第三章材料的力学性能PPT讲稿.ppt
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1、第三章材料的力学性能第1页,共61页,编辑于2022年,星期二内内 容容金属在单向静拉伸载荷下的力学性能金属在单向静拉伸载荷下的力学性能力学实验力学实验 蠕变蠕变 疲劳疲劳 磨损磨损第2页,共61页,编辑于2022年,星期二金属在单向静拉伸载荷下的力学性能n力-伸长曲线和应力应变曲线Op直线关系与pe偏离直线关系,即弹性形变阶段(可逆形变);F到达FA至Fc点时,产生不均匀塑性变形(不可逆的永久变形);CB均匀塑性变形;Bk再次不均匀塑性变形;K点发生断裂纵横坐标分别除以原始截面积A0和原始标距长度L,即可得应力应变曲线COc第3页,共61页,编辑于2022年,星期二真实应力应变曲线真实应力应
2、变曲线与工程应力应变曲线不同,为什么?第4页,共61页,编辑于2022年,星期二弹性变形弹性变形及其实质弹性变形及其实质n材料在受到外力作用时产生变形或者尺寸的变化,而且能够恢复的变形叫做弹性变形。n弹性变形的重要特征是其可逆性,即受力作用后产生变形,卸除载荷后,变形消失。n金属的弹性性质是金属原子间结合力抵抗外力的宏观表现。第5页,共61页,编辑于2022年,星期二弹性变形弹性模量弹性模量n 弹性模量,又称杨氏模量,弹性模数是产生弹性模数是产生100%弹性变形所弹性变形所需的应力。需的应力。n拉伸时拉伸时=E,剪切时,剪切时=G,E和和G分别为拉伸时的杨氏模数和切分别为拉伸时的杨氏模数和切变
3、模数。变模数。n可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标。n材料的抗弹性变形的一个量,材料刚度的一个指标。它只与材料的化学成分有关,与其组织变化无关,与热处理状态无关。各种钢的弹性模量差别很小,金属合金化对其弹性模量影响也很小。第6页,共61页,编辑于2022年,星期二弹性变形比例极限与弹性极限比例极限与弹性极限第7页,共61页,编辑于2022年,星期二弹性变形比例极限与弹性极限比例极限与弹性极限第8页,共61页,编辑于2022年,星期二对于要求服役时其应力应变关系对于要求服役时其应力应变关系严格遵守线性关系严格遵守线性关系的机件,如的机件,如测力计弹簧,是依靠弹性变形的应力正比于应变的关系显
4、示载荷测力计弹簧,是依靠弹性变形的应力正比于应变的关系显示载荷大小的,则应以大小的,则应以比例极限比例极限作为选择材料的依据;对于服役条件作为选择材料的依据;对于服役条件不允许产生微量塑性变形不允许产生微量塑性变形的机件,设计时应按的机件,设计时应按弹性极限弹性极限来选择来选择材料。材料。p、e的工程意义第9页,共61页,编辑于2022年,星期二弹性变形弹性比功弹性比功思考:人们日常所说的材料弹性的好坏指的是什么?思考:人们日常所说的材料弹性的好坏指的是什么?第10页,共61页,编辑于2022年,星期二(1)提高)提高e提高材料弹性比功的途径(2)降低)降低E举例举例(高弹性比功材料)(高弹性
5、比功材料)弹簧(金属材料)弹簧(金属材料)减振、储能减振、储能橡胶(高分子材料)橡胶(高分子材料)不能做受力结构件不能做受力结构件第11页,共61页,编辑于2022年,星期二塑性变形塑性变形方式及特点塑性变形方式及特点金属材料常见的塑性变形机理为金属材料常见的塑性变形机理为晶体的滑移晶体的滑移和和孪生孪生两种。两种。塑性变形塑性变形:材料的塑性变形上微观结构的相邻部分产生永:材料的塑性变形上微观结构的相邻部分产生永久性位移,并不引起材料破裂的现象。久性位移,并不引起材料破裂的现象。金属材料的塑性变形机理金属材料的塑性变形机理第12页,共61页,编辑于2022年,星期二塑性变形塑性变形-滑移滑移
6、定义:滑移面:原子最密排面;滑移向:原子最密排方向。滑移系:滑移面和滑移向的组合。滑移系越多,材料的塑性越好。晶体结构的影响较大:fccbcchcp滑移的临界分切应力 =(P/A)coscos 外应力与滑移面法线的夹角;外应力与滑移向的夹角;=coscos 称为取向因子。第13页,共61页,编辑于2022年,星期二塑性变形塑性变形-滑移模型滑移滑移是金属晶体在是金属晶体在切应力切应力作用下,沿滑移面和滑移方向进行的切变作用下,沿滑移面和滑移方向进行的切变过程。过程。第14页,共61页,编辑于2022年,星期二塑性变形塑性变形-孪生模型孪生本身提供的变形量很小孪生本身提供的变形量很小,但可以但可
7、以调整滑移面的方向调整滑移面的方向,使新的滑移使新的滑移系开动系开动,因而可以对塑性变形产生影响。因而可以对塑性变形产生影响。第15页,共61页,编辑于2022年,星期二单晶金属第16页,共61页,编辑于2022年,星期二塑性变形的特点 (1)各晶粒变形的不同时性和不均匀性 各晶粒的取向不同 即 coscos不同。对于具体材料,还存在 相和第二相的种类、数量、尺寸、形态、分布的影响。(2)变形的相互协调性 多晶体作为一个整体,不允许晶粒仅在一个滑移系中变形,否则将造成晶界开裂。五个独立的滑移系开动,才能确保产生任何方向不受约束的塑性变形。第17页,共61页,编辑于2022年,星期二屈服现象第1
8、8页,共61页,编辑于2022年,星期二屈服机理第19页,共61页,编辑于2022年,星期二第20页,共61页,编辑于2022年,星期二第21页,共61页,编辑于2022年,星期二影响金属材料屈服强度的因素(1 1)晶体结构:金属材料的屈服过程主要是位错的运动。)晶体结构:金属材料的屈服过程主要是位错的运动。(2 2)晶界与亚结构:晶界是位错运动的重要障碍,晶界越多,对)晶界与亚结构:晶界是位错运动的重要障碍,晶界越多,对材料屈服强度的提高贡献越大。材料屈服强度的提高贡献越大。(晶粒细化)(晶粒细化)(3 3)溶质元素:晶格畸变应力场与位错应力场产生交互作用;溶质与)溶质元素:晶格畸变应力场与
9、位错应力场产生交互作用;溶质与溶剂之间的电学交互作用;化学交互作用;有序作用等都使位错运动受溶剂之间的电学交互作用;化学交互作用;有序作用等都使位错运动受阻,从而提高屈服强度,产生固溶增强化。阻,从而提高屈服强度,产生固溶增强化。第22页,共61页,编辑于2022年,星期二影响金属材料屈服强度的因素(4 4)第二相:其强化效果与质点的性质有关)第二相:其强化效果与质点的性质有关。(5 5)温度:一般情况下,温度升高金属材料的屈服强度下降。但是,)温度:一般情况下,温度升高金属材料的屈服强度下降。但是,晶体结构不同,其变化形式各异。晶体结构不同,其变化形式各异。(6 6)应变速率与应力状态:应变
10、速率对金属材料的屈服强度有明显)应变速率与应力状态:应变速率对金属材料的屈服强度有明显的影响。应变速率高,金属材料的屈服应力显著提高;应力状态对金属的影响。应变速率高,金属材料的屈服应力显著提高;应力状态对金属材料屈服强度的影响规律是:切应力分量越大,越有利于塑性变形,屈材料屈服强度的影响规律是:切应力分量越大,越有利于塑性变形,屈服强度就越低。服强度就越低。第23页,共61页,编辑于2022年,星期二应变硬化第24页,共61页,编辑于2022年,星期二应变硬化第25页,共61页,编辑于2022年,星期二应变硬化第26页,共61页,编辑于2022年,星期二应变硬化第27页,共61页,编辑于20
11、22年,星期二第28页,共61页,编辑于2022年,星期二抗拉强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度:拉伸实验时,试样拉断过程中最大实验力所对应的应力。:拉伸实验时,试样拉断过程中最大实验力所对应的应力。其值等于最大拉力其值等于最大拉力FbFb除以试样的原始横截面面积除以试样的原始横截面面积A A0 0,抗拉强度用,抗拉强度用b b表表示,即示,即 b b=F=Fb b/A/A0 0 抗拉强度是材料在承受拉伸载荷时的实际承载能力。抗拉强度是材料在承受拉伸载荷时的实际承载能力。高分子材料高分子材料和和陶瓷材料陶瓷材料的抗拉强度是的抗拉强度是产品设计的重要依据。产品设计的重要依据。第29页,共61页,编辑于
12、2022年,星期二塑性与塑性指标塑性与塑性指标(1)定义:塑性是指材料断裂前产生塑性变形的能力。)定义:塑性是指材料断裂前产生塑性变形的能力。(2)材料塑性的评价:在工程上一般以光滑圆柱试样的)材料塑性的评价:在工程上一般以光滑圆柱试样的拉伸伸长率拉伸伸长率和和断面收缩率断面收缩率作为塑性性能指标。常用的塑性性能指标有三种:作为塑性性能指标。常用的塑性性能指标有三种:第30页,共61页,编辑于2022年,星期二定义:固体材料在力的作用下分成若干部分的现象称为断裂。定义:固体材料在力的作用下分成若干部分的现象称为断裂。材料的断裂材料的断裂是力对材料作用的最终结果,它意味着材料的彻底失是力对材料作
13、用的最终结果,它意味着材料的彻底失效,因材料断裂而导致的机件失效与其他失效方式(如磨损、腐效,因材料断裂而导致的机件失效与其他失效方式(如磨损、腐蚀等)相比危害性更大,并且可能出现灾难性的后果。因此,研蚀等)相比危害性更大,并且可能出现灾难性的后果。因此,研究材料断裂的宏观与微观特征、断裂机理、断裂力学条件,以及究材料断裂的宏观与微观特征、断裂机理、断裂力学条件,以及影响材料断裂的各种因素不仅具有重要的科学意义,而且也有很影响材料断裂的各种因素不仅具有重要的科学意义,而且也有很大的实用价值。大的实用价值。金属的断裂金属的断裂第31页,共61页,编辑于2022年,星期二材料的断裂过程大都包括材料
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