金属材料性能学资料整理.doc
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1、 第一章 撒材料单向静拉伸的力学性能3种失效形式:过量塑性变形、塑性变形和断裂 力-伸长曲线 Fp以下拉伸力F与L呈直线关系,Fe以下卸载力后可完全恢复,e点以内的变形称为弹性变形,当力达到FA时,出现塑性变形。此时,初期因局部产生不均匀屈服塑性变形,出现平台锯齿,直至C点。接着进入均匀塑性变形,至Fb,后又出现不均匀塑性变形,局部缩颈,至Fk断裂。四个阶段:弹性变形、屈服变形、均匀塑性变形、不均匀集中塑性变形真应变总小于工程应变,且变形量越大,差距越大真应力S大于工程应力弹性模量是产生100%弹性变形所需的应力影响弹性模数的影响因素(类似论述):1. 键合方式和原子结构共价键、离子键、金属键
2、都有较高的弹性模量,分子键结合力较弱2. 晶体结构沿原子排列最迷的晶向上弹性模数较大,反之则小3. 化学成分材料化学成分的变化将引起原子间距或键合方式的变化4. 微观组织作为金属材料刚度代表的檀香模数,是一个组织不敏感的力学性能指标5. 温度温度越高,原子振动加剧,体积膨胀,原子间距增大,结合力减弱,使弹性模量降低6. 加载条件和符合持续时间几乎没有影响,只有陶瓷材料的压缩弹性模数高于拉伸弹性模数,四,比例极限和弹性极限比例极限p是保证材料的檀香变形按正比关系变化的最大应力,弹性极限e是材料有弹性变形过度到弹-塑性变形时的应力 p和e的工程意义:对于要求服役是其应力应变关系严格遵守线性关系的机
3、件,如测力计弹簧,是依靠弹性变形的应力正比应变的关系显示载荷大小的,则应以比例极限最为选择材料的依据;对于复习套件不允许产生未来娘塑性变形的机件,设计时应按弹性极限来选择材料5、 弹性比功是材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力;弹性的好坏,实质就是至材料弹性比功的大小第3节 非理想弹性与内耗材料的非理想弹性行为:滞弹性、粘弹性、伪弹性、包申格效应第4节 塑性变形及性能指标一,塑性变形机理常见塑性变形机理:滑移和孪生滑移:金属晶体在切应力作用下,沿滑移面和滑移方向的切边过程,二者构成滑移系,滑移系越多,金属塑性越好,但不绝对。Fcc好于bcc孪生:也是金属晶体在切应力作用下产生的一种塑性变形方式
4、。Fcc低温;bcc冲击载荷或低温,hcp(密排六方)易产生孪生孪生本身提供的把水箱两很小,但可以调整滑移面的方向,是闲的滑移系开动。二,屈服现象与屈服强度定义:材料在拉伸时,到达不均匀塑性变形时,保持外力力恒定或达到一定数值后卸载,然后再外力不增加或上下波动的情况下可以继续伸长变形的现象屈服是材料由弹性变形向弹-塑性变形过渡的标志;实质:位错运动材料屈服是缩对应的应力值就是材料抵抗起始塑性变形或产生微量塑性变形的能力,这一应力值就是屈服强度或屈服点s;残余伸长应力r指试样标距不分的总伸长量达到规定的原始标距百分百时的应力;当百分比为0.05%、0.1%、0.2%时记为r0.05、r0.1、r
5、0.2(常用,s和0.2来表示金属材料的屈服强度).影响金属材料了屈服强度的因素:. 晶体结构:屈服过程主要是位错的运动,位错运动的临界切应力受晶格阻力位错建交互作用产生的阻力。. 晶界与亚结构:晶界对位错运动有重要阻碍,晶界越多,s越高。. 溶质元素:形成点缺陷,阻碍位错运动。. 第二相(尺寸、形状、数量、分布):能够阻碍位错运动。. 温度(热振动效应):一般情况下,屈服强度s. 应变速率与应力状态:在应变速率较高的情况下,金属材料的屈服应力。四,应变硬化应变硬化或形变强化:材料在应力作用下进入塑性变形阶段后,随着变形量的增大,形变应力不断提高的现象。应变机理普遍认为是塑性变形过程中的多系滑
6、移和交滑移造成的。应变强化是一种强化金属的重要手段。(尤其是不能进行热处理的材料)抗拉强度或者强度极限(b):材料经过屈服阶段后进入强化阶段后随着横向截面尺寸明显缩小在拉断时所承受的最大力(Fb)除以试样原横截面积(So)所得的应力()。表示材料在车鬼手拉伸在和是的实际承载能力。是材料重要力学性能指标之一缩颈:在应变硬化与截面共同作用下,应变硬化跟不上塑性变形的发展,是变形集中于试样局部区域儿产生的。塑性:材料断裂钱产生塑性变形的能力。塑性指标包括拉伸伸长率和断面收缩率L0=d0,所得伸长率用5表示超塑性:材料在一定条件下呈现非常大的伸长率(约100)而不发生缩颈和断裂的现象。产生超塑性的条件
7、:.超细晶粒,尺寸达到微米级,且为等轴晶;适当的变性条件,在0.4m(熔点),应变速率一般大于或等于0.001/s;应变速率敏感指高,0.3m1.第五节断裂固体材料在力的作用下分成若干部分的现象称为断裂。断裂过程大都包括裂纹的形成与扩展;按照宏观塑性变形程度:韧性断裂是产生明显的宏观塑性变形的断裂过程。脆性断裂是基本上不产生明显的宏观塑性变形,表现为突然快速断裂过程。断口成放射状或结晶状。按照断裂时裂纹扩展的途径:穿晶断裂和沿晶断裂(一般为脆性断裂);按照微观断裂机理:解理断裂和剪切断裂;端口三要素:纤维区、放射区和剪切唇。一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于为脆性断裂,反之为韧性断裂。第一章
8、 材料在其他静载荷下的力学性能第一节 应力状态软性系数正应力容易导致脆性的解理断裂,切应力容易导致塑性变形和韧性断裂。应力状态软性系数应力状态软性系数:由材料的加载方式决定。max:最大切应力 max:最大正应力 ,力最大切应力分量越大,表示应力状态越软,越易塑性变形,反之,材料越容易脆性断裂。单向拉伸时软性系数为.,单向压缩是软性系数为.。规定得比例扭转应力p第二节 缺口试样静载力学性能弹性状态下应力对缺口造成三个效应:缺口造成应力集中、所受应力由原来的单向拉伸变为两向或三向拉伸、缺口使塑性材料“强化”现象。第三节 硬度硬度:材料表面上不啊体积内抵抗变形或破裂的能力。试验方法根据加载速率的不
9、同分为动载压入法(超声波硬度、肖氏硬度)和静载压入法(布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度)。布氏硬度表示方法:“数字(硬度值)+硬度符号(HBS或HBW)+数字/数字/数字Eg.280HBS10(mm淬火钢球)/3000(kgf)/30(s)1015s可不标洛氏硬度表示:GR维氏硬度:数字+HV+数字/数字 eg.640(硬度值)HV30(kgf)/20(s)肖氏硬度:KS第二章 材料的冲击韧性及低温脆性第一节 冲击弯曲试验与冲击韧性一 一次冲击试验冲击吸收功k:样变性和断裂所吸收的功。试验与方法可参考GB229-84和GB2106-80 试验标准试样分别为夏比和型缺口。 吸收功k虽可表示
10、材料的变脆倾向,但不能整整反映材料的韧脆程度冲击韧性k:冲击吸收功除以试样缺口底部处横截面积所得的商。与材料的强度和塑性有关,缺口截面上应力分布极不均匀的,故无明显的物理意义。二 多次冲击试验当冲击次数达到相当多次时,材料破坏后具有典型的疲劳断口特征。多次冲击抗力的变化规律:冲击能量高时,材料的多次冲击抗力主要取决于塑性,能量低时主要取决于强度。不同的冲击能量要求不同的强度与塑性配合。高强度和超高强度钢的塑性和冲击韧性对提高冲击疲劳抗力有较大作用,而中、低强度钢对提高冲击疲劳抗力作用不大。第二节 低温脆性材料的冲击吸收功随温度降低而降低,当试验温度低于Tk(韧脆临界转变温度)时,冲击吸收功明显
11、下降,材料由韧性状态变为脆性状态,这种现象称为低温脆性。常见的低温脆性断裂大多数是沿解理面的穿晶断裂。低温脆性的物理本质:材料的屈服强度随温度下降而急剧增加Tk(韧脆临界转变温度)通常只是根据能量、塑性变形或断口形貌随温度的变化定义。影响材料低温脆性的因素有:晶体结构:只有以体心立方金属为基的冷脆金属才具有明显的低温脆性。化学成分:间隙溶质元素含量增加,高阶能下降,韧脆转变温度提高。显微组织:细化晶粒可使材料韧性增加(晶界是裂纹扩展的阻力);球状第二相的韧性较好。温度:碳钢和某些合金钢在冲击荷载或静荷载作用下,在一定温度范围出现脆性蓝脆(形变时效加速进行的结果)。加载速率:加载速率,Tk。试样
12、尺寸和形状:缺口曲率半径越小,Tk越高。第四章材料的断裂韧性在应力水平低于甚至于远低于材料屈服极限的情况下所发生的突然断裂现象称为低应力脆断。是由不可避免的宏观裂纹(工艺裂纹或使用裂纹)扩展引起的。断裂在很大程度上决定于裂纹萌生抗力和扩展抗力,而不是总决定于用断面茨村计算的名义断裂应力和断裂应变。第一节 线弹性条件下的断裂韧性裂纹扩展的基本方式:张开型(最危险)、滑开型、撕开型。裂纹尖端的应力场及应力场强度因子(为裂纹形状系数,与加载方式、试样几何尺寸等有关):反映裂纹尖端区域应力场的强度;平面应变断裂韧度:表示材料在平面应变状态下抵抗裂纹失稳扩展的能力。当I时,材料就会发生脆性断裂;裂纹扩展
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