材料力学性能

材料力学性能第1页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能2课程简介专业基础核心课之一与《材料力学》的区别学时：54学时，学分：3学分参考书：郑修麟，《材料的力学性能》束德林，《金属力学性能》《金属力学性能》，黄明志，石德珂，金志浩第2页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能3绪论材料的力学性能在材料科学与工程中的地位；材料力学性能研究对象；材料力学性能的分类；力学性能与材料科学的发展。第3页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能4绪论材料的力学性能在材料科学与工程中的地位；成分性能工艺过程用途MechanicalPropertiesofMaterialsMechanicalBehaviorofMaterialsMechanicalPerformanceofMaterials组织结构第4页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能51)力学性能是工程结构或部件设计中最重要的数据来源。第5页，课件共140页，创作于2023年2月第6页，课件共140页，创作于2023年2月第7页，课件共140页，创作于2023年2月第8页，课件共140页，创作于2023年2月ServiceConditionsofTurbineBladesandVanesinaJetEngineTurbofanGP7000forAirbus380第9页，课件共140页，创作于2023年2月第10页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能112)力学性能通常是新材料能否由研制状态进入工程应用的基本考核指标。第11页，课件共140页，创作于2023年2月第12页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能133）失效分析中应用第13页，课件共140页，创作于2023年2月WhatReallySankTheTitanic?1912年4月15日，20世纪初最大最豪华的远洋客轮“泰坦尼克”号，4．6万吨载重量，长269米，16个密封舱，双重钢壳，牢固无比，号称“不沉之城”。载有2224名乘客和船员，首航沉没于冰海，除了登上救生艇的711人幸存外，共有1513人葬身冰海。第14页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能15绪论材料力学性能研究对象；力学性能研究主要包括：

1）建立适当的模型和给出定量的处理方法；

2）借助微观分析，探讨材料力学性能的实质，以便能动地改造和提高材料的力学性能。第15页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能16绪论材料力学性能研究对象；力学性能涉及的内容：

1）材料在各种服役条件下的失效机理；

2）各种力学性能指标的物理概念、实用意义以及它们之间可能的相互联系；

3）影响材料力学性能的因素以及提高力学性能的方向和途径；

4）各种力学性能测试方法。第16页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能17绪论材料力学性能研究对象；力学性能主要指材料的弹性、塑性和强度、断裂韧性等。

弹性－－材料在外力作用下保持固有形状和尺寸的能力。

塑性－－材料在外力作用下发生不可逆的永久变形的能力。

强度－－对塑性变形和断裂的抗力。第17页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能18绪论材料力学性能的分类；

1）按服役温度分－－低、室、高温；

2）按加载速度分－－静、动载；

3）按有无腐蚀环境分；

4）材料在不同的应力状态下有不同的响应。第18页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能19绪论

4）材料在不同的应力状态下有不同的响应。受载物体的任何一点的应力分为切应力τ和正应力σ。

α=τmax/σmax第19页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能20绪论力学性能与材料科学的发展。低碳钢－高强钢及高耐热材料。

随着航空航天海洋工程技术发展，要求材料具有高强度、高刚度、高韧度和低密度等更好的综合性能，而且还要经受各种极端环境的考验——>两种或两种以上材料的复合——>各向异性。第20页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能21第一章静拉伸下的力学性能第一节拉伸曲线和应力－应变曲线

1、拉伸试样

2、拉伸曲线和应力-应变曲线

3、真应力-真应变曲线第21页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能22圆形试样板状试样第22页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能23

第23页，课件共140页，创作于2023年2月拉伸试样拉伸试验机第24页，课件共140页，创作于2023年2月拉伸试样的颈缩现象第25页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能26第26页，课件共140页，创作于2023年2月bse第27页，课件共140页，创作于2023年2月1.弹性(elasticity):金属材料受外力作用时产生变形,当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。2.弹性变形(elasticdeformation):

随载荷撤除而消失的变形。3.弹性极限(elasticlimit):Fe

弹性极限载荷(N)σe

=(Mpa)

S0

试样原始横截面积(mm2)第28页，课件共140页，创作于2023年2月4.强度(strength):材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。种类:抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等。(2)屈服强度(yieldstrength):屈服点SFsσs

=(Mpa)

S0试样屈服时的载荷(N)试样原始横截面积(mm2)第29页，课件共140页，创作于2023年2月(3)条件屈服强度(塑性应变量为0.2%)(4)抗拉强度(tensilestrength):

试样在断裂前所能承受的最大应力。F0.2σ0.2=(Mpa)

S0试样原始横截面(mm2)试样产生0.2%残余塑性变形时的载荷(N)Fb

试样断裂前的最大载荷(N)σb=(Mpa)

S0试样原始横截面积(mm2)第30页，课件共140页，创作于2023年2月5.塑性(plasticity):是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。(1)断面收缩率(percentagereductioninarea):是指试样拉断处横截面积Sk

的收缩量与原始横截面积S0之比。

S0-Skψ=×100%S0第31页，课件共140页，创作于2023年2月(2)伸长率(延伸率)specificelongation:

是指试样拉断后的标距Lk的伸长量与原始标距L0之比。Lk–L0δ=×100%L0

δ<2~5%属脆性材科δ≈5~10%属韧性材料δ>10%属塑性材料第32页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能33纯弹性型玻璃、陶瓷、岩石、横向交联很好的聚合物及一些低温下的金属第33页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能34弹性－均匀塑性金属及合金、部分陶瓷及非晶态高聚物。第34页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能35弹性－不均匀塑性低温和高应变速率下的面心立方金属（孪生）。某些含碳原子的体心立方铁合金以及铝合金低溶质固溶体。第35页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能36弹性－不均匀塑性－均匀塑性型体心立方的铁基合金和若干有色金属。第36页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能37弹性－不均匀塑性－均匀性型结晶态高聚物和未经拉伸的线形非晶态高聚物。第37页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能38第二节弹性变形、虎克定律和弹性模量

1、弹性变形的虎克定律和双原子模型

2、常用弹性常数和弹性模量

3、刚度的概念及其应用第38页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能39a0ff吸引力－－金属正离子与公有电子间库仑引力作用的结果，这是一种长程力，在比原子间距大得多的距离处它仍然起作用并占优势。排斥力－－由同性电荷（离子，电子）间的库仑斥力以及相邻原子电子层互相重叠的泡里斥力所造成的，这是一种短程长，只有当原子距离接近时才起主导作用。第39页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能40双原子变形模型a0ff原子间距1231－引力，2－斥力，3－合力a00引力斥力第40页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能41双原子变形模型a0ff引力能斥力能原子间距第41页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能42常用弹性常数及弹性模量Hooke’sLaw:L-L0=常数·L0F/S0 σ＝EεE：正弹性模量，E＝σx/εx,抵抗正应变能力G：切弹性模量，G=τxy/γxy,抵抗切应变能力υ

：泊桑比，υ=-εy/εx,横向正应变与受力方向正应变比值k：体积弹性模量，在三向压缩下，压强p与体积变化率之间的线性比例关系第42页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能43

E=2G(1+υ)E=3k(1-2υ)因此，各向同性材料只有两个独立分量。弹性模量的意义是以零件的刚度体现出来第43页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能44提高刚度的方法：提高截面积和提高材料的弹性模量第44页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能45第三节滞弹性变形

1、滞弹性变形的现象

2、滞弹性变形的本质

3、滞弹性变形的应用第45页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能46第46页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能47环内面积相当于在交变载荷下不可逆的能量损失－－内耗（循环韧性）它标志着单向交变载荷下能以不可逆方式吸收能量，而又不破坏的能力，即靠自身消除机械振动的抗力，是一种很有用的力学性能指标。第47页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能48工程上不允许弹性后效－－仪表、精密仪表中的测力弹簧、乐器等；工程上希望弹性后效－－飞机螺旋浆、汽轮机叶片、机床床身等。第48页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能49影响弹性后效和循环韧性的因素：材料本质有关的晶体结构和组织不均匀性外部服役条件：温度、加工硬化和应力状态高聚物大分子链结构和热运动导致高聚物的粘弹性。第49页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能50第50页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能51第四节连续屈服材料的变形和抗力

1、非比例变形

2、规定非比例伸长应力

3、规定总伸长应力

4、规定残余伸长应力

5、几种应力的比较第51页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能521、非比例变形塑性――表示材料在断裂前发生的不可逆的变形量的多少。

韧性――表示材料在断裂前单位体积材料所吸收的变形和断裂能，即外力所做的功。

第52页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能53非比例伸长=滞弹性伸长+蠕变伸长+塑性伸长滞弹性伸长是可恢复的弹性部分，蠕变伸长是不可恢复的塑性部分，两者都是与时间相关的变形。塑性伸长是不可逆的塑性变形量，在低温和室温下，蠕变伸长和滞弹性伸长所占的比重较小。第53页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能54总伸长=总弹性伸长+总塑性伸长（两者都包括与时间有关的和与时间无关的部分）卸载后的残余伸长=塑性变形造成的永久伸长+滞弹性伸长第54页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能552、规定非比例伸长应力σP

规定非比例伸长应力（σP）是指试样标距部分的非比例伸长达到规定的原始标距百分比时的应力。例如，σP0.01、σP0.05、σP0.2表示规定非比例伸长率为0.01%、0.05%、0.2%。第55页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能56F≤10N/mm2/mm=10MPa/mm不小于5mm，

sp=Fp/S0第56页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能57第57页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能583、规定总伸长应力σtσt=标距部分总伸长（弹性伸长+塑性伸长）达到规定的原始标距百分比的应力。如σt0.5、σt0.6、σt0.7表示规定总伸长率为0.5%、0.6%、0.7%。第58页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能59F≤10N/mm2/mm=10MPa/mmn不小于50倍

st=Ft/S0第59页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能604、规定残余伸长应力σrσr指试样卸除拉伸后，标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力。如σr0.2。第60页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能61sr=Fr/S0第61页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能625、几种应力的比较σP是加载时测定的；σr是卸载时测定的，两者大小有区别。σr测试方法比较复杂，一般选用σP或σt。σ0.2为条件屈服强度，看成是不要求区别测试方法或σP与σr视为等同时的一种标记。它们都是材料的初始塑性变形即屈服抗力σS的具体表征值，无本质区别。一些特殊的高压容器为保持严格的气密性，其紧固螺栓要求不能有微残余伸长，这时取σ0.1甚至σ0.01，炮钢亦是如此。而桥梁、建筑物等大型结构允许有更大的残余变形量，取σ0.5。

第62页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能63第五节不连续屈服材料的变形和抗力

1、不连续屈服

2、影响屈服应力的因素第63页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能64

1、不连续屈服第64页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能65屈服机理最初用柯氏气团来解释――即位错被溶质原子钉扎。得平台的屈服应力σ有Hall-Petch关系：式中，σ0为单晶体屈服应力，与温度和成分有关；K为系数，表征晶界对屈服应力影响程度，与晶界结构有关，与温度关系不大。第65页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能66根据位错增殖理论，要出现屈服必须满足二个条件：材料中原始的可动位错密度小和应力敏感系数小。金属塑性应变速率、可动位错密度ρ、位错运动速率v和柏氏矢量b有如下关系：变形前ρ较小，为了适应一定的宏观变形速率的要求，必须增大v，而v取决于应力大小。第66页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能67式中，τ为沿滑移面的切应力；τ0为产生单位位错滑移速度所需的应力，m为应力敏感系数。于是要提高，就必须有较高的外应力，就出现了上屈服点，接着发生塑性变形，位错大量增殖，ρ增大，为适应原先的形变速率，位错运动速率要降低，相应的应力就突然降低，出现了屈服降落现象。m值越小，所需的应力变化越大，屈服现象越明显。体心立方结构m<20，面心立方结构m>100~200，因此，体心立方结构屈服出现明显屈服平台，有利于屈服强度的精确测量，但它对低碳钢板材深冲是有害的，因为深冲时，某些区域形变量达到屈服变形范围，出现Lüders带，表面光洁度低。第67页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能68

2、影响屈服应力的因素

由Hall-Petch公式知，屈服应力与成分、组织、晶粒尺寸、晶界组织等有关，是一个内部因素敏感的力学性能指标；同时屈服应力又与外部因素如温度、形变速率和应力状态等有关。第68页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能69温度的影响温度升高，屈服强度下降。这是因为：1）温度升高，原子热振动增大，点阵间距增加，弹性模量下降，晶格对位错运动的阻力也下降，不同材料影响不同，体心立方结构最敏感，密排六方结构次之，面心立方结构最不敏感。

2）温度升高，阻碍位错运动的因素可借助热激活和原子扩散等过程得到克服。第69页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能70变形速率

屈服强度与温度及变形速率有关。因此，标准试验时，加载速率不能大于30N/mm2/s，以保证数据可比性。第70页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能71应力状态

切应力越高，塑性变形越有利，则屈服强度越低。不同应力状态下有效屈服强度排列顺序为：扭转＜拉伸＜弯曲＜三向不等拉伸。第71页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能72提高屈服强度的途径：1）

形变硬化：冷变形，增加位错密度，提高屈服强度；2）

细化晶粒：；3）

固溶强化：加入溶质元素，形成间隙型或置换型固溶体，与位错作用以提高屈服强度；4）

第二相强化：第二相的类型：聚合型和弥散型。第二相的成分与性质不同于基体，在质点周围形成应力场，应力场对位错运动有阻碍作用。第72页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能73屈服强度应该是材料开始塑性变形的应力塑性变形方式是滑移和孪生。实际金属材料的塑性变形特点：1、塑性变形不同时且不均匀不同滑移系上切应力分量最大值达到临界分切应力的晶粒首先开始塑性变形某些晶粒已经塑性变形了，超过极限时可能导致微裂纹的产生第73页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能742、各晶粒变形相互制约，需要协调某一晶粒发生塑性变形，则周围的晶粒必须相应地变形。为了变形能相互协调，必须在更多的滑移系上配合进行滑移一个晶粒内部的变形量也不同，靠近晶粒边界处点阵畸变大，中心小；靠近晶界处有不同的滑移系起作用，可能产生亚晶界第74页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能753、形变织构和各向异性滑移方向逐渐向主变形方向转动，出现择优取向，这种组织状态称为形变织构形成织构后，材料横向和纵向性能出现差异第75页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能76第六节形变硬化

把材料初始屈服后的塑性变形和强化过程叫做形变硬化

1、流变曲线和硬化指数

2、形变硬化的工程意义第76页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能77

屈服应力――初始塑性变形的抗力。流变应力――继续塑性变形并随之升高的抗力，它相当于经过一定预应变后材料的屈服应力。用真应力－真应变表示的硬化过程的曲线叫做流变（硬化）曲线第77页，课件共140页，创作于2023年2月1-UltimateTensileStrength;2-YieldStrength;3-RuptureStrength;4-StrainHardening;5-NeckingRegion;A-EngineeringStress(F/A0);B-TrueStress(F/A)第78页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能79真应力－真应变曲线一般用幂乘关系拟合的线性相关性最好。

第79页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能80相当于预应变描述同一材料或相同形变硬化特性材料经过不同预应变的流变曲线第80页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能81相当于屈服应力描述具有相似形变硬化特性，但有不同屈服应力时的流变曲线第81页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能82n=00<n<1X纠正书上错误p.22《金属力学性能》黄明志，石德珂，金志浩参考书：第82页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能83第83页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能84严格地讲，σ与εP有关。，由Hollomon公式有：上式为用总应变表达的Hollomon流变曲线。第84页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能85

n表示材料抵抗形变的能力，n越大，材料对连续塑性变形的抗力越高，面心立方金属的应变硬化指数大于体心立方金属的应变硬化指数。材料层错能较低时，n较大。对理想弹性体n=1；对理想塑性体n=0，即外力不增大情况下，继续塑性变形，完全无硬化能力；一般n=0.1~0.5。n通常由实验测得。第85页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能86

下一节可以证明n=ε，所以对于深冲薄板要求n要高。第86页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能87形变硬化的工程意义1、

形变强化与塑性变形相配合，保证了金属材料在截面上的均匀变形，得到均匀一致的冷变形制品；2、

形变强化使构件在工作中具有适当的抗遇然过载的能力，保证构件安全；3、

形变硬化是材料强化手段之一。特别是无相变强化材料，通过喷丸和冷挤压对表面进行强化。如1Cr18Ni9Ti40%形变强化，强度提高1倍；4、形变强化可以降低碳钢的塑性，改善其加工性能。

第87页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能88第七节最大均匀塑性变形及断后变形和抗力

1、最大力下的总伸长率和非比例伸长率

2、抗拉强度

3、断后伸长率和断面收缩率第88页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能891、最大力下的总伸长率和非比例伸长率

最大力下的伸长率是指试样拉到最大力时标距的伸长与原始标距的百分比，用总伸长计算的称为最大力下的总伸长率δgt；用非比例伸长计算的称为最大力下的非比例伸长率δg。

可以用做图法求δgt和δg。第89页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能90第90页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能91第91页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能92下面推导δg-n关系：达到最大应力时，有根据体积不变原理有第92页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能93积分得设塑性变形服从Hollomon规律，，则∴在最大力点有n=ε。通过上式就可以估计出n值。但严格地讲，材料未必服从Hollomon规律。

第93页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能942、抗拉强度

抗拉强度（σb）――试样拉断过程中最大力所对应的应力。最大力Fb由试验机或拉伸曲线图（F­－Δl）获得。第94页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能95

对塑性较好的材料，它还表征材料最大均匀塑性变形的抗力，并不代表材料的断裂抗力，因为这时材料不仅有一定的均匀塑性变形能力，而且还可以在颈缩后有一定局部集中变形，在后一过程中，其真应力继续上升，直到K点所对应的σK真为止，所以，σb<σb真

<σK真。第95页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能96对塑性很差的材料，如果只有均匀塑性变形，则σb<σb真

=σK真。

第96页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能97对塑性很差的材料，如果只有极小塑性变形，则σb=σb真

=σK真。

第97页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能98

σb在工程中应用非常广泛：

1、

σb代表静拉伸时实际零件所能承受的最大载荷――在工程设计中应用；

2、

σb易于测量，重现性好，又是一种组织较敏感的力学性能指标――产品规格说明和质量控制的指标；

3、

金属材料特别是碳钢中，σb、布氏硬度和疲劳强度之间有一些经验关系――在工程设计和工艺控制中十分有用。第98页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能99

3、断后伸长率和断面收缩率断后伸长率δ――试样拉断后，标距和伸长与原始标距的百分比。断裂在标距的中间三分之一处时，直接测量断后伸长l1，得第99页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能100第100页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能101

L1=AB+2BCL1=AB+BC+BC1第101页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能102试样为什么要确定比例？标距内的绝对伸长由均匀伸长和颈缩处的集中伸长两部分组成：

第102页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能103断面收缩率Ψ――拉断后，颈缩自横截面的最大缩减量与原始横截面积的百分比。一般Ψ比δ更真实地反映材料的真实极限变形能力，所以测Ψ比测δ更有意义，颈缩处应力状态非常复杂。

第103页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能104第八节实际断裂强度

实际断裂强度σK真――实际断裂负荷FK除以实际断裂面积SK。

第104页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能105第105页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能106断口三个区第106页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能107第107页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能108第108页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能109第109页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能110第110页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能111残片立体拼凑示意图（1）第111页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能112残片立体拼凑示意图（2）第112页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能113

断裂过程：裂纹开始于中心，显微孔洞、空洞（微孔）→长大、聚集→形成锯齿状纤维断口→纤维区扩展到一定尺寸→裂纹快速（失稳）扩展形成放射区（宏观正断，微观非解理）快速低能撕裂结果→拉伸应力的分切应力切断形成剪切唇。第113页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能114

纤维区、放射区都是由材料的剪切变形所造成的，但与纤维区的剪切断裂不同，是在裂纹达到临界尺寸后快速低能撕裂的结果。三个区域所占面积大小与试样原始尺寸、塑性有关，尺寸一定，塑性越好，放射区越小。

σK真实际主要反映材料的切断抗力τK的大小。

第114页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能115第九节宏观断裂类型和力学状态图

1、宏观上断裂分类

2、宏观断口形貌

3、力学状态图第115页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能1161、宏观上断裂分类

按断前塑性变形（如以5％断面收缩率为界）或断裂过程中吸收能量多少来分类。正断韧性断裂切断断裂正断脆性断裂切断

第116页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能1172、断口宏观形貌

宏观韧性断裂断口呈杯锥状，纤维区、放射区和剪切唇，是缓慢发展、耗能高的撕裂过程。宏观脆性断裂断口平齐而光亮，与主应力垂直，主要是放射区，快速低能撕裂的结果，矩形断口有人字纹，人字纹尖指向源区。材料越脆，放射线越细。若纯解理时，放射线消失，无人字纹，主要是结晶状断口。若晶粒较粗，主要是反光小刻面（平面），这些小平面应是一个晶粒内的解理面――晶状断口。第117页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能1183、力学状态图在材料加载方式和环境等因素给定的条件下，希望能对可能发生的断裂类型有一个粗略的判断。由位错理论可知，切应力是位错运动的驱动力，位错运动使晶体材料产生塑性变形，位错塞积导致裂纹萌生，但正应力促使萌生裂纹扩展，增大，则增大，材料韧性提高。如铸铁拉伸时α=0.5，表现为脆性；硬度试验时α=2，则出现压痕而不破坏。因此，材料韧脆由内部和外部因素决定，力学状态图是一种好的工具。第118页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能119第119页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能120τS线上各点表示要发生屈服的极限应力；τK线上各点表示要发生切断的极限应力；σK真线上各点表示要发生正断的极限应力。第120页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能121

第121页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能122第十节断裂的微观形貌特征

1、沿晶断裂和穿晶断裂

2、解理和空洞聚集剪切（韧窝）断裂

第122页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14材料力学性能123

断裂经历裂纹的形成、扩展直至最终破断等不同阶段，而断裂过程每一阶段都与内部的、外部的、力学的、化学的以及物理的诸多因素有关，同时，断裂过程的每一阶段又会在断口上留下相应的痕迹、形貌与特征。通过断口分析可以揭示出断裂过程的相关因素，从而判明断裂失效的性质和机理。第123页，课件共140页，创作于2023年2月2023/7/14