材料力学性能05.ppt

材料力学性能 哈尔滨工业大学材料学院 朱景川 * ①应力状态很软(?2), 适用面广； 高碳钢 氮化层截面硬度压痕分布 碳化钨陶瓷 5.硬度与强度关系及试验方法的改进 (1)硬度试验特点 一些材料的硬度 ②方法简便，基本“无损”，适于现场检验； ③物理意义不明确，难以定量设计。 (2)硬度与强度之间关系 钢铁：K=0.33~0.36 铜合金、不锈钢等： K=0.4~0.55 退火金属的硬度与强度关系 注意：硬度的单位！ (3)纳米压痕试验 纳米压痕载荷-位移曲线 H —纳米硬度； S —接触刚度； A —接触面积； ? — 与压头几何形状相关的常数； Er—等效模量 纳米压痕试验原理 习题2：试比较各种硬度试验原理、特点及应用。 S2-1 弹性变形及其物理本质 第二章 材料变形行为 1.弹性变形特点 (1)可逆性； (2)一般为线弹性； (3)弹性应变较小。 2.弹性变形的宏观描述—胡克定律 σ ε O τ γ O 复杂应力状态各向同性线弹性体的广义胡克定律 3.弹性变形的微观本质 双原子模型 弹性变形物理本质：原子键合几何参数随外力的可逆变化。 弹性模量的物理本质：反映原子间结合能的大小。 工程弹性常数 (1)杨氏模量E： (2)切变模量G： (3)泊松比?： (4)体模量K： 各向同性体只有两个独立的弹性常数： S2-2 材料的弹性常数 1.弹性常数的工程意义 (1)构件稳定性与刚度 弹性模量是决定构件刚度的重要因素。 强度设计：不发生塑性变形。 刚度设计：限制弹性变形。 比弹性模量：E/? (2)弹性与弹性比功 ae 注意：弹性与刚度的区别！ (1)原子种类与键合方式 一般来说，在构成材料聚集状态的4种键合方式中，共价键、离子键和金属键都有较高的弹性模数，分子键弹性模数低。 无机非金属材料大多由共价键或离子键以及两种键合方式共同作用而成，因而有较高的弹性模数。 金属及其合金为金属键结合，也有较高的弹性模数。 高分子聚合物的分子之间为分子键结合，因而高分子聚合物的弹性模数亦较低。 2.影响弹性模量的因素 (2)晶体结构 单晶体材料的弹性模数在不同晶体学方向上呈各向异性，即沿原子排列最密的晶向上弹性模数较大，反之则小。 多晶体材料的弹性模数为各晶粒的统计平均值，表现为各向同性，但这种各向同性称为伪各向同性。 非晶态材料，如非晶态金属、玻璃等，弹性模量是各向同性的。 (3)合金元素 材料化学成分的变化可引起原子间距或键合方式的变化，因此也能影响材料的弹性模数。 与纯金属相比，合金的弹性模数将随组成元素的质量分数(ω)、晶体结构和组织状态的变化而变化。 固溶体合金的弹性模数主要取决于溶剂元素的性质和晶体结构。随着溶质元素质量分数的增加，虽然固溶体的弹性模数发生改变，但在溶解度较小的情况下一般变化不大，例如碳钢与合金钢的弹性模数相差不超过5％。 在两相合金中，弹性模数的变化比较复杂，它与合金成分，第二相的性质、数量、尺寸及分布状态有关．例如在铝中加入Ni(ω＝15％)、Si(ω＝13％)，形成具有较高弹性模数的金属间化合物，使弹性模数由纯铝的约6.5×104 MPa增高到9.38×l04 MPa。