第一章材料力学性能题库.ppt

韧脆转变温度 材料的冲击韧性随温度下降而下降。在某一温度范围内冲击韧性值急剧下降的现象称韧脆转变。发生韧脆转变的温度范围称韧脆转变温度。材料的使用温度应高于韧脆转变温度。 韧 体心立方金属具有韧脆转变温度，而大多数面心立方金属没有。 TITANIC的沉没与船体材料的质量直接有关 TITANIC Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果 Titanic 近代船用钢板 （2）断裂韧性——材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。 裂纹尖端形成应力分布特殊的应力场。其强度可以用应力场强度因子K1来描述。K1值的大小与裂纹尺寸（2a）和外加应力（σ）有下式关系： 由上式可见，随着应力σ的增大，K1不断增大，当K1增大到某一定值时，可使裂纹前沿某一区域内的应力大到足以使材料分离，从而导致裂纹突然失稳扩展而发生断裂。这个K1的临界值，称为材料的断裂韧度，用K1c表示。 练习 在交变载荷作用下，材料常常在远低于其屈服强度的应力下发生断裂，这种现象称为材料的疲劳。 材料之所以产生疲劳断裂，是由于材料表面或内部有缺陷。这些地方应力大于屈服强度，从而产生局部塑性变形而开裂。这些微裂纹随着应力循环次数的增加而逐渐扩展，使承受载荷的截面面积减少，最终断裂。 5.疲劳 * 测试方法 采用升降法进行测试疲劳极限 从略高于材料的疲劳极限开始测试，如果在该应力下，不到规定的循环周次（107）就发生断裂，则降低应力水平，相反就升高一个应力水平。在断裂的测试结果图中，用×表示，而未发生断裂的测试结果用Ο表示。按照上述方法，测得的有效数据为13个以上，并在3-5个应力水平，实验才结束。 * 出现第一对相反数据前的数据为无效数据； 实验前无法知道其疲劳极限，第一测试数据如果为一般材料取(0.45-0.5)σb，高强度钢为(0.3-0.4)σb 。 每一个应力水平相差预计的疲劳极限的3-5%。 在有效数据中，断裂和未断裂分别大约占50%左右。 * 有效实验次数（包括断裂和未断试样） 实验的应力水平数 该应力水平的实验次数 应力水平数值 * （3） S-N曲线测定方法 通常在4-5级的应力水平下测试，每个应力水平测试3-5个试样的实验数据，然后进行数据处理，数据处理时，计算出中值疲劳寿命（存活率50%），最后对测试结果进行拟合，获得S-N曲线。 每一级应力水平下的疲劳寿命采用如下公式计算： * 如果在某一应力水平下的疲劳寿命大于规定的数值，例如107，则这一组疲劳寿命取排列后的中值（测量次数为奇数），或两个中间数值的平均值（偶数）。 * 获得的数据进行绘制时，有两种方法： 1）逐点描述； 2）直线拟合。 材料在低于?s的重复交变应力作用下发生断裂的现象。 材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为疲劳极限。用?-1表示。钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为108 通过改善材料的形状结构，减少表面缺陷，提高表面光洁度，进行表 面强化等方法可提高材料疲劳抗力。 疲劳应力示意图 疲劳曲线示意图 总结 疲劳是低应力循环延时断裂，即有寿命的断裂。 疲劳是脆性断裂，不管是韧性还是脆性材料。 疲劳对缺陷（缺口、裂纹及组织缺陷）十分敏感。 疲劳断裂是裂纹萌生和扩展过程，断口上有明显的疲劳源和疲劳扩展区。 σ O N σ1 σ2 σ3 σ4 N4 N3 N2 N1 * 材料力学性能 金属材料的性能 工艺性能 使用性能 物理性能 化学性能 力学性能 铸造性能 锻造性能 切削加工性能 焊接性能 热处理性能 弹性 塑性 强度 硬度 韧性 疲劳 断裂 静态拉伸实验 * 2013-2014学年第1学期材料力学性能 1. 试样制备 中华人民共和国国标GB/T228-2002《金属材料室温拉伸实验方法》 1.1 实验方法 * 工作部分 过渡部分 夹持部分 试样表面光洁 2014-2015学年第1学期材料力学性能 * 2014-2015学年第1学期材料力学性能 * 2014-2015学年第1学期材料力学性能 * 2. 试验设备 2014-2015学年第1学期材料力学性能 低碳钢的应力-应变曲线 拉伸试样 拉伸试验机 应力? = F/A0 应变? = (l-l0)/l0 σs σe s σ σb b O ε 塑性变形 弹性变形 e 1.弹性与刚度 ——e点对应的应力σe。应力低于e点时，产生弹性变形，超过e点时，产生塑性变形。 弹性极限 比例极限 ——p点对应的应力σp。Oe线上Op部分为