坏的能力。
疲劳性能是评价材料在交变载荷下的抗疲劳寿命和抗疲劳破坏的能力,对于机械结构和零部件的设计和使用具有重要意义。
综上所述,材料的力学性能指标是评价材料力学性能的重要参数,它直接影响着材料的使用性能和工程应用。
强度、硬度、韧性、塑性和疲劳性能等多个方面的力学性能指标是相互关联、相互影响的,对于材料的选择、设计和应用具有重要意义。
在工程实践中,需要根据具体的工程要求和使用条件来选择合适的材料,并进行相应的力学性能测试和评价,以确保材料具有良好的力学性能和使用性能。
力学性能指标:拉伸强度、断裂伸长率、硬度、弹性模量、冲击强度。
影响力学性能的因素:温度、拉伸速度、环境介质、压力等。
弹性变形特点:可逆变形虎克定律弹性变形量很小,一般不超过0.5%-1% 材料的弹性模量主要取决于结合键的本性和原子间的结合力,而材料的成分和组织对它的影响不大共价键的弹性模量最高.弹性比功:又称弹性比能,表示金属材料吸收弹性变形功的能力。
一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。
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。
循环韧性的意义:循环韧性越高,机件依靠自身的消振能力越好,所以高循环韧性对于降机器的噪声,抑制高速机械的振动,防止共振导致疲劳断裂意义重大金属材料常见的塑性变形方式滑移和孪生金属应变硬化机理与高分子应变硬化机理的区别:金属机理:位错的增殖与交互作用导致的阻碍高分子机理:发生应变诱导结晶、分子链接近最大伸长韧性断裂:金属断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂,有一个缓慢的撕裂过程,在裂纹扩展过程中不断消耗能量。
脆性断裂:突然发生断裂,基本上不发生塑性变形,没有明显征兆,因此危害性很大。
α值越大,表示应力状态越“软”,金属越易于产生塑性变形和韧性断裂。
α值越小,表示应力状态越“硬”,金属越不易于产生塑性变形而易于产生脆性断裂。
拉伸时塑性很好的材料,在压缩时只发生压缩变形而不断裂。
硬度:布氏、洛氏、维氏缺口效应:缺口根部产生应力集中,同时缺口截面上的应力分布发生改变。
断裂韧性:由于裂纹破坏了材料的均匀连续性,改变了材料内部应力状态和应力分布,所以机件的结构性能就不再相似于无裂纹的试样性能,传统的力学强度理论就不再适用。
断裂力学就是在这种背景下发展起来的一门新型断裂强度科学,是在承认机件存在宏观裂纹的前提下,建立了裂纹扩展的各种新的力学参量,并提出了含裂纹体的断裂判据和材料断裂韧度。
分析裂纹体断裂问题的方法:应力应变分析方法:考虑裂纹尖端附近的应力场强度,得到相应的断裂K判据。
(2) 能量分析方法:考虑裂纹扩展时系统能量的变化,建立能量转化平衡方程,得到相应的断裂G判KI和KIC的区别:应力场强度因子KI增大到临界值KIC时,材料发生断裂,这个临界值KIC称为断裂韧度。
KI是力学参量,与载荷、试样尺寸有关,而和材料本身无关。
KIC是力学性能指标,只与材料组织结构、成分有关,与试样尺寸和载荷无关。
根据KI和KIC的相对大小,可以建立裂纹失稳扩展脆断的断裂K判据,由于平面应变断裂最危险,通常以KIC为标准建立:应力腐蚀现象:在应力和特定的化学介质共同作用下,经过一段时间后所产生的低应力脆性断裂现象。
应力腐蚀产生的条件:(1)必须有应力,特别是拉应力的作用, 远低于材料的屈服强度,是脆性断裂;(2)对一定成分的合金,只有在特定介质中才发生应力腐蚀断裂;(3)应力腐蚀断裂速度约为10-8-10-6 m/s数量级的范围内,远大于没有应力时的腐蚀速度,又远小于单纯力学因素引起的断裂速度。
机理:当应力腐蚀敏感的材料置于腐蚀介质中,首先在金属的表面形成一层保护膜,它阻止了腐蚀进行,即所谓“钝化”。
由于拉应力和保护膜增厚带来的附加应力使局部地区的保护膜破裂,破裂处金属直接暴露在介质中,成为微电池的阳极,产生阳极溶解。
阳极小阴极大,所以溶解速度很快,腐蚀到一定程度又形成新的保护膜,但在拉应力的作用下又可能重新破坏,发生新的阳极溶解。
这种保护膜反复形成反复破裂的过程,就会使某些局部地区腐蚀加深,最后形成孔洞。
孔洞的存在又造成应力集中,更加速了孔洞表面附近的塑性变形和保护膜破裂。
这种拉应力与腐蚀介质共同作用形成应力腐蚀裂纹。
磨损的特点:材料表面发生微观变形与断裂,变形与断裂反复发生的动态过程,受诸多因素影响陶瓷、金属、高分子材料三大固体材料。
主要区别在于化学键不同。
金属:金属键。
高分子:共价键+范德华键,陶瓷:离子键和共价键,离子键和共价键是强固的结合键,故陶瓷材料具有高熔点、高硬度、耐腐蚀和无塑性等特性。
天然粘土、氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硼、氧化锆增韧陶瓷(ZTC)等。
陶瓷材料的弹性变1、弹性(1)弹性模量大,是金属材料的2倍以上。
共价键结构有较高的抗晶格畸变、阻碍位错运动的阻力。
晶体结构复杂,滑移系很少,位错运动困难。
(2)弹性模量呈方向性;压缩模量高于拉伸弹性模量。
结构不均匀性;(3)气孔率↑,弹性模量↓(4)温度↑,弹性模量↓陶瓷材料的塑性变形:(1)室温下,大多数陶瓷塑性变形极小。
(2)1000℃以上,大多数陶瓷可发生塑性变形(主滑移系运动)。
陶瓷的抗热震性(热冲击):材料承受温度骤变而不破坏的能力。
在各种热环境下引起的热应力,以及与之相应的应力强度因子是热震破坏的原因。
由热震引起的瞬时断裂,即热振断裂。
塑性变形:是微观结构的相邻部分产生永久性位移,而不引起材料断裂的现象。
塑性变形是一种不可逆变形,塑性变形主要是由于切应力引起的。
材料塑性变形过程中仍然保留着弹性变形,所以整个变形过程是弹性加塑性变形过程,可称为弹塑性变形。
结晶态高分子材料:塑变机制:塑性变形是由薄晶转变为沿应力方向排列的微纤维束的过非晶态高分子材料:塑变机制:在正应力作用下形成银纹和切应力作用下无取向分子链局部转变为排列的纤维束强迫高弹形变:对于玻璃态高聚物,当环境温度处于T b <T<T g时,虽然材料处于玻璃态,链段冻结,但在恰当速率下拉伸,材料仍能发生百分之几百的大变形(参见图中T = 80℃,60℃的情形),这种变形称强迫高弹形变。
玻璃态高聚物强迫高弹形变的特点:(1)既不同于高弹态下的高弹形变,也不同于粘流态下的粘性流动,是一种独特的力学行为。
(2)强迫高弹形变的本质是在高应力下,原来卷曲的分子链段被强迫发生运动、伸展,发生大变形,如同处于高弹态的情形。
这种强迫高弹形变在外力撤消后,通过适当升温(T>T g)仍可恢复或部分恢复。
(3)强迫高弹形变能够产生,说明提高应力可以促进分子链段在作用力方向上的运动,如同升高温度一样,起到某种“活化”作用。
熔融--重结晶:第二阶段是由于应力增加到C点时足已克服其晶格能,结晶发生熔融,链段开始运动,并沿外力方向取向。
如果在此温度下,聚合物结晶速率足够大,则沿外力方向取向后链段能重新排入晶格而重新结晶;如果结晶速度太低,则会成为非晶态的取向高聚物。
由于取向后分子链间排列紧密,分子间作用力增大,故强度增大。
取向后强度增大,致使试样不会迅速变细拉断,而是在细颈两端发展,也就是粗细交接处的分子链继续取向,直至细颈发展完全。
此后,必须进一步增加应力,才能破坏晶格能或克服链间作用力,使分子发生位移,甚至断裂,从而导致材料破坏。
结晶-非晶应力-应变异同:1、两种拉伸过程都要经历弹性形变。
屈服(“成颈”)、发展大形变及“应变硬化”等阶段,拉伸后阶段都呈现强烈的各向异性,断裂前的大形变在室温下都不能自发回复,而加热后却能回复到原状,两种拉伸过程中发生的大形变都是高弹形变。
2、另一方面,又有差别的。
可被冷拉的温度范围不同,非晶的冷拉温度区间是Tb~Tg 之间,结晶却在Tg~Tm之间。
更本质的差别在于结晶高聚物的拉伸过程伴随着比非晶的拉伸过程复杂得多的分子聚集态结构的变化。
非晶态高聚物拉伸时只发生分子链取向,不发生相变,而结晶的拉伸还包含有结晶的破坏、取向、再结晶等过程。
银纹:是高聚物所特有的一种现象,脆性材料拉伸中的微观屈服现象主要是银纹,内部:银纹面之间是由维系两银纹面的银纹质——高度取向的微纤束和空穴组成。
强度的影响因素:分子链结构的影响:极性基团和氢键:低压聚乙烯,聚氯乙烯,尼龙---- 拉伸强度但不能密度过大,妨碍链段运动,不能实现强迫高弹,表现为脆性断裂芳杂环;其强度和模量都比脂肪族高,因此,新颖的工程塑料大都主链含芳杂环的。
分子链的支化程度(分子间距离):作用力减少,拉伸强度低,冲击强度高交联的影响:交联可以提高材料的抗蠕变能力,也能提高断裂强度。
对于玻璃态聚合物,交联对脆性强度的影响不大;但对高弹态材料的强度影响很大。
交联度提高,橡胶材料的拉伸模量和强度都大大提高,达到极值强度后,又趋于下降(结晶取向下降);断裂伸长率则连续下降。
分子量的影响:分子量是对高分子材料力学性能(包括强度、弹性、韧性)起决定性作用的结构参数。
低分子有机化合物一般没有力学强度(多为液体),高分子材料要获得强度,必须具有一定聚合度,使分子间作用力足够大才行.2,超过最小聚合度,随分子量增大,材料强度(拉伸强度)逐步增大。
到一定的值,拉伸强度变化不大,冲击强度继续增大(超高分子量PE)。
但当分子量相当大,致使分子间作用力的总和超过了化学键能时,材料强度主要取决于化学键能的大小,这时材料强度不再依赖分子量而变化。
结晶的影响:一般影响规律是:1)随着结晶度上升,材料的屈服强度、断裂强度、硬度、弹性模量均提高,但断裂伸长率和韧性下降。
这是由于结晶使分子链排列紧密有序,孔隙率低,分子间作用增强所致。
然而如果结晶度太高,材料将发脆。
2)晶粒尺寸和晶体结构均匀小球晶能使材料的强度、伸长率、模量和韧性得到提高,而大球晶将使断裂伸长和韧性下降,冲击强度下降。
原因:大量的均匀小球晶分布在材料内,起到类似交联点作用,使材料应力-应变曲线由软而弱型转为软而韧型,甚至转为有屈服的硬而韧型。
方法:因此改变结晶历史,如采用添加成核剂,如在聚丙烯中添加草酸酞作为晶种,都有利于均匀小球晶生成,从而可以提高材料强度和韧性。
3)晶体形态对聚合物拉伸强度的影响规律是,同一聚合物,伸直链晶体的拉伸强度最大,串晶次之,球晶最小。
取向的影响:加工过程中分子链沿一定方向取向,使材料力学性能产生各向异性,在取向方向得到增强。
2)延性、易结晶材料,在平行于取向方向的强度、模量提对高,在垂直于取向方向的强度下降,伸长率增大。
3)双轴取向时,在该双轴构成的平面内,性能不像单轴取向那样有薄弱的方向。
为此,利用双轴取向,可以改进材料的性能。
填料的增强机理: 活性填料的增强主要来自表面活性。
炭黑粒子表面带有好几种活性基团(羧基、酚基、醌基等),这些活性基团与橡胶大分子链接触,会发生物理的或化学的吸附。
劳破坏疲机理的研究:断裂力学裂纹生长2)疲劳寿命(S-N)曲线法需要大量的实验3)损伤力学方法-定义破坏内变量热疲劳:热可能引起化学键的断裂或者形成新的基团或者发生交联界面影响复合材料的力学性能:界面粘接弱,则力学强度低。
界面存在缺陷,则力学强度低。