材料力学性能》复习资料

1、材料力学性能复习资料第一章1塑性-材料在外力作用下发生不可逆的永久变形的能力2穿晶断裂和沿晶断裂-穿晶断裂，裂纹穿过晶界。沿晶断裂，裂纹沿晶扩展。3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。4E-应变为一个单位时，E即等于弹性应力，即E是产生100弹性变形所需的应力5s-屈服强度，一般将0.2定为屈服强度6n应变硬化指数 Hollomon关系式：S=ken （真应力S与真应变e之间的关系）n应变硬化指数；k硬化系数应变硬化指数n反映了金属材料抵抗继续塑性变形的能力。分析：n=1，理想弹性体;n=0材料无硬化能力

2、。大多数金属材料的n值在0.10.5之间。710-长比例试样断后延伸率 L0=5d0 或 L0=10d0 L0标注长度 d0名义截面直径）8静力韧度：静拉伸时，单位体积材料断裂所吸收的功（是强度和塑性的综合指标）。J/m39脆性断裂（1）断裂特点 断裂前基本不发生塑性变形，无明显前兆； 断口与正应力垂直。（2）断口特征 平齐光亮，常呈放射状或结晶状； 人字纹花样的放射方向与裂纹扩展方向平行。通常，脆断前也产生微量的塑性变形，一般规定10 (断后伸长率)30怎样区分韧性断裂和脆性断裂-一般规定2），几乎所有的材料都能产生塑变。6HRC-钢k=0.26锥头又分成=120o的金刚石圆锥主要应用于淬火

3、钢 高硬度铸件 珠光体可锻铸铁7缺口强化在存在缺口的条件下由于出现了三向应力状态，并产生应力集中，试样的屈服应力比单向拉伸时高，产生了所谓的缺口强化现象。8缺口敏感度-通常用缺口敏感度NSR(Notch Sensitivity Ratio) 衡量静拉伸下缺口敏感度指标： NSR=bn/b bn为缺口试样的抗拉强度，b为等截面光滑试样的抗拉强度。NSR越大，表示缺口敏感度越小.脆性材料(如铸铁、高碳钢），NSR2为应力状态软14硬度 表征材料软硬程度的一种性能15脆性金属材料压缩试验特点 ？除能产生一定的塑性变形外，常沿与轴线呈45方向产生断裂，具有切断特征。第三章1.50%FATT-断口结晶区

4、占整个断口面积50时的温度。2AKV (CVN)- V形缺口摆锤冲击试验冲击吸收功3韧脆转变温度-当试验温度低于某一温度从时，材料由韧性状态变为脆性状态，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，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。转变温度从称为韧脆转变温度，也称为冷脆转变温度。4冲击吸收功试样变形和断裂所吸收的功。5低温脆性6AKU-U形缺口摆锤冲击试验冲击吸收功7冲击弯曲试验的工程用途及影响韧脆转变温度的冶金因素作用（1）揭示冶金缺陷的影响；（2）对s大致相同的材料，评定缺口敏感性。（3）评定低温脆性倾向。影响韧脆转变温度的冶金因素间隙溶质元素溶人铁素体基体中，偏聚于位

5、错线附近，阻碍位错运动，致升高，钢的韧脆转变温度提高(图3-10)。8冲击韧度-材料在冲击载荷作用下，吸收塑性变形功和断裂功的大小。 单位，J；或kgf/cm29落锤试验的特点 ？落锤实验的缺点是对脆性断裂不能给予定量评定。因为试验使用动载荷，其结果能否用于静载荷尚需研究。此外，板厚的影响也未考虑。10按断口形貌定义韧脆转变温度tk的方法 无塑性转变温度NDT（Nil Ductility Temperature）：断口由100结晶区（解理区）组成时对应的温度。 50FATT（Fracture Appearance Temperature）：断口结晶区占整个断口面积50时的温度。11低温脆性现象

6、与晶格的关系f.c.c不存在低温脆性（如Cu、Al、奥氏体不锈钢）。b.c.c金属及其合金存在低温脆性（如Fe、Mo、W等）。第四章1低应力脆性断裂金属材料在屈服应力以下，应力较低的情况下发生的断裂。2断裂K判据应用实例p843C断裂韧度 c越大，说明裂纹尖端区域的塑性储备越大。4KC和KC当KI达到临界值，即在裂纹尖端足够大的范围内应力达到了材料的断裂强度，裂纹便失稳扩展，材料断裂。这个临界或失稳状态的KI记为KIC或KC，称为断裂韧度。 KC 平面应力断裂韧度 KIC 平面应变，I类裂纹时断裂韧度意义： KIC表示材料在平面应变条件下抵抗裂纹失稳扩展的能力。5断裂K判据应用p92-176张

7、开型（I型）裂纹拉应力垂直作用于裂纹扩展面，裂纹沿作用力方向张开，沿裂纹面扩展。7KIc、GIc与KI、GIKI表示应力场的强弱程度，故称为应力场强度因子，KI越大，则应力场各应力分量也越大。GI表示裂纹扩展单位面积时系统释放势能的数值称为裂纹扩展能量释放率，简称为能量释放率或能量率。GI的临界值记为GIC，表示材料阻止裂纹失稳扩展时单位面积所消耗的能量。8影响断裂韧度KIc的因素1、材料因素（内在因素）化学成分对KIC的影响和对AKv的影响相似细晶， 和(塑性)，KIC ；当合金元素 ，固溶强化时，因 ，KIC ；形成金属间化合物并呈析出的合金元素，因 ，KIC 基体相结构和晶粒大小 面心立

8、方（因为塑变抗力低、塑变能力强）比体心立方的KIC高； 一般，晶粒越细，n和s就越高，KIC夹杂、第二相若本身脆裂或在相界面开裂而形成微孔， KIC ；当夹杂物体积分数增多，使得分散的脆性相数量越多，其平均间距越小，促进裂纹的扩展， KIC .第二相或夹杂物呈球状分布时，有利于减缓应力集中，KIC；当碳化物沿晶界呈网状分布（包括夹杂物沿晶界分布），裂纹易沿此扩展， KIC 。显微组织 板条M体（位错型），因强度和塑性较高，对裂纹扩展的阻力大，常呈韧性断裂，则KIC较高；针状M硬而脆，KIC很低；回火S体的KIC较高，回火T体次之、回火M的KIC较低。亚共析钢中，无碳B常因为热加工工艺问题而形成

9、魏氏体组织（F从晶界沿针状向晶内分布），使KIC下降；上B因在F片层间分布有断续碳化物， KIC较低；下B因在过饱和F中分布着弥散细小的碳化物，对裂纹扩展的阻力大，与板条M相近， KIC较高。残余A是一种韧性的第二相，对提高KIC有利，例如高锰钢；低碳M除了因为位错型结构外，M板条间的AR薄膜也起了很大作用。2、（外因）环境因素 温度结构钢的KIC都随toC而应变速率，增加应变速率 相当于温度降低的作用。9裂纹扩展基本形式及特点张开型（I型）裂纹扩展 （拉应力垂直作用于裂纹扩展面，裂纹沿作用力方向张开，沿裂纹面扩展）滑开型（II型）裂纹扩展 （切应力平行作用于裂纹面，而且与裂纹线垂直，裂纹沿裂

10、纹面平行划开扩展）撕开型（III型）裂纹扩展（切应力平行作用于裂纹面，而且与裂纹线平行，裂纹沿裂纹面撕开扩展）10应力松弛对裂纹尖端附近塑性区尺寸的影响第五章1疲劳-材料在交变应力的作用下，经过一段时间，而发生断裂的现象，叫疲劳。21-疲劳极限3疲劳断裂的特点-（1）疲劳是低应力循环延时断裂，即具有寿命的断裂（2）疲劳是脆性断裂（3）疲劳对缺陷（缺口、裂纹及组织缺陷）十分敏感4疲劳宏观断口的特征及表面状态表面强化对疲劳强度的影响。在断口上，疲劳源一般在机件表面，常与缺口、裂纹、刀痕、蚀坑等缺陷相连，由于应力不集中会引发疲劳裂纹。从断口形貌看，疲劳源区的光亮度最大疲劳区 断口比较光滑并分布有贝纹

11、线（或海滩花样）。瞬断区 断口比疲劳区粗糙，同静载的裂纹件的断口一样，随材料的性质而变5热疲劳-机件在由温度循环变化时产生的循环热应力及热应变作用下发生的疲劳，称为热疲劳。6Kth-疲劳裂纹扩展门槛值，疲劳裂纹不扩展的K临界值。7低周疲劳-低周疲劳（ Nf=（104-105）周次，s,往往有塑性应变 ）。8疲劳现象及疲劳现象的特点机件在变动应力和应变长期作用下，由于累积损伤而引起的断裂现象。特点（1）疲劳是低应力循环延时断裂，即具有寿命的断裂（2）疲劳是脆性断裂（3）疲劳对缺陷（缺口、裂纹及组织缺陷）十分敏感9材料的过载损伤区如果金属在高于疲劳极限的应力水平下运转一定周次后，其疲劳极限和疲劳寿

12、命减小，这就造成了过载损伤。金属材料抵抗疲劳过载损伤的能力，用过载损伤界或过载损伤区表示。10按照断裂寿命和应力高低不同疲劳分类-高周疲劳、低周疲劳11驻留滑移带-用电解抛光方法很难将已产生的表面循环滑移带去除，即使能去除，当对试样重新循环加载时，则循环滑移带又在原处出现，这种永留或再现的循环滑移带称为驻留滑移带。12低周疲劳的特点低周疲劳时，因局部区域产生宏观塑性变形，故循环应力与应变之间不再呈直线关系，形成滞后回线。低周疲劳试验时，或者控制总应变范围，或者控制塑性应变范围，在给定的t或p下测定疲劳寿命。低周疲劳破坏有几个裂纹源，这是由于应力比较大，裂纹容易形核，其形核期较短，只占总寿命的1

13、0%。低周疲劳寿命决定于塑性应变幅，而高周疲劳寿命则决定于应力幅或应力场强度因子范围，但两者都是循环塑性变形累计损伤的结果。13对称交变应力m=0，r=-114疲劳断口典型的微观特征 ？疲劳裂纹萌生阶段产生疲劳滑移带第二阶段的断口特征是具有略呈弯曲并相互平行的沟槽花样，成为疲劳条带。疲劳条带是疲劳断口最典型的微观特征。第六章1应力腐蚀断裂-金属在拉应力和特定的介质共同作用下，经过一段时间后，所产生的低应力脆断现象。2应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt与KI关系曲线特点3氢脆断裂-由于氢和应力的共同作用，而导致金属材料产生脆性断裂的现象，称为氢脆断裂4氢致裂纹的扩展方式与应力腐蚀裂纹扩展方式孕育，亚

14、稳扩展，失稳扩展。5应力腐蚀现象金属在拉应力和特定的介质共同作用下，经过一段时间后，所产生的低应力脆断现象。第七章1磨损-机件表面相接触并作相对运动、表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使表面材料逐渐损失，导致机件尺寸变化和质量损失，造成表面损伤的现象。2相对耐磨性相对耐磨性=标准试样的磨损量/被测试样的磨损量3等强温度4磨损三阶段跑合阶段(磨合阶段)稳定磨损阶段剧烈磨损阶段5金属磨损形式一、粘着磨损二、磨粒磨损三、腐蚀磨损第八章1蠕变现象和应力松弛材料在长时间、恒温、恒载作用下缓慢地产生塑性变形的现象。这种在温度及初始应力一定时，材料中的应力随时间增加而减小的现象称为应力松弛。2 蠕变极限

15、(1) 在规定温度（t）下，使试样在规定时间内产生的稳态蠕变速率不超过规定值时的最大应力。如6001*10-5表示材料在600摄氏度下，稳态蠕变变形为1*10-5%/h的蠕变极限为60MPa。(2) 在规定温度与试验时间内，使试样产生的蠕变总伸长率不超过规定值的最大应力。如5001/100000表示材料在500摄氏度下，100000h后总伸长率为1%的蠕变极限为100MPa。3金属蠕变曲线的特点按蠕变速率的变化，曲线可以分为三个阶段：第一阶段：ab 减速蠕变阶段，又称过渡蠕变阶段（开始时蠕变速率很大，以后逐渐减小）第二阶段：bc 恒速蠕变阶段，又称稳态蠕变阶段（蠕变速率几乎保持不变）第三阶段：

16、cd 加速蠕变阶段（随时间延长，蠕变速率不断增大）4晶粒大小对金属高温力学性能的影响使用温度低于等强温度时，细晶粒钢有较高的强度，使用温度高于等强温度时，粗晶粒钢有较高的蠕变极限和持久强度极限，但晶粒太大会降低高温下的塑性与韧性。 晶粒度不均匀，会显著降低其高温性能，这是由于在大小晶粒交界处易产生应力集中形成裂纹。5持久强度极限的表示方法-高温长时载荷作用下的断裂强度，金属材料的持久强度极限，是在规定的持续时间内不发生断裂的最大应力。6持久强度材料在高温长时载荷作用下的断裂强度；即在规定温度下，达到规定的持续时间而不发生断裂的最大应力。7约比温度-温度的“高”或“低”是相对该金属的熔点来讲的，

17、一般采用“约比温度（T/Tm）（试验温度/金属熔点）”更为合理。0.5时为“高”温；反之为“低”温。8蠕变变形的机理金属的蠕变变形主要通过位错滑移、原子扩散等机理进行，与温度及应力的变化有关。（一）位错滑移蠕变（二）扩散蠕变第九章1.银纹在拉应力作用下，非晶态聚合物的某些薄弱地区，因应力集中产生局部塑性变形，结果在其表面和内部会出现闪亮的、细长形的“类裂纹”，称为银纹。2线形非晶态聚合物的力学行为3.玻璃态温度在tg以下，聚合物分子链或链段不能运动，份子被冻结，聚合物处于无定形的一种状态。4.聚合物的主要物理力学性能特点密度小 聚合物是密度最小的工程材料高弹性弹性模量小粘弹性明显5.结晶聚合物的力学行为第十章1.热震损伤在热冲击循环作用下，材料先出现开裂，随之裂纹扩展，导致材料强度降低，最终整体破坏。2.工程陶瓷的力学性能特点耐高温、硬度高、弹性模量高、耐磨、耐蚀、抗蠕变性能好。3.陶瓷材料的增韧。改善组织