机械工程材料—材料的力学行为

的影响。
二、本章应注意以下内容
1. 拉伸曲线；屈服点和抗拉强度，注意两者的区别；布氏硬度和洛氏硬度，两者
的应用范围；冲击韧性及应用；疲劳强度及应用。
2. 单晶体金属塑性变形的主要形式——滑移变形的主要特点与本质和滑移过程的
位错机制。多晶体金属塑性变形的特点和晶界、晶粒位向对塑性变形的影响，细晶强
化和冷变形强化的现象、本质与实际意义。
3) 塑性
Rm
Fm So
N/mm2
材料在外力作用下产生塑性变形而不发生断裂的能力称为塑性。塑性大小用
断后伸长率A和断面收缩率Z来表示。即
A Lu Lo 100% Lo
Z So Su 100% So
A、Z越大，材料塑性越好。由于伸长率值与试样尺寸有关，因此，比较伸
长率时要注意试样规格的统一。
1.7
第2章 材料的力学行为
材料的性能
应力超过屈服强度时，整个试样发生均匀而显著的塑性变形。当达到m点时， 试样开始局部变细，出现“颈缩”现象。此后，应力开始下降，变形主要集中于
颈部，直到最后在“缩颈”处断裂。可见，m点处应力达到峰值，此点对应的Rm 称材料的抗拉强度。此值反映了材料产生最大均匀变形的抗力。Rm用下式计算
一、静态力学性能
1. 拉伸试验 按国家标准GB/T 228—2002《金属材料室温拉伸试验方法》制作标准拉伸试 样，在拉伸试验机上缓慢地进行拉伸，使试样承受轴向拉力F，并引起试样沿轴 向伸长ΔL=Lu－Lo，直至试样断裂。将拉力F除以试样原始截面积So，即得拉应 力R，即R=F/So，单位为N/mm2；将伸长量ΔL除以试样原始长度Lo，即得应变ε。 以R为纵坐标，ε为横坐标，则可画出应力应变图，如图2.1所示。此图已消除试 样尺寸的影响，从而能直接反映材料的性能。
3. 金属塑性变形过程中结构、组织和性能的变换规律。回复与再结晶对冷变形后
的金属组织与性能的影响，再结晶的实质、再结晶温度的概念。
4. 金属冷热变形的概念及其对金属组织性能的影响。
1.4
5. 大分子链的运动方式、3种力学状态及结晶和交联的影响。
第2章 材料的力学行为
材料的性能
材料的性能可分为物理性能、化学性能、力学性能和工艺性能等。物理性能 包括密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性和磁性等；化学性能表现为材料在 室温、高温下抵抗各种化学作用的性能，如耐蚀性等；工艺性能指材料对某种加 工工艺的适应性，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能和切削加工 性能等；力学性能是指材料在受力作用时所表现出来的各种性能，它们是通过标 准试验来测定的。
1.5
第2章 材料的力学行为
材料的性能
1) 弹性和刚度
图2.1 拉伸试样及低碳钢的应力－应变图
试验时，如加载后应力不超过Re，则卸载后试样即恢复原状，这种不产生永
久变形的能力称为弹性。Re为不产生永久变形的最大应力，称为弹性极限。
在弹性范围内，应力与应变成正比时，其比例常数E称为弹性模量，单位为
N/mm2，此值仅与材料有关，反映了材料弹性变形抗力的大小，即材料的刚度。
E越大，刚度越大。
弹性模量E是一个结构不敏感参数，即E主要取决于基体金属的性质，如钢
铁材料是铁基合金。不论其成分和组织结构如何变化，室温下的E值平均在(20～
21.4)×104N/mm2范围内。
1.6 在使用中，材料如刚度不足，则会由于发生过大的弹性变形而失效。
第2章 材料的力学行为
材料的性能
2) 强度 图2.1所示中出现一屈服平台，即应力不增加而变形继续进行。此时若卸载， 试样变形不能完全消失，将保留一部分残余的变形。这种不能恢复的残余变形称 为塑性变形。在试验过程中，载荷不增加(保持恒定)仍能继续伸长的应力，称为 屈服强度，分为上屈服强度和下屈服强度。上屈服强度(ReH)是试样发生屈服而 应力首次下降前的最高应力，下屈服强度 (ReL)指在屈服期间，不计初始瞬时效 应时的最低应力。上屈服强度对微小应力集中、试样偏心和其他因素很敏感，试 验结果相当分散，因此，常取下屈服强度作为设计计算的依据。 对大多数零件而言，塑性变形就意味着零件丧失了对尺寸和公差的控制。工 程中常根据屈服强度确定材料的许用应力。 工业上使பைடு நூலகம்的多数金属材料，在拉伸试验过程中，没有明显的屈服现象发生。 按国家标准GB/T 228—2002规定，可用规定残余伸长应力Rr表示，它表示材料在 卸除载荷后，标距部分残余伸长率达到规定数值时的应力。如规定伸长率为 0.2%时，则用Rr0.2表示。
1.3
第2章 材料的力学行为
教学要求：
一、学习要求
了解金属材料的基本性能，懂得材料的力学性能及其性能指标的物理意义，熟记
力学性能指标的符号和单位。
掌握金属塑性变形的实质、金属在塑性变形过程中结构与性能的变化，金属冷热
变形的概念及其对金属组织性能的影响，为后续学习打下基础。
熟悉大分子链的运动方式，掌握高聚物的3种力学状态及其结晶、交联对力学状态
金属材料应有一定的塑性才能顺利地承受各种变形加工；另一方面，材料具
有一定塑性，可以提高零件使用的可靠性，防止突然断裂。
第2章 材料的力学行为
第2章 材料的力学行为
1.1
第2章 材料的力学行为
本章内容
•材料的性能 •金属的塑性变形与再结晶 •金属的热加工 •材料的超塑性 •高聚物的力学状态 •习题
1.2
第2章 材料的力学行为
教学提示： 一、学习方法 对于材料的力学性能，只要掌握和理解基本内容即可，着重理解力学性能指标及 名词、术语的物理意义。 对金属的塑变，首先应理解单晶体金属塑性变形的主要方式——晶面间的滑移， 进而了解位错对塑性变形的贡献；在此基础上，了解晶界和晶粒位向对滑移的影响， 即可理解多晶体的塑性变形；结合地毯模型理解位错的作用和位错密度增加对性能的 影响。 理解了大分子链的运动方式，有利于高聚物的三种力学状态等方面知识的掌握。 二、重点和难点 力学性能的重点是金属材料力学性能的物理意义，有关材料的物理性能、化学性 能和工艺性能只要求做一般了解。 金属塑变的重点是塑性变形的实质、位错滑移机理、冷变形强化和细晶强化，难 点是多晶体的塑性变形过程。 高聚物的力学状态的重点是大分子链的运动方式及3种力学状态，难点是结晶和交 联的影响。