金属材料力学性能课件第一章(中南大学)(1)

标志塑性金属材料的实际承载
能力。（与硬度、疲劳强度等之间有
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一定的经验关系）。
六、塑性
塑性是指金属材料断裂前发生塑性变形的能 力。（均匀塑性变形+集中塑性变形）
塑性指标： δ(新A）=Ｌ1-Ｌ0／Ｌ 1.断后伸长率： 0×100%
为了使同一材料制成的不同尺寸拉伸试样得到相 同的δ值，要求Ｌ0／√Ａ0=K（常数）通常K为 5.65，11.3（特殊情况下可取2.82，4.52， 9.04），对于圆柱形试样，相应的尺寸为Ｌ 0=5d0或Ｌ0=10d0 （比例试样的短试样和长试 样δ5 ﹥δ10 ） 新A,δ5 ,新A11.3, δ10
第三节 塑性变形
一、 塑性变形方式及特点
1.方式：滑移与孪生 2.特点： （1）各晶粒变形的不同时性和不均匀性 （2）各晶粒变形时的相互协调性 二、屈服现象和屈服点（屈服强度）
1.现象：外力不增加（或保持恒定、增 至某一值后突然下降）试样仍能继续伸 长。
2.屈服点：旧σs，新 （不标） （1）上屈服点: 旧σsu，新ReH （2）下屈服点: 旧σsL，新ReL （3）屈服伸长：旧δ，新A （4）屈服平台: （5）吕德斯带（或屈服线） 外力从上屈服点下降到下屈服点时，
2.断口特征三要素：纤维区、放射区与 剪切唇。
3.穿晶断裂与沿晶断裂：
穿晶断裂的裂纹穿过晶内，沿晶断裂的 裂纹沿晶界扩展。从宏观上看穿晶断裂 可以是韧性断裂（如室温下）也可以是 脆性断裂（如低温下）。而沿晶断裂则 多数是脆性断裂。（晶界上的一薄层连 续或不连续脆性第二相、夹杂物，破坏 了晶界的连续性，也可能是杂质元素向 晶界集聚所引起。应力腐蚀、氢脆、回 火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹等都是沿 晶断裂）。
第四节 金属的断裂
一、断裂的类型
变形、磨损、腐蚀和断裂是机件的主要 失效形式。
1.韧性断裂与脆性断裂：
韧性断裂前有明显的塑性宏观变形 （有一个缓慢的撕裂过程，在此过程中 不断消耗能量。其断裂面一般平行于最 大切应力并与主应力成45°角。断口呈 纤维状，灰暗色）。
脆性断裂前无明显的塑性宏观变形。
三 比例极限 σ P， ---新RP
σP 新RP是应力与应变成正比关系的最 大应力
即在拉伸应力-应变曲线上开始偏离直 线
时的应力。
四 弹性极限σe新Re σe 新Re是材料由弹性变形过渡到弹— 塑性变形时的应力。
RP ，Re的实际意义：对于要求在服役时其 应力-应变关系维持严格直线关系的机件， 如测力计弹簧是依靠弹性变形的应力正 比于应变的关系显示载荷大小的，则材 料选择时以比例极限为依据。服役条件 是不允许产生微量塑性变形的机件，则 材料选择时以弹性极限为依据。
金属力学性能指标具体值的高低，表示 金属抵抗变形的断裂能力的大小，是评 定金属材料质量的主要依据，也是金属 机件设计时选材时和进行强度计算时的 主要依据。
各种力学性能指标需通过实验来测定。
本课程的主要内容：
1.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。
应变之间都保持单值线性关系。（一般不超过 0.5%--1.0%）。 二 弹性模量 在弹性变形阶段，大多数金属的应力-应变之间 符合虎克定律，如拉伸时σ=Eε，剪切时 ζ=Ｇ γ(E和Ｇ分别为拉伸模量和切变模量）由此可 知，当应变为一个单位时，弹性模量等于弹性 应力，即弹性模量是产生100%弹性变形所需 的应力。工程上弹性模量被称为材料的刚度， 表征材料对弹性变形的抗力。其值愈大，则在 相同应力下产生的弹性变形愈小。
金属力学性能
许晓嫦讲授
绪论
一 材料的性能（使用性能） 1.物理性能 2.化学性能 3.工艺性能 4.力学性能 -金属在力的作用下所显示与弹性和非弹
性反应相关或涉及应力-应变关系的性能 （GB10623-89 金属力学性能试验术语）
二 失效现象
如：过量弹性变形；过量塑性变形；断裂和磨 损等。
2.影响金属力学性能的因素，提高金属 力学性能的方向和途径。
3.金属力学性能指标的测试技术。
第一章 金属在单向静拉伸载荷下的力学

性能
试验方法的特点：温度、应力状态、和加载速 率是确定的，并常用标准的光滑圆柱体试样进
行试验。
第一节 力—伸长曲线和应力应变曲线
力—伸长曲线是拉伸试验中记录的拉伸力对伸 长的关系曲线
在试样局部区域开始形成与拉伸轴约 成45度的条带。
三、屈服强度
（1）规定非比例伸长应力RP0.01、 R R P0.05、 0.02
（2）规定残余伸长应力Rp0.2
一般将R0.01 （σ0.01）称为条件比例 极限， σ0.2称为屈服强度(Rp0.2)
四、缩颈现象
五、抗拉强度σb, 新Rm
2.断后收缩率： Ψ（新Z) =A0-A1 ／A0 ×100% 如果Ψ ﹥δ，金属拉伸形成缩颈，且差值
越大，缩颈越严重。 Ψ =δ或Ψ ﹤δ则金 属材料不形成缩颈。
3、塑性的意义： （1）塑性指标是安全力学性能指标。 （2）冷热加工及机器装配、修复需要。 （3）可评定材料质量。
因此金属材料的力学性能可以简单地理解为： 金属抵抗外加载荷（外力）引起的变形和断裂 的能力或金属材料的失效抗力。
由于机件的承载条件一般用各种力学参量（如 应力、应变、应力场强度因子）表示，因此人 们将表征金属材料力学行为的力学参量的临界 值或规定值称为金属力学性能指标或判据（如 强度指标、塑性指标、韧性指标等）。
如退火低碳钢拉伸力—伸长曲线
将力伸长曲线的纵、横坐标分别用拉伸
试样的原始截面积和原始标距长度去除， 则得到应力—应变曲线。（称工程应 力—应变曲线。可建立金属材料在静拉 伸条件下的力学性能指标。
说明：符号已变更. 旧σ，新R, 旧δ,新A

。
第二节 弹性变形
一 弹性变形及其实质 一种可逆性变形。在加载和卸载期内，应力与