力學(xué)性能總結(jié)

1、1會計學(xué)力學(xué)性能總結(jié)力學(xué)性能總結(jié)2022-5-10 金屬材料的力學(xué)性能取決于：金屬材料的力學(xué)性能取決于： 等內(nèi)在因素，也取決于等內(nèi)在因素，也取決于等因素等因素。牛牛文庫文檔分享2022-5-10低碳鋼靜載荷沖擊載荷低溫常溫斷裂韌性斷裂脆性斷裂？脆性斷裂韌性斷裂牛牛文庫文檔分享2022-5-10 單向靜載拉伸試驗是應(yīng)用最廣泛的材料力學(xué)性能測試方法。試驗溫度確定試驗溫度確定應(yīng)力狀態(tài)確定應(yīng)力狀態(tài)確定加載速率確定加載速率確定可測試屈服強度s(0.2)抗拉強度b伸長率斷面收縮率 第一節(jié) 力-伸長曲線和應(yīng)力、應(yīng)變曲線牛牛文庫文檔分享2022-5-10圖12 退火低碳鋼的拉伸力伸長曲線區(qū)彈性變形階段彈性變形

2、階段區(qū)屈服變形階段屈服變形階段區(qū)均勻塑性變形階段均勻塑性變形階段區(qū)集中塑性變形階段集中塑性變形階段斷裂牛牛文庫文檔分享2022-5-10圖14牛牛文庫文檔分享2022-5-10圖15牛牛文庫文檔分享2022-5-10eLLLLLdLdee0010/ln/牛牛文庫文檔分享2022-5-10彈性變形牛牛文庫文檔分享2022-5-10圖16 雙原子模型原子間作用力：F2rA420rrA引力斥力 原子間作用力非直線關(guān)系引力斥力合力原子間距r引力斥力FNF=0MFmaxR彈性變形的本質(zhì)是構(gòu)成材料的原子（離子）或分子自平衡位置產(chǎn)生可逆位移的反映。一、 彈性變形的本質(zhì)牛牛文庫文檔分享2022-5-10v二、

3、 彈性模數(shù)（彈性模量）剛度1v材料產(chǎn)生單位彈性應(yīng)變時，所需要的彈性應(yīng)力材料產(chǎn)生單位彈性應(yīng)變時，所需要的彈性應(yīng)力。即材料產(chǎn)。即材料產(chǎn)生生100100彈性變形時所需要的應(yīng)力。彈性變形時所需要的應(yīng)力。vE G ，E = 2 (1+E = 2 (1+ )G)GvE拉伸時楊氏模數(shù)105，G切變模數(shù)MPa，比彈性模數(shù)（比剛度）E/ 單位m，將縱向應(yīng)變el 與橫(徑)向應(yīng)變er之負比值表示為泊松比。牛牛文庫文檔分享2022-5-10同一周期的元素隨原子序數(shù)的增大E值增大，這與元素價電子數(shù)增多及原子半徑減小有關(guān)。同一族的元素隨原子序數(shù)的增大E值減小，這與原子半徑增大有關(guān)。圖18牛牛文庫文檔分享2022-5-1

4、0牛牛文庫文檔分享2022-5-10牛牛文庫文檔分享2022-5-10 5、 溫度溫度升高，熱運動加劇，彈性模量降低碳鋼加熱時每升高100 ，E值下降35。但在-50 +50 的范圍內(nèi)，鋼的E值變化不大，可以不考慮溫度的影響。牛牛文庫文檔分享2022-5-106、 加載條件和負荷持續(xù)時間彈性變形的速率和聲速一樣快，遠超過實際加載速率，故加載速率對E值也無大的影響。結(jié)論：彈性模量是組織不敏感的力學(xué)性能指標牛牛文庫文檔分享2022-5-10比例極限彈性極限牛牛文庫文檔分享2022-5-10eee圖1-10. 彈性比功Eaeeee2212牛牛文庫文檔分享2022-5-10牛牛文庫文檔分享2022-5

5、-10二、彈性后效 對于完整的彈性體，彈性變形與加載速率無關(guān)，但對實際的金屬材料而言，彈性變形不僅是應(yīng)力的函數(shù)，而且是時間的函數(shù)。ABHaeO圖1-11. 彈性后效示意圖應(yīng)變應(yīng)力時間bcdAB正彈性后效eO反彈性后效定義：彈性應(yīng)變落后于外加應(yīng)力，并和時間有關(guān)的的現(xiàn)象叫彈性后效（滯彈性）。牛牛文庫文檔分享2022-5-10影響因素材料成分；組織；實驗條件； 材料的組織越不均勻，彈性后效越明顯。如鋼淬火或塑性變形后，增加了組織的不均勻性，彈性后效傾向增大。 溫度升高，彈性后效速率和變形量都顯著增加。如Zn，拉伸時溫度升高15，彈性后效速率增加50；扭轉(zhuǎn)時溫度升高10，變形量增加1倍。溫度下降，變形

6、量顯著下降，185以下就無法確定彈性后效是否存在。牛牛文庫文檔分享2022-5-10 產(chǎn)生彈性后效的原因可能與金屬中點缺陷的移動有關(guān)。 例如， -Fe中碳處于八面體空隙及等效位置上，施加z方向的拉應(yīng)力后，x,y軸上的碳原子就會向z軸擴散移動，會使z方向繼續(xù)伸長變形(圖1-12），于是就產(chǎn)生了附加的彈性變形。因擴散移動需要時間，故附加應(yīng)變?yōu)闇椥詰?yīng)變，卸載后z軸多余的碳原子又會回到原來x,y軸上，使滯彈性應(yīng)變消失。牛牛文庫文檔分享2022-5-10牛牛文庫文檔分享2022-5-10圖119圖118牛牛文庫文檔分享2022-5-10TTTTTTTkklnln1循環(huán)韌性（塑性應(yīng)變環(huán)）的意義：材料的循

7、環(huán)韌性越高，則機件依靠材料自身的消振能力越好。因此，高的循環(huán)韌性對于降低機械噪聲，抑制高速機械振動，防止共振導(dǎo)致疲勞斷裂是非常重要的。飛機螺旋槳、氣輪機葉片需要高；而追求音響效果的元件如音叉、簧片等要低；灰鑄鐵的大，常用來作機床的床身、發(fā)動機的缸體和支架等。圖120自由振動衰減曲線牛牛文庫文檔分享2022-5-10 金屬材料常見的塑性變形方式為滑移和孿生。牛牛文庫文檔分享2022-5-10牛牛文庫文檔分享2022-5-10低碳鋼黃銅屈服伸長AC0.20.2O圖131 屈服現(xiàn)象示意圖A上屈服點C下屈服點AC屈服平臺對于沒有明顯屈服點的材料，用人為規(guī)定的辦法確定屈服點：0.01； 0.05； 0.

8、2； 1、 屈服現(xiàn)象：材料在拉伸過程中，當應(yīng)材料在拉伸過程中，當應(yīng)力增加到一定數(shù)值，突然下降并在一定數(shù)力增加到一定數(shù)值，突然下降并在一定數(shù)值下保持恒定（或波動），而變形持續(xù)增值下保持恒定（或波動），而變形持續(xù)增加，加，由彈性變形轉(zhuǎn)變?yōu)閺椝苄宰冃螤顟B(tài)，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為“屈服現(xiàn)象屈服現(xiàn)象”牛牛文庫文檔分享2022-5-10材料變形速率塑性變形應(yīng)變速率 b柏氏矢量的模 可動位錯密度 V位錯運動平均速率= bVmV0沿滑移面上的切應(yīng)力 0位錯以單位速率運動所需的切應(yīng)力 m-應(yīng)力敏感指數(shù) m值越低，則為使位錯運動速率變化所需的應(yīng)力變化就越大，屈服現(xiàn)象越明顯。bcc金屬的m值一般小于20，所以具有

9、較明顯的屈服現(xiàn)象；而fcc金屬的m值大于100200，屈服現(xiàn)象就不太明顯。牛牛文庫文檔分享2022-5-10牛牛文庫文檔分享2022-5-10位錯間的交互作用：平行位錯間的交互作用運動位錯與林位錯間的交互作用牛牛文庫文檔分享2022-5-10Hall-Petch公式：21dkyisi位錯在基體金屬中運動的總阻力，也稱摩擦阻力，取決于晶體結(jié)構(gòu)和位錯密度；d晶粒平均直徑；ky釘扎常數(shù)，衡量晶界對強化貢獻的大小。在一定的溫度和應(yīng)變速率下， i和ky為常數(shù)。ky釘扎常數(shù)，fcc金屬較bcc金屬低，容易屈服。晶粒越小，屈服強度越高，同時還提高材料韌性，是金屬強韌化的重要手段。牛牛文庫文檔分享2022-5

10、-10圖134牛牛文庫文檔分享2022-5-10牛牛文庫文檔分享2022-5-10四、 應(yīng)變硬化 材料在應(yīng)力作用下進入塑性變形階段后，隨著變形量的增大，形變應(yīng)力不斷提高的現(xiàn)象。應(yīng)變硬化能力在生產(chǎn)實際中具有重要意義：（1）應(yīng)變硬化可使金屬機件有一定的抗偶然過載能力，保證機件安全。機件在使用過程中，某些薄弱部位會因偶然過載而產(chǎn)生局部的塑性變形，如果金屬沒有應(yīng)變硬化能力，變形就會一直進行下去，使承載應(yīng)力越來越高，從而導(dǎo)致斷裂。由于應(yīng)變硬化能力的存在，會阻止變形繼續(xù)進行，從而保證機件的安全運行。牛牛文庫文檔分享2022-5-10（2）應(yīng)變硬化和塑性變形適當配合，可使金屬進行均勻塑性變形，從而保證冷變形

11、工藝順利實施。金屬的塑性變形是不均勻的，時間上也有先后，由于金屬具有應(yīng)變硬化能力，哪里有變形，它就在哪里阻止變形的繼續(xù)發(fā)展，從而使變形轉(zhuǎn)移到別處去，變形和硬化交替進行就構(gòu)成了均勻塑性變形，從而獲得合格的冷變形加工的金屬制品。牛牛文庫文檔分享2022-5-10（3）應(yīng)變硬化是強化金屬的重要工藝手段之一。這種手段既可以單獨使用，也可以和其它方法聯(lián)合使用，尤其對那些不能進行熱處理強化的材料。強化手段包括軋制、噴丸、滾壓等?？捎行岣咔姸?、抗拉強度、疲勞強度等。牛牛文庫文檔分享2022-5-10（4 4）應(yīng)變硬化可以降低塑性，）應(yīng)變硬化可以降低塑性，改善低碳鋼的切削加工性能改善低碳鋼的切削加工性能

12、。低碳鋼切削時易產(chǎn)生粘刀現(xiàn)象，表面加工質(zhì)量差。此時可利用冷變形降低塑性，使切屑容易脆離，從而改善切削性能。牛牛文庫文檔分享2022-5-10 n反映了材料抵抗繼續(xù)塑性變形的能力。n1，表示材料為理想的彈性體。n0，表示材料沒有應(yīng)變硬化能力，大多數(shù)金屬的n值在0.10.5之間。圖138牛牛文庫文檔分享2022-5-10 抗拉強度：拉伸實驗時，試樣拉斷過程中最大實驗力所對應(yīng)的應(yīng)力，成為材料的設(shè)計依據(jù)。 抗拉強度的實際意義：抗拉強度的實際意義： 1)1)塑性金屬材料光滑試樣的實際承載能力。塑性金屬材料光滑試樣的實際承載能力。 2)2)變形要求不高的機件的設(shè)計依據(jù)。變形要求不高的機件的設(shè)計依據(jù)。 3

13、3） b b與硬度、疲勞強度等之間有一定的經(jīng)驗關(guān)系。與硬度、疲勞強度等之間有一定的經(jīng)驗關(guān)系。 4 4）材料的重要力學(xué)性能指標，易于測定，重復(fù)性好。）材料的重要力學(xué)性能指標，易于測定，重復(fù)性好。0AFbb工程上代表材料在拉伸中，斷裂前工程上代表材料在拉伸中，斷裂前所能承受最大外力時的應(yīng)力值。所能承受最大外力時的應(yīng)力值。 五、 抗拉強度牛牛文庫文檔分享2022-5-10)(00常數(shù)KAL六、 塑性與塑性指標 （一）塑性與塑性指標塑性是指材料斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。牛牛文庫文檔分享2022-5-10牛牛文庫文檔分享2022-5-10牛牛文庫文檔分享2022-5-10力學(xué)力學(xué)宏觀宏觀微觀微觀正斷正斷

14、切斷切斷韌斷韌斷脆斷脆斷剪切剪切解理解理擴展擴展穿晶穿晶沿晶沿晶一、 斷裂的類型及斷口特征牛牛文庫文檔分享2022-5-10牛牛文庫文檔分享2022-5-10纖維區(qū)F放射區(qū)R剪切唇S圖142 拉伸斷口三個區(qū)域示意圖牛牛文庫文檔分享2022-5-10圖145牛牛文庫文檔分享2022-5-10牛牛文庫文檔分享2022-5-10牛牛文庫文檔分享2022-5-10 （三） 純剪切斷裂、微孔聚集型斷裂與解理斷裂 剪切斷裂和解理斷裂都是穿晶斷裂。前者受剪切力作用是韌性斷裂，后者受正應(yīng)力作用，屬脆性斷裂。斷裂性質(zhì)完全不同。也就是說穿晶斷裂既可能是韌性斷裂也可能是脆性斷裂。取決于材料的本性和力的作用方式。 剪

15、切斷裂是金屬材料在切應(yīng)力的作用下，沿滑移面分離而剪切斷裂是金屬材料在切應(yīng)力的作用下，沿滑移面分離而造成的滑移面分離斷裂，其中又分為滑斷（純剪切斷裂）造成的滑移面分離斷裂，其中又分為滑斷（純剪切斷裂）和微孔聚集型斷裂。和微孔聚集型斷裂。 微孔聚集型斷裂微孔聚集型斷裂是通過微孔的形核、長大聚合而導(dǎo)致材料是通過微孔的形核、長大聚合而導(dǎo)致材料分離的。分離的。 必須指出，微孔聚集斷裂一定有韌窩存在，但在微觀上出必須指出，微孔聚集斷裂一定有韌窩存在，但在微觀上出現(xiàn)韌窩，其宏觀上不一定就是韌性斷裂?，F(xiàn)韌窩，其宏觀上不一定就是韌性斷裂。牛牛文庫文檔分享2022-5-10圖圖147位錯塞積形成裂紋位錯塞積形成裂

16、紋牛牛文庫文檔分享2022-5-10位錯反應(yīng)理論 該理論是為了解釋晶內(nèi)解理與bcc晶體（如-Fe）常從（001）面發(fā)生解理斷裂而提出的。圖1-50 位錯反應(yīng)形成裂紋 如圖1-50所示，在-Fe中，滑移面為(110)，滑移方向為111。有兩個相交的滑移面(101)和(10 )，與解理面(001)相交，三個面的交線為001。牛牛文庫文檔分享2022-5-10牛牛文庫文檔分享2022-5-1021)1 ()(42dEfcic圖151牛牛文庫文檔分享2022-5-10解理斷口的宏觀形貌是較為平坦的、發(fā)亮的結(jié)晶狀斷面。 解理斷裂是沿特定界面發(fā)生的脆性穿晶斷裂，其微觀特征應(yīng)該是類似于平坦的鏡面。但實際上，

17、解理斷口是由許多相當于晶粒大小的解理面集合而成的，這些解理面稱為解理刻面解理斷裂是沿一族相互平行的晶面發(fā)生的，這組晶面就是解理刻面。進一步研究表明，這些解理刻面也并不是一個單一的平面，而是由一組平行的解理面所組成。解理斷裂實際上是沿一族相互平行的晶面(解理面)解理而引起的。牛牛文庫文檔分享2022-5-10圖158 解理舌形成示意圖攣晶面(112)攣晶方向111解理面(001)擴展方向110 在某種條件下（如低溫或高速變形），當解理裂紋在基體中沿(001)面擴展時，遇到攣晶面就沿攣晶面擴展，越過攣晶后再沿(001)面繼續(xù)擴展，同時，沿基體和攣晶界面產(chǎn)生局部斷裂，從而形成解理舌。牛牛文庫文檔分享

18、2022-5-10 2.準解理斷裂（淬火回火鋼）宏觀上屬脆性斷裂 準解理裂紋常源于晶內(nèi)硬質(zhì)點，形成從晶內(nèi)某點發(fā)源的放射狀河流花樣。準解理面不是晶體學(xué)解理面。準解理斷裂多在馬氏體回火鋼中出現(xiàn)。準解理斷裂的主要機制仍是解理，其宏觀表現(xiàn)是脆性的。所以，常將準解理斷裂歸入脆性斷裂。圖159 準解理斷口共同點穿晶斷裂；小解理刻面；解理臺階或撕裂棱；河流花樣 不同點準解理刻面不是晶體學(xué)解理面；解理裂紋源于晶界，準解理源于晶內(nèi)質(zhì)點，河流花樣從晶內(nèi)呈放射狀。牛牛文庫文檔分享2022-5-10圖163圖164牛牛文庫文檔分享2022-5-10 xmxmSin220aExEEam022022mxmsdxSin210aEsm牛牛文庫文檔分享2022