材料性能学1PPT课件
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材料性能学
第一章 材料的静拉伸力学性能
一、拉伸性能:
前言
通过拉伸试验可测材料的弹性、、、和韧度等
重要的力学性能指标，它是材料的基本力学性
能。
二、拉伸性能的作用、用途：
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。
材料性能学
整体概述
3 化学成分的影响
合金的弹性模量随着组成元素的性质、结构和 组织状态变化而变化。
三 影响弹性模量的因素 1 键合方式和原子结构 结合力强的弹性模量较大。 化学键>物理键
共价键、金属键、离子键>分子键、氢键 E也呈现周期性
材料性能学
2 晶体结构的影响
单晶体呈现各向异性；多晶体呈现各向同性— 伪等向性
单晶：呈现各向异性；最大值与最小值相差可 达四倍。（钨除外，皆为384600MPa）
构成材料的原子（离子）或者分子自平衡位置产 生可逆位移
金属、陶瓷：晶格节点的离子在力的作用下在平 衡位置附近产生微小的位移。
橡胶类高聚物：卷曲的分子链在力下伸展。
材料性能学
金属弹性变形的物理本质 FfFab0 nm
rm rn
材料性能学
二 弹性常数 弹性模量：E = 2 (1+ )G
E： 正弹性模量（杨氏摸量） ：柏松比 G：切弹性模量 弹性模量的含义： 单位应变时的弹性应力，即，产生100％弹 性变形所需要的应力。
E（Mpa）
单晶体
最大值
最小值
76100
63700
191100
66700
116700
42900
115100
43000
272700
125000
384600
384600
50600
42900
123500
34900
多晶体
70300 129800 78000 82700 211400 411000 47700 100700
真实应力
SF PF P o F A o 1
真应变e
e
l
d e
d llnl
lnl ()
l l0
l0
假定变形过程体积不变，真应力和真应变之间 存在如下关系：
S(1)
e1 ,1 ee
材料性能学
均匀塑性变形阶段的真应力-真应变曲线—— 流变曲线，
S ken
n值越大，变形时的强 化效果越明显
材料性能学
材料性能学
二、力——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，又称力——伸长曲线
1 低碳钢的变形过程
2 .0
b
1 .5
Pe Pp
Ps
Pm
Pb
1 .0
Load / KN
0 .5
0 .0
0 .0
ห้องสมุดไป่ตู้0 .5
1 .0
1 .5
2 .0
D istance/ m m
材料性能学
2 材料分类：
材料性能学
工程上把弹性模量E、G称做材料的刚度，它表 示材料在外载荷下抵抗弹性变形的能力。是结 构材料的重要性能指标。
航空航天领域结构材料在保证刚度的同时要求 较轻的质量，采用“比弹性模数”——E/ρ或 者E/ ρ 2。
材料性能学
晶格类型 面心立方
体心立方 六方
金属
Al Cu Au Ag Fe W Mg Zn
材料性能学
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11.3A0 1/2 ； 具体标准：GB 6397－86
2.拉伸实验中注意的问题 a.拉伸加载速率较低,俗称静拉伸试验。 b. 拉伸试验机带有自动记录或绘图装置，记
录或绘制试件所受的载荷P和伸长量Δl之间 的关系曲线;
探讨材料弹性变形、塑性变形及断裂行为 的基本规律及其与材料组织结构的关系。
材料性能学
第一节 力－伸长曲线和应力应变曲线
一、 拉伸试件的形状和尺寸
常用的拉伸试件:
为了比较不同尺寸试样所测得的延性,要求试样
的几何相似，
l0／A01/2要为一常数．其中
A0为试件的初始横截面积。
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（短试样）或l0=10d0（长试样）
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。
高塑性材料拉伸特征：
（1）拉伸断裂前产生均匀的伸长，
（2）发生颈缩现象，且塑性变形量大。
材料性能学
低塑性材料拉伸特征：
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。
第二节 弹性变形及其性能指标
一 弹性变形的本质 弹性变形：外力去除后能够消失的那一部分变形。 弹性变形的特点：具有可逆性。
弹性变形涉及构件刚度——构件抵抗弹性变形的 能力。与两个因素相关：
构件的几何尺寸 材料弹性模量
材料性能学
金属、陶瓷或结晶态高聚物弹性变形： 应力和应变在弹性变形范围内具有单值线性关系。 橡胶态高聚物：应力和应变不呈明显的线性关系。 弹性变形的本质：
E（Mpa）
单晶体
最大值
最小值
28400
24500
74500
30600
42000
18800
43700
19300
115800
59900
151400
151400
18200
16700
48700
27300
多晶体
26100 48300 27000 20300 81600 160600 17300 39400
材料性能学
概况一
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概况二
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概况三
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材料性能学
三、本章内容 实验条件：
光滑试件，室温大气介质，单向单调拉伸 载荷 研究内容：
测定不同变形和硬化特性的材料的应力应变曲线和拉伸性能参数。了解不同材料的性 质。
3 典型的拉伸曲线
材料性能学
三 工程应力一工程应变曲线
材料性能学
工程应力——应变曲线确定材料的力学性能指标 弹性模量E: 单纯弹性变形过程中应力与应变的 比值。 屈服强度s：
对于拉伸曲线上有明显的屈服平台的材料，塑 性变形硬化不连续，屈服平台所对应的应力 即为屈服强度，记为s
s = Ps / A0
材料性能学
抗拉强度b： 试件断裂前所能承受的最大工程应力，以前
称为强度极限。取拉伸图上的最大载荷，即对应 于b点的载荷除以试件的原始截面积，即得抗拉 强度之值，记为σb
σb = Pmax／A0
延伸率 断面收缩率ψ
LK L0 10% 0
L0 AK A0 10% 0
A0
材料性能学
材料性能学
四 真实应力应变曲线
第一章 材料的静拉伸力学性能
一、拉伸性能:
前言
通过拉伸试验可测材料的弹性、、、和韧度等
重要的力学性能指标，它是材料的基本力学性
能。
二、拉伸性能的作用、用途：
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。
材料性能学
整体概述
3 化学成分的影响
合金的弹性模量随着组成元素的性质、结构和 组织状态变化而变化。
三 影响弹性模量的因素 1 键合方式和原子结构 结合力强的弹性模量较大。 化学键>物理键
共价键、金属键、离子键>分子键、氢键 E也呈现周期性
材料性能学
2 晶体结构的影响
单晶体呈现各向异性；多晶体呈现各向同性— 伪等向性
单晶：呈现各向异性；最大值与最小值相差可 达四倍。（钨除外，皆为384600MPa）
构成材料的原子（离子）或者分子自平衡位置产 生可逆位移
金属、陶瓷：晶格节点的离子在力的作用下在平 衡位置附近产生微小的位移。
橡胶类高聚物：卷曲的分子链在力下伸展。
材料性能学
金属弹性变形的物理本质 FfFab0 nm
rm rn
材料性能学
二 弹性常数 弹性模量：E = 2 (1+ )G
E： 正弹性模量（杨氏摸量） ：柏松比 G：切弹性模量 弹性模量的含义： 单位应变时的弹性应力，即，产生100％弹 性变形所需要的应力。
E（Mpa）
单晶体
最大值
最小值
76100
63700
191100
66700
116700
42900
115100
43000
272700
125000
384600
384600
50600
42900
123500
34900
多晶体
70300 129800 78000 82700 211400 411000 47700 100700
真实应力
SF PF P o F A o 1
真应变e
e
l
d e
d llnl
lnl ()
l l0
l0
假定变形过程体积不变，真应力和真应变之间 存在如下关系：
S(1)
e1 ,1 ee
材料性能学
均匀塑性变形阶段的真应力-真应变曲线—— 流变曲线，
S ken
n值越大，变形时的强 化效果越明显
材料性能学
材料性能学
二、力——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，又称力——伸长曲线
1 低碳钢的变形过程
2 .0
b
1 .5
Pe Pp
Ps
Pm
Pb
1 .0
Load / KN
0 .5
0 .0
0 .0
ห้องสมุดไป่ตู้0 .5
1 .0
1 .5
2 .0
D istance/ m m
材料性能学
2 材料分类：
材料性能学
工程上把弹性模量E、G称做材料的刚度，它表 示材料在外载荷下抵抗弹性变形的能力。是结 构材料的重要性能指标。
航空航天领域结构材料在保证刚度的同时要求 较轻的质量，采用“比弹性模数”——E/ρ或 者E/ ρ 2。
材料性能学
晶格类型 面心立方
体心立方 六方
金属
Al Cu Au Ag Fe W Mg Zn
材料性能学
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11.3A0 1/2 ； 具体标准：GB 6397－86
2.拉伸实验中注意的问题 a.拉伸加载速率较低,俗称静拉伸试验。 b. 拉伸试验机带有自动记录或绘图装置，记
录或绘制试件所受的载荷P和伸长量Δl之间 的关系曲线;
探讨材料弹性变形、塑性变形及断裂行为 的基本规律及其与材料组织结构的关系。
材料性能学
第一节 力－伸长曲线和应力应变曲线
一、 拉伸试件的形状和尺寸
常用的拉伸试件:
为了比较不同尺寸试样所测得的延性,要求试样
的几何相似，
l0／A01/2要为一常数．其中
A0为试件的初始横截面积。
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（短试样）或l0=10d0（长试样）
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。
高塑性材料拉伸特征：
（1）拉伸断裂前产生均匀的伸长，
（2）发生颈缩现象，且塑性变形量大。
材料性能学
低塑性材料拉伸特征：
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。
第二节 弹性变形及其性能指标
一 弹性变形的本质 弹性变形：外力去除后能够消失的那一部分变形。 弹性变形的特点：具有可逆性。
弹性变形涉及构件刚度——构件抵抗弹性变形的 能力。与两个因素相关：
构件的几何尺寸 材料弹性模量
材料性能学
金属、陶瓷或结晶态高聚物弹性变形： 应力和应变在弹性变形范围内具有单值线性关系。 橡胶态高聚物：应力和应变不呈明显的线性关系。 弹性变形的本质：
E（Mpa）
单晶体
最大值
最小值
28400
24500
74500
30600
42000
18800
43700
19300
115800
59900
151400
151400
18200
16700
48700
27300
多晶体
26100 48300 27000 20300 81600 160600 17300 39400
材料性能学
概况一
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概况二
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概况三
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材料性能学
三、本章内容 实验条件：
光滑试件，室温大气介质，单向单调拉伸 载荷 研究内容：
测定不同变形和硬化特性的材料的应力应变曲线和拉伸性能参数。了解不同材料的性 质。
3 典型的拉伸曲线
材料性能学
三 工程应力一工程应变曲线
材料性能学
工程应力——应变曲线确定材料的力学性能指标 弹性模量E: 单纯弹性变形过程中应力与应变的 比值。 屈服强度s：
对于拉伸曲线上有明显的屈服平台的材料，塑 性变形硬化不连续，屈服平台所对应的应力 即为屈服强度，记为s
s = Ps / A0
材料性能学
抗拉强度b： 试件断裂前所能承受的最大工程应力，以前
称为强度极限。取拉伸图上的最大载荷，即对应 于b点的载荷除以试件的原始截面积，即得抗拉 强度之值，记为σb
σb = Pmax／A0
延伸率 断面收缩率ψ
LK L0 10% 0
L0 AK A0 10% 0
A0
材料性能学
材料性能学
四 真实应力应变曲线