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 5 d s-屈服强度，一般将b 0.2定为屈服强度6n应变硬化指数 Hollo mon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=

2、1,理想弹性体；n=0材料无硬化能力。大多数金属材料的n值在0.10.5之间。7 S 10-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，一般规定屮<5%为脆性断裂；大于 5%时为韧性断裂。11 屈服 在金属塑性变形的开始阶段，外力不增加、甚至下降的情况下，变

3、形继续进行的现 象，称为屈服。12低碳钢在室温条件下单向拉伸应力应变曲线的特点 p1-213 解理断裂 以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂。 解理面一般是指低指数晶面或表面能量低的晶面。14 韧性是金属材料塑性变形和断裂全过程吸收能量的能力，它是强度和塑性的综合表现， 因而在特定条件下，能量、强度和塑性都可用来表示韧性。15弹性比功a e(弹性比能、应变比能)物理意义：吸收弹性变形功的能力。几何意义：应力-应变曲线上弹性阶段下的面积。a e = (1/2) d e* £ e16G裂纹扩展能量释放率GI为裂纹扩展单位长度时系统势能的变化率。17d b 实际材料在静拉伸下的最大承载

4、能力。18eB 最大真实应变量19 “ “3” 伸长率，断面收缩率20 影响金属材料屈服强度的因素-因 (1)金属本性及晶格类型(位错运动的阻力交互产生的阻力)( 2)溶质原子和点缺陷( 3)晶粒大小和亚结构( 4)第二相 (二)外因温度提高，位错运动容易，dSj。应变速率提高，d Sf。应力状态 切应力Tf,d sj。21 滞弹性在弹性围快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象。22 弹性模量的特点 表征金属材料对弹性变形的抗力，其值越大，则在相同应力下产生的弹性变形就越小。23 解理断裂的特点解理断裂包括三个阶段： 塑性变形形成裂纹； 裂纹在同一晶粒初期长大； 裂纹越过晶界向相

5、邻晶粒扩展。24 塑性变形的特点 -(1)各晶粒变形的不同时性和不均匀性( 2)变形的相互协调性25 低碳钢在室温条件下单向拉伸应力应变曲线的特点26 金属材料拉伸曲线四阶段 -弹性变形 屈服 塑性变形 断裂 （弹性变形、不均匀屈服变形、均匀屈服变形、断裂）27 金属材料常见的塑性变形方式 -滑移 孪生 形变带28 韧性断裂宏观断口特点 -断口呈纤维状，灰暗色。杯锥状。断口特征三要素：纤维区F、放射区R、剪切唇SF纤维区：裂纹快速扩展。撕裂时塑性变形量大，R放射线粗。S剪切唇：切断。29 S 5 S 10的区别-材料断裂前发生塑性变形的能力。（3、屮）比例试样：L0=5d0或L0=10d0 （

6、 L0标注长度、d0名义截面直径）由于大多数材料的集中塑性变形量大于均匀变形量5>3 10（断后伸长率）30怎样区分韧性断裂和脆性断裂 -一般规定Y <5%为脆性断裂；大于 5%时为韧性断裂。第二章1 a -应力状态系数a表示材料塑性变形的难易程度。a越大表示在该应力状态下切应力分量越大，材料就越易塑性变形。2HBW-布氏硬度（1）原理用一定直径 D 的钢球或硬质合金球为压头，施以一定的试验力，将其压入试样表 面，经规定保持时间后， 卸除试验力。试样表面留下压痕。力除以压痕球形表面积的商就是 布氏硬度。（2）种类 布氏硬度试验用压头直径 D（10， 5， 2.5， 2， 1mm）。

7、淬火钢球压头，HBS（适用450HB以下）；硬质合金压头， HBW （适用450HB650HB）。 （3）布氏硬度的优缺点 优点：能在较大围反映材料的平均性能。试验数据稳定，重复性好，应用广泛。缺点：属有损检测；不能连续检测。3 缺口效应 -由于缺口的存在，再静载荷作用下，缺口截面上的应力状态将发生变化，残生 所谓的“缺口效应”4 如何根据材料来选择何种硬度试验方法渗碳层的硬度分布（努氏硬度） 淬火钢（洛氏硬度 HRC） 灰铸铁（布氏硬度）鉴别钢中的隐晶马氏体与残留奥氏体（显微维氏硬度试验） 仪表小黄铜齿轮（洛氏硬度）龙门刨床导轨（肖氏硬度） 渗氮层（努氏硬度）高速钢刀具（洛氏硬度） 退火态低

8、碳钢（洛氏硬度 HRB） 硬质合金（洛氏硬度 HRA）5 压入法硬度值表征 -压入法硬度表征材料的塑性变形抗力及应变硬化能力。其应力状态软性系数最大（a >2）,几乎所有的材料都能产生塑变。6HRC-钢 k=0.26锥头又分成a =1200的金刚石圆锥主要应用于淬火钢 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=c bn/ d b <r bn

9、为缺口试样的抗拉强度，cb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），NSR<1, t这些材料对缺口很敏感。高强度材料的NSR般也小于1。塑性材料的NSR般大于1。9 扭转试验的特点 -（1）能检测在拉伸时呈脆性的材料的塑性性能。（2）长度方向，宏观上的塑性变形始终是均匀的。 （3）能敏感地反映材料表面的性能（4）断口的特征最明显10弯曲试验 弯曲试验的特点 弯曲试验常用于测定脆性材料的力学性能。分析： （1）正应力试样上表面为压应力，下表面为拉应力； （2）表面应力最大，中心线 区域为零；（3）加力点处的作用力最大； （4）对试样的要求比拉

10、伸时的宽松。如铸铁、工具钢、表面渗碳钢等，常采用作弯曲试验。11 缺口试样静拉伸试验分类 -缺口试样，有轴向拉伸和偏斜拉伸两种。12 布氏硬度、洛氏硬度与维氏硬度的试验原理布氏硬度 原理用一定直径 D 的钢球或硬质合金球为压头，施以一定的试验力，将其压入试 样表面，经规定保持时间后，卸除试验力。试样表面留下压痕。力除以压痕球形表面积的商 就是布氏硬度。洛氏硬度 原理 以压头留下的压痕深度来表示材料的硬度值。 压痕深度 h 越大，硬度值越低。规定： 不同的压头，k值不同；金刚石 k=0.2 ;钢k=0.26锥头又分成a =1200的金刚石圆锥（HRC HRA）或一定直径的淬火钢球 （HRB）o维

11、氏硬度 原理a =1360的金刚石正四棱锥体 与布氏硬度相同13应力状态软性系数aa >2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

12、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d 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

13、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 DuctilityTemperature ）：断口由 100结晶区（解理区）组成时对应的温度。50 FATT（ FractureAppearance Temperature ）：断口结晶区占整个断口面积 50时的温度。11 低温脆性现象与晶格的关系不存在低温脆性（如 Cu、Al、奥氏体不锈钢）。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 p843 S C断

14、裂韧度 S c越大，说明裂纹尖端区域的塑性储备越大。4KI C和 KC当KI达到临界值即在裂纹尖端足够大的围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 开型（ I 型）裂纹拉应力垂直作用于裂纹扩展面，裂纹沿作用力方向开，沿裂纹面扩 展。7Klc、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

15、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（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），f KIC ;当合金元素f固溶强化时，因J£, KIC形成金属间化合物并呈析出的合金元素，因Je, KIC J 基体相结构和晶粒大小面心立方（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c s就越高，f KIC 夹杂、第二相若本身脆裂或在相界面开裂而形成微孔，KIC J;当夹杂物体积分数增

16、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 J .第二相或夹杂物呈球状分布时，有利于减缓应力集中，fKIC;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 J。 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，贝U 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魏氏体组织（ F从晶界沿针状向晶分布）， 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

17、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 J而J 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

18、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。2 （T 1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

19、 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。6 Kth-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

20、或过载损伤区表示。1 0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，或者控制总应变围，或者控制塑性应变围，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 10%。 低周疲劳寿命决定

21、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（T 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。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

22、展方式 孕育，亚稳扩展，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，

23、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（1）在规定温度（t）下，使试样在规定时间产生的稳态蠕变速率不超过规定值 时的最大应力。如b 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，使试样产生的蠕变总伸长率不超过规定值的 最大应力。如b 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： 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