材料力学性能复习提纲-陈艳

《材料力学性能》复习提纲《材料力学性能》复习提纲 第一章第一章 金属在单向静拉伸载荷下的力学性能金属在单向静拉伸载荷下的力学性能 1. 1.拉伸变形过程；拉伸变形过程； 可分为弹性变形、不均匀屈服塑性变形、均匀塑性变形、不均匀集中塑性变形和断裂几个阶段。。 2. 2.弹性不完整性（滞弹性，包申格效应弹性不完整性（滞弹性，包申格效应 ）） ，循环韧性；，循环韧性； 弹性不完整性：金属的弹性变形与载荷方向和加载时间有关而表现出的非弹性性质。 金属在弹性变形中存在滞弹性(弹性后效)和包申格效应等弹性不完整现象。 一、滞弹性(弹性后效) 定义：在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间的延长而产生的附加弹性应变，即应变落后于应力 的现象。 二包申格效应 定义：材料经预先加载并产生少量塑性变形(残余应变为 1%~4%)，卸载后，再同向加载，规定残 余伸长应力增加，反向加载规定残余伸长应力降低的现象，称为包申格效应。 循环韧性：金属材料在交变载荷作用下吸收不可逆变形功的能力，叫做循环韧性，也称为内耗 3. 3.塑性变形方式，滑移，均匀屈服产生机制，影响屈服强度的因素；塑性变形方式，滑移，均匀屈服产生机制，影响屈服强度的因素； 一·塑性变形的主要方式：滑移，孪生 滑移：指的是金属在切应力作用下沿一定晶面(滑移面)和一定晶向(滑移方向)进行的切变过程。 二·均匀屈服 1、均匀屈服曲线的特点 有上、下屈服点，没有屈服平台。 2、均匀屈服的机制 低密度可动位错理论，柯氏气团钉扎理论，位错塞积群理论 三·影响屈服强度的因素—阻碍位错运动 1、影响屈服强度的内因 (1) 基体金属的本性及晶格类型(P12) 塑性变形主要沿基体相进行。 (2) 溶质原子 固溶强化：在纯金属中加入溶质原子形成固溶体合金，将显著提高屈服强度，称为固溶强化。 (3) 晶粒大小和亚结构 晶界(亚晶界)是位错运动的障碍。 细晶强化：用细化晶粒提高金属屈服强度(同时可以提高其塑性)的方法称为细晶强化。 (4) 第二相 位错切过或绕过 沉淀强化(时效强化)：依靠过饱和固溶体的脱溶产生的强化。 弥散强化：用粉末冶金的方法人为地加入第二相所造成的强化。 沉淀强化与弥散强化的相同点：第二相以细小颗粒形式分布于基体中。 沉淀强化与弥散强化之间的不同点如下表： 强 化 类型 沉 淀 强化 强化机理热稳定性相图要求高温使用情况 溶质原子偏聚→超过 固溶度→共格析出→ 分散粒子→阻碍位错 运动。 外加分散粒子， 无共格 关系，阻碍位错运动。 热不稳定。时效有过程。 欠时效→时效→过时 效。 热稳定的 有不能 弥 散 强化 无能 2、影响屈服强度的外因 (1) 温度：T↑，σs↓。 T↑，位错密度↓；同时晶界弱化 (2) 应变速率增大，σs↑。 (3) 应力状态 切应力分量越大(可促进更多滑移系开动)，越有利于塑性变形，屈服强度则越低 4. 4.应变硬化（形变强化）及其产生原因和工程意义；应变硬化（形变强化）及其产生原因和工程意义； 应变硬化： 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。 机理：位错的增殖与交互作用导致的阻碍。 2、 n 的意义 (1) n 较大，抗偶然过载能力较强；安全性相对较好； (2) 反映了金属材料抵抗、阻止继续塑性变形的能力，表征金属材料应变硬化的性能指标； (3) 应变硬化是强化金属材料的重要手段之一，特别是对不能热处理强化的材料； (4) 提高强度，降低塑性，改善低碳钢的切削加工性能。 5. 5.缩颈，抗拉强度；缩颈，抗拉强度； 抗拉强度： 定义：材料在静拉伸条件下的最大位伸应力。 缩颈现象： 韧性材料，变形集中于局部区域 应变硬化与截面减小共同作用的结果 6. 6.塑性、脆性及韧性，塑性指标；塑性、脆性及韧性，塑性指标； F b b  A 0 塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。 均匀塑性变形 + 集中塑性变形 塑性指标 ①断后伸长率δ ②断面收缩率ψ ③δ5δ10 ④最大应力下总伸长率δgt 脆性：指材料收到外力时，其内部容易产生裂纹并破坏的性质 韧性：指材料在断裂前吸收塑性变形功和断裂的能力 静力韧度：金属材料在静拉伸时单位体积材料断裂前所吸收的功。 7. 7.机件的失效形式：磨损、腐蚀和断裂；机件的失效形式：磨损、腐蚀和断裂； 8. 8.断裂的分类及各类断口特征，韧性断裂和脆性断裂的区别，哪种断裂更危险及其原因；断裂的分类及各类断口特征，韧性断裂和脆性断裂的区别，哪种断裂更危险及其原因； 一、断裂的分类（P24 看） (一) 韧性断裂和脆性断裂 根据断裂前塑性变形的大小进行的分类。 (1) 韧性断裂：指的是在断裂前发生明显宏观塑性变形的断裂。 断口特征三要素：纤维区、放射区、剪切唇。 纤维区：灰暗色，裂纹扩展速度慢； 放射区：裂纹扩散速度快，低能量撕裂，有放射线花样。 剪切唇：切断。杯状或锥状，表面光滑，与拉伸轴成 45°角。 （2）脆性断裂：指的是突然发生的断裂，断裂前基本不发生塑性变形。 断裂前不发生明显塑性变形ψtk 时，σcσs，随外力↑， 先屈服，后断裂→韧性断裂。 当 t 0.5 时——高温状态。 (K) (2) 当约比温度0.5，是高温下大量原子与空位定向移动造成的。 在更高温度(甚至接近于 Tm 时)→原子扩散进一步加剧→较多数量的原子(空位)直接发生迁移性扩 散→扩散蠕变 二、蠕变断裂机制 (1) 机制一：在三晶粒交会处形成楔形裂纹 高应力、 较低温度下晶界滑动在三晶粒交汇处受阻→应力集中→形成空洞→相互连接形成楔形裂纹 →长大→引起断裂(晶界)。 (2) 机制二：在晶界上由空洞形成晶界裂纹 较低应力，较高温度下，当晶界受垂直拉应力作用时，周围晶界或晶粒内部的空穴聚集于 此晶界，形成空洞核心→空洞超过临界尺寸(r)而稳定存在→长大→引起断裂。 蠕变断裂断口的宏观特征： (1) 断口附近产生塑性变形，在变形区附近有很多裂纹，断裂机件表面出现龟裂现象； (2) 由于高温氧化，断口表面被一层氧化膜所覆盖。 微观断口特征： 冰糖状花样的沿晶断裂形貌 3. 3. 蠕变极限、表达方式（蠕变极限、表达方式（P165P165）） 、持久强度极限及其表达方式（、持久强度极限及其表达方式（P167P167）） ；； 蠕变极限：是金属材料在高温长期载荷作用下的塑性变形抗力指标。 蠕变极限的表示方法之一： 在给定的温度下， 使试样在蠕变第二阶段产生规定稳态蠕变速率的最大 应力 600℃ t  600 110  5  60 MPa 1×10-5%/h 蠕变极限的表示方法二：在给定温度 t 和规定时间τ(小时)内，使试样产生规定蠕变变形量δ的最 大应力。总伸长量为 1%100000h500℃ t / 500 1  100 MPa /10 5 持久强度极限：高温长期载荷下对断裂的抗力(不考虑变形量)，指的是在给定温度 t 下，达到规定 的持续时间τ而不发生断裂的最大应力，以 MPa 表示。 用 t表示 :   1 700＝30MPa ， 103 表示该合金在700 C、 1000h 的持久强度极限为30MPa 。 4. 4. 剩余应力，松弛稳定性