材料力学性能
材料的力学性能
![材料的力学性能](https://img.taocdn.com/s3/m/08a0f0dcad51f01dc281f1c9.png)
2)塑性 )
材料在断裂前发生永久变形的能力叫塑性。 材料在断裂前发生永久变形的能力叫塑性。塑性以材料断 裂后永久变形的大小来衡量。 裂后永久变形的大小来衡量。 塑性指标有延伸率和断面收缩率两种。 塑是衡量材料软硬程度的指标,反映材料表面抵抗微区塑性 变形的能力。
材料的力学性能
材料在力的作用下所表现出来的特性即为材料的力学性能。 材料在力的作用下所表现出来的特性即为材料的力学性能。
主要指标
1 强度与塑性 2 硬度 3 韧性 4 老化性能 5 耐磨性 6 疲劳特性
强度与塑性
1)强度 )
①屈服强度 屈服强度 在外力作用下材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。 在外力作用下材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。 ②抗拉强度 抗拉强度 试样在被拉断前的最大承载应力为抗拉强度。 试样在被拉断前的最大承载应力为抗拉强度。 其他强度 由扭转实验、弯曲实验、 由扭转实验、弯曲实验、压缩实验等相应条件下的强度指标叫 扭转强度、抗弯强度、抗压强度等。 扭转强度、抗弯强度、抗压强度等。
工程上常用布氏硬度 、洛氏硬度 布氏硬度HB、洛氏硬度HR、 布氏硬度 、 维氏硬度HV、肖氏硬度HS和赵氏 和赵氏、 维氏硬度 、肖氏硬度 和赵氏、邵 氏硬度( 氏硬度(邵A)等。 )
韧性
指材料抵抗裂纹萌生与发展的能力。 NOTES 韧性与脆性是两个意义上完全相反的概 韧性与脆性是两个意义上完全相反的概 韧性好,脆性就差。反之亦然。 念。韧性好,脆性就差。反之亦然。 度量指标 冲击韧性 断裂韧性 用材料裂纹尖端应力强度因子的临界值Kic 来表征 用材料受冲击而破坏的过程所吸收的冲击功 来表征
耐磨性
磨损
一个零件相对另一个零件摩擦的结果,引起摩擦表面 有微小颗粒分离出来,使接触面尺寸变化、重量损失及其他 性能下降的这种现象称为磨损。 磨损的种类: 包括氧化磨损、咬合磨损、热磨损、 磨损的种类: 包括氧化磨损、咬合磨损、热磨损、磨粒 磨损、卷曲磨损、冲击磨损、表面疲劳磨损等, 磨损、卷曲磨损、冲击磨损、表面疲劳磨损等,材料磨损多 是数种磨损共同作用的结果。 是数种磨损共同作用的结果。
材料的力学性能
![材料的力学性能](https://img.taocdn.com/s3/m/5d9a7907326c1eb91a37f111f18583d048640f7f.png)
材料的力学性能
材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现出的性能,主要包括强度、韧性、硬度、塑性等指标。
这些性能对于材料的选择、设计和应用具有重要意义。
下面将分别对材料的强度、韧性、硬度和塑性进行介绍。
首先,强度是材料抵抗破坏的能力,通常用抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等
指标来表示。
强度高的材料具有较好的抗破坏能力,适用于承受大外力的场合。
例如,建筑结构中常使用高强度钢材,以保证结构的安全稳定。
其次,韧性是材料抵抗断裂的能力,也可以理解为材料的延展性。
韧性高的材
料在受到外力作用时能够延展变形而不断裂,具有较好的抗震抗冲击能力。
例如,汽车碰撞安全设计中常使用高韧性的材料,以保护乘车人员的安全。
再次,硬度是材料抵抗划伤和压痕的能力,通常用洛氏硬度、巴氏硬度等指标
来表示。
硬度高的材料具有较好的耐磨损性能,适用于制造耐磨损零部件。
例如,机械设备中常使用高硬度的合金材料来制造齿轮、轴承等零部件。
最后,塑性是材料在受力作用下发生塑性变形的能力,通常用延伸率、收缩率
等指标来表示。
具有良好塑性的材料能够在加工过程中较容易地进行成型和加工,适用于复杂零部件的制造。
例如,塑料制品的生产常使用具有良好塑性的材料,以满足复杂形状的加工需求。
综上所述,材料的力学性能是材料工程领域中的重要指标,对于材料的选择、
设计和应用具有重要意义。
强度、韧性、硬度和塑性是衡量材料力学性能的重要指标,不同的应用场合需要选择具有不同力学性能的材料,以满足工程需求。
因此,深入了解和掌握材料的力学性能,对于材料工程师和设计师来说是非常重要的。
材料力学性能
![材料力学性能](https://img.taocdn.com/s3/m/edf72238b4daa58da0114aee.png)
24ΔK:材料的疲劳裂纹扩展速率不仅与应力水平有关,而且与当时的裂纹尺寸有关。ΔK是由应力范围Δσ和a复合为应力强度因子范围,ΔK=Kmax-Kmin=Yσmax√a-Yσmin√a=YΔσ√a. p105/p120
答:当 增加到某一临界值时, 能克服裂纹失稳扩展的阻力,则裂纹失稳扩展断裂。将 的临界值记作 ,称断裂韧度,表示材料阻止裂纹失稳扩展时单位面积所消耗的能量,其单位与 相同。
J判据和 判据一样都是裂纹开始扩展的裂纹判据,而不是裂纹失稳扩展的裂纹判据。P91/P104
3、试述低应力脆断的原因及防止方法。
4弹性模量:工程上被称为材料的刚度,表征材料对弹性变形的抗力。实质是产生100%弹性变形所需的应力。
5滞弹性:快速加载或卸载后,材料随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。
6内耗:加载时材料吸收的变形功大于卸载是材料释放的变形功,即有部分变形功倍材料吸收,这部分被吸收的功称为材料的内耗。
7韧性:材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
从微观机制来看低温脆性与位错在晶体点阵中运动的阻力有关,当温度降低时,位错运动阻力增大,原子热激活能力下降,因此材料屈服强度增加。影响材料低温脆性的因素有:1.晶体结构:对称性低的体心立方以及密排六方金属、合金转变温度高,材料脆性断裂趋势明显,塑性差。
2.化学成分:能够使材料硬度,强度提高的杂质或者合金元素都会引起材料塑性和韧性变差,材料脆性提高。3.显微组织:①晶粒大小,细化晶粒可以同时提高材料的强度和塑韧性。因为晶界是裂纹扩展的阻力,晶粒细小,晶界总面积增加,晶界处塞积的位错数减 少,有利于降低应力集中;
材料力学性能
![材料力学性能](https://img.taocdn.com/s3/m/dba35d3ce87101f69f319527.png)
§2 材料力学性能材料的力学性能,又称机械性能,是材料抵抗外力作用引起变形和断裂的能力。
包括强度、韧性、硬度、塑性、耐磨性、高温力学性能等。
材料的力学性能不仅与材料的成分、显微结构有关,还和承受的载荷大小、种类、加载速度、环境温度、介质等有关。
2.1 强度2.1.1 拉伸试验材料的强度可以通过光滑圆柱试样静拉伸试验确定。
按照一定的标准加工的光滑圆柱试样,在拉伸载荷作用下发生变形,记录载荷大小和伸长量之间的关系,将其转变为应力应变曲线,即可获得材料的强度力学行为。
典型的应力应变曲线包括:弹性变形阶段(Oe段),屈服阶段(sd段),变形强化阶段(db段),缩颈阶段(bk段),每个阶段反映了材料在不同载荷水平下不同的力学行为。
图3.7 典型的静拉伸应力应变曲线2.1.2 弹性变形在弹性变形阶段,材料中的原子在平衡位置附近作微量位移,载荷消失后微量位移消失,材料宏观外形完全恢复,此时的应力应变曲线满足胡克定律:σ = Eε式中,σ为应力,ε为应变,E为弹性模量。
弹性极限σe:材料由弹性变形过渡到塑性变形时的应力,一般规定产生0.01%塑性变形时的应力为弹性极限值,记为σ0.01 。
弹性模量主要取决于材料的成分,受组织结构影响不大,是个组织不敏感参量。
另外,弹性模量反映了材料中原子间作用力的大小,而材料的熔点也反映了原子间作用力的大小,应此一般地,材料的熔点越高,弹性模量越大。
表3.3 一些材料的弹性模量E(GPa)2.1.3 塑性变形当材料承受的载荷超过弹性极限时,材料将发生不可逆转的永久性变形,称为塑性变形。
在塑性变形阶段,应力应变曲线变成非线性,材料的变形是通过原子价键的断开、重排来实现的。
在晶体材料中,塑性变形主要是通过位错在密排面上沿密排方向的滑移来实现的,因此,晶体结构中位错越容易滑移,则材料的塑性变形越容易。
屈服强度σs:材料出现一定塑性变形时的应力,S为屈服点,多数材料的S 点不明显。
材料的常用力学性能有哪些
![材料的常用力学性能有哪些](https://img.taocdn.com/s3/m/b8e3143676c66137ee06194c.png)
材料的常用力学性能有哪些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。
1强度强度是指材料在外力作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。
强度用应力表示,其符号是σ,单位为MPa,常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度,通过拉伸试验测定。
2塑性塑性是指材料在断裂前产生永久变形而不被破坏的能力。
材料塑性好坏的力学性能指标主要有伸长率和收缩率,值越大,材料的塑性就越好,通过拉伸试验可测定。
3硬度硬度是指金属材料抵抗硬物压入其表面的能力。
材料的硬度越高,其耐磨性越好。
常用的硬度指标有布氏硬度(HBS)和洛氏硬度(HRC)。
1)布氏硬度表示方法:布氏硬度用HBS(W)表示,S表示钢球压头,W表示硬质合金球压头。
规定布氏硬度表示为:在符号HBS或HBW前写出硬度值,符号后面依次用相应数字注明压头直径(mm)、试验力(N)和保持时间(s)。
如120 HBS 10/1000/30。
适用范围:HBS适用于测量硬度值小于450的材料,主要用来测定灰铸铁、有色金属和经退火、正火及调质处理的钢材。
根据经验,布氏硬度与抗拉强度之间有一定的近似关系:对于低碳钢,有σ=0.36HBS;对于高碳钢:有σ=0.34HBS。
2)洛氏硬度表示方法:常用HRA、HRB、HRC三种,其中HRC最为常用。
洛氏硬度的表示方法为:在符号前面写出硬度值。
如62HRC。
适用范围:HRC在20-70范围内有效,常用来测定淬火钢和工具钢、模具钢等材料,1HRC相当于10HBS。
4冲击韧性冲击韧性是指材料抵抗冲击载荷而不被破坏的能力,材料的韧性越好,在受冲击时越不容易断裂。
5疲劳强度疲劳强度是指材料经过无数次应力循环仍不断裂的最大应力。
6弹性在物理学和机械学上,弹性理论是描述一个物体在外力的作用下如何运动或发生形变。
在物理学上,弹性是指物体在外力作用下发生形变,当外力撤消后能恢复原来大小和形状的性质。
材料力学性能
![材料力学性能](https://img.taocdn.com/s3/m/dfce7d9b8bd63186bcebbc6f.png)
填空1-1、金属弹性变形是一种“可逆性变形”,它是金属晶格中原子自平衡位置产生“可逆位移”的反映。
1-2、弹性模量即等于弹性应力,即弹性模量是产生“100%”弹性变形所需的应力。
1-3、弹性比功表示金属材料吸收“弹性变形功”的能力。
1-4、金属材料常见的塑性变形方式主要为“滑移”和“孪生”。
1-5、滑移面和滑移方向的组合称为“滑移系”。
1-6、影响屈服强度的外在因素有“温度”、“应变速率”和“应力状态”。
1-7、应变硬化是“位错增殖”、“运动受阻”所致。
1-8、缩颈是“应变硬化”与“截面减小”共同作用的结果。
1-9、金属材料断裂前所产生的塑性变形由“均匀塑性变形”和“集中塑性变形”两部分构成。
1-10、金属材料常用的塑性指标为“断后伸长率”和“断面收缩率”。
1-11、韧度是度量材料韧性的力学指标,又分为“静力韧度”、“冲击韧度”、“断裂韧度”。
1-12、机件的三种主要失效形式分别为“磨损”、“腐蚀”和“断裂”。
1-13、断口特征三要素为“纤维区”、“放射区”、“剪切唇”。
1-14、微孔聚集断裂过程包括“微孔成核”、“长大”、“聚合”,直至断裂。
1-15、决定材料强度的最基本因素是“原子间结合力”2-1、金属材料在静载荷下失效的主要形式为“塑性变形”和“断裂”。
2-2、扭转试验测定的主要性能指标有“切变模量”、“扭转屈服点τs”、“抗扭强度τb”。
2-3、缺口试样拉伸试验分为“轴向拉伸”、“偏斜拉伸”。
2-5、压入法硬度试验分为“布氏硬度”、“洛氏硬度”和“维氏硬度”。
2-7、洛氏硬度的表示方法为“硬度值”、符号“HR”、和“标尺字母”。
3-1、冲击载荷与静载荷的主要区别是“加载速率不同”。
3-2、金属材料的韧性指标是“韧脆转变温度tk4-1、裂纹扩展的基本形式为“张开型”、“滑开型”和“撕开型”。
4-2、机件最危险的一种失效形式为“断裂”,尤其是“脆性断裂”极易造成安全事故和经济损失。
4-3、裂纹失稳扩展脆断的断裂K判据:KI≥KIC 4-4、断裂G判据:GI≥GIC 。
材料的力学性能
![材料的力学性能](https://img.taocdn.com/s3/m/627373ffc8d376eeaeaa314d.png)
材料的力学性能mechanical properties of materials主要是指材料的宏观性能,如弹性性能、塑性性能、硬度、抗冲击性能等。
它们是设计各种工程结构时选用材料的主要依据。
各种工程材料的力学性能是按照有关标准规定的方法和程序,用相应的试验设备和仪器测出的。
表征材料力学性能的各种参量同材料的化学组成、晶体点阵、晶粒大小、外力特性(静力、动力、冲击力等)、温度、加工方式等一系列内、外因素有关。
材料的各种力学性能分述如下:弹性性能材料在外力作用下发生变形,如果外力不超过某个限度,在外力卸除后恢复原状。
材料的这种性能称为弹性。
外力卸除后即可消失的变形,称为弹性变形。
表示材料在静载荷、常温下弹性性能的一些主要参量可以通过拉伸试验进行测定。
拉伸试样常制成圆截面(图1之a)或矩形截面(图1之b)棒体,l为标距,d为圆形试样的直径,h和t分别为矩形截面试样的宽度和厚度,图中截面形状用阴影表示,面积记为A。
长度和横向尺寸的比例关系也有如下规定:对于圆形截面试样,规定l=10d或l=5d;对于矩形截面试样,按照面积换算规定或者。
试样两端的粗大部分用以和材料试验机的夹头相连接。
试验结果通常绘制成拉伸图或应力-应变图。
图2为低碳钢的拉伸图,横坐标表示试样的伸长量Δl(或应变ε=Δl/l),纵坐标表示载荷P(或应力ζ=P/A)。
图中的曲线从原点到点p为直线,pe段为曲线,载荷不大于点e所对应的值时,卸载后试样可恢复原状。
反映材料弹性性质的参量有比例极限、弹性极限、弹性模量、剪切弹性模量和泊松比等。
比例极限应力和应变成正比例关系的最大应力称为比例极限,即图中点p所对应的应力,以ζp表示。
在应力低于ζp的情况下,应力和应变保持正比例关系的规律叫胡克定律。
载荷超过点p对应的值后,拉伸曲线开始偏离直线。
弹性极限试样卸载后能恢复原状的最大应力称为弹性极限,即图中点e所对应的应力,以ζe表示。
若在应力超出ζe后卸载,试样中将出现残余变形。
材料力学性能
![材料力学性能](https://img.taocdn.com/s3/m/bf53afd65ebfc77da26925c52cc58bd63186939e.png)
材料⼒学性能第⼀章:绪论⼀、需要掌握的概念材料⼒学性能的定义、弹性变形、线弹性、滞弹性、弹性后效、弹性模量、泊松⽐、弹性⽐功、体弹性模量⼆、需要重点掌握的内容 1、弹性模量的物理本质以及影响弹性模量的因素; 2、掌握根据原⼦间势能函数推倒简单结构材料弹性模量的⽅法; 3、弹性⽐功的计算,已知材料的应⼒应变曲线能求出材料卸载前和卸载后的弹性⽐功。
材料⼒学性能的定义 是指材料(⾦属和⾮⾦属等)及由其所加⼯成的⼯件在外⼒(拉、压、弯曲、扭转、剪切、切削等)作⽤下⾬加⼯、成型、使役、实效等过程中表现出来的性能(弹塑性、强韧性、疲劳、断裂及寿命等)。
这些性能通常受到的环境(湿度、温度、压⼒、⽓氛等)的影响。
强度和塑性和结构材料永恒的主题!弹性变形 是指材料的形状和尺⼨在外⼒去除后完全恢复原样的⾏为。
线弹性 是指材料的应⼒和应变成正⽐例关系。
就是上图中弹性变形⾥前⾯的⼀段直线部分。
杨⽒模量(拉伸模量、弹性模量) 我们刚刚谈到了线弹性,在单轴拉伸的条件下,其斜率就是杨⽒模量(E)。
它是⽤来衡量材料刚度的材料系数(显然杨⽒模量越⼤,那么刚度越⼤)。
杨⽒模量的物理本质 样式模量在给定环境(如温度)和测试条件下(如应变速率)下,晶体材料的杨⽒模量通常是常数。
杨⽒模量是原⼦价键强度的直接反应。
共价键结合的材料杨⽒模量最⾼,分⼦键最低,⾦属居中。
对同⼀晶体,其杨⽒模量可能随着晶体⽅向的不同⽽不同,俗称各向异性。
模量和熔点成正⽐例关系。
影响杨⽒模量的因素内部因素 --- 原⼦半径 过渡⾦属的弹性模量较⼤,并且当d层电⼦数为6时模量最⼤。
外部因素1. 温度:温度升⾼、原⼦间距增⼤,原⼦间的结合⼒减弱。
因此,通常来说,杨⽒模量随着温度的上升⽽下降。
2. 加载速率:⼯程技术中的加载速率⼀般不会影响⾦属的弹性模量。
3. 冷变形:冷变形通常会稍稍降低⾦属的弹性模量,如钢在冷变形之后,其表观样式模量会下降4% - 6%。
泊松⽐简单来说,泊松⽐就是单轴拉伸或压缩时材料横向应变和轴向应变⽐值的负数。
材料力学性能
![材料力学性能](https://img.taocdn.com/s3/m/85448bd20875f46527d3240c844769eae109a341.png)
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。
材料力学性能
![材料力学性能](https://img.taocdn.com/s3/m/0b1513ec5ebfc77da26925c52cc58bd630869376.png)
材料力学性能材料力学性能是指材料在受力作用下的表现,它是材料工程中最基本也是最重要的性能。
其特征可以通过材料的塑性、弹性、韧性、疲劳强度等描述。
一、塑性塑性是指材料在外力作用下,由于内部构造结构的变形而产生的变形能力。
材料受到足够大的外力时,会发生变形,并能保持变形状态。
当外力消失时,材料也可以恢复原来的形状。
塑性可以用弹性模量来衡量,单位为常用的GPa(千兆帕)或Mpa(兆帕)。
二、弹性弹性是指材料在外力作用下,由于内部构造结构的恢复能力而产生的恢复能力。
材料受到外力时,会发生变形,但当外力消失时,材料可以完全恢复原始形状。
弹性可以用弹性模量来衡量,单位为常用的GPa(千兆帕)或Mpa(兆帕)。
三、韧性韧性是指材料在受力作用下,由于内部构造结构的自我修复能力而产生的恢复能力。
当材料受到外力时,会发生变形,但当外力消失时,材料可以恢复部分原始形状。
韧性可以用韧性模量来衡量,单位为常用的GPa (千兆帕)或Mpa(兆帕)。
四、疲劳强度疲劳强度是指材料在受力作用下,由于内部构造结构的疲劳破坏而产生的抗疲劳能力。
当材料受到外力时,会逐渐发生疲劳破坏,最终导致破坏。
疲劳强度可以用抗疲劳模量来衡量,单位为常用的GPa(千兆帕)或Mpa(兆帕)。
五、吸能量吸能量是指材料在受力作用下,由于内部构造结构的吸收能力而产生的吸收能力。
当材料受到外力时,会吸收一定的能量,这就是材料的吸能量。
吸能量可以用吸能量模量来衡量,单位为J/m3。
材料力学性能是材料性能的基础,它可以直接反映出材料的物理性质,并且可以用来衡量材料的强度、硬度等性能。
正确理解材料力学性能,可以为材料工程应用提供重要参考。
材料的力学性能
![材料的力学性能](https://img.taocdn.com/s3/m/2a090c466bd97f192279e95b.png)
材料的力学性能在一定的温度条件和外力作用下,材料的抗变形和抗断裂能力称为材料的力学性能。
锅炉和压力容器材料的常规力学性能主要包括强度、硬度、塑性和韧性。
(1)强度强度是指金属材料在外力作用下抵抗变形或断裂的能力。
强度指标是设计中确定许用应力的重要依据。
常用的强度指标为:屈服强度为s,或强度为0.2,抗拉强度为b。
高温工作时,应考虑蠕变极限为N,断裂强度为D。
(2)塑性是指金属材料在断裂前产生塑性变形的能力。
塑性指标包括:断裂伸长率,断裂后试样的相对伸长率;面积圆的减少,断裂点上横截面积的相对减少;和冷弯(角)α,即角测量标本时第一个裂纹在拉伸弯曲表面。
(3)韧性是指金属材料抵抗冲击载荷的能力。
韧性通常表达的冲击能量AK和冲击韧性值αk . k值或αk值不仅反映了材料的耐冲击,但也有些敏感材料的缺陷,可以敏感地反映材质的细微变化,宏观缺陷和微观结构。
而且AK对材料的脆性转变非常敏感,可以通过低温冲击试验来测试钢的冷脆性。
断裂韧度是衡量材料韧性的一个新的指标,它反映了材料的抗裂纹扩展能力。
(4)硬度,硬度是衡量材料硬度和柔软度的性能指标。
硬度测试的方法很多,原理不一样,硬度值和意义也不完全相同。
最常用的是静载荷压痕硬度试验,即布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)、维氏硬度(HV),其值代表材料表面抵抗坚硬物体冲击的能力。
肖氏硬度(HS)属于回弹硬度试验,其值代表金属的弹性变形功。
因此,硬度不是一个简单的物理量,而是反映材料的弹性、塑性、强度和韧性的综合性能指标。
力学性能是钢材最重要的使用性能,包括抗拉性能、塑性、韧性及硬度等。
(1)抗拉性能。
表示钢材抗拉性能的指标有屈服强度、抗拉强度、屈强比、伸长率、断面收缩率。
屈服是指钢材试样在拉伸过程中,负荷不再增加,而试样仍继续发生变形的现象。
发生屈服现象时的最小应力,称为屈服点或屈服极限,在结构设计时,一般以屈服强度作为设计依据。
抗拉强度是指试样拉伸时,在拉断前所承受的最大荷载与试样原横截面面积之比。
材料的力学性能
![材料的力学性能](https://img.taocdn.com/s3/m/4c0d890eb207e87101f69e3143323968011cf426.png)
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。
第一章 材料的力学性能
![第一章 材料的力学性能](https://img.taocdn.com/s3/m/b2c2a04fcf84b9d528ea7adb.png)
第一章材料的力学性能一、名词解释1、力学性能:材料抵抗各种外加载荷的能力,称为材料的力学性能。
2、弹性极限:试样产生弹性变形所承受的最大外力,与试样原始横截面积的比值,称为弹性极限,用符号σe表示。
3、弹性变形:材料受到外加载荷作用产生变形,当载荷去除,变形消失,试样恢复原状,这种变形称为弹性变形。
4、刚度:材料在弹性变形范围内,应力与应变的比值,称为刚度,用符号E表示。
5、塑性:材料在外加载荷作用下,产生永久变形而不破坏的性能,称为塑性。
6、塑性变形:材料受到外力作用产生变形,当外力去除,一部分变形消失,一部分变形没有消失,这部分没有消失的变形称为塑性变形。
7、强度:材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力,称为强度。
8、抗拉强度:材料在断裂前所承受的最大外加拉力与试样原始横截面积的比值,称为抗拉强度,用符号σb表示。
9、屈服:材料受到外加载荷作用产生变形,当外力不增加而试样继续发生变形的现象,称为屈服。
10、屈服强度:表示材料在外力作用下开始产生塑性变形的最低应力,即材料抵抗微量塑性变形的能力,用符号σs表示。
11、σ0.2:表示条件屈服强度,规定试样残留变形量为0.2%时所承受的应力值。
用于测定没有明显屈服现象的材料的屈服强度。
12、硬度:金属表面抵抗其它更硬物体压入的能力,即材料抵抗局部塑性变形的能力,称为硬度。
13、冲击韧度:材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力,称为冲击韧度,用符号αk表示。
14、疲劳:在交变载荷作用下,材料所受的应力值虽然远远低于其屈服强度,但在较长时间的作用下,材料会产生裂纹或突然的断裂,这种现象称为疲劳。
15、疲劳强度:材料经无数次应力循环而不发生断裂,这一应力值称为疲劳强度或疲劳极限,用符号σ-1表示。
16、蠕变:材料在高温长时间应力作用下,即使所加应力值小于该温度下的屈服极限,也会逐渐产生明显的塑性变形直至断裂,这种现象称为蠕变。
17、磨损:由两种材料因摩擦而引起的表面材料的损伤现象称为磨损。
材料力学性能
![材料力学性能](https://img.taocdn.com/s3/m/5c989b00964bcf84b9d57be8.png)
一.名词解释粘着磨损(咬合磨损):因缺乏润滑油,摩擦副表面无氧化膜,且单位法向载荷很大,以致接触应力超过实际接触点处屈服强度而产生的一种磨损。
解理断裂:金属材料在一定条件下,当外加正应力达到一定数值时,以极快速率沿一定的晶体学平面产生的穿晶断裂。
应力腐蚀:金属材料在拉应力和特定化学介质共同作用下,经过一段时间后所产生的低应力脆断现象。
低温脆性:体心立方晶体金属及合金或某些密排六方晶体金属及合金,在试验温度低于某一温度时,会由韧性状态变成脆性状态,冲击吸收功明显下降,断裂机理由微孔聚集型变成穿晶解理型,断口特征由纤维状变成结晶状。
疲劳:金属机构或构件在变动应力和应变长期作用下,由于累积损伤而引起的断裂现象。
应力状态软系数:最大切应力τ与最大正应力б的比值表示它们的相对大小,记为α。
氢脆:由于氢和应力的共同作用导致金属材料产生脆性断裂的现象。
高周疲劳:金属在循环载荷作用下,疲劳寿命为大于10 次的疲劳断裂。
缺口效应:由于缺口的存在,在静载荷的作用下,缺口截面上的应力状态将发生变化,从而影响金属材料的力学性能。
磨粒磨损:当摩擦副一方表面存在坚硬的细微突起,或者在接触面之间存在着硬质粒子时所产生的一种磨损。
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,规定残余伸长应力增加:反向加载,规定残余伸长应力降低的现象。
疲劳裂纹门槛值:是疲劳裂纹不扩展的的临界值,表示材料阻止疲劳裂纹开始扩展的性能,越大,阻止裂纹扩展的能力越强,材料越好。
穿晶断裂:裂纹穿过晶粒内部扩展,既是宏观塑性断裂,也是宏观脆性断裂,包括纯剪切和微孔聚合型断裂。
冲击吸收功:指规定形状和尺寸的试样在冲击试验力一次作用下折断时所吸收的功。
弹性变形:材料在外力作用下产生变形,当外力取消后,材料变形即可消失并完全恢复原来形状的性质称为弹性。
这种可恢复的变形称为弹性变形。
二.解释下列指标的名称和物理意义。
Ψ:(断面收缩率)是试样拉断后,缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。
材料力学性能
![材料力学性能](https://img.taocdn.com/s3/m/964bdcbe9f3143323968011ca300a6c30c22f1d2.png)
材料力学性能材料力学性能是指材料在受力作用下所表现出来的性能,包括强度、刚度、韧性等指标。
材料力学性能的好坏直接影响到材料在工程应用中的可靠性和安全性。
本文将介绍材料力学性能的相关概念和测试方法,并分析其对材料应用的影响。
一、强度强度是指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。
抗拉强度是指材料在拉伸力作用下,抗拉破坏的能力。
抗压强度是指材料在受压力作用下,抗压破坏的能力。
抗弯强度是指材料在受弯力作用下,抗弯曲破坏的能力。
强度的测试方法主要包括拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等。
材料的强度往往与其成分、结构和加工工艺有关。
例如,金属材料中添加合适的合金元素,可以提高其强度;陶瓷材料中控制晶粒尺寸和界面结合情况,可以提高其抗压强度;纤维增强复合材料中,纤维的分布和取向对抗弯强度有重要影响。
在工程设计中,需要根据具体应用情况选择合适的材料强度指标,并保证其符合设计要求,以确保结构的稳定性和安全性。
二、刚度刚度是指材料抵抗形变的能力,也可以理解为材料对外力作用下的变形程度。
常见的刚度指标包括弹性模量、切变模量等。
弹性模量是指材料在弹性变形范围内,单位应力下的应变,反映了材料的抗弹性变形能力。
刚度的测试方法主要包括拉伸试验、扭转试验等。
材料的刚度与其物理性质和结构密切相关。
高弹性模量的材料具有较高的刚度,其在受力下变形较小;而低弹性模量的材料具有较低的刚度,其在受力下变形较大。
在工程设计中,需要根据结构的刚度要求选择合适的材料,以确保结构的稳定性和正常运行。
三、韧性韧性是指材料抵抗断裂的能力,反映了材料在受力下的变形能力和吸能能力。
常见的韧性指标包括断裂韧性、冲击韧性等。
断裂韧性是指材料在断裂前所能吸收的能量。
冲击韧性是指材料在受冲击载荷下,能够抵抗破坏的能力。
韧性的测试方法主要包括冲击试验、拉伸试验等。
材料的韧性与其断裂机制和微观结构有关。
例如,金属材料中的晶界和位错可以有效地阻止裂纹扩展,提高韧性;聚合物材料中的交联结构和链段运动可以吸收能量,提高韧性。
第四章 材料力学性能(材料科学基础)
![第四章 材料力学性能(材料科学基础)](https://img.taocdn.com/s3/m/3f54a01acc7931b765ce153d.png)
对于某一确定的点,其应力由K1决定,K1越 大,则应力场各点的应力也越大。
按线弹性断裂力学的分析,裂纹尖端应力场强度因子K1的一般表达式为: K1 = Yσa1/2(MN/m3/2)
• δ=ΔL/L0=[(L-L0)/L0]×100% (是塑性“伸长”的度量) • 式中L0为试样原始标距长度;L为试样断裂后标距的长度。 •
ψ=ΔAf/A0=[(A0-Af)/A0] ×100% (是塑性“收缩”的度量) • 式中A0为试样原始截面积;Af为试样断裂处的截面积。
• 材料的延伸率和断面收缩率数值越大,表示材料的塑性越好。 塑性好的材料可以发生大量塑性变形而不被破坏,这样当受力 过大时,由于首先产生塑性变形而不致发生突然断裂,比较安 全。
材料的刚度和零件的刚度不是一回事,零件刚度的大小取决于零件的 几何形状和材料的弹性模量。
(2)弹性行为 • 弹性变形的特点是当载荷卸除后,试样的尺寸形状完全回复到原始状态。 • 根据材料的不同,其变形行为可分为三类:线弹性、非线弹性以及滞弹性。
理想的线弹性行为,应力 非线性弹性行为,如橡胶
和应变之间满足虎克定律。 之类的变形能力极好的弹
反映,用焦耳(J)来表示 • 在强度相等的情况下,延性材料断裂时所需要的能量比脆
性材料多,因此它的韧性也比脆性材料高。 • 评定材料韧性高低的方法,最常用的有两种: ➢ 一是用冲击试验所得的冲击韧性; ➢ 二是用断裂力学方法与试验测得的断裂韧性。
冲击韧性
一只重摆锤从高度h开始,沿着弧形轨迹向下摆动,冲击到试样上并把试 样打断,最后达到一个比较低的高度h` 。知道摆锤的初始高度h和最终高 度h`,就能算出势能差别。这一差别就是试样在断裂过程中所吸收的冲击 能Ak(冲击总功),如果除以缺口处试样的截面积,即得材料的冲击韧 性,用αk表示,单位为J/cm2。
材料力学性能总结
![材料力学性能总结](https://img.taocdn.com/s3/m/4c2702f36f1aff00bed51e58.png)
材料力学性能材料受力后就会产生变形,材料力学性能是指材料在受力时的行为。
描述材料变形行为的指标是应力σ和应变ε,σ是单位面积上的作用力,ε是单位长度的变形。
描述材料力学性能的主要指标是强度、延性和韧性。
其中,强度是使材料破坏的应力大小的度量;延性是材料在破坏前永久应变的数值;而韧性却是材料在破坏时所吸收的能量的数值。
1.弹性和刚度材料在弹性范围内,应力与应变成正比,其比值E=σ/ε(MN/m2)称为弹性模量。
E标志着材料抵抗弹性变形的能力,用以表示材料的刚度。
E值主要取决于各种材料的本性,一些处理方法(如热处理、冷热加工、合金化等)对它影响很小。
零件提高刚度的方法是增加横截面积或改变截面形状。
金属的E值随温度的升高而逐渐降低。
2.强度在外力作用下,材料抵抗变形和破坏的能力称为强度。
根据外力的作用方式,有多种强度指标,如抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度等。
当材料承受拉力时,强度性能指标主要是屈服强度和抗拉强度。
(1)屈服强度σs在图1-6(b)上,当曲线超过A点后,若卸去外加载荷,则试样会留下不能恢复的残余变形,这种不能随载荷去除而消失的残余变形称为塑性变形。
当曲线达到A点时,曲线出现水平线段,表示外加载荷虽然没有增加,但试样的变形量仍自动增大,这种现象称为屈服。
屈服时的应力值称为屈服强度,记为σS。
有的塑性材料没有明显的屈服现象发生,如图1-6(c)所示。
对于这种情况,用试样标距长度产生0.2%塑性变形时的应力值作为该材料的屈服强度,以σ0.2表示。
机械零件在使用时,一般不允许发生塑性变形,所以屈服强度是大多数机械零件设计时选材的主要依据也是评定金属材料承载能力的重要机械性能指标。
材料的屈服强度越高,允许的工作应力越高,零件所需的截面尺寸和自身重量就可以较小。
(2)抗拉强度σb材料发生屈服后,其应力与应变的变化如图1-1所示,到最高点应力达最大值σb。
在这以后,试样产生“缩颈”,迅速伸长,应力明显下降,最后断裂。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
韧性断裂与脆性断裂的区别:
韧性断裂随是金属材料断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂
有一个缓慢的过程,裂纹扩展过程中,不断地消耗能量
断裂面一般平行于最大切应力并与主应力成45°角
断口纤维状,灰暗色
脆性断裂突然发生的断裂,之前基本不发生塑性变形
断裂面一般与正应力垂直
断口平齐而光亮
呈放射状活结晶状危害性更大,无明显征兆
如何找断裂源:矩形拉伸试样断口中的人字纹花样的放射方向也与裂纹扩展方向平行,其尖端指向裂纹源
低温脆性的物理本质及其影响因素
本质:宏观上,材料的屈服强度会随温度的降低急剧增加,断裂强度随温度的降低而变化不大。
当温度降低到某一温度时,屈服强度增大到高于断裂强度时,这个温度以下材料的屈服强度比断裂强度大。
因此,在受力时还未发生屈服便断裂了,显示材料脆性
影响低温脆性的因素:
晶体结构:立方以及密排六方金属转变温度高脆性断裂明显
化学成分:杂质导致变差
显微组织:细化晶粒提高塑性,金相组织:不同的组织,吸收冲击力不同
应力场强度因子意义
反应裂纹尖端弹性应力场强弱的物理量
金属疲劳断裂的特点:
疲劳是低应力循环延时断裂,
疲劳是脆性断裂
疲劳对缺陷十分敏感
疲劳微观断口的主要特征及其形成模型:
断口特征具有略呈弯曲并相互平行的沟槽花样,称为疲劳条带
滑移系多的面心立方金属,其疲劳条带明显,
滑移系少或组织复杂的金属,其疲劳条带短窄而紊乱
模型:Laird疲劳裂纹扩展模型
金属循环硬化和循环软化现象及产生条件
现象:金属材料在恒定应变范围内循环作用下,随着循环周次的增加,应力增加的就是循环硬化,应力下降的就是循环软化
产生条件:位错的循环运动
如果其能产生位错运动的阻力就出现循环硬化
如果其破坏位错运动原来存在的阻力就循环软化
σb/σs>1.4 循环硬化
σb/σs<1.4 循环软化
金属产生应力腐蚀的条件及机理
条件:应力,化学介质和金属材料三者是条件
应力:机件承受的应力包括工作应力和残余应力
化学介质:只有在特定的化学介质中,某种金属材料才能产生应力腐蚀
金属材料:所有合金对应力腐蚀都有不同程度的敏感性
机理:应力腐蚀断裂最基本的机理是滑移——溶解理论和氢脆理论
何为氢致延滞断裂?为什么高强度钢的氢致延滞断裂是在一定的应变速率下和一定的温度范围内出现
1.由于氢的作用而产生的延滞断裂现象为———
2.因为———机理主要是氢固溶于金属晶格中,产生晶格膨胀畸
变,与刃位错交互作用,氢易迁移到位错拉应力处,形成氢气团
应变速率较低而温度较高时,氢气团能跟得上位错运动,但滞后位错一定距离,因此气团对位错起“钉扎“作用,产生局部硬化。
当位错运动受阻,产生位错塞积,氢气团易于在塞积处聚集,产生应力集中,导致微裂
应变速率过高以及温度低的情况下,氢气团不能跟上位错运动便不能产生钉扎作用,也不可能在位错塞积处聚集,产生应力集中,导致微裂
氢致延滞断裂是在一定的应变速率下和一定的温度范围内出现
区别高强度钢的应力腐蚀与氢致延滞断裂的方法
一般采用极化实验方法
利用外加电流对静载下产生裂纹时间或裂纹扩展速率的影响来判断,当外加小的阳极电流而缩短产生微裂时间的是应力腐蚀
当外加小的阴极电流而缩短产生微裂时间的是氢致延滞断裂
断裂源:前者在表面另一个多在表面下
断口宏观特征:应力腐色暗,另一个光亮
断口微观特征:应力腐蚀断口一般有较多腐蚀产物另一个境界上有大量撕裂棱
应力腐蚀会导致二次裂纹。