材料力学性能范文

材料力学性能范文材料力学性能范文 1 材料的断裂方式分类方法名称特征根据断裂前塑性变形大小分类 脆性断裂断裂前无明显塑性变形 断口形貌是光亮的结晶状韧性断 裂断裂前有明显的塑像变形 断口形貌是暗灰色纤维状根据断裂面 的取向分类正断断裂的宏观表面垂直与 max方向切断断裂的宏观表 面平行于 max方向根据裂纹扩展的途径分类穿晶断裂裂纹穿过晶粒 内部沿晶断裂裂纹沿晶界扩展根据断裂机理分类解理断裂无明显塑 性变形 沿解理面分离 穿晶断裂微孔聚集型断裂沿境界微孔聚集 沿晶断裂在晶内微孔聚合 穿晶断裂纯剪切断裂沿滑移面分离剪 切断裂 单晶体 通过缩颈导致最终断裂 多晶体 高纯金属 2 材料力学性能指标一 弹性指标1 正弹性模量2 切变弹性模量3 比例 极限4 弹性极限二 强度性能指标1 强度极限2 抗拉强度3 抗弯强度 4 抗压强度5 抗剪强度6 抗扭强度7 屈服极限 或者称屈服点 8 屈服强度9 持久强度10 蠕变强度三 硬度性能指标1 洛氏硬度2 维 氏硬度3 布氏硬度四 塑性指标1 伸长率 延伸率 2 断面收缩率五 韧性指标1 冲击韧性2 冲击吸收功3 小能量多次冲击力六 疲劳性 能指标1 疲劳极限 或者称疲劳强度 七 断裂韧度性能指标1 平面 应变断裂韧度2 条件断裂韧度3 材料硬度测试方法1布氏硬度实验2 洛氏硬度实验3 维氏硬度实验4 裂纹扩展的形式1 张开型裂纹扩展2 滑开型裂纹扩展3 撕开型裂纹扩展5蠕变的含义和过程蠕变金属在 长时间的恒温 恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象 蠕变的三个过程1减速蠕变阶段 过渡蠕变阶段 2 恒速蠕变阶段 稳态蠕变阶段 3 加速蠕变阶段6 磨损的类型 按磨损机理 1 粘着 磨损2 磨粒磨损3 冲蚀磨损4 腐蚀磨损5 微动磨损7 材料的刚度机 械零件和构件抵抗变形的能力 疲劳金属机件或构件在变动盈利和应变长期作用下由于积累损伤而 引起的断裂现象称为疲劳疲劳极限在疲劳试验中 应力交变循环大 至无限次而试样仍不破损时的最大应力叫疲劳极限 磨损机件表面相接触并作相对运动时表面逐渐有微小颗粒分离出来 并形成磨屑 松散的尺寸和形状均不相同的碎屑 使表面材料逐 渐流失 导致机件尺寸变化和质量损失 造成表面损伤的现象称 为磨损 加工硬化金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高 而塑性和韧性降低的现象 高温条件下材料的 蠕变极限与常温下的屈服强度相似 是金属 材料高温长时载荷作用下的塑性变形抗力指标 简答1 低温脆性及其本质特征 体心立方晶体金属及其合金或某些 密排六方晶体金属及其合金 特别是工程中常用的中低强度结构钢 铁素体 珠光体钢 在实验温度低于某一温度tk时 会由韧性变为脆性状 态 冲击吸收功明显下降 断裂机理由微孔聚集型变为穿晶解理型 断口特征由纤维状变为结晶状 这就是低温脆断 本质特征低温脆性是材料屈服强度随温度降低急剧增加 对体心立 方金属 是派纳力起主要作用所致 的结果 屈服点 s的变化即随温度下降而升高 但材料的解理断裂强度 c 却随温度变化很小 因为热激活对裂纹扩展的力学条件没有显著作 用 于是两条曲线相交于一点 交点对应的温度即为tk 高于tk时 c s 材料受载后先屈服再断裂 为韧性断裂 低于t k时 外加应力先达到 c 材料表现为脆性断裂 从微观机制来看低温脆性与位错在晶体点阵中运动的阻力有关 当 温度降低时 位错运动阻力增大 原子热激活能力下降 因此材料 屈服强度增加2 金属材料高温条件力学性能下受哪些因素影响 金 属高温力学性能指标蠕变极限和持久强度影响蠕变极限和持久强度 的主要因素由蠕变变形和断裂机理可知 要降低蠕变速率提高蠕变 极限 必须控制位错攀移的速率 要提高断裂抗力 即提高持久强 度 必须抑制晶界的滑动和空位扩散 也就是说要控制晶内和晶界 的扩散过程 这种扩散过程主要取决于合金的化学成分 但又与冶炼工艺 热处 理工艺等因素密切相关 一 合金化学成分的影响耐热钢及合金的基体材料一般选用熔点高 自扩散激活能大或层错能低的金属及合金 在一定的温度下 熔点越高的金属自扩散激活能越大 因而自扩散 越慢 如果熔点相同但晶体结构不同 则自扩散激活能越大的 自 扩散越慢 堆垛层错能越低的越容易产生扩展位错 使位错难以产 生割阶 交滑移及攀移 这都有利于减低蠕变速率 二 冶炼工艺的影响由于高温合金对杂质元素和气体含量要求更加 严格 所以要求更高的冶炼工艺 以降低合金中的夹杂物和某些冶 金缺陷 三 热处理工艺的影响珠光体耐热钢一般采用正火加高温回火工艺 采用较高的正火温度 以促使碳化物较充分而均匀的溶于奥氏体中 回火温度应高于使用温度100 150 以上 以提高其在使用温度下的 组织稳定性 奥氏体耐热钢或合金一般进行固溶强化处理和时效处理 使之得到 适当的晶粒度 并改善强化相的分布状态 采用形变热处理改变晶界形状 并在晶内形成多边化的亚晶界 可 使合金进一步强化 四 晶粒度的影响晶粒大小对金属材料高温性能的影响很大 当使用温度低于等强温度时 细晶粒钢有较高的强度 当使用温度 高于等强温度时 粗晶粒钢及合金有较高的蠕变抗力与持久强度 但是晶粒太大会使持久塑性和冲击韧性降低 因此 热处理时应考虑采用适当的加热温度 以满足晶粒度的要求 3 如何减小金属材料的磨损 改善粘着磨损1 首先要注意摩擦副配 对材料的选择 应该选择粘着倾向比较小的配对材料 2 采用表面化学人处理改变材料表面状态 可有效减轻粘着磨损 3 控制摩擦滑动速度和接触压应力 可使粘着磨损大为减轻 改善磨粒磨损1 增加材料硬度2 根据机件服役条件 合理选择耐磨 材料 3 采用渗碳 渗氮共渗等化学热处理 提高表面硬度 改善冲蚀磨损1 设法减小入射粒子和介质的速度 因为速度是引起 冲蚀磨损的重要参数 2改善冲击角以减轻冲蚀磨损 塑性材料尽量避免在20 30 之间 服役 脆性材料则盈利求不受粒子垂直入射 3 合理利用粒子浓度和粒度减轻冲蚀磨损 4 合理设计机件形状5 保持良好的设计条件时 应尽可能选用冲蚀 磨损抗力较高的材料及表面处理方法 改善微动磨损1 加强紧配 保证足够的过盈量 避免产生微小震动 2 可以用化学热处理方法 提高摩擦副表面抗粘着能力 以减轻微 动磨损3 钢机件经表面渗硫或硫氮共渗处理 科显著提高抗微动磨 损能力 4 摩擦副间加绝缘层或充填聚四氟乙烯 即可以防止微凸起接触 又阻止氧参与磨损过程 可以大大减轻微 动磨损 4 金属材料断裂韧度的影响因素 内在因素 一 材料成分 组织 对KIC的影响1 化学成分的影响 金属材料a 细化晶粒的合金元素 因提高强度和塑性 可使断裂韧度提高 b 强烈固溶强化的合金元 素因大大降低塑性而使断裂韧度降低 并且随合金元素的浓度的提 高 降低的作用更加明显 c形成金属间化合物并呈第二相析出的合 金元素因降低塑性有利于裂纹扩展而使断裂韧度降低 2 基体相结构和晶粒尺寸的影响一般而言 基体相晶体结构易于发 生塑性变形 产生韧性断裂 材料的断裂韧度就高 细化晶粒既可以提高强度 又可以提高塑性 那么断裂韧度也可以 得到提高 3 杂质及第二相的影响对于金属材料 非金属夹杂物的第二相的存 在对断裂韧度的影响可以归纳为A 非金属夹杂物往往使断裂韧度降 低 提高材料洁净度 可使KIC提高B 脆性第二相随着体积分数的增 加 使得断裂韧度降低 C 钢中某些微量杂质元素容易偏聚于奥氏 体境界 降低晶间结合力使KIC降低4 显微组织的影响相同强度条件 下 断裂韧度的大小 在低碳钢中 回火马氏体 贝氏体 在 高碳钢中 上贝氏体 回火马氏体 下贝氏体外界条件1 温度对于 大多数材料 温度的降低通常会降低断裂韧度 2 应变速率对断裂韧度的影响类似于温度 增加应变速率相当于降低温度 也可使KIC下降 计算题应力场强度因子 裂纹前端是否发生扩展 扩展时塑性区宽 度R0计算 判断是否发生断裂例题 有一大型板件 材料的 0 2 120 0MPa KIC 115MPa m1 2 探伤发现有20mm长的横向穿透裂纹 若在平 均轴向拉应力900MPa下工作 试计算KI及塑性区宽度R0 并判断该件 是否安全 解由题意知穿透裂纹受到的应力为 900MPa根据 0 2的值 确定裂纹断裂韧度KIC是否休要修正因为 0 2 900 1200 0 75 0 7 所以裂纹断裂韧度KIC需要修正对于无限板的中心穿透 裂纹 修正后的KI为塑性区宽度为 0 004417937 m 2 21 mm 比较K 1与KIc因为K1 168 13 MPa m1 2 KIc 115 MPa m1 2 所以K1 KI c 裂纹会失稳扩展 所以该件不安全17 有一轴件平行轴向工作应力 150MPa 使用中发现横向疲劳脆性正断 断口分析表明有 MPa m1 2 25mm深度的表面半椭圆疲劳区 根据裂纹a c可以确定 1 测 试材料的 0 2 720MPa 试估算材料的断裂韧度