材料力学性能PPT课件

平台或屈服齿。如果卸载，试样的变形只能部分恢复，而保留一部分残
余变形，即塑性变形，这说明钢的变形进入弹塑性变形阶段。σs称为材
料的屈服强度或屈服点，对于无明显屈服的金属材料，规定以产生0.2%
残余变形的应力值为其屈服极限。
当应力超过σs后，试样发生明显而均匀的塑性变形，若使试样的应
变增大，则必须增加应力值，这种随着塑性变形的增大，塑性变形抗力
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第二节 弹性变形
一、弹性变形及其实质
弹性变形及其实质：弹性变形是一种可逆变形（即卸载后可以恢复变形前形 状的变形，热力学意义上的可逆变形）。
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弹性模量
定义：当应变为一个单位时，弹性模量即为弹性应力，即 产生100%弹性变形时所需要的应力。
这个定义对金属来讲是没有任何意义的，这是因为金属材 料所能产生的弹性变形量是很小的。
(1) 各晶粒变形、不同时性和不均匀性 (2) 各晶粒变形的相互协调性
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二、屈服现象和屈服点（屈服强度）
屈服现象是材料产生宏观塑性变形的一种标志。
金属材料从弹性变形阶段向塑性变形阶段的过渡明显， 表明外力保持恒定时试样仍继续伸长，或者外力增加 到一定数值时突然下降，然后外力几乎不变时，试样 仍继续伸长变形，这就是屈服现象。
不断增加的现象称为加工硬化或形变强化。当应力达到σb时试样的均匀
变形阶段即告终止，此最大应力σb称为材料的强度极限或抗拉强度，它
表示材料对最大均匀塑性变形的抗力。
在σb值之后，试样开始发生不均匀塑性变形并形成缩颈，应力下降，
最后应力达到σk时试样断裂。σk为材料的条件断裂强度，它表示材料对
塑性的极限抗力。
宏观上一般表现为材料的变形或断裂。
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材料的力学性能指标或判据。
机器零件（简称机件）的承载条件一般用各 种力学参数（如应力、断裂韧度等），所以 就将表征材料的力学参数的临界值或规定值 称为材料的力学性能指标或判据。
材料力学性能指标具体数值的高低表示材料 抵抗变形和断裂能力的大小，是评定材料质 量的主要依据。
弹性模量 影响不大 取决于结合键和子 间结合力 共价键的弹性模量最高
刚度 强度
影响不大 影响显著
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1.2.2弹性比功
又称弹性比能、应变比能，表示材料吸收弹性变形 功的能力
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1.2.3、滞弹性
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
在弹性范围内快速加 载或卸载后，随着时 间延长产生的附加弹 性应变的现象，称为 滞弹性。
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由于实际金属具有滞弹性，金属在弹性区快速加载卸载时，由于应变落 后于应力，使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线，称为弹性滞后 环（图a）。
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第1章 静载荷下材料的力学性能
1.1 应力-应变曲线 拉伸试验是工业上应用最广泛的基本力学性能试
验方法之一。本章将详细讨论金属材料在单向拉 伸静载荷作用下的基本力学性能指标如：屈服强 度、抗拉强度、断后伸长率和断面伸长率等。 拉伸试验是指在室温大气中，光滑试样在缓慢施 加的单向载荷作用下，测定材料的力学性能的方 法。拉伸试验机通常带有自动记录或绘图装置， 用以记录或绘制试样所受载荷与伸长量之间的关 系，这种曲线称为拉伸图或力-伸长曲线。
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消除包申格效应的方法：
(1) 预先进行较大的塑性变形； (2) 在第二次反向受力前先使金属材料于回复或再结晶
温度下退火，如钢在400-500℃，铜合金在250-270℃退 火。
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第三节 塑性变形阶段
一、塑性变形方式和特点 变形方式： (1) 滑移 (2) 孪生
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多晶金属中每一晶粒滑移变形的规律 与单晶金属相同，但是多晶金属中存 在晶界，各晶粒的取向也不相同，因 而其塑性变形有如下特点：
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图1-4铝合金（5454-H34） 图1-5 聚氯乙烯
图1-6苏打石灰玻璃 9
当应力低于σe 时，应力与试样的应变成正比，应力去除，变形消失，即 试样处于弹性变形阶段，σe 为材料的弹性极限，它表示材料保持完全弹 性变形的最大应力。
当应力超过σe 后，应力与应变之间的直线关系被破坏，并出现屈服
呈现屈服现象的金属材料在拉伸时，试样在外力保持 恒定仍能继续伸长的应力称为屈服点，又称屈服强度。
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工程中常用的三种屈服标准：
比例极限 弹性极限 屈服强度
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三、影响屈服强度的因素
内在因素
结合键 组织 结构 原子本性
陶瓷、高分子材料
外在因素
温度 应变速率
应力状态
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四种影响金属材料 屈服强度的强化机 制
在弹性变形阶段，大多数金属的应力与应变之间符合虎克 定律的正比关系。它表示材料在外载荷下抵抗弹性变形的 能力。
不同类型的材料，其弹性模量可以差别很大，几种常见材料的弹性模量见书上表1.1。
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材料的弹性模量主要取决于结合键的本 性和原子间的结合力，而材料的成分和组织 对它的影响不大。
材料的成分和组织 对
如果施加交变载荷，且最大应力低于宏观弹性极限，加载速率比较大， 则也得到弹性滞后环（图b） 。
如果交变载荷中最大应力超过宏观弹性极限，就会得到塑性滞后环（图 c） 。
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金属的循环韧性
定义：
金属材料在交变载荷（或振动）下吸收不可逆变形功 的能力，也称为金属的内耗或消振性。
意义：
循环韧性越高，机件依靠自身的消振能力越好，所以 高循环韧性对于降低机器的噪声，抑制高速机械的振 动，防止共振导致疲劳断裂意义重大。
材料力学性能
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整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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材料力学性能的定义:
材料在外加载荷（外力）作用下，或 载荷与环境因素（如温度、介质和加 载速率）联合作用下所表现的行为， 又称为力学行为。
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1.2.4、包申格效应（Bauschinger）
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包申格效应的定义：
金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，残 余应变约1-4%，卸载后再同向加载，规定残余 伸长应力（弹性极限或屈服强度）增加；
反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
注：所有退火状态和高温回火的金属与合金都有包辛格效应。 可用来研究材料加工硬化的机制。
固溶强化 形变强化 沉淀强化和弥散强化 晶界和亚晶强化