unit5材料的变形-浙江大学材料力学性能笔记
材料力学结构变形知识点总结
材料力学结构变形知识点总结材料力学是研究物体受力后产生的变形规律的一门学科，它涵盖了材料的力学性能以及结构受力后的变形特点。
在这篇文章中，我将对材料力学结构变形的相关知识点进行总结。
一、应力与应变1. 定义：应力是单位面积上的内力，它描述了物体受力后所产生的内部分子间的相互作用；应变是物体在受到外力作用下发生的形变，它描述了物体的相对位移。
2. 计算方法：应力等于物体表面上的受力除以受力点所在的面积；应变等于物体发生形变的长度变化与原始长度的比值。
二、材料的力学性质1. 弹性力学：当物体受到外力作用后，能够恢复原状的性质称为弹性；2. 塑性力学：当物体受到外力作用后，形状改变并保持新形状，失去弹性恢复能力；3. 破坏力学：当物体受到外力作用后，无法恢复原状，发生破裂或破坏。
三、结构变形的类型1. 拉伸变形：物体在受到拉力作用下发生的变形，导致长度增加，横截面积减小；2. 压缩变形：物体在受到压力作用下发生的变形，导致长度减小，横截面积增加；3. 弯曲变形：物体在受到弯矩作用下发生的变形，导致形状发生弯曲；4. 扭转变形：物体在受到扭矩作用下发生的旋转变形；5. 剪切变形：物体在受到切割力作用下发生的变形，导致相邻层之间发生滑动。
四、材料的力学性能指标1. 弹性模量：描述物体在受到外力作用下发生弹性变形的能力，是应力与应变的比值；2. 屈服强度：描述物体在受到外力作用下发生塑性变形的能力，是材料开始出现塑性变形时的应力值；3. 抗拉强度：描述物体在拉伸变形过程中的最大承受力；4. 弯曲强度：描述物体在弯曲变形过程中的最大承受力。
五、结构变形的影响因素1. 材料性质：不同材料具有不同的力学性能，会对结构变形产生影响；2. 外力作用：外力的大小、方向以及施加位置都会影响结构的变形；3. 结构形状与尺寸：结构的形状与尺寸决定了其抵抗变形的能力。
六、应用领域1. 建筑工程：材料力学结构变形的研究为建筑工程的安全设计提供了重要依据，使结构能够承受各种力学作用；2. 航空航天工程：飞行器的结构变形对飞行性能具有重要影响，材料力学可以提供合理的结构设计；3. 汽车工程：材料力学能够应用于汽车的碰撞安全设计，以及车身结构的优化。
材料力学之四大基本变形
解：杆件横截面上旳正应力为
N
A
4F
(D2 d2)
4(20103 N ) [(0.020m)2 (0.015m)2
]
1.45108 Pa 145MPa
材料旳许用压力为
IZ
(D4 d 4)
64
D4
64
(1 4 )
WZ
D3
32
(1 4 )
（1）求支座反力
M A 0, M 0 RBl 0 M B 0, RAl M 0 0
（2）列剪力方程和弯矩方程
RB
M0 l
RA
M0 l
AC段 :
Q1
RA
M0 l
M1
RA x
M0 l
x
(0 x a)
CB段 :
许用剪应力
其中，F 为剪切力——剪切面上内力旳合力
A 为剪切面面积
可见，该实用计算措施以为剪切 剪应力在剪切面上是均匀分布旳。
2、挤压强度旳工程计算
由挤压力引起旳应力称为挤压应力 bs
与剪切应力旳分布一样，挤压应力旳分布
也非常复杂，工程上往往采用实用计算旳
方法，一般假设挤压应力平均分布在挤压
面上
首先计算各杆旳内力：
需要分析B点旳受力
X 0
F1 cos 30 F2 0
Y 0
F1 cos 60 Q 0
F1 2Q 20KN
30 B
A
y
F1
F2
x
Q
1 F2 2 3F1 17.32KN
F1 2Q 20KN
F2
材料的力学性能 概念 总结
第四章 切口试件在静载和冲击载荷作用下的力学性能（六）
切口强度：用带切口的拉伸试件测定其断裂时的名义应力(净断面平均应力)。bn =
切口敏感度（NSR）
：切口强度对抗拉强度的比值。 NSR =
bn
bn
若 NSR≥1.0，表示材料对切口不敏感；
若 NSR＜1.0，则材料对切口敏感。
微孔聚集断裂：通过微孔形核长大聚合而导致的断裂。常用金属材料一般均产生这类性质的断裂。
正断：断裂面垂直于外加应力。
切断：断裂面平行于外加应力。
断口：材料或构件受力断裂后的自然表面。
宏观断口：用肉眼或 20 倍以下的放大镜观察的断口，它反映了断口的全貌。
微观断口：用光学显微镜或扫描电镜观察的断口。
晶体的理论断裂强度（σm）：将晶体原子分离开所需的最大应力。σ = √
得的布氏硬度值为 150
2、洛氏硬度（HR）
o
HRA(120 金钢石圆锥压头、60kgf 负荷)，应用范围：70~85；
HRB(直径 1.588mm 钢球压头、100kgf 负荷)，应用范围：25~100；
o
HRC(120 金钢石圆锥压头、150kgf 负荷)，应用范围：20~67；
标注方法：HRC28
第三章
材料的硬度（四）
金属的硬度：金属在表面上的不大体积内抵抗变形或者破裂的能力。
1、布氏硬度（HB） 一般在 HB450 以上就不能使用了
标注方法：硬度值 HBW(或 HBS)球的直径/载荷大小/保压时间（注：淬硬钢球（HBS)，硬质合金球（HBW），保压时间 10~15s 不用记）
150HBW10/1000/30 表示压头直径为 10mm 的硬质合金球，在 1000kgf 试验力的作用下，保持 30s 时测
材料力学性能复习总结
材料力学性能复习总结材料力学性能是指材料在外力作用下所表现出的力学特性和性能。
在材料力学性能的学习中，不仅需要了解材料的基本力学性质，还需要掌握材料的破坏机制、变形行为以及材料的力学性能测试方法等方面的知识。
以下是对材料力学性能复习的总结。
1.材料的破坏机制和破坏形态材料的破坏机制是指材料在受力作用下发生破坏的方式和过程。
常见的破坏机制有拉伸破坏、压缩破坏、剪切破坏等。
拉伸破坏时，材料会发生断裂；压缩破坏时，材料会出现压缩变形和压碎现象；剪切破坏时，材料会出现剪切变形和断裂等。
材料的破坏形态是指材料在受力作用下发生的形态变化。
常见的破坏形态有脆性断裂、塑性变形和疲劳破坏等。
脆性断裂是指材料在受静态或低应力下发生迅速断裂的性质；塑性变形是指材料在受力作用下发生塑性流动，而不发生断裂；疲劳破坏是指材料在反复受力下产生裂纹并最终导致断裂。
2.材料的变形行为和变形机制材料的变形行为是指材料在受力作用下发生的形变现象。
常见的变形行为有弹性变形、塑性变形和粘弹性变形等。
弹性变形是指材料在受力作用下发生的可逆性变形。
材料在弹性变形时能够恢复到原始形状和尺寸。
弹性变形的机制是原子之间的键能发生弹性形变，即在受力作用下原子间的距离发生变化，但不改变原子间的相对位置。
塑性变形是指材料在受力作用下发生的不可逆性变形。
材料在塑性变形时会发生晶格的滑移和位错的运动。
塑性变形的机制是原子间的键能发生塑性形变，即原子间的相对位置发生改变。
粘弹性变形是指材料在受力作用下表现出介于弹性变形和塑性变形之间的性质。
材料在粘弹性变形时有一部分能量会被消耗掉，导致材料的不完全恢复。
粘弹性变形的机制是在外力作用下，分子间的键发生的弹性形变和分子间的长距离位移。
3.材料力学性能的测试方法拉伸试验是指将材料置于拉力下进行测试。
通过拉伸试验可以了解材料的弹性性能、破坏强度、延展性以及断裂形态等。
压缩试验是指将材料置于压力下进行测试。
通过压缩试验可以了解材料的强度和刚度等。
unit5 材料的变形-浙江大学材料力学性能笔记
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 g ,无屈服点，应变很大。
5.2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。
材料力学变形分析知识点总结
材料力学变形分析知识点总结材料力学是研究物质在外力作用下的力学性质和变形规律的学科，主要包括静力学和变形学两个方面。
在变形学中，变形分析是其中重要的内容之一，通过对材料的变形进行分析，可以揭示其性能特点以及应用领域。
本文将总结材料力学变形分析的核心知识点。
一、杨氏模量杨氏模量是衡量材料刚度的重要参数，表示材料在单位应力作用下的应变程度。
常用符号为E，单位为帕斯卡（Pa）。
杨氏模量可以通过拉伸实验或压缩实验获得，对不同材料而言有着不同的数值。
二、泊松比泊松比是衡量材料变形变化的重要参数，表示材料在平面应变状态下，在垂直方向上的收缩程度。
泊松比的常用符号为ν，取值范围在0到0.5之间。
泊松比可以通过实验测量获得，也可以通过材料力学模型进行计算。
三、轴向应力与轴向应变关系轴向应力与轴向应变关系描述了材料在轴向力作用下的变形情况。
通过实验测量轴向应力与轴向应变的关系曲线，可以得到材料的应力-应变曲线。
在弹性阶段，轴向应力与轴向应变呈线性关系，而在塑性阶段则出现非线性变化。
四、材料的变形能材料的变形能是指在外力作用下，材料所吸收的能量大小。
材料的变形能常用来描述材料的韧性和抗冲击性能。
变形能可以通过计算应力-应变曲线下面积得到，也可通过实验进行测量。
五、刚度与弹性模量刚度是指材料在外力作用下产生变形的抵抗能力，是刻画材料弹性性能的重要参数。
弹性模量是描述材料在弹性变形范围内的刚度的参数，通常用弹性固体的模量来表示。
六、应变分析方法应变分析方法是衡量材料变形的重要技术手段，包括拉伸应变、剪切应变和体积应变等。
常用的应变测量方法有光栅法、应变片法、应变仪法等，通过测量不同方向上的应变，可以全面了解材料的变形状况。
七、材料的屈服点与断裂点材料在外力作用下，会经历弹性变形、屈服变形和断裂等阶段。
屈服点是材料开始产生塑性变形的临界点，而断裂点则是材料失去承载能力导致破裂的临界点。
通过分析材料的屈服点和断裂点，可以评估材料的强度和可靠性。
材料力学性能学习之收获与体会
《材料的力学性能》学习之收获与体会材料的力学性能通常是指材料的强度、硬度、塑性和韧性。
《材料的力学性能》一书主要论述材料，包括金属材料和非金属材料，在不同形式的外力作用下，发生损伤、变形和断裂的过程、机制和力学模型。
通过本课程的学习，我收获颇多，特别是孙老师一自己的研究及实践成果为例，让我们更加真实、透彻地理解书中诸多概念、现象以及产生现象的原因，我们受益匪浅。
学完本课程，逐渐明晰了本课程的重点，本课程重点包括三部分：第一部分主要是阐述金属的形变及断裂过程、机制和基本理论，材料在一次静加载条件下的力学性能。
加载方式包括拉伸、弯曲、压缩和剪切等等，试件包括光滑件、切口试件和含裂纹的试件等，所测定的力学性能指标用于评价零件在服役过程中的抗过载失效的能力或安全性。
第二部分论述疲劳、蠕变、环境效应和磨损，这是机件常见的四种失效形式，材料对这四种失效形式的抗力将决定零件的寿命。
第三部分是介绍复合材料、高分子材料和陶瓷材料的力学性能，从工程应用的观点，把本书分成了以上三部分，然而在学科内容上，各部分又有着紧密的联系。
以上三部分内容又细分为十四章，每章都各自详细的介绍了自己的重点。
下面是我根据老师所讲，总结的各章的重点。
第一章着重介绍材料的拉伸性能。
本章开篇介绍拉伸试验，紧接着介绍脆性材料的拉伸性能和塑性材料的拉伸性能。
脆性材料在拉伸断裂前只发生弹性变形，而不发生塑性变形，在弹性变形阶段应力与应变成正比。
塑性材料的力学性能可以从其工程应力——工程应变曲线中得到理解和体会，根据工程应力——工程应变曲线可以确定材料的拉伸性能，包括材料的强度、塑性和韧性。
第二章着重讲弹性变形和塑性变形，而塑性变形又是孙老师强调的考研重点。
金属材料在外力作用下发生尺寸或形状的变化，称为变形。
若外力除去后，变形随之消失，这种变形即为弹性变形，弹性变形是可逆的。
弹性变形里最重要的概念是弹性模量，影响弹性模量的因素是很多的，比如纯金属的弹性模量、合金元素、温度、加载速率、冷变形等，但是弹性模量却是最稳定的力学性能参数，对合金成分和组织的变化不敏感。
材料力学性能总结（2篇）
材料力学性能总结第一章二节.弹变1。
弹性变形。
材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质称为弹性。
这种可恢复的变形称为弹性变形。
2.弹性模量：表征材料对弹性变形的抗力3.弹性性能与特征是原子间结合力的宏观体现，本质上决定于晶体的电子结构，而不依赖于显微____，因此，弹性模量是对____不敏感的性能指标。
4.比例极限σp。
应力与应变成直线关系的最大应力。
5.弹性极限σe。
由弹性变形过渡到弹性塑性变形的应力。
6.弹性比功。
表示单位体积金属材料吸收弹性变形功的能力，又称弹性比应变能。
7.力学性能指标。
反映材料某些力学行为发生能力或抗力的大小。
8.弹性变形特点：应力与应变成比例，产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状9.滞弹性。
在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象，称为滞弹性。
10.循环韧性。
指在塑性区加载时材料吸收不可逆变形功的能力。
11.循环韧性应用。
减振、消振元件。
____包申格效应。
金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载规定残余伸长应力降低的现象，称为包申格效应。
____包申格应变。
指在给定应力下，正向加载与反向加载两应力－应变曲线之间的应变差。
14.消除包申格效应：预先进行较大的塑性变形。
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。
三节：塑性晶粒小可以产生细晶强化。
都会使强度增加。
3.溶质原子：溶质元素溶入金属晶格形成固溶体，产生固溶强化应变速率越高强度越高。
3.细晶强化。
晶界是位错运动的阻碍，晶粒小相界多。
减少晶粒尺寸会减少晶粒内部位错塞积的数量，减少位错塞积群的长度，降低塞积点处的应力，相邻晶粒中位错源开动所需的外加切应力提高，屈服强度增加。
4.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，此即为固溶强化。
溶质原子与基体原子尺寸差别越大，引起的弹性畸变越大，溶质原子浓度越高，引起的弹性畸变越大，对位错的阻碍作用越强，固溶强化作用越大。
第5章 材料的形变和再结晶 笔记及课后习题 (已整理 袁圆 2014.8.6)
笫5章材料的形变和再结晶5.1 复习笔记一、弹性和黏弹性1．弹性变形的本质弹性变形是指外力去除后能够完全恢复的那部分变形，当无外力作用时，晶体内原子间的结合能和结合力可通过理论计算得出，它是原子间距离的函数，如图5-1所示。
图5-1 晶体内的原子间的结合能和结合力（a）体系能量与原子间距的关系（b）原子间作用力和距离的关系原子处于平衡位置时，其原子间距为r0，势能U处于最低位置，相互作用力为零。
当原子受力偏离其平衡位置时，原子间距增大时将产生引力；原子间距减小时将产生斥力，外力去除后，原子都会恢复其原来的平衡位置，所产生的变形便完全消失，这就是弹性变形。
2．弹性变形的特征和弹性模量弹性变形的主要特征是：（1）理想的弹性变形是可逆变形，加载时变形，卸载时变形消失并恢复原状；（2）金属、陶瓷和部分高分子材料不论是加载或卸载时，只要在弹性变形范围内，其应力与应变之间都保持单值线性函数关系，即服从胡克定律：①在正应力下：σ=Eε，②在切应力下：τ=Gγ，弹性模量与切变弹性模量之间的关系为：式中，υ为材料泊松比，表示侧向收缩能力，在拉伸试验时系指材料横向收缩率与纵向伸长率的比值。
弹性模量代表着使原子离开平衡位置的难易程度，反映原子间结合力，是表征晶体中原子间结合力强弱的物理量。
（3）弹性的不完整性①包申格效应材料经预先加载产生少量塑性变形，而后同向加载则σe升高，反向加载则σe下降。
②弹性后效在弹性极限范围内，应变滞后于外加应力，并和时间有关的现象称为弹性后效或滞弹性。
③弹性滞后由于应变落后于应力，在σ-ε曲线上使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线，称之为弹性滞后，如图5-2所示。
图5-2 弹性滞后（环）与循环韧性（a）单向加载弹性滞后（环）（b）交变加载（加载速度慢）弹性滞后（c）交变加载（加载速度快）弹性滞后（d）交变加载塑性滞后（环）④黏弹性黏弹性变形既与时间有关，又具有可回复的弹性变形性质，即具有弹性和黏性变形两方面的特征。
五材料的变形
第五章 材料的变形
4.影响再结晶ห้องสมุดไป่ตู้晶粒度的因素
（1）加热温度与保温时间的影响 加热温度越高，保温时间 越长，金属的晶粒越粗大， 加热温度的影响尤为显著。 这是由于加热温度升高，原 子扩散能力和晶界迁移能力 增强，有利于晶粒长大。
再结晶退火温度对晶粒度的影响
第五章 材料的变形
（2）预先变形程度的影响
第五章 材料的变形
晶粒越小，晶界越多，其强度和硬度就越高。
另,晶粒越细,单位体积内晶粒数目越多,在同 样的变形量下同时参与变形的晶粒数目也越多, 变形越均匀,不易造成局部应力集中,也不会导 致开裂,所以晶粒越细,其塑性和韧性越好。 细晶强化—— 通过细化晶粒来同时提高金属的强度 和硬度、塑性和韧性的方法。
第五章 材料的变形
热变形加工在变形的同时进行着动态再结晶； 即热加工时产生的加工硬化很快被再结晶产生 的软化所抵消，因而热加工不会带来加工硬化 效果。
热加工动态再结晶 示意图
第五章 材料的变形
2.热加工对金属组织和性能的影响 （1）改善铸锭组织
可消除钢锭中的某些缺陷，如将疏松和气泡 焊合，粗大柱状晶打碎，提高钢的性能。
第五章 材料的变形
4.残余内应力 金属发生塑性变形时，外力所做的功大部 分转化为热能，只有10%留在金属内，形成残 余内应力。 第一类内应力（宏观内应力）： 存在于金属表层与心部之间；由于金属 材料各个部分变形不一致而形成的。 第二类内应力（微观内应力）：
存在于晶粒之间；由于晶粒之间变形不 均匀造成的。
第五章 材料的变形
对冷变形金 属加热，会使 原子扩散能力 增加，金属将 依次发生：
1.回复
2.再结晶
3.晶粒长大
图5-4 变形金属在不同加热温度时晶粒 大小和性能的变化示意图
材料力学性能重点总结
材料力学性能重点总结1.强度：强度是材料抵抗外部载荷引起的破坏的程度，通常使用屈服强度、抗拉强度和抗压强度来评价。
强度越高，材料越能承受外部载荷。
2.韧性：韧性是材料在受力时发生塑性变形以及能够吸收能量的能力。
材料具有较高的韧性时，能够在受到巨大应力时仍然保持不破裂。
3.硬度：硬度是材料抵抗表面破坏的能力，也可以理解为材料的抗刮伤能力。
硬度可以衡量材料的耐磨性和耐磨损能力。
4.弹性模量：弹性模量是材料在受力后恢复原状的能力，可以评估材料在受力后的变形程度。
弹性模量越大，材料的刚性越高。
5.延展性：延展性是材料在受力时能够发生塑性变形而不破坏的能力。
延展性高的材料可以更好地适应复杂应力和形状变化。
6.断裂韧性：断裂韧性是材料在受到外部载荷时能够抵抗破坏的能力。
它是强度和韧性的综合指标，可评估材料在极限条件下的断裂性能。
7.蠕变性：蠕变性是材料在长期受力情况下发生的塑性变形。
材料的蠕变性能评估了其在高温和持续应力下的稳定性。
8.疲劳性：疲劳性是材料在受到反复应力循环后发生破坏的能力。
疲劳性能评估了材料在长期使用过程中的可靠性和耐久度。
9.冲击韧性：冲击韧性是材料在受到突然冲击加载时抵抗破坏的能力。
它可以评估材料在极端工作条件下的抗冲击性能。
10.耐腐蚀性：耐腐蚀性是材料抵抗环境介质侵蚀和化学反应的能力。
材料的耐腐蚀性能评估了其在特定环境中的稳定性和使用寿命。
以上是材料力学性能的重点总结，它们通常都与材料的微观结构、成分、加工工艺和使用条件有关。
通过评估和选择材料的力学性能，可以确保材料在各种应用中具有足够的强度、韧性和稳定性。
材料科学基础第五章 材料的变形与再结晶
ψ=（Fo－Fk）/ Fo×100%
2、塑性的实际意义
• 金属材料的塑性指标是安全力学性能指标；
• εf –材料均匀变形的能力。
此时，外力对两个滑移系的取向因子完全相同。
• 具有多滑移系的晶体，除多系滑移外, 还可发生交滑移
（cross-slip）
• bcc结构中最易发生交滑移。
（6）滑移中的位错机制
• 滑移是借助于位错在滑移面上运动来逐步进行的；
晶体的滑移必在一定外力作用下才能发生，说明位
错运动要克服阻力，该阻力来自点阵阻力，称为派
纳P—N力，其大小为： • ηP-N = 2Gexp(-2пW/b)/(1-ν) ηP-N与位错的宽度W 呈指数关系，滑移面间距d增大，w[=d /(1-ν)]增大， 或滑移方向上原子间距b减小，则ηP-N下降，滑移阻
力小, 滑移容易进行。
刃位错的滑移示意图
刃位错的滑移模型
螺位错的滑移模型
2.孪生
第五章 材料的变形和再结晶
概
一、 机械性能(力学性能)
述
1. 定义:材料承受外力作用的能力。 2. 机械性能四大指标： 强度、硬度、塑性、韧性。 3.实验 通过实验可以测出相应的机械性能指标， 最常见的是拉伸实验、硬度实验和冲击实验。
二、拉伸试验
⑴ 实验设备
拉伸试验的现场录像
材料试验机。 ⑵ 拉伸试样 圆试样 长试样 扁试样 短试样 ⑶ 拉伸过程
• 根据拉伸试验研究表明，金属在外力作用下一般经历三个阶段：
弹性变形（elastic deformation） 塑性变形（plastic deformation） 断裂（fracture）
材科基5 材料的变形和再结晶(2)
再结晶的形核不是新相，其晶体结构没有改变。
1 形核机22
第八节 再结晶
1 形核 1)晶界弓出形核机制
变形量较小时（<20%），晶界凸出形核。晶界处A 晶粒某些亚晶粒通过晶界弓出迁移而凸向亚晶粒小的 方向，以吞食B晶粒中亚晶的方式形成无畸变的再结晶 形核。
23
2)亚晶形核机制 一般发生在冷变形度大时.分为: 亚晶合并机制和亚晶迁移机制。 ①亚晶合并机制，适于变形量大的高层错能金属.
亚晶边界上的位错网络通过解离、拆散、以及位错的滑移和 攀移，转移到周围其它晶界上，导致亚晶边界的消失和合并。
合并后的亚晶尺寸增大，以及亚晶界位错密度增加（因为位 错数量不减少但是转移到周围其他位错处），相临位错取向增大， 转化为大角度晶界，具有大的迁移速率，能清除移动过程中的位 错，使它后面留下无畸变的晶体，成为形核的核心。
构缺陷衰减速率，是缺陷浓度和缺陷迁移率的函数，仿照化学动
力学的方法，可以用一级化学反应速度方程来表达：
dCP dt
ACP
exp
Q RT
则（2）式变为：
d(P dt
P0 )
KcP
A exp
Q RT
d(P
将（1）式代入： dt
P0 )
K
P
P0 K
A
exp
Q RT
13
得： d (P P0 ) A exp Q dt 或 dx A exp Q dt
状和尺寸。
4
第六节 冷变形金属在加热时的 组织与性能变化
二 显微组织变化（示意图）
Smith W F. Foundations of Materials
Science and Engineering.
材料的力学性能与变形机制研究
材料的力学性能与变形机制研究材料的力学性能和变形机制是材料科学研究中的重要领域。
通过研究材料的力学性能和变形机制，我们可以深入了解材料的力学行为以及其在不同环境下的变形和破坏机制。
这对于设计和制造高性能材料以及改善材料的使用寿命具有重要意义。
一、材料的力学性能材料的力学性能包括强度、硬度、韧性、塑性等指标。
强度是材料抵抗外力破坏的能力，硬度是材料抵抗划伤和压痕的能力。
韧性是材料在受力作用下发生塑性变形前能吸收的能量。
塑性是材料在受力作用下发生可逆变形的能力。
材料的力学性能与其化学成分、晶体结构和微观结构密切相关。
例如，在金属材料中，晶体结构和微观结构的缺陷（如晶界、位错）决定了材料的塑性和强度。
通过研究材料的晶体结构和微观结构，我们可以揭示材料的力学性能和变形机制。
二、材料的变形机制材料的变形机制研究着重于揭示材料在受力作用下的变形行为和内部微观结构的演化。
变形机制可以分为弹性变形和塑性变形。
1. 弹性变形当材料受到外力作用时，如果外力移除后，材料能够恢复到原来的形状，这种变形称为弹性变形。
弹性变形是由于材料的晶格结构发生微小的形变而引起的。
弹性变形可以通过杨氏模量来描述，杨氏模量越大，材料的抗弹性变形能力越强。
2. 塑性变形与弹性变形不同的是，塑性变形会导致材料的形状和尺寸发生永久性变化。
塑性变形是由于材料内部的位错运动和滑移引起的。
位错是晶体结构中的缺陷，它们在晶体内部移动时会不断产生和消失。
滑移是指位错通过晶体的滑动运动引起位错堆积和移动，从而引起材料的塑性变形。
通过研究位错的形成和运动机制，我们可以揭示材料的塑性变形过程。
除了位错滑移，材料的塑性变形还可以通过析出相形成弥散强化、孪生变形和相变等机制实现。
研究材料的塑性变形机制可以指导我们改善材料的塑性和强度。
三、实验方法与模拟技术为了深入研究材料的力学性能和变形机制，科学家们开发了各种实验方法和模拟技术。
例如，拉伸试验可以测试材料的强度和韧性；压缩试验可以测试材料的抗压强度和变形行为。
《材料的力学性能》课程笔记
《材料的力学性能》课程笔记第一章：材料在拉伸下的力学性能1.1 拉伸试验与应力应变曲线拉伸试验是评估材料在拉伸载荷下的力学性能的基本方法。
在拉伸试验中，将材料试样固定在拉伸试验机上，然后对试样施加拉伸载荷，直至试样断裂。
通过记录拉伸过程中载荷与试样长度变化的关系，可以得到应力应变曲线。
应力应变曲线是描述材料在拉伸过程中应力与应变之间关系的曲线。
它通常包括弹性变形阶段、塑性变形阶段和断裂阶段。
通过应力应变曲线，可以获得材料的弹性模量、屈服强度、断裂强度等力学性能参数。
在弹性变形阶段，应力与应变呈线性关系，符合胡克定律。
弹性模量是描述材料在弹性变形阶段刚度的指标，它定义为应力与应变的比值。
弹性模量越大，材料的刚度越高。
在塑性变形阶段，应力与应变不再呈线性关系，材料发生永久形变。
屈服强度是描述材料开始发生塑性变形的应力水平。
屈服强度越大，材料的抗变形能力越强。
在断裂阶段，应力达到最大值，材料发生断裂。
断裂强度是描述材料在断裂时的应力水平。
断裂强度越大，材料的抗断裂能力越强。
1.2 工程应力指标工程应力是描述材料在拉伸过程中承受的应力的一种指标。
它定义为拉伸载荷与原始横截面积的比值。
工程应力的单位通常是Pa（帕斯卡）或MPa（兆帕斯卡）。
工程应力可以用来评估材料在拉伸过程中的承载能力。
在工程设计中，通常使用工程应力来计算和确定材料的尺寸和结构的安全性。
1.3 工程应变指标与典型的拉伸应力-应变曲线工程应变是描述材料在拉伸过程中发生的形变的一种指标。
它定义为试样长度变化与原始长度的比值。
工程应变的无量纲，通常以百分比表示。
典型的拉伸应力-应变曲线展示了材料在拉伸过程中的力学行为。
在弹性变形阶段，应力与应变呈线性关系，符合胡克定律。
在塑性变形阶段，应力与应变不再呈线性关系，材料发生永久形变。
在断裂阶段，应力达到最大值，材料发生断裂。
通过分析拉伸应力-应变曲线，可以获得材料的弹性模量、屈服强度、断裂强度等重要力学性能参数，为材料的选择和应用提供依据。
材料力学性能复习总结
绪论弹性：指材料在外力作用下保持和恢复固有形状和尺寸的能力。
塑性：材料在外力作用下发生不可逆的永久变形的能力。
刚度：材料在受力时抵抗弹性变形的能力。
强度：材料对变形和断裂的抗力。
韧性：指材料在断裂前吸收塑性变形和断裂功的能力。
硬度：材料的软硬程度。
耐磨性：材料抵抗磨损的能力。
寿命：指材料在外力的长期或重复作用下抵抗损伤和失效的能。
材料的力学性能的取决因素：内因——化学成分、组织结构、残余应力、表面和内部的缺陷等；外因——载荷的性质、应力状态、工作温度、环境介质等条件的变化。
第一章材料在单向静拉伸载荷下的力学性能1.1 拉伸力—伸长曲线和应力—应变曲线应力—应变曲线退火低碳钢在拉伸力作用下的力学行为可分为弹性变形、不均匀屈服塑性变形、均匀塑性变形和不均匀集中塑性变形和断裂几个阶段。
弹性变形阶段：曲线的起始部分，图中的oa段。
多数情况下呈直线形式，符合虎克定律。
屈服阶段：超出弹性变形范围之后，有的材料在塑性变形初期产生明显的塑性流动。
此时，在外力不增加或增加很小或略有降低的情况下，变形继续产生，拉伸图上出现平台或呈锯齿状，如图中的ab段。
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，直到曲退火低碳钢应力—应变曲线线达到最高点，均匀变形结束，如图中的bc段。
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。
弹性模量E：应力—应变曲线与横轴夹角的大小表示材料对弹性变形的抗力，用弹性模量E 表示。
塑性材料应力—应变曲线（a）弹性—弹塑性型：Oa为弹性变形阶段，在a点偏离直线关系，进入弹—塑性阶段，开始发生塑性变形，开始发生塑性变形的应力称为屈服点，屈服点以后的变形包括弹性变形和塑性变形。
在m点卸载，应力沿mn降至零，发生加工硬化。
（b）弹性-不均匀塑性-均匀塑性型：与前者不同在于出现了明显的屈服点aa′，有时呈屈服平台状，有时呈齿状。
材料的变形弹性变形
3、包申格效应
包申格 Bauschinger 效应：
是指金属材料经预先加载产生少量塑性变形 残余
应变小于4％ ,而后再同向加载则弹性极限增加,反向加 载σ ,弹性极限降低的现象．
对某些钢或者钛合金,包申格效应可使规定残余应力降低 15%~20%
包申格效应是多晶体金属具有的普遍现象。所有退火态和高 温回火态的金属都有包申格效应,
材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力,又称 之为阻尼或者循环韧性。
滞后环的应用：
环的面积代表材料以不可逆方式吸收能量 即内耗 而不破坏的能力。也可理解为材料靠 自身来消除机械振动的能力 即消振性的好 坏。
对工程上一些产生振动的零件很重要,可以 减小振动,使振幅很快衰减下来。所以滞后 环在生产上是一个重要的机械性能指标,具 有很重要的意义。
G E
2(1 )
式中,ν为材料泊松比,表示侧向收缩能力。一般金
属材料的泊松比在0.25~0.35之间,高分子材料则相对
大些。
y x
横向正应变与受力方向上正应变之比
广义胡克定律
晶体的特征之一即各向异性,各个方向的弹性模量 不同。在三轴应力作用下各向异性弹性体的应力应 变关系,可以用广义胡克定律表示。
第二章 材料的变形
引言
材料受力后就要发生变形
外力较小时发生弹性变形 外力较大时发生塑性变形 外力进一步增大时发生断裂
材料经变形后,不仅外形和尺寸发生变化,内部 组织和有关性能也会发生变化,使之处于自由焓 较高的状态。这种状态不稳定,在重新加热时就 会发生回复和再结晶现象。
研究材料的变形规律及其微观机制具有十分重 要的理论和实际意义
Ⅳ 弹性滞后环
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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。
r玻璃态9）高分子，高弹态I粘流态高分子拉伸曲线：广« T g ＞应力与应变成正比直至断裂。
（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I A T g ,无屈服点，应变很大。
5.2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。
对于脆性材料，断口约与试样轴线呈45°,断口呈螺旋状；木材、带状偏析严重的合金板材扭转断裂时可能出现层状或木片状断口。
指标：扭转比例极限、切变模量、扭转屈服强度。
但扭转很难测定材料的微量塑性变形抗力。
5.3弹性变形1）材料的弹性是指在外力作用下发生变形，外力去除后变形消失的性质，这种可恢复的变形就称为弹性变形。
应力与应变成正比------- 金属、陶瓷2）弹性变形的本质是晶体点阵内的原子具有抵抗相互分开、接近或剪切移动的性质。
3）高分子的高弹态高分子的弹性变形量很大，小变形时，应力与应变符合胡克定律，变形由分子链内键长和键角发生改变产生，为普弹变形。
高弹变形是在外力下，原先卷曲的链沿受力方向逐渐伸展产生，伸展长度和应力不成线形关系。
当外力去除后，由于分子链之间力的作用，分子链又回复至卷曲状态。
4）弹性指标O弹性模量表明了材料对弹性变形的抗力，代表了材料的刚度。
也反映了材料内原子的键合强度。
弹性模量是材料最稳定的力学性能参数，对成分和组织的变化不敏感。
③弹性极限是材料发生最大弹性变形时的应力值。
O弹性比功是材料吸收变形功而又不发生永久变形的能力。
_ 2W=1/2j：e = M螺旋弹簧除材料的弹性外，其螺旋结构使变形量均匀分布2E到材料上，因此弹簧能承受更大的弹性变形量。
5）弹性不完整性现象：应变滞后于应力。
原因：组织不均匀，各晶粒应变不均匀□弹性后效与内耗：加载时应变落后于应力而和时间有关的现象称为正弹性后效，卸载时应变落后于应力的现象称为反弹性后效。
加载线与卸载线不重合而形成封闭回线，称为弹性滞后，封闭回线为弹性滞后环有部分变形功被材料所吸收，为材料的“内耗”大小由回线面积表示。
常用于乐器。
小提琴的弦：内耗小；车床床身：内耗大---吸震。
□包申格效应：金属材料预先经少量塑性变形后再同向加载, 向加载弹性极限升高，反则弹性极限降低。
其机理与位错运动所受阻力有关。
—后果：交变应力作用（疲劳），弹性极限下降—软化。
-好处：高速离心处理、轧制时来回交替运动。
6）超弹性材料超弹性定义：材料在外力作用下产生远大于其弹性极限时的应变量，外力去除自动恢复其变形的现象。
原因：马氏体相变，形状记忆。
温度诱发相变，应力诱发相变。
5.4材料的塑性1）塑性变形方程：二T =K （；T）n K为强度系数，n为形变强化系数。
n是材料的加工硬化性指标，可用来表征金属材料在均匀塑性变形阶段的变形。
n越小变形强化能力越弱。
应力增加时，往往应变的速率也会相应增加。
应变速率敏感性：‘m ‘C T=K（；T）二T是应变速率敏感性，m是应变速率敏感指数；K是常数。
m=1为粘性固体，m越大，拉伸时抗缩颈能力越强，m=0表示材料无应变速率敏感性。
2）塑性指标：有伸长率和断面收缩率。
若材料的伸长率大于断面收缩率，则该材料只有均匀塑性变形而无颈缩现象，是低塑性材料，反之为高塑性材料。
3）塑性变形机理金属材料中存在位错，金属塑性变形的本质是位错在外力的作用下发生滑移和孪■ 生。
滑移系越多，越容易发生塑性变形。
使位错产生滑移所需的分切应力为临界分切应力。
孪生：切变后已变形区的晶体取向与未变形区的晶体取向成镜面对称关系。
孪生可改变晶体取向，使晶体的滑移系由原先难滑动的取向转到易于滑动的取向，孪生对塑性变形直接作用下但间接作用大。
孪生变形量小，但可改变位错滑移方向。
高分子塑性变形是由于分子链团的运动产生的，即粘性流动。
剪切带和银纹是玻璃态高分子局部塑性变形的两种形式。
银纹垂直于应力方向，它是由于高分子在塑性伸长时局部区域内产生大量的空穴引起的。
空穴折射率不同造成全反射，但银纹与裂纹不同，裂纹是空的，银纹中含有40流右空穴。
多晶体除位错外，还存在晶界的移动和晶粒的转动等，发生在高温蠕变、超塑性等现象中。
4）在载荷不增加或在某一载荷附近波动的情况下，试样继续伸长变形，这便是屈服现象。
屈服强度的大小反映了材料对起始塑性变形的抗力。
r材料在变形前可动位错密度很小屈服现象的产生有关因素•随塑性变形的发生，位错能快速增殖I位错运动速率与外应力有强烈的依存关系应变速率.；：=b --V b为柏氏矢量，为位错密度，V为位错运动平均速率。
位错运动速率取决于应力的大小。
所以：要提高v就要较高的应力，这就是上屈服点。
一旦塑性变形产生，位错大量增殖，「增加，位错运动速率必须下降，相应的应力也就突然降低，形成了下屈服点。
此后大量位错中某些位错在切应力的作用下滑移，产生变形，当它们的运动受阻时，另一些位错在力的作用下开始运动，继续产生变形，由此形成了锯齿状曲折线段。
5）形变强化：其机理是金属在外力的作用下通过位错的滑移、孪生产生变形。
由于大量的位错之间发生交互作用，位错的滑移受阻，要让位错继续滑移，使金属产生进一步的变形，就必须有更大的应力作用于材料。
材料有阻止继续塑性变形的抗力，即形变强化性能。
形变强化指数n大，塑性变形均匀，可防止局部塑变导致构件失效因为局部塑变强化，防止进一步塑变。
6）材料的强化金属塑性变形的本质是位错的运动。
金属的强化机理是如何使位错难以运动阻力有：①点阵阻力③位错间交互作用产生的阻力®位错与其他晶体缺陷交互作用的阻力1 r 固溶强化：溶质原子与位错之间产生交互等阻碍作用。
2 第二相强化：第二相质点周围形成应力场阻碍位错。
材料的强化; 3晶粒细化强化：位错运动须克服晶界阻力，i位错在晶界附近塞积，造成应力集中，激发相邻晶粒位错源开动引起宏观屈服应变。
4相变强化：可通过处理获得高位错滑移阻力的组织结构而强化。
5 J 无缺陷强化：如晶须等，制造少缺陷或无缺陷材料。
高分子可加入纤维、无机颗粒强化，形成交联作用，力的传递。
，还可复合强化陶瓷强度高，只有弹性变形而无塑性变形，更多的是对其增韧而非强化。
5.5材料的蠕变1）金属的蠕变是指在恒定的作用力下，即使应力低于弹性极限，也会发生缓慢塑性变形的现象，它是高温与应力对金属共同作用的结果。
高温是指＞（0.4-0.5）T m的温度蠕变曲线：分为过渡蠕变段、稳态蠕变段（蠕变速率是高温材料一个重要力学性能指标）、加速蠕变段。
当温度或应力很小时，稳态蠕变段会很长。
2）蠕变变形机理：方式:①位错滑移：高温下位错通过热激活和空位扩散来克服某些短程障碍使变形不断产生，即软化。
而塞积为强化。
稳定时强化和软化同时发生，速率保持一定。
< ②晶界滑动：高温时晶界原子容易扩散，因此晶界受力易产生滑动，促进蠕变③空位扩散：在无力作用时，空位移动无方向性，拉力时空位会流动，扩散蠕J变在金属接近熔点、应力较低的情况下进行。
3）高温变形指标：蠕变极限（高温长期载荷作用下材料的塑性变形抗力）、松弛极限（总应变保持不变而应力随时间自行降低的现象为应力松弛，原因是时间增加，一部分弹性变形转变为塑性变形）、持久长度4）高分子粘弹态：粘性流动的内在原因是高分子中分子间没有化学交联的线形高分子产生分子间的相对滑移。
粘弹性分为静态粘弹性（固定应力下表现蠕变和应力松弛）和动态粘弹性（周期应力下的力学行为）。
5）超塑性是多晶材料在断裂前各向同性地显示极高拉伸伸长率的能力。
' 大的变形能力材料的超塑性< 无通常的应变硬化〔应变速率敏感性高（有效抑制了超塑性变形中的拉伸失稳）伸长率和应变速率敏感指数是评价材料超塑性的重要指标。
m「曲线，11区m最大。
山区晶内位错滑移起主要作用，也存在少量晶界滑动；I和II区晶内位错极少，II区以晶界滑动为主，I区以扩散蠕变为主。
超塑性变形机理不是晶内位错滑移，而是晶粒发生转动和晶界滑动，甚至换位。
5.6材料的硬度硬度是材料表面抵抗外物压入时引起塑性变形的能力，它是衡量材料抵抗局部变形能力的参数。
压入法：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度回跳法：肖氏硬度、里氏硬度1）摩氏硬度确定矿物间相对硬度的标准。
是半定量硬度，还包括铅笔硬度等2）用一定压力将淬火钢球或硬质合金球压头压入试样表面，保持规定时间后卸除压力，于是在试件表面留下压痕，单位压痕表面积上所承受的平均压力即为布氏硬度值（HB。
布氏硬度：①压痕直径越大，则布氏硬度越低。
®先考虑试样的厚度一>确定压头直径。
③HBS压头为淬火钢球HBW:压头为硬质合金钢球。
（5150HBS10/100/10表示10mm ft径淬火钢球加压lOOkgf,保持10s。
⑤优点：分散性小，重复性好。
不受个别相和不均匀影响。
⑨缺点：不宜进行无损测定，不能测定薄壁件或表面硬化层的硬度，不能测大件，压痕直径测定时间长，效率低。
3）洛氏硬度直接测量压痕深度，并以压痕深浅表示材料的硬度。
洛氏硬度：①分HRA HRB直径为1.588（钢球为压头）、HRC直径为1.588[金刚石压头，HRC=（0.2-e ）/0.02，e=0-h 0]©先加初载荷，再加主载荷，之后卸除主载荷。