材料性能力学性能
高分子材料性能测试力学性能
3.1.2 高分子经典应力－应变曲线 I
3.1 拉伸性能
(c)旳特点是硬而强。拉伸强度和弹性模量大，且有合适旳伸长率，如硬聚氯乙烯等。(d)旳特点是软而韧。断裂伸长率大，拉伸强度也较高，但弹性模量低，如天然橡胶、顺丁橡胶等。
3.1 拉伸性能
3.1.2 高分子经典应力－应变曲线 III
(e)旳特点是硬而韧。弹性模量大、拉伸强度和断裂伸长率也大，如聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙等
塑性(Plasticity)：外力作用下，材料发生不可逆旳永久性变形而不破坏旳能力。
Mechanical properties of materials
应 力
应 变
Mechanical properties of materials
3.1 拉伸性能
3.1.1 应力－应变曲线
Байду номын сангаас
高分子应力-应变过程
3.1 拉伸性能
电子万能试验机
3.1 拉伸性能
3.1 拉伸性能
3.1.5 拉伸性能测试原理 拉伸试验是对试样延期纵轴方向施加静态拉伸负荷，使其破坏，经过测量试样旳屈服力、破坏力和试样标距间旳伸长来求得试样旳屈服强度拉伸强度和伸长率。
3.1 拉伸性能
3.1.6 测量方法即实验环节 ①试样旳状态调节和试验环境按国家原则规定。②在试样中间平行部分做标线，示明标距。③测量试样中间平行部分旳厚度和宽度，精确到0.01mm，II型试样中间平行部分旳宽度，精确到0.05mm，测3点，取算术平均值。④夹具夹持试样时，要使试样纵轴与上下夹具中心连线重合，且松紧适宜。⑤选定试验速度，进行试验。⑥记录屈服时负荷，或断裂负荷及标距间伸长。试样断裂在中间平行部分之外时，此试样作废，另取试样补做。
材料力学性能
§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。
03-材料的力学性能
其它塑性材料拉伸时的力学性能
σ /MPa
900 700 500 300 100 0 10 20 30 40 50 60
σ 锰钢
b a σ 0.2
镍钢
青铜 ε（%） 0.2 ε （%）
断裂破坏前产生很大塑性变形； 没有明显的屈服阶段。
名义屈服 极限σ 0.2
脆性材料拉伸时的力学性能
σ /MPa
500 400 300 200 100 0 0.2 0.6 1.0 1.4
ε（%）
铸铁压缩时的σ ~ ε 曲线
反映材料力学性能的主要指标
强度性能 反映材料抵抗破坏的能力，塑性材料： σs 和 σb ，脆性材料：σb ； 弹性性能 反映材料抵抗弹性变形的能力：E； 塑性性能 反映材料具有的塑性变形能力： δ和ψ 。
塑性材料在断裂时有明显的塑性变形；而脆性材料 在断裂时变形很小。 塑性材料在拉伸和压缩时的弹性极限、屈服极限和 弹性模量都相同，它的抗拉和抗压强度相同。而脆性 材料的抗压强度远高于抗拉强度。
b a
拉伸试验结果分析(低碳钢)
虎克定律： 虎克定律：当σ ≤ σp （ σe ） 时，应力与应变成直 线关系，即
σ = Eε σ E = = tgϑ ε
E称为材料的弹性模量， 单位：N/m2, Pa, MPa
拉伸试验结果分析(低碳钢)
E的物理意义 的物理意义 P ∆l σ= ε= 将 A0 l0 代入
现象：试件某个部位突然变细，出现局部收缩——颈缩。 现象
特点： 特点 a、df曲线开始下降，产生变形所需拉力P逐渐减小； b、实际应力继续增大，但σ 为名义应力，A变小没 有考虑，所以d点后σ ~ ε曲线向下弯曲； c、到达f点时，试件断裂。
拉伸试验结果分析(低碳钢)
工程材料力学性能
TEM微观形貌（疲劳辉纹）， 显示疲劳断口光亮区裂纹缓 慢扩展过程
疲劳断裂实例
硬度
硬度——衡量材料软硬程度的性能指标，分压入法和刻划法两类 压入法硬度表征材料弹性、微量塑性变形抗力及形变强化能力等，常用的有布氏 硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和维氏硬度（HV）。 数值
HB P 0.204P F D ( D D 2 d 2 )
e de dl l ln ln(1 ) l0 l l0
l
S Ke n
其中，S为真应力，e为真应变，K为常数，n——形变强 化指数。 一些金属材料的形变强化指数 材料 n Al ~0.15 -Fe ~ 0.2 Cu ~ 0.30 18-8不锈钢 ~ 0.45
金属压力加工
硬度测试的优点：
制样简单，设备便宜；
基本上是非破坏性； 可大致预测其它一些力学性能。
冲击韧性
冲击韧性——表征材料抵抗冲击载荷的能力。 指标：冲击韧性（冲击值）KU（ KV ）
mg (h h) KU ( KV ) J/cm2 A • 冲击试验标准试样： • U型缺口（梅氏试样） • V型缺口（夏氏试样）
670℃加热（完全再结晶）
750℃加热（晶粒长大）
屈服强度——条件屈服强度
屈服强度s——材料开始产生塑性变形时的应力
条件屈服强度s：
产生0.2%残余变形
时的应力值
屈服强度
s
低碳钢的拉伸应力-应变曲线 以下屈服点的屈服应力为屈服强度
抗拉强度、断裂强度
抗拉强度（强度极限，UTS）
b——试样断裂前承受的最
c s cos cos
c称为晶体的临界分切应力，其数值取决于材料的本性、温
材料的力学性能
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。
机械制造基础3_材料的力学性能指标
机械制造基础3_材料的力学性能指标材料的力学性能指标是指材料在力学加载下的表现和性能参数，用来评估材料的强度、刚度、韧性、耐磨性、抗疲劳性等。
以下将介绍常见的材料力学性能指标。
1.强度：材料的强度指的是其所能承受的最大应力。
常见的强度指标有屈服强度、抗拉强度、抗压强度等。
屈服强度是材料在弹性阶段的抗拉、抗压应力，即在材料开始发生塑性变形之前所能承受的应力。
抗拉强度是材料在拉伸过程中所能承受的最大应力，抗压强度是材料在受压过程中的最大应力。
2.刚度：材料的刚度指的是其抵抗变形的能力。
常见的刚度指标有弹性模量、切变模量等。
弹性模量是材料在弹性阶段的刚度大小，可以描述材料在拉伸或压缩时的回复能力。
切变模量是材料在剪切变形时的刚度大小，可以衡量材料的抗扭转能力。
3.韧性：材料的韧性指的是其在断裂前能够吸收的能量。
常见的韧性指标有延伸率、冲击韧性、断裂伸长率等。
延伸率表示材料在受拉时能够延长的程度，冲击韧性表示材料在受冲击载荷下的抵抗性能，断裂伸长率是材料在断裂前拉伸的长度与初始长度之比。
4.耐磨性：材料的耐磨性指的是其抗磨损能力。
常见的耐磨性指标有硬度、摩擦系数等。
硬度表示材料抵抗表面划伤、模具磨损等形变的能力，摩擦系数表示材料表面与其他物体接触时的磨擦阻力。
5.抗疲劳性：材料的抗疲劳性指的是其抵抗循环加载下疲劳破坏的能力。
常见的抗疲劳性指标有疲劳极限、疲劳寿命等。
疲劳极限是材料在疲劳加载下所能承受的最大应力，疲劳寿命表示材料在循环加载下能够承受的加载次数。
除了上述指标外，材料还有其他性能指标，如导热性能、热膨胀系数、电导率等，这些性能指标主要用于材料的特殊应用领域。
总而言之，材料的力学性能指标是评估材料力学特性的重要依据，不同的材料具有不同的力学性能指标，根据具体应用需求选择合适的材料和合适的力学性能指标是非常重要的。
材料的力学性能
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。
材料的力学性能强度、塑性
F
F
二、拉伸试验
0
拉伸试验是在静拉力的作用下，
1
对试样进行轴向拉伸，直至将试
样拉断，通过测量拉伸中力和试
样长之间的关系来判断材料的
性能。
0 2
实验仪器
0 3
万能材料试验机
2.拉伸原理
拉伸标准试样
标准试样直径为d，标 距长度为L。
标距L和直径d之间有 两种关系：L=5d或者 L=10d。
力-伸长曲线分析 力-伸长曲线 屈服 冷变形强化 颈缩 断裂
材料的力学性能指标：
强度、塑性、韧性、硬度、疲劳等。
一、强度和塑性
1. 强度：材料或构件在一定载荷下抵抗永久变形和断裂的能 力称为强度。（强度是材料整体抵抗变形和断裂的能力）
2. 弹性：物体受外力作用变形后，除去作用力时能恢复原来形 状的性质。
3. 塑性：在某种给定载荷下,材料产生永久变形的特性。一但 发生塑性形变则无法恢复。
202X
材料的力学性能
度
、
塑
性
202X
材料的力学性能:
材料在不同环境中，承受载荷（静载荷、动载荷、交变载荷）时 表现出的性能， 主要为变形、破坏。
研究材料的力学性能的目的：
确定材料在变形和破坏情况下的一些重要性能指标；作为选择、设计、制造机 械零件或工具的主要依据，也是评判材料质量好坏的重要判据。
2.拉伸试验中的强度指标
1)屈服强度：屈服现象是指试样在试样过程中，外载荷不变的情况下依然 继续变形。
σs=Fs/S0 其中：Fs是试样屈服时承受的拉伸力（N）；S0是试样原始横截面积（m2 ）。
2)规定残余伸长应力：很多材料没有明显的屈服现象。规定残余伸长应力 是指试样卸载拉伸力后，标距部分的伸长量达到规定的原始标距长度百分比 时产生的拉力与试样横截面比值。
材料力学性能指标
材料力学性能指标
材料力学性能指标是用于描述材料力学性能的数值指标，它们是评价材料在外力作用下变形和破坏行为的重要参数。
常见的材料力学性能指标包括强度、韧性、硬度、刚度等。
强度是材料抵抗本体破坏的能力，通常用屈服强度、抗拉强度、抗压强度等来衡量。
屈服强度是材料开始变形的强度，抗拉强度是在拉伸过程中材料破坏前所能承受的最大拉力，抗压强度是材料在受到压缩作用下承受的最大压力。
强度的高低决定了材料在受力环境下是否会发生破坏。
韧性是材料抵抗塑性变形能力的指标，一般用断裂延伸率和断裂韧性来描述。
断裂延伸率是材料在断裂前所能承受的最大拉伸变形与原始尺寸的比值，反映了材料在拉伸过程中的延展性；断裂韧性是材料在断裂前所能吸收的单位体积的能量，反映了材料的抗冲击能力。
硬度是材料抵抗划痕或穿刺的能力，常用硬度测试方法包括洛氏硬度、布氏硬度和维氏硬度等。
硬度的高低反映了材料的抗刮擦和抗磨损能力。
刚度是材料抵抗变形的能力，常用刚度系数衡量。
刚度系数是指材料在单位应力下的相对应变，刚度系数越大，材料的刚性越高，变形能力越小。
除了上述指标外，还有一些其他的材料力学性能指标，如耐疲劳性、蠕变性、弹性模量、破裂韧度等，这些指标可以根据具
体的材料性质和使用环境来选择。
综上所述，材料力学性能指标是评价材料性能的重要参数，不同的指标反映了材料在力学应力下的不同特性。
在工程设计和材料选择中，需要根据具体需求和使用环境来选择合适的材料力学性能指标，以保证材料在使用过程中具有良好的性能。
第一章 材料的力学性能
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。
工程材料的力学性能
弹性后效
总结词
弹性后效是指材料在卸载后，弹性变形部分不能完全恢复的现象。
详细描述
当材料在弹性范围内受到外力作用时，会发生弹性变形。当外力卸载后，材料 的弹性变形部分不能完全恢复，这种现象称为弹性后效。弹性后效的程度取决 于材料的种类和加载条件。
03
塑性性能
屈服强度
定义
屈服强度是材料在受到外力作用时，开始发生屈服现 象的应力极限。
工程材料的力学性能
目录
• 引言 • 弹性性能 • 塑性性能 • 强度性能 • 韧性性能 • 工程材料的选用01引言定义与重要性定义
工程材料的力学性能是指材料在 受到外力作用时表现出的性质， 如强度、硬度、韧性、弹性等。
重要性
力学性能是评价材料性能的重要 指标，对于工程结构的稳定性、 安全性和使用寿命具有至关重要 的作用。
影响因素
材料的延伸率与材料的成分、组织结构和温度等因素有关。
弯曲强度
定义
01
弯曲强度是材料在受到弯曲应力作用时，发生弯曲破坏的应力
极限。
意义
02
弯曲强度是衡量材料抵抗弯曲变形和破坏的能力，对于材料的
弯曲性能有重要意义。
影响因素
03
材料的弯曲强度与材料的成分、组织结构、温度和受力状态等
因素有关。
04
材料选择的原则
适用性原则
材料应满足工程要求，具有所需的力学性能、 耐久性和稳定性。
可行性原则
材料应易于加工、制造和安装，能够实现工 程结构的制造和施工。
经济性原则
在满足性能要求的前提下，优先选择价格低 廉、易于加工和采购的材料。
环保性原则
优先选择可再生、可回收、低污染的材料， 减少对环境的负面影响。
第四章 材料力学性能(材料科学基础)
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。
材料力学性能情况总结
材料⼒学性能情况总结材料⼒学性能：材料在各种外⼒作⽤下抵抗变形和断裂的能⼒。
屈服现象：外⼒不增加，试样仍然继续伸长，或外⼒增加到⼀定数值时突然下降，随后在外⼒不增加或上下波动情况下，试样继续伸长变形。
屈服过程：在上屈服点，吕德斯带形成；在下屈服点，吕德斯带扩展；当吕德斯带扫过整个试样时，屈服伸长结束。
屈服变形机制：位错运动与增殖的结果。
屈服强度：开始产⽣塑性变形的最⼩应⼒。
屈服判据：屈雷斯加最⼤切应⼒理论：在复杂应⼒状态下，当最⼤切应⼒达到或超过相同⾦属材料的拉伸屈服强度时产⽣屈服。
⽶赛斯畸变能判据：在复杂应⼒状态下，当⽐畸变能等于或超过相同⾦属材料在单向拉伸屈服时的⽐畸变能时，将产⽣屈服。
消除办法：加⼊少量能夺取固溶体合⾦中溶质原⼦的物质，使之形成稳定化合物的元素；通过预变形，使柯⽒⽓团被破坏。
影响因素：1.内因：a)⾦属本性及晶格类型：⾦属本性及晶格类型不同，位错运动所受的阻⼒不同。
b)晶粒⼤⼩和亚结构：减⼩晶粒尺⼨将使屈服强度提⾼。
c)溶质元素：固溶强化。
d)第⼆相2.外因：温度(-)；应变速率(+)；应⼒状态。
第⼆相强化(沉淀强化+弥散强化)：通过第⼆相阻碍位错运动实现的强化。
强化效果：在第⼆相体积⽐相同的情况下，第⼆相质点尺⼨越⼩，强度越⾼，强化效果越好；在第⼆相体积⽐相同的情况下，长形质点的强化效果⽐球形质点的强化效果好；第⼆相数量越多，强化效果越好。
细晶强化：通过减⼩晶粒尺⼨增加位错运动障碍的数⽬(阻⼒⼤)，减⼩晶粒内位错塞积群的长度(应⼒⼩)，从⽽使屈服强度提⾼的⽅法。
同时提⾼塑性及韧性的机理：晶粒越细，变形分散在更多的晶粒内进⾏，变形较均匀，且每个晶粒中塞积的位错少，因应⼒集中引起的开裂机会较少，有可能在断裂之前承受较⼤的变形量，即表现出较⾼的塑性。
细晶粒⾦属中，裂纹不易萌⽣（应⼒集中少），也不易传播（晶界曲折多），因⽽在断裂过程中吸收了更多能量，表现出较⾼的韧性。
固溶强化：在纯⾦属中加⼊溶质原⼦形成固溶合⾦，将显著提⾼屈服强度。
材料的力学性能强度、塑性
如何选用材料
温度和环境
需要在工作温度和环境下选择材 料。例如，高温或腐蚀性环境会 影响材料性能。
载荷和应力
材料的承受载荷和应力与其强度 及塑性相关。正确选择材料将更 符合工程要求。
性质和可靠性
材料的物理和化学性质以及可靠 性同样需要考虑。
总结
材料的力学性能强度
包括屈服强度和抗拉强度。材料力学性能塑性包括延伸率和可塑性。
材料的力学性能韧性
韧性和延展性之间的平衡是影 响材料可用性的关键因素。
材料的力学性能塑性
延伸率
指材料在受力下可继续拉伸的长度与原先长度之比， 代表着金属的韧性。
可塑性
是指材料在加工过程中能够重新塑性变形，产生新 的形状和结构。
材料的力学性能韧性
高韧性材料
在致动应力下表现出较大塑性变形和较高断裂韧性的材料，如陶瓷。
低韧性材料
在应力和应变较低时断裂，如脆性材料。
材料的应力应变曲线
材料受外界作用力时，会随着外力的增加发生应力和应变的变化。材料应力应变曲线反映了材料应力和应变的 关系以及力学性能的表现。
材料的应力应变曲线
1
线性区
应力与应变成正比关系，材料具有线性弹性。
2
塑性区
应力大时，在比例限以外标志着材料出现塑性变形，不可逆转。
3
极限点
应力达到极限时，材料发生断裂。极限点之前也是周期的疲劳寿命。
材料的力学性能强度、塑 性
欢迎来到本次关于材料力学性能讲座。在这里我们将讨论材料性能方面的知 识，包括强度、塑性、韧性等方面的内容，并介绍材料力学性能曲线及相关 数据。
材料的力学性能强度
1 屈服强度
是材料在弯曲、拉伸等载荷下，超出线性场后的应力值。夹杂物越多，屈服强度越低。
材料力学性能重点总结
材料力学性能重点总结1.强度：材料的强度是指材料在外力作用下抵抗破坏的能力。
常用于评估材料抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等。
强度与材料内部结构关系紧密，常用措施是通过原子间结合力和晶粒结构的稳定性提高强度。
2.韧性：材料的韧性是指承受冲击负载时材料能够发生塑性变形而不发生断裂的能力。
韧性与材料断裂韧度有关，断裂韧度越高，材料的韧性越好。
韧性的提高可以通过增加材料的塑性变形能力来实现，例如降低材料的晶界和相界的应力集中。
3.硬度：材料的硬度是指材料抵抗外部划痕或压痕的能力。
硬度可以用于评价材料的耐磨性和抗划伤性能。
通常，硬度较高的材料具有较好的耐磨性和较高的抗划伤能力。
硬度可以通过提高材料的晶粒尺寸和强化材料的位错密度来改善。
4.塑性：材料的塑性是指材料在受力后能够发生可逆性的非弹性形变的能力。
塑性变形是材料在受力过程中重要的变形方式，可以提高材料的韧性和变形能力。
材料的塑性与材料的熔点、晶粒尺寸和晶粒形态等因素有关。
5.疲劳寿命：材料的疲劳寿命是指材料在循环加载下能够承受的应力循环次数。
疲劳寿命是材料设计和选择的重要指标，特别是在机械和航空领域中。
疲劳寿命与材料中的微观缺陷、动态应力等因素密切相关。
6.脆性：材料的脆性是指材料在受力时容易发生断裂的性质。
脆性材料在受力作用下会发生紧急的破坏，通常不会发生明显的可逆塑性变形。
与韧性材料相比，脆性材料更容易发生断裂。
材料的脆性取决于材料中的缺陷结构和应力分布。
总的来说，材料力学性能是评价材料质量的重要指标。
强度、韧性、硬度、塑性、疲劳寿命和脆性是材料力学性能的关键指标。
合理设计和选择材料可以改善材料力学性能，提高材料的耐久性和可靠性。
- 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)。
引起合金模量的增加，反之合金模量降低。
由点阵类型相同，价电子数和原子半径相近的两种金属组 成无限固溶体时，如Cu-Ni,Cu-Pt,Cu-Au,Ag-Au合金，弹性模 量和溶质浓度之间呈直线关系。
对于铁磁性金属，其弹 性模量除产生正常的弹性伸 长外，还由于应力作用感生 磁化，同时产生磁致伸缩效 应，即产生补充伸长。其弹 性模量比正常模量低，
Ef EnE
三、合金成分及组织的影响
１、 形成固溶体合金 在有限互溶的情况下形成固溶体时，溶质和合金的弹性模
量E的影响有以下三个方面： a：由于溶质原子的加入造成点阵畸变，引起合金弹性模量
这些均表示材料弹性变形的难易程度，即引起单位变形所 需要的应力大小。
在各向同性材料中，
G E
2( 1)
K E
3(12)
为泊松比。
弹性模量与德拜温度的关系
弹性模量的大小取决原子间的结合力，因此它与特征温度关 系为：
DkhB(43NM A)1/31/3c
N A 为阿伏伽德罗常数
M 为摩尔质量
材料性能力学性能
第一节 弹性的物理本质
一、弹性模量 在弹性范围内，物体受力的作用发生形状或尺寸的变化，应
力与应变之间呈线性关系，即遵循虎克定律：
E G PK
, , P分别为正应力，切应力，压力
，
, , 分别为线应变，切应变和体积应变
，
E,G, K 分别为正弹性模量(杨氏模量)、切变模量和体积模量
若溶质是过渡族元素时，弹性模量与溶质原子浓度之间偏 离直线关系，主要与ｄ电子未填满有关。
两种金属组成有限固溶体时，若两组元的原子价不同， 则溶质原子溶入引起电子浓度变化，从而改变了参与键合的电 子数目，导致弹性模量产生相应的变化。
２、形成ห้องสมุดไป่ตู้合物和多相合金
基本可以认为，中间相的熔点越高，弹性模量越大。
得比较密，其弹性模量比 Fe高。
4、金属单晶体，沿不同晶向原子间结合力不同，弹性模量也不 同。表现出弹性模量的各向异性。多晶体没有各向异性。它的 弹性模量等于单晶体各晶向弹性模量的平均值。
铁的各晶向弹性模量
第二节 影响弹性模量的因素
一、温度的影响
对多数金属，随温度升 高，原子热运动加剧，原子 间距离增大，导致原子间相 互作用力减弱，所以弹性模 量随温度的升高近似的呈直 线下降。
室温下弹性模量也随原子序数相应的呈周期性变化。周期 表中的Na,Mg,Al,Si等元素随原子序数增加，价电子数增多，弹 性模量增高。同一族元素，如Be,Mg,Ca和Ba，它们的价电子数 相等，原子半径随原子序数增加而增大，弹性模量减小。
弹性模量E与原 子间的距离a近 似地存在着数值 关系：
E K am
1 1 2T
Ei Ea c
动态弹性模量的测量方法：（采用共振法）
K B 为波尔兹曼常数
为材料密度
h 为普朗克常数
c为弹性波的平均速度
312 C3 Cl3 C3
Cl ,C 分别代表纵向和横向弹性波的传播速度，它取决于相
应的弹性模量和密度
Cl
E
C
G
德拜特征温度和弹性波传播的速度成正比关系，金属的弹性 模量越大，德拜特征温度也越高。
弹性模量与熔点的关系
第三节 弹性模量的测量及应用
弹性模量的测量方法有静态测量法、动态测量法。
1、静态测量法：从应力和应变曲线确定弹性模量。 这种 测量的精度低，其载荷大小，加载速度等影响实验结果，也 不适合用于金属材料的弹性模量的测定。此外，对脆性材料 也不适用。由于在静态测量时，加载频率极低，可认为是在 等温条件下进行的，通常表示为Ei。
k , m 均为常数
2、对于过渡族金属，因为过渡族金属的d层电子所产生的原 子间结合力比较强，它们的弹性模量比普通金属大，并且随 原子半径的增大而增高。
3、金属的弹性模量一方面取决于原子间的结构，另一方 面还与金属的点阵结构密切相关。同一种金属，点阵结构不
同，弹性模量也不相同。同一温度下， Fe的点阵原子排列
2、动态测量方法：在试样承受交变应力产生很小应变条件下 测量弹性模量。这种测量方法测量设备简单，测量速度快，测 量结果准确，适合用于测量金属材料的弹性模量。由于动态加 载频率很高，可认为在瞬间加载时，试样来不及与周围环境进 行热交换，即是在绝热条件下测定的，通常表示为Ea。
二者弹性模量之间的关系为：
弹性模量的组织敏感较小，多数单相合金的晶粒大小和多 相合金的离散度对模量的影响很小。弹性模量对组成相的体积 浓度具有近似直线关系。第二相的性质，尺寸和分布对模量影 响很明显。
总结：在选择了基体组元以后，很难通过形成固溶体的办法 进一步实现弹性模量的大幅度提高，除非更换材料。但是， 如果能在合金中形成高熔点、高弹性的第二相，则有可能较 大地提高合金的弹性模量。目前常用的高弹性和恒弹性合金 往往通过合金化和热处理来形成。
正弹性模量随温度变化 用温度系数表示：
e dE 1 dT E
金属模量与温度的关系
当温度高于 0.52Tm时，弹性模量和温度之间不再呈直线关
系：
Eexp(Q)
E
RT
Q 为模量效应的激活能，与空位生成能相近。
对于大多数金属的模量随温度的升高几乎呈直线下降。 一般金属的模量温度系数
e (30 ~1 00) 0 1 0 6 0C
低熔点金属的e值较大，高熔点金属和难熔化合物的ｅ值较 小，合金的模量随温度升高而下降的趋势与纯金属大致相同。
二、相变的影响
材料内部的相变（多晶型转变，有序化转变，铁磁性转变及 超导体转变等）都会对弹性模量产生明显的影响。有些转变的 影响在比较宽的温度范围内完成，而另一些转变则在比较窄的 温度范围内完成，这是由于原子在晶体学上的重构和磁的重构 所造成的。
金属的熔点Tm也是原子间结合力有关。原子间结合力越强， 金属的熔点也越高。 弹性模量与熔点关系：
EkTmacb
C为比热容
k, a,b为常数
a1,b2
二、弹性模量与原子结构的关系
1、 材料的弹性模量与原子间的结合力有关，所以弹性模量 取决于原子的价电子数和原子半径的大小，即取决于原子的结 构。