《工程材料物理性能（第2版）》 第01章 金属在单向静拉伸载荷下的力学.ppt

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1、金属力学性能许晓嫦讲授绪论n一 材料的性能（使用性能）n1.物理性能n2.化学性能n3.工艺性能n4.力学性能-n-金属在力的作用下所显示与弹性和非弹性反应相关或涉及应力-应变关系的性能（GB10623-89 金属力学性能试验术语）n二 失效现象n如：过量弹性变形；过量塑性变形；断裂和磨损等。n因此金属材料的力学性能可以简单地理解为：金属抵抗外加载荷（外力）引起的变形和断裂的能力或金属材料的失效抗力。n由于机件的承载条件一般用各种力学参量（如应力、应变、应力场强度因子）表示，因此人们将表征金属材料力学行为的力学参量的临界值或规定值称为金属力学性能指标或判据（如强度指标、塑性指标、韧性指标等）。

2、n金属力学性能指标具体值的高低，表示金属抵抗变形的断裂能力的大小，是评定金属材料质量的主要依据，也是金属机件设计时选材时和进行强度计算时的主要依据。n各种力学性能指标需通过实验来测定。n本课程的主要内容：n1.金属力学性能指标的本质、物理概念、实用意义，以及各种力学性能指标间的相互关系。n2.影响金属力学性能的因素，提高金属力学性能的方向和途径。n3.金属力学性能指标的测试技术。n第一章第一章 金属在单向静拉伸载荷下的力学金属在单向静拉伸载荷下的力学 n 性能性能n试验方法的特点：温度、应力状态、和加载速试验方法的特点：温度、应力状态、和加载速率是确定的，并常用标准的光滑圆柱体试样进率是确定的

3、，并常用标准的光滑圆柱体试样进行试验。行试验。n第一节 力伸长曲线和应力应变曲线n力伸长曲线是拉伸试验中记录的拉伸力对伸长的关系曲线n如退火低碳钢拉伸力伸长曲线n将力伸长曲线的纵、横坐标分别用拉伸试样的原始截面积和原始标距长度去除，则得到应力应变曲线。（称工程应力应变曲线。可建立金属材料在静拉伸条件下的力学性能指标。n说明：符号已变更。n第二节 弹性变形n一一 弹性变形及其实质弹性变形及其实质n一种可逆性变形。在加载和卸载期内，应力与应变之间都保持单值线性关系。（一般不超过0.5%-1.0%）。n二二 弹性模量弹性模量n在弹性变形阶段，大多数金属的应力-应变之间符合虎克定律，如拉伸时=E，剪切

4、时=(E和分别为拉伸模量和切变模量）由此可知，当应变为一个单位时，弹性模量等于弹性应力，即弹性模量是产生100%弹性变形所需的应力。工程上弹性模量被称为材料的刚度，表征材料对弹性变形的抗力。其值愈大，则在相同应力下产生的弹性变形愈小。n三 比例极限nP，-新新RPnP 新新RP是应力与应变成正比关系的最大应力n即在拉伸应力-应变曲线上开始偏离直线n时的应力。四 弹性极限e新新Re e 新新Re是材料由弹性变形过渡到弹塑性变形时的应力。RP ，Re的实际意义：对于要求在服役时其应力-应变关系维持严格直线关系的机件，如测力计弹簧是依靠弹性变形的应力正比于应变的关系显示载荷大小的，则材料选择时以比例

5、极限为依据。服役条件是不允许产生微量塑性变形的机件，则材料选择时以弹性极限为依据。n第三节 塑性变形n一、一、塑性变形方式及特点塑性变形方式及特点n1.方式：滑移与孪生n2.特点：n（1）各晶粒变形的不同时性和不均匀性n（2）各晶粒变形时的相互协调性n二、屈服现象和屈服点（屈服强度）二、屈服现象和屈服点（屈服强度）n1.现象：现象：外力不增加（或保持恒定、增至某一值后突然下降）试样仍能继续伸长。n2.屈服点：旧屈服点：旧s，新新（不标）（不标）n（1）上屈服点）上屈服点:旧旧su，新ReHn（2）下屈服点）下屈服点:旧旧sL，新ReLn（3）屈服伸长：旧）屈服伸长：旧，新An（4）屈服平台）屈

6、服平台:n（5）吕德斯带（或屈服线）吕德斯带（或屈服线）n外力从上屈服点下降到下屈服点时，外力从上屈服点下降到下屈服点时，在试样局部区域开始形成与拉伸轴约在试样局部区域开始形成与拉伸轴约成成45度的条带。度的条带。n三、屈服强度n（1）规定非比例伸长应力RP0.01、RP0.05、R0.02n（2）规定残余伸长应力Rp0.2n一般将R0.01 （0.01）称为条件比例极限，0.2称为屈服强度(Rp0.2)n四、缩颈现象n五、抗拉强度b,新Rmn 标志塑性金属材料的实际承载能力。（与硬度、疲劳强度等之间有一定的经验关系）。六、塑性 塑性是指金属材料断裂前发生塑性变形的能力。（均匀塑性变形+集中塑

7、性变形）塑性指标塑性指标：1.断后伸长率：为了使同一材料制成的不同尺寸拉伸试样得到相同的值，要求00=K（常数）通常K为5.65，11.3（特殊情况下可取2.82，4.52，9.04），对于圆柱形试样，相应的尺寸为0=5d0或0=10d0（比例试样的短试样和长试样5 10）新A,5 ,新A11.3,10 n(新A）=1-00100%n2.断后收缩率：n（新Z)=A0-A1 A0 100%n如果，金属拉伸形成缩颈，且差值越大，缩颈越严重。=或 则金属材料不形成缩颈。n3、塑性的意义：n（1）塑性指标是安全力学性能指标。n（2）冷热加工及机器装配、修复需要。n（3）可评定材料质量。n第四节第四节

8、金属的断裂金属的断裂n一、断裂的类型一、断裂的类型n变形、磨损、腐蚀和断裂是机件的主要失效形式。n1.韧性断裂与脆性断裂：n 韧性断裂前有明显的塑性宏观变形（有一个缓慢的撕裂过程，在此过程中不断消耗能量。其断裂面一般平行于最大切应力并与主应力成45角。断口呈纤维状，灰暗色）。n脆性断裂前无明显的塑性宏观变形。n2.断口特征三要素：纤维区、放射区与剪切唇。n3.穿晶断裂与沿晶断裂：n穿晶断裂的裂纹穿过晶内，沿晶断裂的裂纹沿晶界扩展。从宏观上看穿晶断裂可以是韧性断裂（如室温下）也可以是脆性断裂（如低温下）。而沿晶断裂则多数是脆性断裂。（晶界上的一薄层连续或不连续脆性第二相、夹杂物，破坏了晶界的连续性，也可能是杂质元素向晶界集聚所引起。应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹等都是沿晶断裂）。