材料的力学性能7复习过程
1_第07章 材料性能学-课后习题-7-学生-答案
第七章材料的高温力学性能1、解释下列名词[1]蠕变：材料在长时间的恒温、恒应力作用下，即使应力小于屈服强度，也会缓慢地产生塑性变形的现象称为蠕变。
[2]蠕变曲线：通过应力、温度、时间、蠕变变形量和变形速率等参量描述蠕变变形规律的曲线。
[3]蠕变速度：通常指恒速(稳定)蠕变阶段的速度。
[4]持久塑性：持久塑性是指材料在一定温度及恒定试验力作用下的塑性变形。
用蠕变断裂后试样的延伸率和断面收缩率表示。
[5]持久强度：在给定温度T下，恰好使材料经过规定的时间发生断裂的应力值。
[6]蠕变脆性：由于蠕变而导致材料塑性降低以及在蠕变过程中发生的低应力蠕变断裂的现象。
[7]高温应力松弛：恒定应变下，材料内部的应力随时间降低的现象。
[8]等强温度：使晶粒与晶界两者强度相等的温度。
[9]蠕变极限：高温长期载荷作用下材料对塑性变形抗力的指标。
[10]应力松弛：零件或材料在总应变保持不变时，其中的应力随着时间延长而自行降低的现象。
[11]应力松弛曲线：给定温度和总应变条件下，应力随着时间的变化曲线。
[12]松弛稳定性：金属材料抵抗应力松弛的性能。
[13]高温疲劳：高于再结晶温度所发生的疲劳。
[14]热暴露（高温浸润）：材料在高温下即使不受力，长时间处于高温条件下也可使其力学性能发生变化，通常导致室温和高温强度下降，脆性增加。
原因是材料的组织发生变化、环境中的氧化和腐蚀导致力学性能发生变化。
2、问答题[1]简述材料在高温下的力学性能的特点。
答：材料在高温下不仅强度降低，而且塑性也降低：载荷作用时间越长，引起变形的抗力越小；应变速率越低，作用时间越长，塑性降低越显著，甚至出现脆性断裂；变形速度的增加而等强温度升高。
[2]与常温下力学性能相比，金属材料在高温下的力学行为有哪些特点? 造成这种差别的原因何在？答：1 首先，材料在高温和恒定应力的持续作用下将发生蠕变现象；2材料在高温下不仅强度降低，而且塑性先增加后降低。
3 应变速率越低，载荷作用时间越长，塑性降低得越显著。
金属磨损和接触疲劳
材料力学性能 第7章 金属磨损和接触疲劳
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11三.4、.3 腐腐蚀蚀磨磨损损
腐蚀磨损是摩擦面和周围介质发生化学或电化学反应，形成 的腐蚀产物并在摩擦过程中被剥离出来而造成的磨损。实际上， 可以认为，它是同时发生了两个过程：腐蚀和机械磨损。
各类金属零件中经常见到的是氧化磨损。摩擦状态下氧化反 应速反比未受变形时的速度快。
第7章 金属磨损和接触疲劳
材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能 第7章 金属磨损和接触疲劳
2
▪任何机器运转时，相互接触的零件之间都将因相对运动而 产生摩擦，而磨损正是由于摩擦产生的结果。由于磨损， 将造成表层材料的损耗，零件尺寸发生变化，直接影响了 零件的使用寿命。 本章主要内容： ▪摩擦磨损形式及磨损机理； ▪影响磨损速率的因素； ▪控制磨损的途径； ▪接触疲劳类型及破坏机理； ▪影响接触疲劳抗力的因素。
▪转移的碎屑脱落下来形成 磨屑。
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材料力学性能 第7章 金属磨损和接触疲劳
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▪ 2.磨损量的估算
V KFlt KFlt
9 sc
H
K 磨屑形成几率
F 作用于表面的法向力
lt 总滑动距离
系数
H 材料硬度（较软的一方的硬度）
▪粘着磨损体积磨损量与法向力、滑动距离成正比，与软 方材料的压缩屈服强度（或硬度）成反比，而与表观接 触面积无关。
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§7.3 磨损实验方法
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材料力学性能 第7章 金属磨损和接触疲劳
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材料力学性能复习总结
绪论弹性：指材料在外力作用下保持和恢复固有形状和尺寸的能力。
塑性：材料在外力作用下发生不可逆的永久变形的能力。
刚度：材料在受力时抵抗弹性变形的能力。
强度：材料对变形和断裂的抗力。
韧性：指材料在断裂前吸收塑性变形和断裂功的能力。
硬度：材料的软硬程度。
耐磨性：材料抵抗磨损的能力。
寿命：指材料在外力的长期或重复作用下抵抗损伤和失效的能。
材料的力学性能的取决因素：内因——化学成分、组织结构、残余应力、表面和内部的缺陷等；外因——载荷的性质、应力状态、工作温度、环境介质等条件的变化。
第一章材料在单向静拉伸载荷下的力学性能1.1 拉伸力—伸长曲线和应力—应变曲线应力—应变曲线退火低碳钢在拉伸力作用下的力学行为可分为弹性变形、不均匀屈服塑性变形、均匀塑性变形和不均匀集中塑性变形和断裂几个阶段。
弹性变形阶段：曲线的起始部分，图中的oa段。
多数情况下呈直线形式，符合虎克定律。
屈服阶段：超出弹性变形范围之后，有的材料在塑性变形初期产生明显的塑性流动。
此时，在外力不增加或增加很小或略有降低的情况下，变形继续产生，拉伸图上出现平台或呈锯齿状，如图中的ab段。
均匀塑性变形阶段：屈服后，欲继续变形，必须不断增加载荷，此阶段的变形是均匀的，直到曲退火低碳钢应力—应变曲线线达到最高点，均匀变形结束，如图中的bc段。
不均匀塑性变形阶段：从试样承受的最大应力点开始直到断裂点为止，如图中的cd段。
在此阶段，随变形增大，载荷不断下降，产生大量不均匀变形，且集中在颈缩处，最后载荷达到断裂载荷时，试样断裂。
弹性模量E：应力—应变曲线与横轴夹角的大小表示材料对弹性变形的抗力，用弹性模量E 表示。
塑性材料应力—应变曲线（a）弹性—弹塑性型：Oa为弹性变形阶段，在a点偏离直线关系，进入弹—塑性阶段，开始发生塑性变形，开始发生塑性变形的应力称为屈服点，屈服点以后的变形包括弹性变形和塑性变形。
在m点卸载，应力沿mn降至零，发生加工硬化。
（b）弹性-不均匀塑性-均匀塑性型：与前者不同在于出现了明显的屈服点aa′，有时呈屈服平台状，有时呈齿状。
材料科学基础第七章(1)
• 7.2 回复
• 7.2.1 回复过程中微观结构的变化机制：回复指冷变形金属加热时尚未发生 微米量级的组织变化前的微观结构及性能的变化过程，分低温回复，中温回 复和高温回复三种。
• 7.2.1.1 低温回复：冷变形金属在0.1Tm~0.3Tm温度范围内所产生回复称为低 温回复。低温时原子活动能量有限，主要局限于点缺陷运动。通过空位迁移 至晶界、位错或与间隙原子结合而消失，空位浓度显著下降。
• 冷变形金属开始发生再结晶的最低温度称为再结晶温度。可用金相法、硬度 法和X射线衍射法测定。
• 金相法：以显微镜观察到第一个新晶粒或晶界凸出形核而出现锯齿状边缘的 退火温度为再结晶温度。
• 硬度法：以硬度-退火温度曲线上硬度开始显著降低或软化50%的温度为再结 晶温度。
• 为了便于比较和使用，通常规定冷变形量大于70%的金属在1小时内能够完成 再结晶(体积分数>0.95)的最低温度为再结晶温度。
(7-3)
• 如果将同样的冷变形金属的性能在不同温度下回复到同样程度，则有：
• c0t1exp(-Q/RT1)= ln(x0/x)=c0t2exp(-Q/RT2)
• 即： t1/t2=exp[-Q(1/T2-1/T1)/R]
(7-4)
• 此式为用实验数据导出工艺参数的依据。
• 7.2.3 去应力退火：冷变形金属在回复阶段能消除大部分内应力，又能保持 冷变形的硬化效果，因此回复也称为去应力退火。
• 图7-11是经98%强冷轧的纯铜在不同温度下的等温 再结晶动力学曲线。等温下的再结晶速度开始很
小，随再结晶体积分数φV的增大而增加，并在 0.5处达到最大，然后又逐渐减小。具有典型的形
7 复合材料的力学性能
(5) 可设计性强
通过改变纤维、基体的种类和相对含量，纤维集合形式及排 布方式等可满足复合材料结构和性能的设计要求。 复合材料的高比强度、高模量的特点，是由于这种材料受力 时高强度、高模量的增强纤维承受了大部分载荷，基体只是 作为传递和分散载荷给纤维的媒介引起的。
第二节 单向复合材料的力学性能
(2) 钢的冲击断裂机理是穿晶解理或微孔聚集断裂，复合 材料的冲击断裂是各类损伤的积累或非积累破坏。 (3) 高弹性模量复合材料往往比低弹性模量复合材料的冲 击韧性差，如碳纤维-环氧复合材料与玻璃纤维-环氧复 合材料的冲击韧性。 前者以纤维断裂为主要损伤模式，断裂扩展能低，后者 以纤维拔出和分层裂纹为损伤模式，断裂扩展能高。
是垂直于裂纹扩展方向的纤维，当其应变达到断裂应变时发生的。 在复合材料受载早期就有个别纤维产生这种损伤，随着载荷增加， 断裂纤维数也增加。
(2) 基体变形和开裂
复合材料中，基体因强度低，所以在材料受载时先于纤维变形， 到复合材料完全断裂时，纤维周围的基体也随之断裂。
(3) 纤维脱胶
若裂纹穿过基体扩展遇到纤维时，裂纹可能分叉，转向平行于纤 维方向扩展。裂纹可在基体内，也可沿界面扩展，取决于界面与 基体的相对强度。如果界面结合较弱，就将使纤维与基体脱胶。
Vf>Vfmin时，复合材料的抗拉强度才按此式计算：
（二）纵向抗压强度
屈曲的形式有两种： （1）挤压型 纤维彼此间反向弯曲，使基 体产生横向拉伸或压缩应变； 当纤维间距离相当大，即纤 维体积分数很小时，这种屈 曲模式才可能发生。 （2）剪切型 纤维之间同向弯曲，基体主 要产生剪切变形，这种屈曲 模式较为常见。
一、基体与纤维间的应力传递
材料力学性能复习总结
材料力学性能复习总结材料力学性能是指材料在外力作用下所表现出的力学特性和性能。
在材料力学性能的学习中，不仅需要了解材料的基本力学性质，还需要掌握材料的破坏机制、变形行为以及材料的力学性能测试方法等方面的知识。
以下是对材料力学性能复习的总结。
1.材料的破坏机制和破坏形态材料的破坏机制是指材料在受力作用下发生破坏的方式和过程。
常见的破坏机制有拉伸破坏、压缩破坏、剪切破坏等。
拉伸破坏时，材料会发生断裂；压缩破坏时，材料会出现压缩变形和压碎现象；剪切破坏时，材料会出现剪切变形和断裂等。
材料的破坏形态是指材料在受力作用下发生的形态变化。
常见的破坏形态有脆性断裂、塑性变形和疲劳破坏等。
脆性断裂是指材料在受静态或低应力下发生迅速断裂的性质；塑性变形是指材料在受力作用下发生塑性流动，而不发生断裂；疲劳破坏是指材料在反复受力下产生裂纹并最终导致断裂。
2.材料的变形行为和变形机制材料的变形行为是指材料在受力作用下发生的形变现象。
常见的变形行为有弹性变形、塑性变形和粘弹性变形等。
弹性变形是指材料在受力作用下发生的可逆性变形。
材料在弹性变形时能够恢复到原始形状和尺寸。
弹性变形的机制是原子之间的键能发生弹性形变，即在受力作用下原子间的距离发生变化，但不改变原子间的相对位置。
塑性变形是指材料在受力作用下发生的不可逆性变形。
材料在塑性变形时会发生晶格的滑移和位错的运动。
塑性变形的机制是原子间的键能发生塑性形变，即原子间的相对位置发生改变。
粘弹性变形是指材料在受力作用下表现出介于弹性变形和塑性变形之间的性质。
材料在粘弹性变形时有一部分能量会被消耗掉，导致材料的不完全恢复。
粘弹性变形的机制是在外力作用下，分子间的键发生的弹性形变和分子间的长距离位移。
3.材料力学性能的测试方法拉伸试验是指将材料置于拉力下进行测试。
通过拉伸试验可以了解材料的弹性性能、破坏强度、延展性以及断裂形态等。
压缩试验是指将材料置于压力下进行测试。
通过压缩试验可以了解材料的强度和刚度等。
工程材料力学性能各章节复习知识点
⼯程材料⼒学性能各章节复习知识点⼯程材料⼒学性能各个章节主要复习知识点第⼀章弹性⽐功：⼜称弹性⽐能，应变⽐能，表⽰⾦属材料吸收弹性变形功的能⼒。
滞弹性：对材料在弹性范围内快速加载或卸载后随时间延长附加弹性应变的现象。
包申格效应：⾦属材料经预先加载产⽣少量塑性变形（残余应变为1%~4%），卸载后再同向加载，规定残余伸长应⼒（弹性极限或屈服极限）增加，反向加载，规定残余伸长应⼒降低的现象。
塑性：指⾦属材料断裂前发⽣塑性变形的能⼒。
脆性：材料在外⼒作⽤下（如拉伸，冲击等）仅产⽣很⼩的变形及断裂破坏的性质。
韧性：是⾦属材料断裂前洗⼿塑性变形功和断裂功的能⼒，也指材料抵抗裂纹扩展的能⼒。
应⼒、应变；真应⼒，真应变概念。
穿晶断裂和沿晶断裂：多晶体材料断裂时，裂纹扩展的路径可能不同，穿晶断裂穿过晶内；沿晶断裂沿晶界扩展。
拉伸断⼝形貌特征？①韧性断裂：断裂⾯⼀般平⾏于最⼤切应⼒并与主应⼒成45度⾓。
⽤⾁眼或放⼤镜观察时，断⼝呈纤维状，灰暗⾊。
纤维状是塑性变形过程中微裂纹不断扩展和相互连接造成的，⽽灰暗⾊则是纤维断⼝便⾯对光反射能⼒很弱所致。
其断⼝宏观呈杯锥形，由纤维区、放射区、和剪切唇区三个区域组成。
②脆性断裂：断裂⾯⼀般与正应⼒垂直，断⼝平齐⽽光亮，常呈放射状或结晶状。
板状矩形拉伸试样断⼝呈⼈字形花样。
⼈字形花样的放射⽅向也与裂纹扩展⽅向平⾏，但其尖端指向裂纹源。
韧、脆性断裂区别？韧性断裂产⽣前会有明显的塑性变形，过程⽐较缓慢；脆性断裂则不会有明显的塑性变形产⽣，突然发⽣，难以发现征兆拉伸断⼝三要素？纤维区，放射区和剪切唇。
缺⼝试样静拉伸试验种类？轴向拉伸、偏斜拉伸材料失效有哪⼏种形式？磨损、腐蚀和断裂是材料的三种主要失效⽅式。
材料的形变强化规律是什么？层错能越低，n越⼤，形变强化增强效果越⼤退⽕态⾦属增强效果⽐冷加⼯态是好，且随⾦属强度等级降低⽽增加。
在某些合⾦中，增强效果随合⾦元素含量的增加⽽下降。
材料的晶粒变粗，增强效果提⾼。
《材料的力学性能》课程笔记
《材料的力学性能》课程笔记第一章：材料在拉伸下的力学性能1.1 拉伸试验与应力应变曲线拉伸试验是评估材料在拉伸载荷下的力学性能的基本方法。
在拉伸试验中，将材料试样固定在拉伸试验机上，然后对试样施加拉伸载荷，直至试样断裂。
通过记录拉伸过程中载荷与试样长度变化的关系，可以得到应力应变曲线。
应力应变曲线是描述材料在拉伸过程中应力与应变之间关系的曲线。
它通常包括弹性变形阶段、塑性变形阶段和断裂阶段。
通过应力应变曲线，可以获得材料的弹性模量、屈服强度、断裂强度等力学性能参数。
在弹性变形阶段，应力与应变呈线性关系，符合胡克定律。
弹性模量是描述材料在弹性变形阶段刚度的指标，它定义为应力与应变的比值。
弹性模量越大，材料的刚度越高。
在塑性变形阶段，应力与应变不再呈线性关系，材料发生永久形变。
屈服强度是描述材料开始发生塑性变形的应力水平。
屈服强度越大，材料的抗变形能力越强。
在断裂阶段，应力达到最大值，材料发生断裂。
断裂强度是描述材料在断裂时的应力水平。
断裂强度越大，材料的抗断裂能力越强。
1.2 工程应力指标工程应力是描述材料在拉伸过程中承受的应力的一种指标。
它定义为拉伸载荷与原始横截面积的比值。
工程应力的单位通常是Pa（帕斯卡）或MPa（兆帕斯卡）。
工程应力可以用来评估材料在拉伸过程中的承载能力。
在工程设计中，通常使用工程应力来计算和确定材料的尺寸和结构的安全性。
1.3 工程应变指标与典型的拉伸应力-应变曲线工程应变是描述材料在拉伸过程中发生的形变的一种指标。
它定义为试样长度变化与原始长度的比值。
工程应变的无量纲，通常以百分比表示。
典型的拉伸应力-应变曲线展示了材料在拉伸过程中的力学行为。
在弹性变形阶段，应力与应变呈线性关系，符合胡克定律。
在塑性变形阶段，应力与应变不再呈线性关系，材料发生永久形变。
在断裂阶段，应力达到最大值，材料发生断裂。
通过分析拉伸应力-应变曲线，可以获得材料的弹性模量、屈服强度、断裂强度等重要力学性能参数，为材料的选择和应用提供依据。
材料力学性能教案
材料力学性能教案第一章：材料力学性能概述教学目标：1. 理解材料力学性能的概念及其重要性。
2. 掌握材料力学性能的主要指标。
3. 了解不同材料的力学性能特点。
教学内容：1. 材料力学性能的概念：定义、重要性。
2. 材料力学性能的主要指标：弹性模量、屈服强度、抗拉强度、韧性、硬度等。
3. 不同材料的力学性能特点：金属材料、非金属材料、复合材料等。
教学活动：1. 引入讨论：为什么了解材料的力学性能很重要？2. 讲解材料力学性能的概念及其重要性。
3. 通过示例介绍不同材料的力学性能特点。
4. 练习计算材料力学性能指标。
作业：1. 复习材料力学性能的主要指标及其计算方法。
2. 选择一种材料，描述其力学性能特点，并解释其在实际应用中的作用。
第二章：弹性模量教学目标：1. 理解弹性模量的概念及其物理意义。
2. 掌握弹性模量的计算方法。
3. 了解弹性模量在不同材料中的变化规律。
教学内容：1. 弹性模量的概念：定义、物理意义。
2. 弹性模量的计算方法：胡克定律、应力-应变关系。
3. 弹性模量在不同材料中的变化规律：金属材料、非金属材料、复合材料等。
教学活动：1. 复习上一章的内容，引入弹性模量的概念。
2. 讲解弹性模量的计算方法，并通过示例进行演示。
3. 通过实验或示例观察不同材料的弹性模量变化规律。
作业：1. 复习弹性模量的概念及其计算方法。
2. 完成弹性模量的计算练习题。
第三章：屈服强度与抗拉强度教学目标：1. 理解屈服强度与抗拉强度的概念及其物理意义。
2. 掌握屈服强度与抗拉强度的计算方法。
3. 了解屈服强度与抗拉强度在不同材料中的变化规律。
教学内容：1. 屈服强度与抗拉强度的概念：定义、物理意义。
2. 屈服强度与抗拉强度的计算方法：应力-应变关系、极限状态方程。
3. 屈服强度与抗拉强度在不同材料中的变化规律：金属材料、非金属材料、复合材料等。
教学活动：1. 复习上一章的内容，引入屈服强度与抗拉强度的概念。
材料力学性能复习
断裂
2
材料在承受过大应力时发生的破裂现象。
3
疲劳
材料在反复加载下逐渐累积的损伤现象。
影响因素
材料的强度、形状、裂纹等因素会影响 疲劳和断裂的发生。
塑性变形及其相关参数
塑性变形
材料在受力下发生的可逆塑性 形变。
屈服强度
材料开始发生塑性变形的最大 应力。
延伸率
衡量材料在拉伸过程中的延展 能力。
材料的高温力学性能
材料力学性能复习
在这个精彩的演讲中，我们将复习材料力学性能的关键知识，包括材料分类、 应力与应变、杨氏模量和泊松比，疲劳与断裂，以及高温力学性能等。
材料分类及性能
金属
具有良好的导电和导热性能，强度高，可塑性 好。
聚合物
具有良好的绝缘性能和低密度，适用于制作塑 料制品。
陶瓷
具有优异的耐热和耐腐蚀性能，但脆性高。
复合材料
由两种或两种以上不同的材料组成，可以获得 优异的力学性能。
应力与应变
应力
材料受到的外部力量引起的内部反力。
应变
材料的形变程度与其原始尺寸之比。
杨氏模量和泊松比
1 杨氏模量
衡量材料在受力下的弹性变形能力。
2 泊松比
描述材料在受力时沿着一方向收缩时与垂直 方向的侧向收缩程度。
材料的疲劳与断裂
抗高温氧化性能 抗高温蠕变性能 抗高温热疲劳性能
材料在高温下抵御氧化作用的能力。 材料在高温下长期受力引起的形变。 材料在高温循环加载下的疲劳性能。
组织结构与材料性能的关系
显微组织
材料的微观结构，影响材料的力学性能。
晶界
晶体之间的界面，可以影响材料的强度和韧性。
材料力学性能第七章金属的磨损ppt课件
➢ 根据剥落裂纹起始位置及形态不同，分为：
➢ (1) 麻点剥落（点蚀）
➢ (2) 浅层剥落
➢
(3) 深层剥落（表面压碎）
46
2. 接触应力
➢ 两物体相互接触时，在表面上产生的局部压入应力称 为接触应力，也称为赫兹应力。
➢ 线接触（齿轮）与点接触（滚珠轴承）
上图为温度对胶合磨损的影响，可以看出， 当表面温度达到临界值(约80℃)时, 磨损量 和摩擦系数都急剧增加。
17
润滑油、润滑脂的影响
在润滑油、润滑脂中加人油性或极压添加剂能提高润 滑油膜吸附能力及油膜强度，能成倍地提高抗粘着磨 损能力。
油性添加剂是由极性非常强的分子组成，在常温条件 下，吸附在金属表面上形成边界润滑膜，防止金属表 面的直接接触，保持摩擦面的良好润滑状态。
磨损是一个复杂的系统工程
6
机件正常运行的磨损过程
（a）磨损量与 时间或行程关系曲线；
（b）磨损速率与 时间或行程关系曲线
7
3. 磨损的分类方法
粘着磨损 磨粒磨损
冲蚀磨损 疲劳磨损 微动磨损 腐蚀磨损
8
§7.2 磨损模型
一、粘着磨损 1. 磨损机理 ➢定义：在滑动摩擦条件下，当摩擦副相对滑动速 度较小（钢小于1m/s）时发生的， ➢原因：缺乏润滑油，摩擦副表面无氧化膜，且单 位法向载荷很大，σ接触＞σs又称咬合磨损
36
主轴转速 ： 60r/min ～ 12000r/min
主轴转速示值准确度： ± 2r/min
高温炉温度范围： 室温～ 800℃；
高温炉密封性能： 在连续充入氮气（纯度
99.9%以上）的条件下，炉内 氧气含量应能达到1%以下。 最大负荷：
材料性能学课件第七章 材料的高温力学性能
蠕变极限，记作
T /t
，其中T表示测试温度，
ε/t 表示在给定的时间t内产生的蠕变应变为ε。
在蠕变时间短而蠕变速率又较大的情况下，
一般采用这种定义方法。
2．持久强度
某些在高温下工作的机件，蠕变变形很小或对 变形要求不严格，只要求机件在使用期内不发生断 裂。在这种情况下，要用持久强度作为评价材料、 设计机件的主要依据。
⑷ 粘弹性机理 高分子材料在恒定应力作用下，分子链由卷
曲状态逐渐伸展，发生蠕变变形，这是体系熵值 减小的过程。当外力减小或去除后，体系自发地 趋向熵值增大的状态，分子链由伸展状态向卷曲 状态回复，表现为高分子材料的蠕变回复特性。
2．蠕变断裂机理
蠕变断裂有两种情况： 一种情况是对于那些不含裂纹的高温机件，
低温下由空位扩散导致的这种断裂过程 十分缓慢，实际上观察不到断裂的发生。
金属材料蠕变断裂断口的宏观特征为： 一是在断口附近产生塑性变形，有很多裂纹，使断 裂机件表面出现龟裂现象； 另一个特征是由于高温氧化，一层氧化膜所覆盖。
微观特征主要是冰糖状花样的沿晶断裂。
三、蠕变性能指标
蠕变极限、持久强度、松弛稳定性等 1．蠕变极限
在高应力高应变速率下，温度低时，金属材 料通常发生滑移引起的解理断裂或晶间断裂，这 属于一种脆性断裂方式，其断裂应变小。温度高 于韧脆转变温度时，断裂方式从脆性解理和晶间 断裂转变为韧性穿晶断裂。
在较低应力和较高温度下，通过在晶界 空位聚集形成空洞和空洞长大的方式发生晶 界蠕变断裂，这种断裂是由扩散控制的。
1. 蠕变变形机理 位错滑移、原子扩散和晶界滑动
高分子材料：分子 链段沿外力的舒展
⑴ 位错滑移蠕变机理
材料的塑性变形主要是由于位错的滑移引起 的。在一定的载荷作用下，滑移面上的位错运动 到一定程度后，位错运动受阻发生塞积，就不能 继续滑移，也就是只能产生一定的塑性变形。
《材料力学性能》复习提纲-陈艳.
《材料力学性能》复习提纲第一章金属在单向静拉伸载荷下的力学性能1.拉伸变形过程；可分为弹性变形、不均匀屈服塑性变形、均匀塑性变形、不均匀集中塑性变形和断裂几个阶段。
2.弹性不完整性（滞弹性，包申格效应），循环韧性；弹性不完整性：金属的弹性变形与载荷方向和加载时间有关而表现出的非弹性性质。
金属在弹性变形中存在滞弹性(弹性后效)和包申格效应等弹性不完整现象。
一、滞弹性(弹性后效)定义：在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间的延长而产生的附加弹性应变，即应变落后于应力的现象。
二包申格效应定义：材料经预先加载并产生少量塑性变形(残余应变为1%~4%)，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，称为包申格效应。
循环韧性：金属材料在交变载荷作用下吸收不可逆变形功的能力，叫做循环韧性，也称为内耗3.塑性变形方式，滑移，均匀屈服产生机制，影响屈服强度的因素；一·塑性变形的主要方式：滑移，孪生滑移：指的是金属在切应力作用下沿一定晶面(滑移面)和一定晶向(滑移方向)进行的切变过程。
二·均匀屈服1、均匀屈服曲线的特点有上、下屈服点，没有屈服平台。
2、均匀屈服的机制低密度可动位错理论，柯氏气团钉扎理论，位错塞积群理论三·影响屈服强度的因素—阻碍位错运动1、影响屈服强度的内因(1) 基体金属的本性及晶格类型(P12)塑性变形主要沿基体相进行。
(2) 溶质原子固溶强化：在纯金属中加入溶质原子形成固溶体合金，将显著提高屈服强度，称为固溶强化。
(3) 晶粒大小和亚结构晶界(亚晶界)是位错运动的障碍。
细晶强化：用细化晶粒提高金属屈服强度(同时可以提高其塑性)的方法称为细晶强化。
(4) 第二相位错切过或绕过沉淀强化(时效强化)：依靠过饱和固溶体的脱溶产生的强化。
弥散强化：用粉末冶金的方法人为地加入第二相所造成的强化。
沉淀强化与弥散强化的相同点：第二相以细小颗粒形式分布于基体中。
材料力学性能复习大纲
材料力学性能复习大纲一、名词解释10个×3分=30分二、单项选择12个×2分=24分三、简答题5个×6分=30分四、论述题1个×16分=16分————————————————————————————————————————————————第一章金属在单向静拉伸载荷下的力学性能基本概念工程应力-应变曲线：将拉伸力-伸长曲线的纵、横坐标分别用拉伸试样的原始截面积A0和原始标距长度L0去除，则得到应力-应变曲线。
因均以一常数相除，故曲线形状不变，这样的曲线称为工程应力-应变曲线。
真应力-真应变曲线：用拉伸过程中每一瞬间的真实应力和真实应变绘制曲线，则得到真实应力-应变曲线。
比例极限：保证材料的弹性变形按正比关系变化的最大应力。
弹性极限：材料由弹性变形过渡到弹塑性变形时的应力，是表征开始塑性变形的抗力。
弹性比功：表示材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力，又称弹性比能、应变比能。
屈服强度、抗拉强度、屈服现象：拉伸试验中，材料由弹性变形转变为弹塑性变形状态的现象。
应变硬化指数：应变硬化指数反映金属材料抵抗继续塑性变形的能力，是表征金属应变硬化的性能指标。
强度、塑性、韧度滞弹性：在弹性范围内快速加载或卸载后，弹性应变落后于外加应力，并随时间延长产生附加弹性应变的现象，称为滞弹性（弹性后效）。
内耗：加载时消耗的变形功大于卸载时释放的变形功，这部分被金属吸收的功，称为内耗。
包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变。
卸载后，若再同向加载，则规定残余伸长应力增加；若反向加载，则规定残余伸长应力降低的现象。
韧性断裂：金属材料断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂。
脆性断裂：材料断裂前基本上不发生明显的宏观塑性变形的断裂。
穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂也可以是脆性断裂。
沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，大部分是脆性断裂。
解理断裂：解理断裂是金属材料在一定条件下（如低温），当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂。
材料性能学复习
材料性能学复习(总15页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--《材料性能学》复习第一章 材料单向静拉伸的力学性能一、力－伸长曲线（拉伸图） 1、曲线上变形三阶段 （1）、弹性变形（2）、塑性变形 （屈服现象）（3）、不均匀变形（颈缩阶段）及断裂阶段（会画） 2、拉伸图的种类曲线1 为淬火、高温回火后的高碳钢 曲线2 为低合金结构钢 曲线3 为黄铜 曲线4 为陶瓷、玻璃 曲线5 为橡胶类（会画）二、应力一应变曲线（σ－ε曲线）1、应力： 应变：2、 应力－应变曲线（工程应力－应变曲线）0A F =σ0L L ∆=ε３、各种性能指标（1）、强度指标①弹性极限：σe＝Fe / S0②比例极限：σp＝Fp / S0③屈服极限：σs＝Fs / S0 ；屈服强度σ＝ / S0④强度极限：σb＝Fb / S0⑤断裂强度： Sk＝Fk / Sk（2）、塑性指标①延伸率：δｋ＝(Ｌk-L0) / L0 X 100 %②断面收缩率：ψk＝（ S0－ Sk）/ S0 X 100 %４、真应力－真应变曲线（S－e曲线）真应力：其中， F －瞬时载荷， A－瞬时面积真应变：则：两曲线比较0 0ln)LLLdLdee e LL⎰⎰===)1(ψσ-=SAFS=三、弹性变形及其实质（一）、弹性变形的特点•1、可逆性；•2、单值线性关系；•3、弹性变形量较小（ε＜～1％）（二）、双原子模型解释弹性变形引力四、弹性的不完整性与内耗（一）、滞弹性（弹性后效）1．正弹性后效 2．反弹性后效3．产生原因４、危害（二）、包申格效应包申格（Bauschinger）效应：是指金属材料经预先加载产生少量塑性变形（残余应变小于4％），而后再同向加载规定残余伸长应力（或弹性极限）增加，反向加载，规定残余伸长应力（或弹性极限）降低的现象．原因：包申格（Bauschinger）效应可能与第二类内应力有关；危害：包申格（Bauschinger）效应可弱化材料，因而应予以消除；消除办法五、断裂1、断裂概念2、断裂的类型及断口特征3、韧性断裂与脆性断裂概念韧性断裂的特点；脆性断裂的特点4、穿晶断裂与沿晶断裂剪切断裂；解理断裂；准解理断裂5、断裂强度（1）．理论断裂强度（会推导）理论断裂强度和实际强度说（2）．断裂强度的裂纹理论（ Griffith强度理论）Griffith强度理论此公式说明的问题金属材料γs＝γe＋γp Griffith强度理论212⎪⎭⎫⎝⎛=aEscπγσ22σγπscEa=21(2⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=aEpecπγγσ2)(2σγγπpecEa+=第二章材料在其他静载下的力学性能主要讲了硬度试验一、布氏硬度（HB）（1）测定原理（2）、优缺点•优点：压痕面积较大，其硬度值能反映材料在较大区域内各组成相的平均性能，试验数据稳定，重复性强。
材料力学性能复习
第二章 材料在静载荷下的力学性能1. 连续塑性变形强化材料和非连续塑性形变强化材料曲线、变形过程、屈服强 度。
2.指出以下应力应变曲线与哪些典型材料相对应，并对其经历的变形过程做出说明。
G 局语度钢、高腻耦｛淬火十髙五回火｝等2低碳钢、低合金踽枸锯3. 拉伸断裂前，发生少量塑性变形，无颈缩，在最高载荷点处断裂;°应费材料分类： 尸脆性材料 尸塑性材料 沪高分子材料4.断裂前先发生弹性变形，然后进入屈服阶段，之后发生形变强化+均匀塑性变形，有颈缩现象，再发生非均匀塑性变形直至断裂 5. 应力状态软性系数的定义及其意义、应力状态图的应用口应力状态软性系救斷区 6. 画出低碳钢的应力应变曲线，并说明获得该材料的强度和塑性指标?比例极限 屈服极限 断裂强度 弹性极限强度极限延伸率 断面收缩率7. 工程应力、工程应变、真应力和真应变之间有什么关系定5G乜一足性描达菓一应力狀态下材料哽 形过営中的帮性与腸性就向I </壑E 区［卜.费•疋是揚性斷顒吗？拉伸曲线〔低碳钢）厢变霍比*均勺婕性变形 非均匀显性变堆 单性先雁 弹性曼形8.为什么灰口铸铁的拉伸断口与拉伸轴垂直，而压缩断口却与压缩力轴成45o 角?7 *；庄鴨斤为布达钳Mtt 准眇7壺力忒靭J 莊扭叶苛愈會4尿逐未劇■叩怦外就占聊〔甲时驱呼$曲甲由打‘僭触抵’妇妙阳知/专歼 料r 老乍如右丿弼・勺毓甲力押爭歹：9.材料为灰铸铁，其试样直径 d=30mm ,原标距长度h 。
=45mm 。
在压缩试验时，当试样承受到485kN 压力时发生破坏，试验后长度h=40mm 。
试求其抗11.现有如下工件需测定硬度，选用何种硬度试验方法为宜 ？（1）渗碳层的硬度分布；⑵灰铸铁；⑶淬火钢件；（4）氮化层；⑸双相钢中的铁素体和马氏体;（6）高速钢刀具；（7）硬质合金；（8）退火态下的软钢。
第三章材料的变形12.金属的弹性模量主要取决于什么？材料的弹性模量可以通过材料热处理等方式 进行有效改变的吗？为什么说它是一个对结构不敏感的力学性能？ 弹性也称之为 刚度，都是表征材料变形的能力？ 特点：单值性，可逆性，变形量小；物理本质：克服原子间力（双原子模型） 组织不敏感：E 主要取决于材料的本性，与晶格类型和原子间距有关，合金 中固溶原子、热处理工艺、冷塑性变形，温度、加载方式等都对弹性模量影 响不大；Q = —= = E A刚度： _________ 性与刚度是不同的，弹性表征材料弹性变形的能力，刚度表征材料弹性变形的抗力。
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件下形成。其形成位置往往处于与外加拉应力垂直的晶界上 。
RAL 7.3 蠕变、持久强度极限
7.3.1 蠕变极限和持久强度极限
① 在规定温度(t)下，使试样产生规定的稳态蠕变速率的最大应力。
高强度钢或α+βTi合金中含有适量的处于固溶状态的氢(原来存在的或从环境 介质中吸收的)，在低于屈服强度的应力持续作用下，经过一段孕育期后，在内部 特别是在三向拉应力区，形成裂纹，裂纹逐步扩展，最后突然发生脆性断裂。这 种由于氢的作用而产生的延滞断裂现象，称为氢致延滞断裂。
RAL 7.2 蠕变变形及断裂机制
7.2.1 蠕变变形机制
(3) 晶界滑动蠕变
常温下，晶界滑动极不明显，可以忽略。但在高温下，由于晶界上 原子易于扩散，受力后易于产生滑动，故而促进蠕变进行。随温度提 高，应力减小，晶粒尺寸减小，晶界滑动对蠕变变形的影响增大。但 总体来说，晶界滑动在总蠕变量中所占比例不大，在10%左右。
(2) 时间－温度参数法 这种方法的出发点是提高试验温度，以缩短试验时间，即在一定
应力下，由较高温度下的短期蠕变试验数据来推断在较低温度下的 长期蠕变数据。
RAL 7.4 疲劳与蠕变的相互作用
高温下(通常指再结晶温度以上)，材料的疲劳与室温下的疲劳相似， 也由裂纹萌生、扩展和最终断裂三个阶段组成。
RAL 7.2 蠕变变形及断裂机制
7.2.1 蠕变变形机制
从机制上，蠕变变形可分为位错滑移蠕变、扩散蠕变和晶界滑动蠕变三种。 (1) 位错滑移蠕变
蠕变变形过程中，位错滑移仍是一种重要的变形机制。高温蠕变中的滑 移变形与室温下基本相同。但在高温下，会出现新的滑移系，例如，高温下， 面心立方晶体中会出现{100}<110>和{211}<110>滑移， 锌和镁出现非基面的 滑移系，而且滑移系不像室温下那样均匀分布。
求导，有：
g
n n1
因为0＜n＜1，所以当t很小时，即开始蠕变时，第一项起主导作 用，它表示应变速率随时间t延长而下降，即第Ⅰ阶段蠕变；当t很大 时，第二项逐渐起主导作用，应变速率接近恒定值，即第Ⅱ阶段蠕变。 ε0，α，β和n值是与温度、应力及材料性质有关的常数，其中，α的 物理意义是第Ⅱ阶段的蠕变速率。
7.10.1 应力腐蚀
金属在拉应力和特定的环境介质作用下，经过一段时间，所产生的 低应力脆断现象，称为应力腐蚀断裂。
在工业上，最常见的有：低碳钢和低合金钢在苛性碱溶液中的“碱 脆”和在含有硝酸根离子介质中的“硝脆”，奥氏体不锈钢在含有氯离 子介质中的“氯脆”，铜合金在氨气环境下的“氨脆”，以及高强度铝 合金在空气、蒸馏水中的脆裂现象等。上面所列举的金属材料无论是韧 性的或脆性的，都会在没有明显预兆的情况下产生脆断，常常造成灾难 性事故。所以，应力腐蚀断裂是一种较为普遍的而且是极为危险的断裂 形式。
按蠕变期间是否发生回复再结晶，将蠕变分为两类：低温蠕变，完全不发生 回复和再结晶；高温蠕变，同时进行回复和再结晶，其再结晶温度比通常的 再结晶温度低，并且不一定回复完成后，才开始再结晶。
此外，金属材料的组织在蠕变过程中可能会出现一些复杂变化。如镍基高温 合金在高温下工作一段时间后，碳化物会沿滑移线聚集、γ′强化相粗化、在 基体内析出针状η相、σ相和μ相等。
腐蚀都有不同程度的敏感性。但在每一种合金系列中，都有对应力 腐蚀不敏感的合金成分。
RAL 7.10 环境介质作用下的力学性能
7.10.2 氢脆
由于氢和应力的联合作用而导致金属材料产生脆性断裂的现象， 称为氢脆断裂。 (1) 氢蚀
这是由于氢与金属中的第二相作用，生成高压气体，使基体金属晶界结合力 减弱而导致金属脆化。 (2) 白点(发纹)
裂纹尖端的非弹性应变对上述行为起着决定作用。但高温疲劳有其自 身特点，还必须考虑温度、时间、环境气氛和疲劳过程中金属组 织变化等因素的综合作用，因此，它比常温疲劳复杂得多。
无论是光滑试样，还是缺口试样，一般随温度升高，疲劳强度降低。 例如，钢在300℃以上，每升高100℃，疲劳抗力下降约15%～ 20%； 耐热合金下降5%～10%。但有些合金，因高温下的物理化 学过程，可能在某温度区域疲劳抗力回升， 如应变时效合金有时 会出现这种现象。
RAL 7.2 蠕变变形及断裂机制
7.2.1 蠕变变形机制
RAL 7.2 蠕变变形及断裂机制
7.2.1 蠕变变形机制
(2) 扩散蠕变 在高温低应力条件下，会发生
以原子作定向流动的蠕变现象，即 扩散蠕变。金属材料受拉应力时， 多晶体内存在不均匀应力场。对承 受拉应力的晶界(如晶界A，B)， 空位浓度增大，对承受压应力的晶 界(如晶界C，D)，空位浓度减小， 因而空位将从受拉应力的晶界到受 压应力的晶界迁移，原子则向相反 方向流动，致使晶体逐渐伸长。
持久极限： 在规定温度(t)下， 达到规定的持续时间抵抗断裂的最大应力（不发生断裂）。
600 oC
600 105
203 蠕变、持久强度极限
7.3.2 外推法
(1) 等温线外推法 在同一温度下，由较高的不同应力下的短期数据，用应力和断
裂时间(或蠕变速率)的既定关系，外推较小应力下的长期蠕变极限 或持久强度极限。实验温度一般选择部件的工作温度，在这一实验 温度下，选择一些实验应力，得到相应的蠕变速率或断裂时间，以 一定的坐标进行直线外推，得到蠕变极限或持久强度极限。
当位错因受到各种障碍阻滞产生塞积，滑移不能继续进行，只有施加更 大的外力，才能引起位错重新运动和继续变形，这就出现了硬化；受恒应力 作用的位错在高温下可借助外界提供的热激活能和空位扩散来克服某些障碍， 从而使变形不断产生，出现软化。
位错热激活方式有多种，如螺位错交滑移、刃位错攀移、带割阶位错靠 空位和原子扩散运动等。高温下，位错热激活主要是刃位错的攀移。刃位错 攀移克服障碍有几种模型 :
500 oC
500 1105
60MPa
蠕变速率1×10－5 ％/h
② 在规定温度(t)和规定的试验时间τ内， 使试样产生规定的总应变量δ的最大应力σ
600 oC
600 1/105
100MPa
总伸长率1％
105h
蠕变极限的两种表示法
RAL 7.3 蠕变、持久强度极限
7.3.1 蠕变极限和持久强度极限
材料蠕变可以发生于各种应力状态，可以在一种应力下发生，也可以在 复合应力作用下发生。但通常以拉伸条件下的指标表示其抗蠕变性能， 蠕变试验采用静力法，即在试验温度不变的前提下，载荷保持恒定。
RAL
7.1 材料的蠕变
Oa线段是试样在t温度下承受恒定拉应力σ时所产生的起始伸长率 δ0。它是载荷引起的瞬时应变，是外加载荷引起的一般过程，不是蠕 变。蠕变曲线大致可以分为三阶段：
RAL 7.10 环境介质作用下的力学性能
应力、环境介质和金属材料三者是产生应力腐蚀断裂的条件： ① 应力 中起作用的是拉应力。焊接、热处理或装配过程中产
生的残余拉应力在应力腐蚀断裂中也有重要作用。 ② 环境介质 某种金属材料，只有在特定的介质中，才能产生
应力腐蚀。 ③ 材料 一般认为，纯金属不会产生应力腐蚀，所有合金对应力
RAL
7 高温及环境下的 材料力学性能
RAL
高温:是指机件的服役温度超过金属的再结晶温度。在这样的温度下 长时服役，材料的微观结构、形变和断裂机制都会发生变化。
室温下具有优良力学性能的材料不一定能满足机件在高温下长时服 役对力学性能的要求。因为材料的力学性能随温度变化规律各不相同。 形变金属在高温下要发生回复、再结晶，同时，在变形过程中引入的大 量缺陷(如空位、位错等)也随之发生变化，表现出残余内应力的消除、 多边形化和亚晶粒合并等现象。在性能上，一般随温度的升高，强度降 低，而塑性增加。材料在高温下的性能除与加载方式、载荷大小有关外， 还受载荷持续时间的影响。因此，考虑高温强度因素对结构设计来说， 也成为一个很重要的方面。另外，在高温作用下，构件环境介质的腐蚀 活性随温度升高而很快增加，这种腐蚀介质大大加速了高温下的裂纹生 成与扩展。
在基体金属中加入Cr，Mo，W，Co，Nb等合金元素，形成单相固溶体， 除产生固溶强化外，还将降低层错能。一般来说，溶质熔点越高，其原子半 径与溶剂金属原子相差越大，越有利于提高热强性。
冶炼工艺
晶粒度
RAL 7.10 环境介质作用下的力学性能
金属机件(或构件)在服役过程中，经常要与周围环境中的各种介质相接 触。环境介质对金属材料力学性能的影响，称为环境效应。由于环境效应的 作用，金属所承受的应力即使低于其屈服强度，也会产生突然脆断的现象， 即为环境断裂。
RAL
7.1 材料的蠕变
7.1.2 蠕变过程组织结构变化
对于金属材料，在蠕变过程中，通常滑移仍是一个主要现象。在缓慢蠕变变 形的同时，有时还会出现回复现象。
第Ⅰ阶段就能观察到亚晶形成；第Ⅱ阶段，亚晶逐渐完整，尺寸增大到一定 程度后，一直到第Ⅲ阶段，保持不变。亚晶尺寸一般随应力下降和温度上升 而有所增大。
晶界滑动有两种：一种是晶界两边晶界沿晶界相错动；另一种是 晶界沿其法线方向迁移。
RAL 7.2 蠕变变形及断裂机制
7.2.2 蠕变损伤和断裂机制 金属材料在高温持久载荷作用下，多数为沿晶断裂。 由此可推断蠕变造成的损伤主要产生在晶界。
RAL 7.2 蠕变变形及断裂机制
7.2.2 蠕变损伤和断裂机制
第Ⅰ阶段-ab区，该阶段开始时， 蠕变速率较大，随时间延长，蠕变 速率逐渐减小到b点(减速蠕变阶段 或过渡蠕变阶段)；
第Ⅱ阶段-bc区，蠕变速率保持不 变，硬化与软化相平衡，蠕变速率 最小，通常称为稳态蠕变或恒速蠕 变阶段；
第Ⅲ阶段-cd区，蠕变速率又开始 增大，最后导致失稳断裂，该阶段 又被称为加速蠕变阶段。