材料性能力学性能共45页
材料力学材料的力学性能优质课件
卸载
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
结论与讨 论
再加载
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
结论与讨 论
将卸载再加载曲线与原来旳应力-应变曲线进行比较(图 中曲线OAKDE上旳虚线所示)，能够看出：K点旳应力数值远 远高于A点旳应力数值，即百分比极限有所提升；而断裂时旳 塑性变形却有所降低。这种现象称为应变硬化。工程上常利 用应变硬化来提升某些构件在弹性范围内旳承载能力。
延伸率和截面收缩率旳数值越大，表白材料旳韧性越 好。工程上一般以为δ>5％者为韧性材料； δ＜5％者为脆 性材料。
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
单向压缩时材料旳力学行为
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第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
单向压缩时材料旳力学行为
材料压缩试验，一般采用短试样。低碳钢压 缩时旳应力-应变曲线。与拉伸时旳应力-应变曲 线相比较，拉伸和压缩屈服前旳曲线基本重叠， 即拉伸、压缩时旳弹性模量及屈服应力相同，但 屈服后，因为试样愈压愈扁，应力-应变曲线不断 上升，试样不会发生破坏。
试样旳变形将随之消失。
这表白这一阶段内旳变形都是
弹性变形，因而涉及线性弹性阶段
在内，统称为弹性阶段。弹性阶段 旳应力最高限
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
弹性力学性能
百分比极限与弹性极 限
大部分韧性材料百分比极限与弹性 极限极为接近，只有经过精密测量才干 加以区别。
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
单向压缩时材料旳力学行为
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
结论与讨论
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第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
结论与讨 论
材料力学性能课件
温度与环境因素
应变速率与加载路径
应变速率和加载路径对材料的力学响 应具有重要影响，特别是在动态加载 条件下。
温度、湿度、腐蚀等环境因素对材料 的强度和塑性也有影响。
03 材料的硬度与韧性
硬度定义与分类
硬度定义
硬度是指材料抵抗被压入或刻划的能力。它是材料表面局部区域抵抗变形或破裂 的能力。
硬度分类
塑性ห้องสมุดไป่ตู้类
根据塑性变形的性质，可分为延性、 展性、韧性等。
强度与塑性的关系
01
强度与塑性相互关联，塑性好的 材料通常强度也较高，但两者之 间并非完全正相关。
02
在一定条件下，材料的强度和塑 性可能存在此消彼长的关系。
强度与塑性的影响因素
材料成分与组织结构
材料的化学成分和微观组织结构对其 力学性能有显著影响。
冲击试验
通过冲击试样来测定材料的冲击韧性、断裂 韧性等参数，适用于评估材料的韧性和脆性 断裂行为。
D
02 材料的强度与塑性
强度定义与分类
强度定义
材料抵抗外力而不发生失效的能力。
强度分类
根据外力类型，可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。
塑性定义与分类
塑性定义
材料在外力作用下发生不可逆变形的 能力。
材料力学性能的测试方法
A
拉伸试验
通过拉伸试样来测定材料的弹性模量、屈服强 度、抗拉强度等参数，是最常用的力学性能测 试方法之一。
压缩试验
通过压缩试样来测定材料的抗压强度、弹 性模量等参数，适用于脆性材料和塑性材 料的测试。
B
C
弯曲试验
通过弯曲试样来测定材料的抗弯强度、挠度 等参数，适用于评估材料的弯曲性能和稳定 性。
材料力学性能课件
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
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
第四节 金属的断裂
磨损、腐蚀、断裂是机件的三种主要失效形式。 裂纹过程包括：裂纹形式与扩展。
一、断裂的类型 根据断裂前塑性变化大小分类：
（一）韧性断裂和脆性断裂
韧性断裂：指金属断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，
这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断消 耗能量。
中、低强度钢的光滑圆柱试样在室温下的 静拉伸断裂是典型的韧性断裂。
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
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
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。
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。
韧性断裂的宏观断口同时具有上述三个区域，而脆性断口纤 维区很小，剪切唇几乎没有。
《材料的力学性能》课件
# 材料的力学性能 材料力学性能的概念以及其重要性。
简介
材料力学性能是指材料在受力或变形时所表现出的力学行为。具体包括弹性模量、硬度、抗拉强度和延伸率、 疲劳性能以及韧性等多个方面。
弹性模量
弹性模量是衡量材料在受力后恢复原状的能力。它的测量方法有多种，如张拉试验、压缩试验等。弹性模量的 应用广泛，可以用于材料的设计和优化。
硬度
硬度是材料抵抗外界物体对其表面产生塑性变形的能力。硬度的测量方法有 多种，如洛氏硬度、布氏硬度等。不同硬度对应不同材料类型，可以用于材 料的鉴定。
抗拉强度和延伸率
抗拉强度是材料抵抗外界拉伸力量的能力，延伸率表示材料在被拉伸后能够 变长的程度。抗拉强度和延伸率的测量方法有多种，广泛应用于材料的性能 评估和周期性荷载作用时的抗性能。疲劳性能的测量方法有多种，影响因素包括材料的 应力集中、引入缺陷等。预测和评估疲劳寿命对材料的可靠性设计至关重要。
韧性
韧性是材料在受力时能够吸收大量能量而不断变形的能力。韧性的测量方法 有多种，如冲击试验等。韧性的应用广泛，特别适用于需要抵抗冲击的工程 材料。
总结
材料力学性能是衡量材料质量和可靠性的重要指标。通过评估材料的弹性、 硬度、抗拉强度和延伸率、疲劳性能以及韧性等性能指标，可以为材料的选 择、设计和优化提供指导。展望未来，材料力学性能的发展趋势包括多功能 材料的设计和制备，以及对环境和能源的可持续性要求。
第1章材料力学性能
材料的力学性能——1.7硬度
1.7 硬度 硬度——用来衡量材料软硬程度的性能指标。 测试硬度的方法有多种，相应的也有多种硬
度指标。
第1章材料力学性能
1.布氏硬度 HB
1）试验原理
以压力F 将直径为D的 球形压头压入材料表面， 形成直径为d的压痕，以 压痕单位面积上承受的压 力大小来衡量材料的硬度。
L1L0 10% 0
L0
第1章材料力学性能
材料的力学性能——1.6塑性
2. 断面收缩率Ψ 断面收缩率是试样被拉断后，颈缩处的横截面积
收缩量（S0-S1）与原始横截面积S0之百分比：
S0 S1 100%
S0
第1章材料力学性能
材料的力学性能——1.6塑性
材料的δ、Ψ值越大，表明其塑性越好。 材料的塑性在工程上的实用意义： 1）塑性是变形加工（锻压）的条件。塑性较好 的材料才可以进行变形加工。 2）塑性好的材料，不易脆断，应用时安全性比 较好。
能力。 衡量刚度大小的指标是弹性模量E。在拉伸曲线
上，E体现为oe 段的斜率。
第1章材料力学性能
铁 214000
材料的力学性能——1.5刚度
常用材料的弹性模量E/MPa
镍 210000
钛 118010
铝 72000
铜 132400
镁 45000
在一定的载荷作用下，弹性模量（E）大的材料 发生的弹性变形比较小。
1. 屈服强度σs ——材料受静载荷作用时，抵抗塑性 变形的能力。
s
FS S0
MPa
第1章材料力学性能
材料的力学性能——1.4强度
如果材料所受的载荷达到或超过其屈服强度，材 料就会发生塑性变形。
在设计和使用机器零件时，必须保证零件的工作 载荷低于零件材料的屈服强度（σ工作<σs），否则 零件就会发生塑性变形而失效。
材料力学性能
材料⼒学性能第⼀章：绪论⼀、需要掌握的概念材料⼒学性能的定义、弹性变形、线弹性、滞弹性、弹性后效、弹性模量、泊松⽐、弹性⽐功、体弹性模量⼆、需要重点掌握的内容 1、弹性模量的物理本质以及影响弹性模量的因素； 2、掌握根据原⼦间势能函数推倒简单结构材料弹性模量的⽅法； 3、弹性⽐功的计算，已知材料的应⼒应变曲线能求出材料卸载前和卸载后的弹性⽐功。
材料⼒学性能的定义 是指材料（⾦属和⾮⾦属等）及由其所加⼯成的⼯件在外⼒（拉、压、弯曲、扭转、剪切、切削等）作⽤下⾬加⼯、成型、使役、实效等过程中表现出来的性能（弹塑性、强韧性、疲劳、断裂及寿命等）。
这些性能通常受到的环境（湿度、温度、压⼒、⽓氛等）的影响。
强度和塑性和结构材料永恒的主题！弹性变形 是指材料的形状和尺⼨在外⼒去除后完全恢复原样的⾏为。
线弹性 是指材料的应⼒和应变成正⽐例关系。
就是上图中弹性变形⾥前⾯的⼀段直线部分。
杨⽒模量（拉伸模量、弹性模量） 我们刚刚谈到了线弹性，在单轴拉伸的条件下，其斜率就是杨⽒模量（E）。
它是⽤来衡量材料刚度的材料系数（显然杨⽒模量越⼤，那么刚度越⼤）。
杨⽒模量的物理本质 样式模量在给定环境（如温度）和测试条件下（如应变速率）下，晶体材料的杨⽒模量通常是常数。
杨⽒模量是原⼦价键强度的直接反应。
共价键结合的材料杨⽒模量最⾼，分⼦键最低，⾦属居中。
对同⼀晶体，其杨⽒模量可能随着晶体⽅向的不同⽽不同，俗称各向异性。
模量和熔点成正⽐例关系。
影响杨⽒模量的因素内部因素 --- 原⼦半径 过渡⾦属的弹性模量较⼤，并且当d层电⼦数为6时模量最⼤。
外部因素1. 温度：温度升⾼、原⼦间距增⼤，原⼦间的结合⼒减弱。
因此，通常来说，杨⽒模量随着温度的上升⽽下降。
2. 加载速率：⼯程技术中的加载速率⼀般不会影响⾦属的弹性模量。
3. 冷变形：冷变形通常会稍稍降低⾦属的弹性模量，如钢在冷变形之后，其表观样式模量会下降4% - 6%。
泊松⽐简单来说，泊松⽐就是单轴拉伸或压缩时材料横向应变和轴向应变⽐值的负数。
1材料的力学性能
1.2.3 无机材料的弹性模量
表 1-1 一些工程材料的弹性模量、熔点和键型
气孔的影响
EE 0(11.9P0.9P 2)
图1-13 弹性模量E与气孔率的关系
1.2.5 弹性形变的机理
Ks
F
=tan
图 1-15 原子间振动模型
（a）双原子的作用力F(r) 与距离的关系； (b) 相互作用力U(r) 与距离的关系
图1-14 双原子的作用力F(r)及其相互作用力U(r)曲线
1.8 裂纹的起源与扩展 1.9 材料的疲劳 1.10 显微结构对材料脆性断裂的影响 1.11 提高材料强度及改善脆性的途径 1.12 复合材料 1.13 材料的硬度
1 材料的力学性能
在介绍应力-应变曲线的基础上，介绍材料的弹性 变形、塑性变形、高温蠕变及其它力学性能的理 论描述、产生的原因、影响因素。从断裂的现象 和产生、断裂力学的原理出发，通过理论结合强 度、应力场的分析，阐述断裂的判据，应力场强 度因子、平面应变断裂韧性、延性断裂、脆性断 裂、沿晶断裂、静态疲劳的概念，并根据此判据 来分析提高材料强度及改进材料韧性的途径。
第一章性形变力学性能指标 ——弹性模量和泊松比的物理意义
掌握无机非金属材料弹性形变的微观机理
塑性形变
掌握塑性形变的概念及特点
掌握晶格滑移的条件
了解
滞弹性和粘弹性
断裂性能
第一章 材料的力学性能
材料性能力学性能_PPT课件
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。
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
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
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。
声频法测定弹性模量基础： E K1fl2
超声波法测定弹性模量基础：
Cl
E
GK2 f2
C
G
第四节 滞弹性与内耗
固体材料在真空中作弹性振动，它的振幅将逐渐衰弱， 最后停下来，振动能逐渐消耗了。固体材料这种内在的能量 损耗称为内耗。
研究内耗，一是用内耗值评价金属的阻尼本领：二是 确定内耗与金属成分，组织和结构之间的关系。
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，
常用材料力学性能
常用材料性质参数材料的性质与制造工艺、化学成份、内部缺陷、使用温度、受载历史、服役时间、试件尺寸等因素有关。
本附录给出的材料性能参数只是典型范围值。
用于实际工程分析或工程设计时，请咨询材料制造商或供应商。
除非特别说明，本附录给出的弹性模量、屈服强度均指拉伸时的值。
表1材料的弹性模量、泊松比、密度和热膨胀系数材料名称弹性模量EGPa泊松比v密度kg/m3热膨胀系数alO-6/°C铝合金-79黄铜青铜铸铁混凝土（压普通增强轻质17-31230024001100-18007-14铜及其合金玻璃镁合金葆合金（蒙乃尔铜葆塑料尼龙聚乙烯2.1-3.40.7-1.40.40.4880-1100960-140070-140 140-290岩石（压花岗岩、大理石、石英石石灰石、沙石40-100 20-700.2-0.30.2-0.32600-29002000-29005-9橡胶130-200沙、土壤、砂砾钢高强钢不锈钢结构钢190-210 0.27-0.30785010-18 14 17 12钛合金鹤木材（弯曲杉木橡木松木11-1311-1211-14480-560 640-720 560-6401表2材料的力学性能材料名称/牌号屈服强度sOMPa抗拉强度bMPa伸长率5%备注铝合金LY12 35-500274100-5504121-4519硬铝黄铜青铜铸铁（拉伸HT150 HT250 120-290 69-480 1502500-1铸铁（压缩混凝土（压缩铜及其合金玻璃平板玻璃玻璃纤维30-1000707000-20000镁合金葆合金（蒙乃尔铜葆塑料尼龙聚乙烯40-807-2820-100 15-300岩石（压缩花岗岩、大理石、石英石石灰石、沙石50-280 20-200橡胶普通碳素钢Q215Q235 Q255 Q275 215235255275335〜450375〜500410〜550490〜63021 〜2619〜2415〜20旧牌号A2旧牌号A3旧牌号A4旧牌号A5优质碳素钢25 35 45 55 27531535538045053060064523201625号钢35号钢45号钢55号钢15MnV 16Mn390345530510182115猛乍凡16 Qi合金钢20Ci 40Ci 54078583598010920辂40铸230辂镭硅铸钢ZG200-400 ZG270-500 20040050025 18钢线钛合金鹤木材（弯曲杉木橡木松木30-5030-4030-5040-70 30-50 40-70。
金属材料的力学性能
需屡次测量。
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第56页，共101页。
〔三〕维氏硬度(HV)
(1)测试原理
和布氏硬度试验原理根本一样。 (2)表示方法
例如：640HV30/20。 (3)适用范围
用于测量金属镀层薄片材料和化学热处理后的外表硬度。
❖ 强度越高，说明材料在工作时越可以承受较 高的载荷。当载荷一定时，选用高强度的材 料，可以减小构件或零件的尺寸，从而减小 其自重。
❖ 因此，提高材料的强度是材料科学中的重要 课题，称之为材料的强化。
第32页，共101页。
三、塑性
〔一〕 定义 金属材料断裂前发生永久变形的能力。
〔二〕衡量指标
伸长率： 试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比。
一、拉伸实验
❖ 〔GB/T228-2002〕
第7页，共101页。
1. 拉伸试样〔GB6397-86〕
长试样：L0=10d0
短试样：L0=5d0
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第8页，共101页。
万能材料试验机 a) WE系列液压式 b) WDW系列电子式
第9页，共101页。
第10页，共101页。
第11页，共101页。
S1——颈缩处的横截面积,mm2 。
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第36页，共101页。
塑性的意义
❖ 任何零件都要求材料具有一定的塑性。很显 然，断后伸长率A和断面收缩率Z越大，说明 材料在断裂前发生的塑性变形量越大，也就 是材料的塑性越好。
❖ 意义： a〕平安，防止产生突然破坏； b〕缓和应力集中； c〕轧制、挤压等冷热加工变形。
第43页，共101页。
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。
材料物理性能与力学性能解析PPT课件
裂的规律与一次冲击相同；当冲击次数大于105次时，破坏后 具有典型的疲劳断口特征。 冲击功-冲断次数曲线（A-N曲线）： 随冲击功A的减小，冲断次数增加。
第1页/共48页
3、冲击韧性及工程意义 1）一次冲击： 冲击韧度（冲击值）：用冲击吸收功除以试样缺口处截面（cm2）
第16页/共48页
裂纹的三种基本类型： (1)张开型(I型)裂纹 拉应力垂直作用于裂纹面，裂纹沿作用力方向张开，扩展 方向和拉应力垂直。 (2)滑开型(Ⅱ型)裂纹 切应力平行于裂纹面，并且与裂纹前沿线垂直，裂纹沿裂纹 面平行滑移扩展 (3)撕开型(Ⅲ型)裂纹 切应力平行作用于裂纹面，并且与裂纹线平行，裂纹沿裂纹面 撕开扩展。
冲 击 功
三类材料的冲击功-温度曲线
第6页/共48页
低温脆性的宏观解释：
第7页/共48页
韧脆转化温度及其评价方法
工程上希望确定一个材料的冷脆转化温度，在此温度以上只要
应力还处于弹性范围，材料就不会发生脆性破坏。在冷脆转化
温度的确定标准一旦
建立之后，实际上是按照
吸
冷脆转化温度的高低来选
收 的
择材料。例如，有两种材
当r=0时，应力为无穷大。但实际上对一般金属材料，当应力超 过材料的屈服强度，将发生塑性变形，在裂纹尖端将出现塑性 区，裂纹尖端的应力分布发生改变。
讨论塑性区的意义： 1）断裂是裂纹的扩展过程，裂纹扩展所需的能量主要是消耗于 塑性变形功，材料的塑性区尺寸大，消耗的塑性变形功也越大， 材料的断裂韧性KIc相应地也就越大。 2）由于我们是根据线弹性断裂力学来讨论裂纹尖端的应力应变 场的，当塑性区尺寸过大时，线弹性断裂理论是否依然适用？ 因此我们必须讨论不同应力状态的塑性区以及塑性区尺寸的决 定因素。
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41、俯仰终宇宙，不乐复何如。 42、夏日长抱饥，寒夜无被眠。 43、不戚戚于贫贱，不汲汲于富贵。 44、欲言无予和，挥杯劝孤影。 45、盛年不重来，一日难再晨。及时 当勉励 ，岁月 不待人 。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左