材料力学性能-第1章：.ppt

兰州理工大学材料科学与工程学院 徐建林 材料力学性能徐建林顾玉芬材料科学与工程学院 第一章 绪 论 一、工程背景 （一）工程要求 1、现代技术发展的要求：高性能、经济、 安全 2、选材的依据 3、质量评价的依据 （二）服役条件与性能 负荷→零件→可能产生损伤→（严重时）失效 力学负荷（外力作用条件下）→材料内部变形 方式、应力分布状态和缺口效应 热 负 荷（外界高温条件下）→材料内部产生热冲击、热应力，T↑→承载能力↓ 环境介质作用→表面化学腐蚀，电化学腐蚀，摩擦与磨损 1、力学负荷（载荷） （1）分类： 静载荷： 如机器重量对基础的作用。 动载荷： 交变载荷（随时间做周期变化）；如齿轮传动。 冲击载荷（物体的运动在瞬时突变所引起的载荷）；如锻打。 （2）零件在静载荷下变形的基本形式 变形：构件在工作时在外力作用下其几何形状和尺寸将发生改变的现象。 ①.拉伸和压缩： ②.剪切： ③.扭转： 4.弯曲： 5.组合变形 2.热负荷 温度因素：高温、低温、热冲击 高温下服役的零件 热疲劳：温度反复急剧变化 高温氧化 蠕变现象：温度上升导致延伸率上升（一般高于0.3T熔显著） 温度上升导致力学性能下降：普通钢材从室温上升到600°C，强度下降一般很多。 ： T0.3Tm,很小应力下的缓慢变形蠕变 急热急冷产生的热应力 低温下的材料脆化 3、环境介质的作用 ① 腐蚀： 化学腐蚀、电化学腐蚀、物理溶解 ②磨擦磨损：接触零件间相对运动时发生，引起功和能消耗、噪声等。磨损是零件表面材料的逐渐失去，常见类型有粘着磨损、磨粘磨损、腐蚀磨损和疲劳磨损。 ③老化作用：各种环境因素作用下材料性能的逐渐退化、变坏，最终丧失使用价值的现象。轮胎龟裂、发粘，塑料变硬边脆。 老化的环境因素：温度、日光、电、辐射、应力、化学介质等。 （三）、材料的性能： 是一种参量，用来表征材料在给定外界条件下的所表现出的行为特征。外界条件：在不同的外界条件下，相同的材料也会有不同的性能。例如：断裂强度 蠕变断裂强度 ----热学 疲劳断裂强度 ----力学 应力腐蚀断裂强度----化学外界条件———性能————选材 材料的基本性能 1 、 使用性能：物理性能（光、电、磁……） 力学性能 （强度、塑性、硬度……） 2、 加工性能 （可制造性） 热加工：铸、锻、焊、热处理…… 冷加工：车、铣、磨…… 特种加工：电火花、激光、离子……  材料的力学性能: 评价材料在变形、损伤和断裂的抗力和容量的定量指标。 材料的力学行为: 是对材料在外力作用下发生变形、损伤和断裂过程的描述（可用图、表、解析式）。 服役过程: 保持设计要求的外形和尺寸， 保证在服役期内安全地运行。 生产过程: 要求材料具有优良的加工性能。 如压力加工要求优良的塑性和 低的塑性变形抗力。 弹性:是指材料在外力作用下保持和恢复固有形状和尺寸的能力。 塑性:是材料在外力作用下发生不可逆的永久变形的能力． 强度:是材料对变形和断裂的抗力。 寿命:是指材料在外力的长期或重复作用下抵抗损伤和失效的能力，使零件在服役期内安全运行。 不同工况下对各种性能的要求不同 （四）、材料的基本力学性能 （五）、材料力学性能表征 1、材料软硬程度的表征。 2、材料脆性的表征。 3、材料抵抗外力能力表征。 4、材料变形能力的表征。 5、含缺陷材料抗断裂能力的表征。 6、材料抵抗多次受力能力的表征。 7、新材料及特种材料性能的表征。 8、特殊条件下材料性能的表征。 （六）、意义 1、材料的安全使用 （1）防止失效 失效形式：过量变形、断裂、磨损、腐蚀 （2）减少经济损失 美国：1982年为1190亿（占GDP4%） 研究认为：采用新技术，可减少1/3损失 2、评价材料和相关制备工艺 3、合理使用材料 二、研究内容和研究方法 1、研究内容：结合材料的实际服役条件，研究材料在外力作用下力学性能变化的情况。 2、研究方法 （1）简单到复杂——研究典型工况、典型试样 A、光滑试样：基本力学性能的测定，失效机理与判据的研究； B、切口试样：更具实际性（贴近实际零部件） C、带裂纹