材料力学行为-第一章-孙巧艳主讲

材料力学行为主讲 孙巧艳材料科学与工程学院2011.5月 7 月联系方式 ;材料力学行为 绪论研究内容：固体材料的 本构关系和破坏的物理基础 ，探讨 化学成分和微观结构与宏观力学性能 的关系，找出其内在规律，为预测和改进材料力学性能奠定科学基础。材料力学行为 : 材料的变形和断裂材料使用性能材料合成和加工工艺 材料固有 性能材料的成分 /组织结构材料的 使用性能 是我们关注的核心。力学性能 是关键课程内容 金属材料 的常规力学行为以及性能指标 金属材料的变形和断裂 金属材料的疲劳行为 金属材料在高速加载下的力学行为 金属材料在不同环境下的力学性能 陶瓷、高分子和复合材料 的力学行为课程内容学时安排绪论 1学时金属材料的常规力学行为和力学性能 5学时金属材料的变形与断裂 4 学时金属材料的疲劳力学行为 4 学时金属材料在高速加载下的力学行为 2 学时金属材料在不同环境下的力学行为 6 学时陶瓷材料的力学行为 4 学时高分子材料的力学行为 4 学时复合材料的力学行为 4 学时课程特点 以材料的 力学性能 为重点介绍内容 以 材料组织结构与性能的关系 为基础 以常用的 工程材料 为框架 中文教材 材料的力学行为（匡震邦 顾海澄 李中华 编著，高等教育出版社， 1998年出版） 英文文教材 Mechanical behavior of materials， Thomas H. Courtney.McGraw-Hill Companies,Inc.2000参 考 教 材第一章 金属材料常规力学性能室温、大气环境、静加载冲击加载下的力学性能屈服强度、抗拉强度、断裂强度、硬度冲击韧性塑性（延伸率和断面收缩率）第一节 加载方式和应力状态软性系数第二节 金属静拉伸力学行为 金属静拉伸变形过程模拟（ 动画 ）低碳钢载荷 -位移曲线 低碳钢工程应力 -工程应变曲线真应力 -真应变曲线 工程应力 -工程应变曲线没有应力降低阶段常见金属的应力应变曲线常用金属的弹性模量（单位： GPa）E: 杨氏模量G：剪切模量一般地，金属的熔点越高，弹性模量越大。p:比例极限e:弹性极限s:屈服强度 屈服现象吕德斯带屈服强度的确定1 有明显屈服平台的金属2 无明显屈服平台的金属0.2（ 4）抗拉强度 和真实断裂强度抗拉强度（强度极限）真实断裂强度(5) 金属的塑性指标塑性：指的是金属塑性变形能力。塑性指标：断后延伸率（ d)和断面收缩率 ()（ 6）弹性比功弹性比功：表征金属材料吸收变形功而不发生塑性变形的能力。ee阴影三角形的面积就是弹性表功弹性比功的应用：主要是减震和储能的弹性元件，比如弹簧、汽车板簧等 .3 金属的形变强化BC(1) 形变强化（加工硬化）金属开始塑性变形后随着应变的增加应力持续增加的现象。均匀变形阶段，应力应变的关系（ Hollomon关系）K:形变强化系数； n：应变硬化指数如何用拉伸应力应变曲线的数据获得 K、 n呢？Log（ ）Log()n直线的斜率即为 n纵坐标截距可求的强化系数 K金属 奥氏体不 锈钢黄 铜 铜 铝 碳 钢n 0.45-0.550.35-0.4 0.3-0.35 0.15-0.250.05-0.15常见金属的加工硬化指数n值的大小反映了金属的加工硬化能力。n的范围在 0-1之间。形变强化的实际意义？一种重要的强化金属的手段。金属零件安全服役的保证。金属产品压力加工便于实施。4 金属超塑性（ 1）超塑性金属在拉应力作用下产生大而无颈缩变形的现象。金属的伸长量： 100-1000%。超塑性超塑性发生的条件：晶粒尺寸比较小， 10mm以下变形温度高， 0.5-0.65Tm变形速率高， 10-2-10-4s-1m:应变速率敏感系数。室温下： m为 0.01-0.04m0.3,才可以发生超塑性。晶粒转动参与了塑性变形。应用：用于形状复杂不易加工的零件，在超塑性条件下用很少次数就可以精密成型。第三节 金属其它力学性能一 压缩试验1 试样形状与要求圆柱试样 , L0/d0=2.5-3d0 L0压缩试验注意两点1 尽量消除试样顶端与压头的摩擦力2 只有材料 L0/d0相同时，压缩性能才可以比较。2 压缩试验的应用主要用于脆性材料力学性能的测试。3 多向压缩 2多向不等压缩单相压缩21.510.5T8A紫铜适用于脆性更大的材料滚珠轴承和滚动体采用多向压缩试样拉伸和压缩力学性能比较 退火态的 Al、 Cu和低碳钢，压缩和拉伸的屈服强度相等； 对于高强度钢，压缩的屈服强度高于拉伸屈服强度。（ 强度差效应 ）2 扭转（ 1）扭转试样形状：圆柱状试样(2) 扭转试验的特点1）应力状态软性系数 0.8，可以测试脆性材料的塑性变形指标。2）圆柱试样扭转时无颈缩，塑性变形在试样长度上均匀分布。(3) 扭转试验的应用扭转试样的断口形貌1）扭转试验中正应力和切应力近似相等。常用金属材料的正断抗力大于切断抗力，扭转试验可以准确测试材料的切断抗力。2）扭转试验可以区分材料的断裂方式。3）扭转试验可以反映材料表面缺陷。切断断口正断断口组合断口扭转时应力状态（ 4）扭转试验测试的力学性能指标扭矩 T扭转角 弹性变形阶段扭转屈服强度扭转强度表面切应力表面切应变TbTs三 弯曲1 弯曲试验 断裂位置 断裂位置 不确定2 弯曲图和弯曲试验力学性能指标载荷P挠度f塑性材料中等塑性材料脆性材料试样形状：矩形试样或者圆柱试样加载方式：三点弯曲和四点弯曲三点弯曲 四点弯曲（ 3）弯曲试验的特点和应用1）弯曲试验中试样界面应力分布不均匀，表面应力最大。2）弯曲试验不存在静拉伸试验可能最在歪斜对结果的影响。2）可灵敏地反映材料表面缺陷。应用：用于铸铁材料性能和质量的测试和检测（采用三点弯曲）；用于鉴定渗碳层和表面淬火层等机械零件的质量和性能。抗弯强度T10V原热处理工艺 180C回火？问题花键崩齿杆部疲劳折断断面麻点剥落花键侧磨损弯曲