材料力学性能课件 (2)

材料力学性能
编辑ppt
1
材料力学性能的定义:
材料在外加载荷（外力）作用下，或 载荷与环境因素（如温度、介质和加 载速率）联合作用下所表现的行为， 又称为力学行为。
宏观上一般表现为材料的变形或断裂。
编辑ppt
2
材料的力学性能指标或判据。
机器零件（简称机件）的承载条件一般用各 种力学参数（如应力、断裂韧度等），所以 就将表征材料的力学参数的临界值或规定值 称为材料的力学性能指标或判据。
图1-6苏打石灰玻璃 8
当应力低于σe 时，应力与试样的应变成正比，应力去除，变形消失，即 试样处于弹性变形阶段，σe 为材料的弹性极限，它表示材料保持完全弹 性变形的最大应力。
当应力超过σe 后，应力与应变之间的直线关系被破坏，并出现屈服
平台或屈服齿。如果卸载，试样的变形只能部分恢复，而保留一部分残
循环韧性越高，机件依靠自身的消振能力越好，所以 高循环韧性对于降低机器的噪声，抑制高速机械的振 动，防止共振导致疲劳断裂意义重大。
编辑ppt
17
1.2.4、包申格效应（Bauschinger）
编辑ppt
18
包申格效应的定义：
金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，残 余应变约1-4%，卸载后再同向加载，规定残余 伸长应力（弹性极限或屈服强度）增加；
编辑ppt
10
弹性模量
定义：当应变为一个单位时，弹性模量即为弹性应力，即 产生100%弹性变形时所需要的应力。
这个定义对金属来讲是没有任何意义的，这是因为金属材 料所能产生的弹性变形量是很小的。
在弹性变形阶段，大多数金属的应力与应变之间符合虎克 定律的正比关系。它表示材料在外载荷下抵抗弹性变形的 能力。
编辑ppt
24
工程中常用的三种屈服标准：
比例极限 弹性极限 屈服强度
编辑ppt
25
编辑ppt
26
编辑ppt
27
三、影响屈服强度的因素
内在因素
结合键
陶瓷、高分子材料
组织
结构
原子本性
外在因素
反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
注：所有退火状态和高温回火的金属与合金都有包辛格效应。 可用来研究材料加工硬化的机制。
编辑ppt
19
编辑ppt
20
消除包申格效应的方法：
(1) 预先进行较大的塑性变形； (2) 在第二次反向受力前先使金属材料于回复或再结晶
温度下退火，如钢在400-500℃，铜合金在250-270℃退 火。
余变形，即塑性变形，这说明钢的变形进入弹塑性变形阶段。σs称为材
料的屈服强度或屈服点，对于无明显屈服的金属材料，规定以产生0.2%
残余变形的应力值为其屈服极限。
当应力超过σs后，试样发生明显而均匀的塑性变形，若使试样的应
变增大，则必须增加应力值，这种随着塑性变形的增大，塑性变形抗力
不断增加的现象称为加工硬化或形变强化。当应力达到σb时试样的均匀
编辑ppt
21
第三节 塑性变形阶段
一、塑性变形方式和特点
变形方式： (1) 滑移 (2) 孪生
编辑ppt
22
多晶金属中每一晶粒滑移变形的规律 与单晶金属相同，但是多晶金属中存 在晶界，各晶粒的取向也不相同，因 而其塑性变形有如下特点：
(1) 各晶粒变形、不同时性和不均匀性 (2) 各晶粒变形的相互协调性
变形阶段即告终止，此最大应力σb称为材料的强度极限或抗拉强度，它
表示材料对最大均匀塑性变形的抗力。
在σb值之后，试样开始发生不均匀塑性变形并形成缩颈，应力下降，
最后应力达到σk时试样断裂。σk为材料的条件断裂强度，它表示材料对
塑性的极限抗力。
编辑ppt
9
第二节 弹性变形
一、弹性变形及其实质
百度文库
弹性变形及其实质：弹性变形是一种可逆变形（即卸载后可以恢复变形前形 状的变形，热力学意义上的可逆变形）。
编辑ppt
23
二、屈服现象和屈服点（屈服强度）
屈服现象是材料产生宏观塑性变形的一种标志。
金属材料从弹性变形阶段向塑性变形阶段的过渡明显， 表明外力保持恒定时试样仍继续伸长，或者外力增加 到一定数值时突然下降，然后外力几乎不变时，试样 仍继续伸长变形，这就是屈服现象。
呈现屈服现象的金属材料在拉伸时，试样在外力保持 恒定仍能继续伸长的应力称为屈服点，又称屈服强度。
拉伸试验是指在室温大气中，光滑试样在缓慢施 加的单向载荷作用下，测定材料的力学性能的方 法。拉伸试验机通常带有自动记录或绘图装置， 用以记录或绘制试样所受载荷与伸长量之间的关 系，这种曲线称为拉伸图或力-伸长曲线。
编辑ppt
4
编辑ppt
5
编辑ppt
6
编辑ppt
7
图1-4铝合金（5454-H34） 图1-5 聚氯编乙辑烯ppt
如果施加交变载荷，且最大应力低于宏观弹性极限，加载速率比较大， 则也得到弹性滞后环（图b） 。
如果交变载荷中最大应力超过宏观弹性极限，就会得到塑性滞后环（图 c） 。
编辑ppt
16
金属的循环韧性
定义：
金属材料在交变载荷（或振动）下吸收不可逆变形功 的能力，也称为金属的内耗或消振性。
意义：
不同类型的材料，其弹性模量可以差别很大，几种常见材料的弹性模量见书上表1.1。
编辑ppt
11
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。
材料的成分和组织 对
弹性模量 影响不大 取决于结合键和子 间结合力 共价键的弹性模量最高
刚度 强度
影响不大 影响显著
材料力学性能指标具体数值的高低表示材料 抵抗变形和断裂能力的大小，是评定材料质 量的主要依据。
编辑ppt
3
第1章 静载荷下材料的力学性能
1.1 应力-应变曲线
拉伸试验是工业上应用最广泛的基本力学性能试 验方法之一。本章将详细讨论金属材料在单向拉 伸静载荷作用下的基本力学性能指标如：屈服强 度、抗拉强度、断后伸长率和断面伸长率等。
编辑ppt
12
编辑ppt
13
1.2.2弹性比功
又称弹性比能、应变比能，表示材料吸收弹性变形 功的能力
编辑ppt
14
1.2.3、滞弹性
在弹性范围内快速加 载或卸载后，随着时 间延长产生的附加弹 性应变的现象，称为 滞弹性。
编辑ppt
15
由于实际金属具有滞弹性，金属在弹性区快速加载卸载时，由于应变落 后于应力，使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线，称为弹性滞后 环（图a）。