工程材料力学性能第一章
合集下载
相关主题
- 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)。
2. 低合金结构钢 3. 黄铜 4. 陶瓷、玻璃 5. 橡胶 6. 工程塑料
2 工程应力应变曲线：
• σp:比例极限 σp=FP/A0
• σp: 应力与应变成正比关系
•
的最大应力。
• σe:弹性极限 σe =Fe /A0
• σe :由弹性变形过渡到弹-塑
•
性变形时的应力。
• σs:屈服极限 • σLY:屈服（下） • σUY：屈服（上） • σb： 强度极限
4、韧性表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能
量的能力 韧性指标：Ak、KIC
金属力学性能指标高低表示金属抵抗变形和断裂 能力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和进行强度计算进的主要依 据
五、影响金属材料力学性能的因素
内在因素：材料的化学成分、组织结构、冶金质量 残余应力及表面和内部缺陷
• 注意：不同材料，或相同材料不同力学行为，其应力— 应变曲线不同。
思考题
• 1 金属拉伸试验经历哪几个阶段？拉伸试 验可以测定哪些力学性能？
• 2 塑性材料和脆性材料的应力应变曲线有 何不同？
第二节 弹性变形
一 弹性变形及实质
1.金属弹性变形特点 ： • （1)可逆性变形。 • （2)在加载期或卸载期内，应力与应变之间都保持单值
• 力学性能：
弹性 、刚度、强度、塑性 、 硬度、冲击韧性 、断裂 韧度和疲劳强度等。
三、金属材料的力学性能含义
是指金属在外加载荷作用下或载荷与环境因素（温 度、介质和加载速率）的联合作用下所表现的行为。 也可以简单地理解为金属抵抗外力引起的变形和断 裂的能力或金属材料的失效抗力。
四、金属材料的力学性能
线性关系。 • （3)弹性变形量不超过0.5％一1％。 • 实质：晶格中原子自平衡位置产生可逆位移的反映，
3) 具体标准：GB 6397－86
拉伸试验机
1 静拉伸载荷－伸长曲线
拉伸图-—加载后标距间的长度变化量l 载荷P关系曲线 拉伸曲线--应力应变曲线
工程应力―载荷除以试件的原始截面积即得工程应力， σ=P／A0 工程应变―伸长量除以原始标距长度即得工程应变ε，ε=Δl／l0
1. 高碳钢（淬火＋高温回 火）
外在因素：载荷性质、应力状态、温度、环境介质 等
六、金属力学性能的研究进程
金属力学性能的物理本质及宏观变化规律与 金属在变形和断裂过程中位错运动、增殖和交互 作用等微观过程有关
金属力学性能的研究工作以宏观规律与微观 机理相结合的阶段
七、本课程的主要任务：
（1）金属材料在各种服役条件下的变形和断裂现 象及微观本质
常用的拉伸试件：为了比较不同尺寸试样所 测 A0得1/2的要延为性一,常要数求．试其样中的A几0为何试相件似的，初l0／始横 截面积。
• 拉伸 试件的形状和尺寸
1)光滑圆柱试件:试件的标距长度l0比直径d0要大得多；通常， l0=5d0或l0=10d0
2)板状试件:试件的标距长度l0应满足下列关系式：l0=5.65A01/2或 11.3A01/2 ；
• 塑性δ，断裂前的应变量：冷热变形时的工艺性能。
•பைடு நூலகம்拉伸性能的作用：
a.在工程应用中，拉伸性能是结构静强度设 计的主要依据之一。
b.提供预测材料的其它力学性能的参量，如抗 疲劳、断裂性能。
c .研究新材料，或合理使用现有材料和改善其力 学性能时，都要测定材料的拉伸性能
• 拉伸条件： 加载方式 ： 单向拉伸 环 境：室温 加载速率：静态 介 质：空气，无腐蚀。
• 如果用真应力和真应变绘制曲线，则得到真实 应力—应变曲线：
•
真实应力—应变曲线
3、典型的拉伸曲线
• 材料分类： 按材料在拉伸断裂前是否发生塑性变形， 将材料分为脆性材料和塑性材料两大类。 脆性材料 在拉伸断裂前不产生塑性变形, 只发生弹性变形；塑性 材料在拉伸断裂前会发生不可逆塑性变形。
• 高塑性材料在拉伸断裂前不仅产生均匀的伸长，而且发 生颈缩现象，且塑性变形量大。低塑性材料在拉伸断裂 前只发生均匀伸长，不发生颈缩，且塑性变形量较小。
弹性 、塑性 、强度、硬度、韧性 、耐磨性、缺口敏感性等等 。
1、弹性:是指材料在外力作用下保持和恢复固有形状和 尺寸的能力。弹性指标：刚度E 、 σp
2、塑性:是材料在外力作用下发生不可逆的永久变形的 能力． 塑性指标： δ、Ψ
3、强度:是材料对变形和断裂的抗力。 强度指标： σb 、σ0.2、σ-1
（2）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
（3）影响金属力学性能的因素，提高金属力学性 能的方向和途经
（4）金属力学性能指标的测试技术
第一章 金属在单向拉伸载荷下的力学性能
• 通过拉伸试验可得： 1 . 最基本力学性能指标： σb 、σ0.2 、δ 、Ψ 2. 揭示三种失效形式：过量弹性变形、塑性变形 和断裂及相关指标。
• 主要内容
1、 性能指标的物理概念与实用意义
2、弹性变形、塑性变形、断裂基 本规律和原理；
3、 改变上述性能指标的途径和方向
第一节 力—伸长曲线和应力应变曲线
一 静拉伸实验 1 、静拉伸：是材料力学性能实验中最基本的试验方法。 2 、拉伸曲线：应力-应变曲线，可求出许多主要性能指 标。
例如： • 弹性模量E：零件刚度设计； • 屈服强度σs，抗拉强度σb:强度设计；
材料力学性能 课件
绪论
一、材料科学
• 研究各种材料的结构、制备加工工艺与性能之间 关系的科学
1、成分／组织结构 表示材料结构所包含的四个层次：原子结构、结 合键、原子排列方式（晶体与非晶体）和组织
2、制备合成与加工工艺 其方法相对性能的影响随材料种类的不同而不同
3、固有性能 材料本身所具有的物理件能（电、磁、光、热等 性能）、化学性能（如抗氧化和抗腐蚀、聚合物 的降解等）和力学性能（如强度、塑性、韧性等）
4、使用性能（服役性能）
把材料的固有性能和产品设计、工程应用能力联 系起来，度量使用性能的指标有：寿命、速度、 能量利用率、安全可靠程度、成本等综合因素
二、金属材料的使用性能
• 物理性能：
密度、熔点、导热性、导电性、磁性等；
• 化学性能：
耐腐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等；
• 工艺性能：
铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性、热处 理工艺性等。
2 工程应力应变曲线：
• σp:比例极限 σp=FP/A0
• σp: 应力与应变成正比关系
•
的最大应力。
• σe:弹性极限 σe =Fe /A0
• σe :由弹性变形过渡到弹-塑
•
性变形时的应力。
• σs:屈服极限 • σLY:屈服（下） • σUY：屈服（上） • σb： 强度极限
4、韧性表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能
量的能力 韧性指标：Ak、KIC
金属力学性能指标高低表示金属抵抗变形和断裂 能力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和进行强度计算进的主要依 据
五、影响金属材料力学性能的因素
内在因素：材料的化学成分、组织结构、冶金质量 残余应力及表面和内部缺陷
• 注意：不同材料，或相同材料不同力学行为，其应力— 应变曲线不同。
思考题
• 1 金属拉伸试验经历哪几个阶段？拉伸试 验可以测定哪些力学性能？
• 2 塑性材料和脆性材料的应力应变曲线有 何不同？
第二节 弹性变形
一 弹性变形及实质
1.金属弹性变形特点 ： • （1)可逆性变形。 • （2)在加载期或卸载期内，应力与应变之间都保持单值
• 力学性能：
弹性 、刚度、强度、塑性 、 硬度、冲击韧性 、断裂 韧度和疲劳强度等。
三、金属材料的力学性能含义
是指金属在外加载荷作用下或载荷与环境因素（温 度、介质和加载速率）的联合作用下所表现的行为。 也可以简单地理解为金属抵抗外力引起的变形和断 裂的能力或金属材料的失效抗力。
四、金属材料的力学性能
线性关系。 • （3)弹性变形量不超过0.5％一1％。 • 实质：晶格中原子自平衡位置产生可逆位移的反映，
3) 具体标准：GB 6397－86
拉伸试验机
1 静拉伸载荷－伸长曲线
拉伸图-—加载后标距间的长度变化量l 载荷P关系曲线 拉伸曲线--应力应变曲线
工程应力―载荷除以试件的原始截面积即得工程应力， σ=P／A0 工程应变―伸长量除以原始标距长度即得工程应变ε，ε=Δl／l0
1. 高碳钢（淬火＋高温回 火）
外在因素：载荷性质、应力状态、温度、环境介质 等
六、金属力学性能的研究进程
金属力学性能的物理本质及宏观变化规律与 金属在变形和断裂过程中位错运动、增殖和交互 作用等微观过程有关
金属力学性能的研究工作以宏观规律与微观 机理相结合的阶段
七、本课程的主要任务：
（1）金属材料在各种服役条件下的变形和断裂现 象及微观本质
常用的拉伸试件：为了比较不同尺寸试样所 测 A0得1/2的要延为性一,常要数求．试其样中的A几0为何试相件似的，初l0／始横 截面积。
• 拉伸 试件的形状和尺寸
1)光滑圆柱试件:试件的标距长度l0比直径d0要大得多；通常， l0=5d0或l0=10d0
2)板状试件:试件的标距长度l0应满足下列关系式：l0=5.65A01/2或 11.3A01/2 ；
• 塑性δ，断裂前的应变量：冷热变形时的工艺性能。
•பைடு நூலகம்拉伸性能的作用：
a.在工程应用中，拉伸性能是结构静强度设 计的主要依据之一。
b.提供预测材料的其它力学性能的参量，如抗 疲劳、断裂性能。
c .研究新材料，或合理使用现有材料和改善其力 学性能时，都要测定材料的拉伸性能
• 拉伸条件： 加载方式 ： 单向拉伸 环 境：室温 加载速率：静态 介 质：空气，无腐蚀。
• 如果用真应力和真应变绘制曲线，则得到真实 应力—应变曲线：
•
真实应力—应变曲线
3、典型的拉伸曲线
• 材料分类： 按材料在拉伸断裂前是否发生塑性变形， 将材料分为脆性材料和塑性材料两大类。 脆性材料 在拉伸断裂前不产生塑性变形, 只发生弹性变形；塑性 材料在拉伸断裂前会发生不可逆塑性变形。
• 高塑性材料在拉伸断裂前不仅产生均匀的伸长，而且发 生颈缩现象，且塑性变形量大。低塑性材料在拉伸断裂 前只发生均匀伸长，不发生颈缩，且塑性变形量较小。
弹性 、塑性 、强度、硬度、韧性 、耐磨性、缺口敏感性等等 。
1、弹性:是指材料在外力作用下保持和恢复固有形状和 尺寸的能力。弹性指标：刚度E 、 σp
2、塑性:是材料在外力作用下发生不可逆的永久变形的 能力． 塑性指标： δ、Ψ
3、强度:是材料对变形和断裂的抗力。 强度指标： σb 、σ0.2、σ-1
（2）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
（3）影响金属力学性能的因素，提高金属力学性 能的方向和途经
（4）金属力学性能指标的测试技术
第一章 金属在单向拉伸载荷下的力学性能
• 通过拉伸试验可得： 1 . 最基本力学性能指标： σb 、σ0.2 、δ 、Ψ 2. 揭示三种失效形式：过量弹性变形、塑性变形 和断裂及相关指标。
• 主要内容
1、 性能指标的物理概念与实用意义
2、弹性变形、塑性变形、断裂基 本规律和原理；
3、 改变上述性能指标的途径和方向
第一节 力—伸长曲线和应力应变曲线
一 静拉伸实验 1 、静拉伸：是材料力学性能实验中最基本的试验方法。 2 、拉伸曲线：应力-应变曲线，可求出许多主要性能指 标。
例如： • 弹性模量E：零件刚度设计； • 屈服强度σs，抗拉强度σb:强度设计；
材料力学性能 课件
绪论
一、材料科学
• 研究各种材料的结构、制备加工工艺与性能之间 关系的科学
1、成分／组织结构 表示材料结构所包含的四个层次：原子结构、结 合键、原子排列方式（晶体与非晶体）和组织
2、制备合成与加工工艺 其方法相对性能的影响随材料种类的不同而不同
3、固有性能 材料本身所具有的物理件能（电、磁、光、热等 性能）、化学性能（如抗氧化和抗腐蚀、聚合物 的降解等）和力学性能（如强度、塑性、韧性等）
4、使用性能（服役性能）
把材料的固有性能和产品设计、工程应用能力联 系起来，度量使用性能的指标有：寿命、速度、 能量利用率、安全可靠程度、成本等综合因素
二、金属材料的使用性能
• 物理性能：
密度、熔点、导热性、导电性、磁性等；
• 化学性能：
耐腐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等；
• 工艺性能：
铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性、热处 理工艺性等。