浙江大学材料力学性能复试课件16 材料力学性能复习
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材料力学材料的力学性能优质课件
结论与讨 论
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
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》PPT课件
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。
精选ppt
19
精选ppt
20
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。
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） 。
精选ppt
16
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：
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。
精选ppt
3
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。
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。
精选ppt
17
1.2.4、包申格效应（Bauschinger）
精选ppt
18
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；
精选ppt
24
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。
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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。
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：
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。
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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。
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。
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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；
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《材料的力学性能》课件
《材料的力学性能》PPT 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。
# 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。
浙大 材料的性能复习资料汇总资料
第五章 材料的变形5.1材料的拉伸试验1）屈服平台或不连续塑性变形对应的应力称为屈服强度。
2）形变强化段试样所能承受的最大应力称为抗拉强度。
3）试样中某处突然变小，发生所谓的“颈缩”现象。
4）脆性是指材料在断裂前不产生塑性变形的性质。
5）塑性表示材料在断裂前发生永久变形的性质。
6）材料的强度是指材料对塑性变形和断裂的抗力。
7）材料的塑性大小表示材料断裂前发生塑性变形的能力（可用伸长率和断面收缩率表示）。
材料脆性的大小可用材料的弹性模量和脆性断裂强度表示。
8）材料的韧性指断裂前单位体积材料所吸收的变形能和断裂能，即外力所做的功。
包括三部分能量：弹性变形能、塑性变形能、断裂变形能。
玻璃态9）高分子 高弹态粘流态高分子拉伸曲线：<< T g ——>应力与应变成正比直至断裂。
[T b （脆化温度），T g （玻璃化温度）]——>出现屈服点后应力下降。
略低T g ，应变增加，直至断裂> T,无屈服点，应变很大。
g5.2材料的其他力学试验1）弯曲试验三点弯曲试验时：试样总在最大弯矩附近处断裂。
四点弯曲试验时：在两加载点间，试样受到等弯矩的作用，试样通常在该长度内的组织缺陷处发生断裂，因此能较好地反映材料的性质，结果较准确。
指标：挠度、抗弯强度。
陶瓷材料拉伸试验困难，通常采用弯曲试验，用抗弯强度表征力学性能弯曲试验不能测试高塑性材料，可测脆性材料、陶瓷、灰铸铁及硬质合金。
2）压缩试验常用于测定脆性材料。
塑性材料压缩时只发生压缩变形而不断裂，压缩曲线一直上升。
指标：抗压强度、相对压缩率、相对断面扩张率。
试样高径比越大，抗压强度越低。
端面需光滑平整，相互平行，减小摩擦。
3）扭转试验○1可用于测定在拉伸时表现为脆性的材料，如淬火低温回火钢的塑性。
○2扭转曲线不出现拉伸时的颈缩现象，因此可用此测定高塑性材料的变形抗力和变形能力。
○3可明确区分材料的断裂方式，正断或切断：对于塑性材料，断口与试样轴线垂直，断口平整并有回旋状塑性变形痕迹，这是由切应力造成的切断。
材料力学性能 ppt课件
3、应力-应变曲线的类型
典型的应力-应变曲线
（d）弹性-不均匀塑性型：形变强化过程中出现多次局部失稳， 其塑性变形方式通常是孪生而不是滑移。当孪生速率超过试验 机夹头运动速度时，载荷会突然松弛而呈现锯齿形的曲线。某 些低溶质固溶体铝合金及含杂质的铁合金具有此行为。
Company Logo
1-1 拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线
Company Logo
1-1 拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线
低碳钢典型的应力-应变曲线
均匀塑性变形阶段：屈服后， 欲继续变形，必须不断增加载 荷，此阶段的变形是均匀的， 直到曲线达到最高点，均匀变 形结束，如图中的bc段。
形变硬化：随塑性变形增大， 变形抗力不断增加的现象。 不均匀塑性变形阶段：从试 样承受的最大应力点开始直到 断裂点为止，如图中的cd段。 在此阶段，随变形增大，载荷 不断下降，产生大量不均匀变 形，且集中在颈缩处，最后载 荷达到断裂载荷时 ，试样断裂 Company Logo 。
载荷卸除后，变形消失）
Company Logo
1-2 弹性变形
1、弹性变形及其实质
在没有外加载荷作用时，金属
中的原子N1、N2在平衡位置附近振
动，相邻原子间的作用力由引力和
斥力叠加而成。
当原子间相互平衡力受外力而
受到破坏时，原子位置相应调整，
产生位移。而位移总和在宏观上表 曲线1：两原子间的引力
现为变形。
l0 5d0或 l0 10d0
试样加载速率：
常用的拉伸试样几何
1 0 1/s
一般采用圆形或板形二种试样。可分为三个部分，即
工作部分、过渡部分和夹持部分。
其中工作部分必须表面光滑，以保证材料表面也是单
典型的应力-应变曲线
（d）弹性-不均匀塑性型：形变强化过程中出现多次局部失稳， 其塑性变形方式通常是孪生而不是滑移。当孪生速率超过试验 机夹头运动速度时，载荷会突然松弛而呈现锯齿形的曲线。某 些低溶质固溶体铝合金及含杂质的铁合金具有此行为。
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1-1 拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线
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1-1 拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线
低碳钢典型的应力-应变曲线
均匀塑性变形阶段：屈服后， 欲继续变形，必须不断增加载 荷，此阶段的变形是均匀的， 直到曲线达到最高点，均匀变 形结束，如图中的bc段。
形变硬化：随塑性变形增大， 变形抗力不断增加的现象。 不均匀塑性变形阶段：从试 样承受的最大应力点开始直到 断裂点为止，如图中的cd段。 在此阶段，随变形增大，载荷 不断下降，产生大量不均匀变 形，且集中在颈缩处，最后载 荷达到断裂载荷时 ，试样断裂 Company Logo 。
载荷卸除后，变形消失）
Company Logo
1-2 弹性变形
1、弹性变形及其实质
在没有外加载荷作用时，金属
中的原子N1、N2在平衡位置附近振
动，相邻原子间的作用力由引力和
斥力叠加而成。
当原子间相互平衡力受外力而
受到破坏时，原子位置相应调整，
产生位移。而位移总和在宏观上表 曲线1：两原子间的引力
现为变形。
l0 5d0或 l0 10d0
试样加载速率：
常用的拉伸试样几何
1 0 1/s
一般采用圆形或板形二种试样。可分为三个部分，即
工作部分、过渡部分和夹持部分。
其中工作部分必须表面光滑，以保证材料表面也是单
材料力学性能教学课件
05
材料的强度性能
抗拉强度与抗压强度
抗拉强度
材料在拉伸载荷作用下抵抗破坏的能力。
抗压强度
材料在压缩载荷作用下抵抗破坏的能力。
抗剪强度与抗扭强度
抗剪强度
材料在剪切载荷作用下抵抗破坏的能力。
抗扭强度
材料在扭转载荷作用下抵抗破坏的能力。
疲劳强度与持久强度
疲劳强度
材料在交变载荷作用下抵抗破坏的能力。
材料力学性能教学课件
目录
• 材料力学性能概述 • 材料力学性能的测试方法 • 材料的弹性性能 • 材料的塑性性能 • 材料的强度性能 • 材料力学性能的应用
01
材料力学性能概述
材料力学性能的定义
01
02
材料力学性能是指材料在一定条件下，对外界施加的力或应力、应变 和时间等物理量的响应。
这些物理量包括弹性模量、屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强 度、疲劳强度等。
广泛应用。
高分子材料
根据高分子材料的可加工性、轻 量化和易加工等特点，在汽车、 建筑、航空航天和医疗等领域得
到广泛应用。
功能材料的设计与优化
电学性能
通过添加导电或半导体材料，改 善材料的导电性、电阻率和介电 性能等电学性能，用于制造电子
器件和集成电路等。
光学性能
通过添加光学材料或采用表面处理 技术，改善材料的光学性能，用于 制造光学仪器和显示器等。
02
设备
硬度计，主要有布氏硬度计、洛氏硬 度计、维氏硬度计等类型。
01
03
试样制备
选取所需材质的试样，一般采用圆形 或方形截面，表面应平整、光滑。
数据分析
根据压痕深度或压痕直径，可以计算 出材料的硬度值。
材料性能力学性能_PPT课件
的降低； b：溶质原子可能阻碍位错弯曲和运动使弹性模量增大； c：当溶质和溶剂原子间结合力比溶剂原子间结合力大时，
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，
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，
浙大材料力学9-材料力学性能
E：弹性模量 H：显微硬度 P：载荷 C：裂纹长度 ：常数,0.018
影响KIc的因素
如何提高KIc ？ 什么材料需要提高KIc？
铸造铝合金A356.0断裂韧性研究---2008 测定了A356.0铝合金铸件断裂韧性,KIC=18.5 MPa·m1/2 断口观察和能谱分析表明：断口脆性特征明显，宏观铸 造缺陷对其断裂韧性造成很大影响
1、应力强度因子KI 欧文研究结果：存在某一常数KI
KI a
裂纹体材料一定、则裂纹尖端某确定位置的应力唯一地取决于KI KI越大，该点应力值越大。反映了裂纹尖端区域应力场的强度 KI值可查手册。单位：MPa m1/2
中国航空研究院等: 应力强度因子手册，北京，科学出版社，(1981) 不同零部件形状、不同裂纹形状等
脆性、高强度材料研究较多
六、陶瓷增韧
1、机理
表 几种材料的断裂韧性
减少裂纹形成 抑制裂纹的扩展
材料
断裂韧性 MPa m1/2
2、减少裂纹形成的方法
Si3N4
5~6
减少材料中的缺陷（陶瓷致密度）
SiC
4~6
表面压应力
Al2O3
3.5~5
3、抑制裂纹扩展的方法 （1）陶瓷与金属复合的增韧
裂纹尖端钝化
c ：临界应力； ac：临界裂纹长度
2、断裂韧性KIc
KIc= Y c ac
表 几种材料的断裂韧性
材料的KIc越高， c或ac可以大些，断裂难
材料内部存在裂纹时抵抗断裂的能力
材料 碳素钢
与材料的成分、组织结构有关
马氏体时效钢
NdFeB永磁材料
裂纹失稳扩展断裂的判据：
Si3N4
KI≥KIc 或：
六、陶瓷增韧
16 材料力学性能复习-130109
– 疲劳极限 – 疲劳寿命
• 影响因素：表面非常重要
有限寿命区
第七章：材料在不同环境下的力学性能
• 高温力学性能
– – – – 蠕变现象：与时间有关 蠕变变形机理 蠕变断裂特征与机理 蠕变指标
• 蠕变极限（蠕变速率、蠕变伸长率） • 持久强度
– 抗蠕变方法？
• 应力腐蚀开裂与氢脆
– – – – 现象：特定材料与特定的腐蚀环境 断口特征： 机理： 氢脆
• 材料的超塑性
– 现象： – 机理：？
• 与位错运动不同的变形机理 • 纳米材料的超塑性？
材料的其他力学性能试验
• • • • 弯曲 压缩 扭转 不同试验方法的特点及选择---为什么？
– 塑性材料 – 脆性材料 – 扭转试验
第四章：材料的硬度
• • • • 何谓材料的硬度？ 定性 半定量 定量：压入法、回跳法
– 宏观：无塑性变形，断口平直，放射状或结晶状形貌 – 微观：河流花样、舌形花样 – 脆性断裂机理及理论断裂强度：Griffith理论
• 韧性断裂
– 宏观：塑性变形，纤维状断口；微观：韧窝 – 韧性断裂机理？
• 韧-脆转变
– 为什么会转变？影响因素有哪些？举例说明
• 缺口冲击试验：冲击韧性ak • 断裂韧性KIc
• • • 两种弹性变形现象
– 应力与应变成正比、不成正比
为什么会有弹性？
– 弹性变形的机理
弹性大小
– – – – E 和e：弹性比功We E：最稳定的力学性能参数，组织不敏感 We=e2/2E，要提高弹性可增大e 如何提高e？
•
弹性不完整性？
– 现象：弹性后效、内耗、包申格效应 – 弹性后效与内耗机理及应用：组织不均匀，吸震材料 – 包申格效应机理及应用：位错运动受阻，冷加工
• 影响因素：表面非常重要
有限寿命区
第七章：材料在不同环境下的力学性能
• 高温力学性能
– – – – 蠕变现象：与时间有关 蠕变变形机理 蠕变断裂特征与机理 蠕变指标
• 蠕变极限（蠕变速率、蠕变伸长率） • 持久强度
– 抗蠕变方法？
• 应力腐蚀开裂与氢脆
– – – – 现象：特定材料与特定的腐蚀环境 断口特征： 机理： 氢脆
• 材料的超塑性
– 现象： – 机理：？
• 与位错运动不同的变形机理 • 纳米材料的超塑性？
材料的其他力学性能试验
• • • • 弯曲 压缩 扭转 不同试验方法的特点及选择---为什么？
– 塑性材料 – 脆性材料 – 扭转试验
第四章：材料的硬度
• • • • 何谓材料的硬度？ 定性 半定量 定量：压入法、回跳法
– 宏观：无塑性变形，断口平直，放射状或结晶状形貌 – 微观：河流花样、舌形花样 – 脆性断裂机理及理论断裂强度：Griffith理论
• 韧性断裂
– 宏观：塑性变形，纤维状断口；微观：韧窝 – 韧性断裂机理？
• 韧-脆转变
– 为什么会转变？影响因素有哪些？举例说明
• 缺口冲击试验：冲击韧性ak • 断裂韧性KIc
• • • 两种弹性变形现象
– 应力与应变成正比、不成正比
为什么会有弹性？
– 弹性变形的机理
弹性大小
– – – – E 和e：弹性比功We E：最稳定的力学性能参数，组织不敏感 We=e2/2E，要提高弹性可增大e 如何提高e？
•
弹性不完整性？
– 现象：弹性后效、内耗、包申格效应 – 弹性后效与内耗机理及应用：组织不均匀，吸震材料 – 包申格效应机理及应用：位错运动受阻，冷加工
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第三章：塑性变形
• 晶体塑性变形机理：位错运动 • 塑性变形难易：与位错运动的难易有关 • 滑移与孪生 • 高分子及非晶材料的塑性变形机理 • 金属材料的强化 • 机理：阻止位错运动、无位错 • 方法：固溶、相变、弥散、加工硬化、细晶、无缺陷 • 实例：??? • 材料的超塑性 • 现象： • 机理：？ • 与位错运动不同的变形机理 • 纳米材料的超塑性？
Cu-Al合金变形行为的 原位透射电镜研究
指导教师：孟 亮 教授 刘嘉斌 讲师
报 告 人：陈陈旭 3090103046 材料0903班
研究现状
Cu-Al合金
0.2～ 2wt.%
4～6wt.%
符合 hall-petch
关系
额外硬化 [7]
孪 晶
图一 不同Al含量的Cu-Al合金 准静态压缩应力－应变曲线[7]
材料的其他力学性能试验
• 弯曲 • 压缩 • 扭转 • 不同试验方法的特点及选择---为什么？ • 塑性材料 • 脆性材料 • 扭转试验
第四章：材料的硬度
• 何谓材料的硬度？ • 定性 • 半定量 • 定量：压入法、回跳法 • 布氏、洛氏、维氏、努氏、肖氏、里氏 • HB、HRC、HRA、HRB、HV、HK、HS、HL • 硬度检测方法的选择 • 不同材料：陶瓷、珠宝 • 不同硬度：软、硬 • 不同形状尺寸：大件、小件 • 不同部位：表面层、微观组织 • 不同环境：现场检测
性 • 原因？ • 纳米材料的力学性能 • 有哪些特殊的力学现象？ • 超塑性、反Hall-Petch关系
• 高温力学性能 • 蠕变现象：与时间有关 • 蠕变变形机速率、蠕变伸长率） • 持久强度 • 抗蠕变方法？ • 应力腐蚀开裂与氢脆 • 现象：特定材料与特定的腐蚀环境 • 断口特征： • 机理： • 氢脆
第八章：材料的磨损
• 现象 • 两固体表面、力、相互接触运动，材料损失 • 机理 • 粘着 • 磨粒 • 冲蚀 • 疲劳 • 腐蚀 • 微动磨损 • 指标：重量的损失 • 试验方法： • 实例？如何降低磨损？
电镜观察
“TEM动态拉伸原位观察”技术 广泛应用在观察金属材料的韧断过 程、应力诱发相变及塑性变形领域
纳米孪晶群 位错运动 孪晶行为
变形机制
材料力学性能 复习
考试
• 闭卷 • 时间：1月18日上午；10:30~12:30 • 地点：玉泉教七-102、104 • 题型：三种 • 名词解释－3分/题---------基本概念 • 简 答 题－6分/题---------基本理论 • 综 合 题－10-15分/题---理论及应用
OE：弹性段 过E：塑性变形 A点：上屈服点 C点：下屈服点 CD：屈服 DB：形变强化 B点：抗拉强度 K点：断裂
第二章：弹性变形
• 两种弹性变形现象 • 应力与应变成正比、不成正比 • 为什么会有弹性？ • 弹性变形的机理 • 弹性大小 • E 和 e：弹性比功We • E：最稳定的力学性能参数，组织不敏感 • We= e2/2E，要提高弹性可增大 e • 如何提高 e？ • 弹性不完整性？ • 现象：弹性后效、内耗、包申格效应 • 弹性后效与内耗机理及应用：组织不均匀，吸震材料 • 包申格效应机理及应用：位错运动受阻，冷加工 • 超弹性 • 现象：力作用下产生远大于其弹性极限时的应变量，力去除恢复 • 机理：马氏体相变 • 应用：
第五章：材料的断裂
• 裂纹的形成与扩展 • 脆性断裂 • 宏观：无塑性变形，断口平直，放射状或结晶状形貌 • 微观：河流花样、舌形花样 • 脆性断裂机理及理论断裂强度：Griffith理论 • 韧性断裂 • 宏观：塑性变形，纤维状断口；微观：韧窝 • 韧性断裂机理？ • 韧-脆转变 • 为什么会转变？影响因素有哪些？举例说明 • 缺口冲击试验：冲击韧性ak • 断裂韧性KIc • 裂纹尖端应力分布、应力强度因子、断裂韧性 • 陶瓷的增韧（机理及方法）
引言
• 材料力学性能
• 材料在力作用下；会有哪些行为？为什么有此行为？
• 材料
• 金属、陶瓷、高分子、复合材料、先进材料（生物、纳米……）
•力
• 拉、压、扭、弯、交变的力……
• 力与其他因素的共同作用：交变的力、高温、腐蚀环境、固体环境…
• 力学性能
• 变形与断裂
• 弹性、塑性、韧性、脆性、硬度、断裂、疲劳、蠕变、应力腐蚀开裂、 磨损…
珍珠质单个文石板片的纳米结构
珍珠质结构
腹足类（红鲍鱼）—堆垛结构 双壳类（三角帆蚌、大珠母贝）—砖墙结构
文石板片纳米结构
• 单个文石板片内存在有机物 • 晶内有机物以何种组态存在？ • 对强韧性有何影响？
片状纳米结构单元
强韧化机制
•裂纹偏转 •纤维拔出增韧机制 •有机物的多畴结构 •珍珠质对力学缺陷不敏感 •文石板片的纳米结构
• 先进材料的力学性能（结构特点、性能特点等）
• 掌握内容
• 有哪些力学性能？
基本概念
• 含义是什么？如何测定？
基本理论
第一章：材料的拉伸性能
• 拉伸试验：最重要的力学性能试验 • 拉伸曲线： • 定义材料：脆性材料、塑性材料 • 拉伸性能：强度、弹性、塑性 • 何谓强度？ • 屈服强度 • 抗拉强度 • 断裂强度 • 何谓弹性变形？ • 弹性大小 • E和 e • 何谓塑性变形？ • 塑性大小 • k与 k • 何谓韧性？
第九章：先进材料的力学性能
• 复合材料的力学性能 • 基体及强化相 • 何谓“混合定则”？
• 多孔材料的力学性能
• 多孔材料的描述
压缩应力
• 压缩曲线：材料内部发生的变化
• 应用？吸震
线弹性区
• 为什么？
致密化区
应力平台
压缩应变
• 非晶材料的力学性能 • 力学性能的特点 • 高强度、高硬度、大的弹性变形量、高断裂韧
第六章：材料的疲劳
• 现象
• 低于屈服强度的交变应力作用，断裂
• 断口特征
• 疲劳条纹
ac
• 机理
• 疲劳裂纹的起源及特殊的扩展方式
• 性能检测
• -N曲线
• 性能指标
• 疲劳极限
• 疲劳寿命
• 影响因素：表面非常重要
lg a 有限寿命区
短寿命区 长寿命区
无限寿命区 lgNf
第七章：材料在不同环境下的力学性能