材料力学性能学习与体会

《材料的力学性能》之学习收获与体会

转眼间半个学期就将过去，而《材料的力学性能》也即将结课，跟着孙老师学习这门课，真的让我收获不少。不仅给学到了课本上的知识，还从孙老师那里了解到很多这方面的前沿科学，学到不少做人的道理等，而且还激发了我们做学问的兴趣与追求。

首先说一下本课程的学习内容。按课本的说法，分为三部分，第一部分，课本的前七章，主要阐述金属的形变和断裂过程，机制和基本理论，材料在一次静加载条件下的力学性能。在各种加载方式下，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实效能力和安全性。第二部分，也就是第八至第十一章，论述了疲劳、蠕变、环境效应和磨损。这是机件常见的四种失效形式。材料对这四种形式失效的抗力将决定零件的寿命。最后三章介绍了复合材料，高分子材料和陶瓷材料的力学性能。在我看来，所谓的材料力学性能主要就是说金属的弹性，塑性和强度等力学性能。而本课程的内容就是运用《金属学》的理论和知识，对《材料力学》的进一步说明，补充和扩展。通过对《材料力学》，《金属学》和本课程的学习，进一步加强对材料的力学性能的认识和理解。下面就本课程各章节学习的收获简述如下：

第一章材料的拉伸性能

本章首先学习的就是拉伸试验，记得在学习《材料力学》时已经做过拉伸实验，但那时只知道做实验，并不太清楚其意义之所在，现在才知道拉伸试验的重要性，因为通过拉伸试验不但可以测定材料的弹性、强度、塑性、应变硬化和韧性等许多重要的力学性能指标，而且还可以预测材料的其它力学性能，如抗疲劳、断裂等性能。要想得到材料的力学性能，就必须做拉伸试验，做出材料的应力——应变曲线，通过曲线就可以比较方便地得到材料的比例极限、弹性极限、屈服极限、拉伸强度和延伸率等。应当指出，应力——应变曲线有先上升后下降的趋势是应为那是工程应力——工程应变曲线，与《材料力学》里所说的真应力——真应变曲线是有区别的，且真应力比工程应力大，真应变比工程应变小。

第二章弹性变形与塑性变形

弹性变形：金属的弹性变形可以用双原子模型加以说明，即金属原子间的结合是两原子间吸引力和排斥力相互作用的结果，但金属的实际弹性变形量与理论值相差很远。弹性常数主要就是指弹性模量E和切变模量G，影响弹性模量的内部因素有纯金属的弹性模量，合金元素与第二相的影响；外部因素有温度，加载速率和冷变形的影响。至于弹性极限与弹性比功在之前的《材料力学》中也有提及，只是在这里对弹性极限的规定和弹性比功的说明更加详细。而弹性不完善性在日常生活中也有遇见，只是在这里才知道它的理论罢了。

塑性变形：金属塑性变形的主要方式是滑移和孪生。实用金属材料的塑性变性特点有（1）各晶粒塑性变形的非同时性和不均一性，（2）各晶粒塑性变形的相互制约性与协调性。屈服强度标志着金属对起塑性变形的抗力，是重要力学性能之一。提高纯金属的屈服强度主要有增加晶体中的位错密度，细化晶粒等方法。提高合金的屈服强度主要有固溶强化，第二相强化等方法。而且屈服强度还受环境因素的影响，如温度、加载速度、应力状态的影响。本章最后还详尽地介绍了形变强化的原理及应用，但非重点，这里就不多说了。

第三章其它静加载下的力学性能

本章主要学习了扭转、弯曲、压缩、剪切等试验方法及测定的力学性能指

标。应为相关内容已在《材料力学》里面比较详尽地介绍了，这里就不再多说了。

第四章材料的硬度

本章的内容大多也是温故之前的知识了，因为在《金属学》的课程里已经做过布氏硬度，洛氏硬度的测量实验，而在本学期的《金属冶金学》的实验课中又测了维氏硬度，至于显微硬度和肖氏硬度只能从书中了解，没有做过实验。

第五章断裂

本章主要学习的是脆性断裂和延性断裂。脆性断裂的宏观特征，理论上讲，是断裂前不发生塑性变形。其微观机制又解理断裂和沿晶断裂，解理断口的宏观形貌是较为平坦的，发亮的结晶状断面，微观形貌有河流状花样和舌状花样。沿晶断裂是裂纹沿晶界扩展的一种脆性断裂，其形貌多呈粒状。此外还深入地分析了理论强度和脆性断裂的位错理论。延性断裂的过程是“微孔形核——微孔长大——微孔聚合”三部曲，其微观特征是韧窝形貌，断口宏观形貌大多呈纤维状。最后还学习了脆性，韧性在受温度，加载速度和微观结构影响下的转变。

第六章切口强度与切口冲击韧性

在《材料力学》，《机械设计》等课程里总有关于应力集中的问题，学完此章才有跟深刻的理解，甚至还学到了应变集中与局部应变的计算。而且通过对切口裂纹的分析，根据切口根部裂纹形成准则可以估算切口强度，评估切口敏感度。在实验课里做了切口冲击韧性测定实验，加深了对切口冲击韧性的意义及应用的理解和记忆。最后一节的低温脆性的学习也让我们从理论的高度理解这些常识性的问题。

第七章断裂韧性

本章扼要介绍裂纹应力分析，裂纹扩展的物理过程，断裂韧性的物理意义、测定及实用意义以及提高材料的断裂韧性途径等。而本章的重点不过就是5个应力强度因子，他们反映了裂纹尖端区域应力场的强度。

第八章金属的疲劳

关于金属的疲劳在《机械设计》中已经学过，并且应用到机械的设计中，只是在这里介绍得更详细并加了一些新内容罢了。如疲劳失效过程和机制的阐述，还有老师强调的塑性材料疲劳断口的形貌特点的描述；增加了冲击疲劳以及延寿技术等新内容。

第九章材料在高温下的力学性能

本章主要学习高温蠕变现象，蠕变抗力和持久强度，蠕变损伤和断裂机制，应力松弛、高温疲劳以及疲劳和蠕变的交互作用等；同时，还讨论改善高温力学性能的途径，而本章的科学前沿就是高温合金。

第十章环境介质作用下金属的力学性能

本章学习了材料的应力腐蚀断裂，氢脆和腐蚀疲劳的特征、评定指标及破坏机理，介绍提高材料环境敏感断裂抗力的途径以及防止环境敏感断裂的措施。

第十一章金属的磨损与接触疲劳

关于金属磨损和接触疲劳，在《机械设计》中特别是齿轮失效中已略有介绍，而在这里更加深入地学习研究磨损和接触疲劳的机制及影响因素，以便提高零件的耐磨性，延长使用寿命。

剩下的几章教学提纲没有要求，老师也没有讲，但我认为作为材料类的学生有必要看一下，虽然有些理论没有完全弄懂，但一些重要概念还是要知道的，而且复合材料，高分子材料，陶瓷材料都是很有发展前途的材料，也有助于了解比较先进的科学。