第一章金属在单向静拉伸载荷下的力学性能技术分析.ppt

安徽工业大学 材料科学与工程学院 材料力学性能 裴立宅 材料科学与工程学院 Email: lzpei1977@163.com, lzpei@ 不同的材料具有不同的使用性能，在工业、社会生活等各个方面得到了广泛应用 研究材料的根本目的是改善和提高其使用性能 使用性能包括物理性能、化学性能、力学性能（也是物性的一种） 对于金属、无机非金属等结构材料来讲，力学性能是最重要的使用性能 材料力学性能的定义: 材料在外加载荷（外力）作用下，或载荷与环境因素（如温度、介质和加载速率）联合作用下所表现的行为，又称为力学行为。 宏观上一般表现为材料的变形或断裂。 材料的力学性能包括：强度、硬度、塑性、韧性、耐磨性等 机器零件（简称机件）的承载条件一般用各种力学参数（如应力、断裂韧度等）， 所以就将表征材料的力学参数的临界值或规定值称为材料的力学性能指标或判据。 材料力学性能指标具体数值的高低表示材料抵抗变形和断裂能力的大小，是评定材料质量的主要依据。 材料的力学性能主要由材料的内在因素决定 内在因素：材料的化学成分、组织结构、残余应力、表面及内部缺陷 外部因素： 载荷性质，如静载荷、冲击载荷、交变载荷 应力状态，如拉、压、弯曲、扭转、剪切、温度、环境介质等 因此，分析内、外因素对材料力学性能的影响，掌握材料力学性能的变化规律，对于正确选择材料，明确提高材料力学性能的方向和途径具有重要意义 材料作为一门大型基础学科，内容涉及广泛，我们无机非金属材料专业的学生不仅要了解、掌握无机非金属材料，还需要了解金属材料的力学性能， 这对以后大家的学习、就业和工作等方面都是大有益处的。 第一章 金属在单向静拉伸载荷下的力学性能 第二章 金属在其他静载荷下的力学性能 第三章 金属在冲击载荷下的力学性能 第四章 金属的断裂韧度 第五章 金属的疲劳 第六章 金属的应力腐蚀和氢脆断裂 第七章 金属磨损和接触疲劳 第八章 金属高温力学性能 第十章 陶瓷材料的力学性能 第十一章 复合材料的力学性能 普通混凝土的力学性能 关于材料力学性能的参考书： [1] 高建明 主编. 材料力学性能 [M]. 武汉: 武汉理工大学出版社, 2004. [2] 石德珂, 金志浩 主编. 材料力学性能 [M]. 西安: 西安交通大学出版社, 1998. [3] 刘瑞堂 主编. 工程材料力学性能 [M]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 2001. [4] 陈楷 主编. 陶瓷材料物理性能 [M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 1980. [5] 吴振铎 主编. 无机材料物理性能 [M]. 北京: 清华大学出版社, 1992. 第一章 金属在单向静拉伸载荷下的力学性能 单向静拉伸实验的特点：温度、应力状态和加载速率一定，通常用标准的光滑圆柱试样来实验，通过单向静拉伸实验可以揭示金属材料在静载荷作用下常见的力学行为：弹性变形、塑性变形及断裂 本章主要介绍静拉伸载荷下力学性能指标的物理概念及实用意义，并分析金属弹性变形、塑性变形及断裂的基本规律与原理 第一节 力-伸长曲线和应力-应变曲线 力-伸长曲线：是拉伸试验中拉伸力与伸长的关系曲线 第二节 弹性变形 一、弹性变形及其实质 二、虎克定律 （一）简单应力状态的虎克定律 三、弹性模量 定义：当应变为一个单位时，弹性模量即为弹性应力，即产生100%弹性变形时所需要的应力。 这个定义对金属来讲是没有任何意义的，这是因为金属材料所能产生的弹性变形量是很小的。 工程上弹性模量被称为材料的刚度，表征金属材料对弹性变形的抵抗力 机器零件或构件的刚度与材料刚度不同，前者用其截面积A与所用材料的刚度E的乘积，即AE表示 所以要提高机件的刚度，在横截面积相同时，应该选择E值大的材料，如钢铁、陶瓷材料等 单晶体金属的弹性模量在不同晶体学方向上不一致，原子间距较小的晶体学方向上的弹性模量较大，反之则较小，所以单晶金属表现为弹性各向异性 多晶金属的弹性模量为各晶粒弹性模量的统计平均值，呈现各向同性 四、弹性比功 又称弹性比能、应变比能，表示材料吸收弹性变形功的能力 因为弹性比功是用单位面积材料吸收的最大弹性变形功表示，所以机件的体积越大，则吸收的弹性功越大，可储备的弹性能越大。 弹簧是典型的弹性零件，其重要作用是减振和储能驱动，所以弹簧材料应具有较高的弹性比功，如高碳钢 五、滞弹性 由于实际金属具有滞弹性，金属在弹性区快速加载卸载时，由于应变落后于应力，使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线，称为弹性滞后环（图a）。 如果施加交变载荷，且最大应力低于宏观弹性极限，加载速率比较大，则也得到弹性滞后环（图b） 。 如果交变载荷中最大应力超过宏观弹性极限，就会得到塑性滞后环（图c） 。 金属的循环韧性 定义： 金属材料在交变载荷（或振动）下吸收不可逆变形功的能力，也称为