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1、材料力学性能第一章二节弹变1,。弹性变形：材 料 在 外 力 作 用 下 产 生 变 形 ， 当 外 力 取 消 后 ， 材 料 变 形 即 可 消 失 并 能 完全 恢 复 原 来 形 状 的 性 质 称 为 弹 性 。 这 种 可 恢 复 的 变 形 称 为 弹 性 变 形 。2.弹性模量：表征材料对弹性变形的抗力3.弹性性能与特征是原子间结合力的宏观体现，本质上决定于晶体的电子结构，而不依赖于显微组织，因此，弹性模量是对组织不敏感的性能指标。4. 比例极限 p：应力与应变成直线关系的最大应力。5. 弹性极限 e：由弹性变形过渡到弹性塑性变形的应力。6. 弹性比功: 表示单位体积金属材料吸
2、收弹性变形功的能力，又称弹性比应变能。7.力学性能指标：反映材料某些力学行为发生能力或抗力的大小。8.弹性变形特点：应力与应变成比例，产 生 变 形 ， 当 外 力 取 消 后 ， 材 料 变 形 即 可 消 失 并能 完 全 恢 复 原 来 形 状9. 滞 弹 性 ： 在 弹 性 范 围 内 快 速 加 载 或 卸 载 后 ， 随 时 间 延 长 产 生 附 加 弹 性 应 变 的 现 象 ，称 为 滞 弹 性 。10.循 环 韧 性 ： 指 在 塑 性 区 加 载 时 材 料 吸 收 不 可 逆 变 形 功 的 能 力 。11.循 环 韧 性 应 用 ： 减 振 、 消 振 元 件 。12
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 ， 称 为 包 申 格 效 应 。 13.包 申 格 应 变 ： 指 在 给 定 应 力 下 ， 正 向 加 载 与 反 向 加 载 两 应 力 应 变 曲 线 之 间 的 应 变差 。14.消 除 包 申 格 效 应 ： 预 先 进 行 较 大 的 塑 性 变 形 。 在 第 二 次 反 向 受 力 前 先 使 金 属 材 料 于回 复 或 再 结
4、 晶 温 度 下 退 火 。三 节 ： 塑 性1.塑 性 ： 金 属 材 料 断 裂 前 发 生 不 可 逆 永 久 (塑 性 ) 变 形 的 能 力 .2.影 响 材 料 屈 服 强 度 的 因 素 ： 内 在 因 素 . 1. 金 属 本 性 及 晶 格 类 型 .主 滑 移 面 位 错密 度 大 ， 屈 服 强 度 大 。 2. 晶 粒 大 小 和 亚 结 构 . 晶 界 对 位 错 运 动 具 有 阻 碍 作 用 。晶 粒 小 可 以 产 生 细 晶 强 化 。 都 会 使 强 度 增 加 。 3.溶 质 原 子 : 溶 质 元 素 溶 入 金 属 晶格 形 成 固 溶 体 ,产 生
5、固 溶 强 化 。 4， 第 二 相 . a.不 可 变 形 的 第 二 相 绕 过 机 制 . 留 下一 个 位 错 环 对 后 续 位 错 产 生 斥 力 , b.可 以 变 形 的 第 二 相 切 过 机 制 .由 于 ， 质 点 与 基体 间 晶 格 错 排 及 位 错 切 过 第 二 相 质 点 产 生 新 界 面 需 要 做 功 ， 使 强 度 增 加 。 二 ） 外 在 因 素 ： 1.温 度 温 度 越 高 原 子 间 作 用 越 小 位 错 运 动 阻 力 越 低 2.应 变 速 率 。 应 变速 率 越 高 强 度 越 高 。 3.应 力 状 态 . 切 应 力 分 量 越
6、 大 强 度 越 低3.细 晶 强 化 ： 晶 界 是 位 错 运 动 的 阻 碍 ， 晶 粒 小 相 界 多 。 减 少 晶 粒 尺 寸 会 减 少 晶 粒 内 部位 错 塞 积 的 数 量 ， 减 少 位 错 塞 积 群 的 长 度 ， 降 低 塞 积 点 处 的 应 力 ， 相 邻 晶 粒 中 位 错 源 开动 所 需 的 外 加 切 应 力 提 高 ， 屈 服 强 度 增 加 。4.固 溶 强 化 ： 在 纯 金 属 中 加 入 溶 质 原 子 形 成 固 溶 合 金 ， 将 显 著 提 高 屈 服 强 度 ， 此 即 为 固溶 强 化 。 溶 质 原 子 与 基 体 原 子 尺 寸
7、差 别 越 大 ， 引 起 的 弹 性 畸 变 越 大 ， 溶 质 原 子 浓 度 越高 ， 引 起 的 弹 性 畸 变 越 大 ， 对 位 错 的 阻 碍 作 用 越 强 ， 固 溶 强 化 作 用 越 大 。5. 影 响 粒 状 第 二 相 强 化 效 果 的 因 素 ： 当 粒 子 体 积 分 数 f 一 定 时 ,粒 子 尺 寸 r 越 小 、 位错 运 动 障 碍 越 多 ， 位 错 的 自 由 行 程 越 小 ， 强 比 效 果 越 显 著 。 当 粒 子 尺 寸 一 定 时 ， 体 积分 数 f 越 大 ， 强 化 效 果 亦 越 好 。 网 状 分 布 时 ， 位 错 堆 积
8、， 应 力 不 可 以 松 弛 ， 脆 性 增 加 . 片 状 球 状6.珠 光 体 对 第 二 相 的 影 响 ： 1） 片 状 珠 光 体 ， 位 错 的 移 动 被 限 制 在 渗 碳 体 片 层 之 间 。 所以 渗 碳 体 片 层 间 距 越 小 ， 珠 光 体 越 细 ， 其 强 度 越 高 。 2） 粒 状 珠 光 体 ， 位 错 钱 与 第 二相 球 状 粒 子 交 会 的 机 会 减 少 ， 即 位 错 运 动 受 阻 的 机 会 减 少 ， 故 强 度 降 低 ， 塑 性 提 高 。3） 渗 碳 体 以 连 续 网 状 分 布 于 铁 素 体 晶 界 上 时 ， 使 晶 粒
9、 的 变 形 受 阻 于 相 界 ， 导 致 很 大 的应 力 集 中 ， 因 此 强 度 反 而 下 降 ， 塑 性 明 显 降 低 。7.应 变 硬 化 ： 应 变 硬 化 是 位 错 增 殖 、 运 动 受 阻 所 致8. n 表 示 材 料 的 应 变 强 化 能 力 或 对 进 一 步 塑 性 变 形 的 抗 力 。9. 影 响 n 的 因 素 ： 1) 层 错 能 ： 层 错 能 低 ,则 交 滑 移 难 ， 加 工 硬 化 指 数 高 。 2) 冷 热变 形 退 火 态 n 大 ， 冷 加 工 n 小 3) 强 度 ， 强 度 高 n 低 。10 塑 性 的 指 标 ： 延 伸
10、率 ： 试 样 拉 断 时 所 测 得 的 条 件 延 伸 率 主 要 反 映 了 材 料 均 匀 变 形的 能 力 。 断 面 收 缩 率 ： 断 面 收 缩 率 主 要 反 映 了 材 料 局 部 变 形 的 能 力 11.韧 性 ： 韧 性 是 指 材 料 在 断 裂 前 吸 收 塑 性 变 形 功 和 断 裂 功 的 能 力 。四 节 ： 金 属 的 断 裂1.裂 纹 的 基 本 形 成 过 程 ： 裂 纹 形 成 和 扩 展 。2.段 裂 类 型 ： 1） 根 据 断 裂 前 金 属 是 否 有 明 显 的 塑 性 变 形 分 ： 脆 性 断 裂 5% 2） 从 微 观 上 按 照
11、裂 纹 的 走 向 分 ： 穿 晶 断 裂 沿 晶 断 裂 3.磨 损 ， 腐 蚀 ， 断 裂 是 机 件 的 三 种 失 效 形 式 。4.韧 性 断 裂 宏 观 断 口 ： 断 口 粗 糙 、 呈 纤 维 状 ， 灰 暗 色 。 1） 中 、 低 强 度 钢 光 滑 圆 柱 试样 拉 伸 断 口 呈 杯 锥 状 。5. 宏 观 断 口 三 要 素 ： 1） 纤 维 区 2)放 射 区 3)剪 切 唇6. 塑 性 变 形 量 越 大 则 放 射 线 越 粗 。 温 度 降 低 或 材 料 强 度 增 加 ， 由 于 塑 性 降 低 放 射 线由 粗 变 细 乃 至 消 失 。7.影 响 断
12、口 三 要 素 的 因 素 ： 材 料 脆 性 越 大 ， 放 射 区 越 大 ， 纤 维 区 越 小 ， 剪 切 唇 越 小 。材 料 尺 寸 越 大 ， 放 射 区 越 大 ， 纤 维 区 基 本 不 变 。8.脆 性 断 裂 宏 观 断 口 ： 脆 性 断 裂 的 断 裂 面 一 般 与 正 应 力 垂 直 ， 断 口 平 齐 而 光 亮 ， 常 呈放 射 状 或 结 晶 状 。9.沿 晶 断 裂 ： 当 晶 界 的 强 度 小 于 屈 服 强 度 时 ， 晶 界 无 塑 性 变 形 ， 断 裂 呈 宏 观 脆 性 产 生 冰 糖 状 断 口 。 当 晶 界 的 强 度 大 于 屈 服
13、强 度 时 ， 晶 界 有 塑 性 变 形 ， 产 生 石 状 断 口 10.微 孔 聚 集 型 断 裂 断 口 微 观 特 征 :韧 窝 。11.微 孔 聚 集 型 断 裂 的 过 程 ： 塑 变 过 程 中 ， 位 错 运 动 遇 到 第 二 相 颗 粒 形 成 位 错 环 。 切应 力 作 用 下 位 错 环 堆 积 .位 错 环 移 向 界 面 ， 界 面 沿 滑 移 面 分 离 形 成 微 孔 。 位 错 源 重 新开 动 ， 释 放 出 新 位 错 ， 不 断 进 入 微 孔 ， 使 微 孔 长 大 。 在 外 力 的 作 用 下 产 生 缩 颈 （ 内 缩 颈 ）而 断 裂 （
14、纤 维 区 ） ， 使 微 孔 聚 合 ， 形 成 裂 纹 ； 裂 纹 尖 端 应 力 集 中 ， 产 生 极 窄 的 与 径 向 大致 呈 45 度 的 剪 切 变 形 带 ， 新 的 微 孔 就 在 变 形 带 内 成 核 、 长 大 和 聚 合 ， 与 裂 纹 连 接时 ， 裂 纹 扩 展 。 （ 大 概 说 出 ）12.解 理 断 裂 ： 指 金 属 材 料 在 一 定 条 件 下 （ 如 低 温 ） ， 当 外 加 正 应 力 达 到 一 定 数 值 后 ，以 极 快 速 率 沿 一 定 晶 体 学 平 面 产 生 的 穿 晶 断 裂 。13.解 理 面 ： 由 于 与 大 理 石
15、的 断 裂 相 似 ， 所 以 称 这 种 晶 体 学 平 面 为 解 理 面 。14.解 理 断 裂 过 程 分 为 三 个 阶 段 ： a)塑 性 变 形 形 成 裂 纹 b)裂 纹 在 同 一 晶 粒 内 初 期 长 大c)裂 纹 越 过 晶 界 向 相 邻 晶 粒 扩 展15.解 理 断 裂 的 微 观 断 口 特 征 ： 1)解 理 台 阶 及 河 流 状 花 样 。 2)舌 状 花 样16.准 解 理 断 裂 ： 穿 晶 断 裂 ； 有 小 解 理 刻 面 ； 有 台 阶 或 撕 裂 棱 及 河 流 花 样 。第 二 章一 节 ： 材 料 的 软 性 系 数1. 值 越 大 ， 最
16、 大 切 应 力 分 量 越 大 ， 表 示 应 力 状 态 越 “软 ”， 越 易 于 产 生 塑 性 变 形和 韧 性 断 裂 。 值 越 小 ， 最 大 正 应 力 分 量 越 大 ， 应 力 状 态 越 “硬 ”， 越 不 易 产 生塑 性 变 形 而 易 于 产 生 脆 性 断 裂 。2. 对 于 塑 性 较 好 的 金 属 材 料 ， 往 往 采 用 应 力 状 态 硬 的 三 向 不 等 拉 伸 的 加 载 方 法 ， 以 考查 其 脆 性 倾 向 。二 节 ： 压 缩1. 力 学 性 能 指 标 规 定 非 比 例 压 缩 应 力 pc 。 抗 压 强 度 bc 。 相 对 压 缩 率 ck 和 相 对 断 面 扩 胀 率 ck2. 压 缩 试 验 的 特 点 ： 1） 单 向 压 缩 试 验 的 应 力 状 态 系 数 2， 主 要 用 于 拉 伸 时 呈 脆性 的 金 属 材 料 力 学 性 能 的 测 定 。 2） 因 此 塑 性 材 料 很 少 进
