材料力學(xué)性能第一章2

第一部分 金屬的變形力學(xué)行為變形斷裂疲勞蠕變應(yīng)力腐蝕摩擦磨 損單向靜載荷其他靜載荷沖擊載荷單向靜載荷其他靜載荷沖擊載荷應(yīng)力 -應(yīng)變曲線彈性變形塑性變形斷裂基礎(chǔ)第一章 金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能靜載荷 :溫度、應(yīng)力狀態(tài)和加載速率都固定不變 。 動(dòng)載荷 :沖擊載荷、循環(huán)載荷等。1. 靜拉伸性能2. 靜扭轉(zhuǎn)性能3. 靜彎曲性能4. 靜壓縮性能靜載荷第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變曲線彈性變形階段 應(yīng)力 -應(yīng)變成正比E： 正彈性模量G： 切彈性模量材料完全脆性的 曲線 虎克定律1.1.1 脆性材料的拉伸性能第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變曲線在拉伸時(shí)只產(chǎn)生彈性變形，不產(chǎn)生或產(chǎn)生微量的塑性變形強(qiáng)度高、塑性差的材料：玻璃、陶瓷、高強(qiáng)鋼、鑄鐵斷口特征灰鑄鐵拉伸試樣與斷口形成平斷口，斷口平面與軸線垂直。是度量材料剛度的系數(shù)，或表征材料對(duì)彈性變形的抗力。E、 G值高，在相同應(yīng)力下產(chǎn)生彈性變形就越小。斷裂強(qiáng)度低，但抗壓強(qiáng)度高。車床床身受壓載荷： E、 G值越高，彈性變形越小 。脆性材料力學(xué)特征的主要參量： 、 E彈性模量絕大多數(shù)都有些塑性。彈變 均勻塑變 脆斷強(qiáng)硬度高、塑性差 高強(qiáng)度鋼、高錳鋼、鋁青銅、錳青銅1.1.1 脆性材料的拉伸性能第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變曲線彈性變形階段 應(yīng)力 -應(yīng)變成正比E： 正彈性模量G： 切彈性模量材料完全脆性的 曲線 虎克定律強(qiáng)度高、塑性差的材料：玻璃、陶瓷、高強(qiáng)鋼、鑄鐵在拉伸時(shí)只產(chǎn)生彈性變形，不產(chǎn)生或產(chǎn)生微量的塑性變形P載荷(N)l伸長(zhǎng)(mm)（低碳鋼的拉伸力 -伸長(zhǎng)曲線）eps0bPp PePskPb Pklb lu lk(MPa) (%)0p esb kb uk（ 低碳鋼的應(yīng)力 -應(yīng)變曲線 ）1.1.2 塑性材料的拉伸性能第一節(jié) 應(yīng)力應(yīng)變曲線(MPa) (%)0低碳鋼的應(yīng)力 -應(yīng)變曲線aabk0a段aa 段a b段bk段彈性變形階段塑性變形階段彈性變形：外力去除后變形隨之消失，這種變形稱為彈性變形。塑性變形：外力去除后變形不會(huì)消失，留下永久性形變，這種變形稱為塑性變形。(MPa) (%)0aabk低碳鋼的應(yīng)力 -應(yīng)變曲線0a段發(fā)生彈性變形，與脆性材料相似。變形量為 0.5%1%，卸載后變形消失。p e比例極限彈性極限應(yīng)力 -應(yīng)變曲線上符合線性關(guān)系的最高應(yīng)力值 p。材料能夠完全彈性恢復(fù)的最高應(yīng)力值 e。p和 e哪個(gè)大？比例極限和彈性極限很難實(shí)際測(cè)量(MPa) (%)0aabk低碳鋼的應(yīng)力 -應(yīng)變曲線aa 段發(fā)生屈服變形。載荷不增加或反而減少，試樣還繼續(xù)伸長(zhǎng)的現(xiàn)象。變形量為 1%3% ， 屈服后，材料出現(xiàn)明顯塑變，表面滑移帶 。s屈服極限 屈服強(qiáng)度，表征金屬材料對(duì)塑性變形的抗力，用 s表示 。表明金屬材料開始發(fā)生大規(guī)模塑性變形。意義屈服強(qiáng)度的測(cè)量(MPa) (%)0aabk低碳鋼的應(yīng)力 -應(yīng)變曲線a b段發(fā)生均勻塑性變形。b 形變強(qiáng)化（加工硬化）：屈服后欲變形必須不斷加載，隨塑變?cè)龃?，變形抗力增大?？估瓨O限 表征金屬材料的極限承載能力，用 b表示。m 0 為總變形量，其中彈性變形量和塑性變形量各為哪段？(MPa) (%)0aabk低碳鋼的應(yīng)力 -應(yīng)變曲線kbk段發(fā)生不均勻塑性變形。斷裂極限 表征金屬材料抵抗斷裂能力，用 k表示。實(shí)際斷裂強(qiáng)度： Sk頸縮 材 料可能 發(fā) 生的 局 部截面 縮 減的 現(xiàn) 象。材料的承載能力下降。低碳鋼的應(yīng)力 -應(yīng)變曲線(MPa) (%)0aabkkbsp e小結(jié)比例極限彈性極限屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度斷裂強(qiáng)度現(xiàn)象： 屈服加工硬化頸縮性能指標(biāo)：屈強(qiáng)比低，材料塑性好；屈強(qiáng)比高，材料抗變形能力好。 s/ b屈強(qiáng)比第二節(jié) 彈性變形1.2.1 彈性變形及其實(shí)質(zhì)1.2.2 胡克定律1.2.3 彈性模量與剛度1.2.4 彈性比功1.2.5 滯彈性1.2.1 彈性變形及其實(shí)質(zhì)第二節(jié) 彈性變形彈性變形特點(diǎn)：總結(jié)1. 可逆性：卸載后變形消失2. 單值性：應(yīng)力應(yīng)變一一對(duì)應(yīng)3. 變形性?。?0.5%1%你膽小r0物理本質(zhì)1.2.1 彈性變形及其實(shí)質(zhì)r1晶格中原子自平衡位置產(chǎn)生可逆位移的反映。F=Fmax時(shí)，克服引力，拉開兩個(gè)原子，此為彈性下的斷裂 理論正斷強(qiáng)度但是，通常拉開 n分之一個(gè)原子間距就發(fā)生了塑性變形 塑性變形機(jī)理取代彈性變形(一 ) 簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)的胡克定律1單向拉伸（ 1-1）2剪切和扭轉(zhuǎn)（ 1-2） 3 E、 G的關(guān)系 （ 1-3）1.2.2 胡克定律第二節(jié) 彈性變形(二 ) 廣義胡克定律（ 1-4）當(dāng)應(yīng)變?yōu)橐粋€(gè)單位時(shí)，彈性模量即等于彈性應(yīng)力，即彈性模量是產(chǎn)生 100彈性變形所需的應(yīng)力。這個(gè)定義對(duì)金屬而言是沒有任何意義的，因?yàn)榻饘俨牧纤墚a(chǎn)生的彈性變形量是很小的。1.2.3 彈性模量與剛度第二節(jié) 彈性變形彈性模量 金屬材料 E/105MPa鐵 2.17銅 1.25鋁 0.72鐵 及低碳 鋼 2.0鑄鐵 1.71.9低合金 鋼 2.02.1奧氏體不 銹鋼 1.92.0合金化、熱處理、冷塑性變形對(duì)彈性模量的影響不大。？工程上的彈性模量剛度剛度大，則撓度小1.2.4 彈性比功第二節(jié) 彈性變形表示金屬材料吸收彈性變形功的能力，又稱彈性比功，應(yīng)變比能。彈性極限 屈服強(qiáng)度表示金屬材料開始塑性變形前單位體積吸收的最大功。韌性吸收功 儲(chǔ)備能量 ？?jī)?chǔ)能減震恒力碟簧支吊架 1.2.5 滯彈性第二節(jié) 彈性變形而后產(chǎn)生附加應(yīng)變 eO（ 1）突然加載 OA，產(chǎn)生瞬時(shí)應(yīng)變 Oa而后產(chǎn)生附加應(yīng)變 Ah（ 2）快速卸載 Be，產(chǎn)生瞬時(shí)應(yīng)變 He在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，隨時(shí)間延長(zhǎng)產(chǎn)生附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象。滯彈性產(chǎn)生原因：可能與金屬中點(diǎn)缺陷的移動(dòng)有關(guān)。在儀表和精密機(jī)械中，選用重要傳感元件的材料時(shí)，需要考慮滯彈性問題。1.3.1 塑性變形方式及特點(diǎn)1.3.2 屈服現(xiàn)象和屈服點(diǎn) (屈服強(qiáng)度 )1.3.3 影響屈服強(qiáng)度的因素1.3.4 應(yīng)變硬化 (形變強(qiáng)化 )1.3.5 縮頸現(xiàn)象和抗拉強(qiáng)度1.3.6 塑性1.3.7 靜力韌度第三節(jié) 塑性變形1.3.1 塑性變形方式及特點(diǎn)第三節(jié) 塑性變形塑性變形方式滑移孿生晶界滑動(dòng)擴(kuò)散性蠕變切應(yīng)力 一定晶面和晶向 切變過程切應(yīng)力 鏡面對(duì)稱關(guān)系 切變過程主要方式 變形量大變形量小調(diào)整滑移面1. 各晶粒變形的不同時(shí)性和不均勻性1.3.1 塑性變形方式及特點(diǎn)第三節(jié) 塑性變形塑性變形特點(diǎn)2. 各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性1.3.2 屈服現(xiàn)象和屈服點(diǎn)（屈服強(qiáng)度）第三節(jié) 塑性變形外力不增加 (保持恒定 )試樣仍能繼續(xù)伸長(zhǎng)；或外力增加到一定數(shù)值時(shí)突然下降，隨后，在外力不增加或上下波動(dòng)情況下，試樣繼續(xù)伸長(zhǎng)變形的現(xiàn)象。屈服現(xiàn)象屈服點(diǎn) 上屈服點(diǎn) su下屈服點(diǎn) sl呂德斯帶屈服平臺(tái)避免：預(yù)加 1%2%變形研究指出，屈服現(xiàn)象與下述三個(gè)因素有關(guān) : 材料在變形前可動(dòng)位錯(cuò)密度很小 (或雖有大量位錯(cuò)但被釘扎住，如鋼中的位錯(cuò)為雜質(zhì)原子或第二相質(zhì)點(diǎn)所訂扎 )； 隨塑性變形發(fā)生，位錯(cuò)能快速增殖； 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率與外加應(yīng)力有強(qiáng)烈依存關(guān)系。1.3.2 屈服現(xiàn)象和屈服點(diǎn)（屈服強(qiáng)度）第三節(jié) 塑性變形屈服機(jī)理金屬材料一般是多晶體合金，往往具有多相組織，因此，討論影響屈服強(qiáng)度的因素，必須注意以下三點(diǎn)： 屈服變形是位錯(cuò)增殖和運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，凡影響位錯(cuò)增殖和運(yùn)動(dòng)的各種因素必然要影響屈服強(qiáng)度； 實(shí)際金屬材料的力學(xué)行為是由許多晶粒綜合作用的結(jié)果，因此，要考慮晶界、相鄰晶粒的約束、材料的化學(xué)成分以及第二相的影響； 各種外界因素通過影響位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)而影響屈服強(qiáng)度。1.3.3 影響屈服強(qiáng)度的因素第三節(jié) 塑性變形1.3.3 影響屈服強(qiáng)度的因素第三節(jié) 塑性變形影響因素內(nèi)在因素 外在因素金屬本性及晶格類型晶粒大小及亞結(jié)構(gòu)溶質(zhì)元素第二相溫度應(yīng)變速率應(yīng)力狀態(tài)1.3.4 應(yīng)變硬化（形變強(qiáng)化） 真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線第三節(jié) 塑性變形彈性變形部分重合B在 b的左上方bBPS=（ 1+） e=ln（ 1+） bBP1.3.4 應(yīng)變硬化（形變強(qiáng)化） 真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線第三節(jié) 塑性變形PB段： HollomonS=KenK 強(qiáng)度系數(shù)n 應(yīng)變硬化指數(shù)，反映金屬材料抵抗均勻塑性變形的能力。金屬材料的 n值越大，則加工成的機(jī)件在服役時(shí)承受偶然過載的能力也就越大。1.3.4 應(yīng)變硬