《工程材料力学性能》期末复习笔记

由本人自己,基于机械工业出版社《工程材料力学性能》第2版(束德林主编),针对四川大学材料学院金属材料工程系期末复习整理。

《工程材料力学性能》复习笔记

基于机械工业出版社《工程材料力学性能》第2版，束德林主编

第一章材料单向静拉伸的力学性能

一、拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线

1、材料力学性能：材料在外加载荷（外力或能量）作用下或载荷与环境因素（温度、介质、加载速率）联合作用下所表现的行为，通常表现为材料的变形和断裂，因此，材料力学性能可以理解为材料抵抗外加载荷引起的变形和断裂的能力。

2、力学性能指标：

A、强度：屈服强度σs 或σ0.2（条件屈服强度），抗拉强度σb

B、硬度：

C、塑性：延伸率δ，断面收缩率ψ。

D、韧性：

E、耐磨性：

F、缺口敏感性：

3、退火低碳钢在拉伸作用下变形过程：弹性变形、不均匀屈服塑性变形、均匀塑性变形、不均匀塑性变形和断裂

4、★画出拉伸力-伸长曲线、应力-应变曲线，标出其阶段、力学性能指标等。

5、应力、应变；真应力，真应变概念？

6、缺口试样静拉伸试验种类:轴向拉伸、偏斜拉伸

二、弹性变形

1、弹性变形实质：A、变形可逆；B、加载和卸载期内，应力应变之间保持单值线性关系；C、变形量较小（0.5-1%）。

2、胡克定律：

3、★弹性模量（E）：纯弹性变形过程中应力σ与应变（ ε ）的比值。弹性模量主要决定于金属原子的本性和晶格类型，所以是一个对组织不敏感的力学性能指标。

特点：A、单晶表现各向异性，最大值和最小值之间相差可达四倍；B、组织不敏感量，原子间作用力，则决定于原子本性和晶格类型，外在因素对其影响不大。

Q:金属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是一个对结构不敏感的力学姓能?

答案：金属的弹性模量主要取决于金属键的本性和原子间的结合力，而材料的成分和组织对它的影响不大，所以说它是一个对组织不敏感的性能指标，这是弹性模量在性能上的主要特点。改变材料的成分和组织会对材料的强度(如屈服强度、抗拉强度)有显著影响，但对材料的刚度影响不大。

4、★弹性比功（αe）：又称弹性比能，材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力。

金属材料的弹性比功决定于弹性模量和弹性极限

5、滞弹性：对材料在弹性范围内快速加载或卸载后随时间延长附加弹性应变的现象。原因是金属材料中点缺陷的移动需要时间。

由本人自己,基于机械工业出版社《工程材料力学性能》第2版(束德林主编),针对四川大学材料学院金属材料工程系期末复习整理。

弹性滞后环：实际金属材料在弹性区内单向快速加载、卸载时，加载线和卸载线不重合形成的一封闭回线。 金属的内耗：又称金属的循环韧性，指金属材料在交变载荷（振动）下吸收不可逆变形功的能力。循环韧性越高，材料的消震性越好。

6、包申格效应：包申格效应：金属材料经预先加载产生少量塑性变形（残余应变为1%~4%），卸载后再同向加载，规定残余伸长应力（弹性极限或屈服极限）增加，反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。

消除包申格效应的方法是预先进行较大的塑性变形，或在第二次反向受力前先使金属材料于回复或再结晶温度下退火。

包辛格效应可以用位错理论解释。第一，在原先加载变形时，位错源在滑移面上产生的位错遇到障碍，塞积后便产生了背应力，这背应力反作用于位错源，当背应力(取决于塞积时产生的应力集中)足够大时，可使位错源停止开动。背应力是一种长程(晶粒或位错胞尺寸范围)内应力，是金属基体平均内应力的度量。因为预变形时位错运动的方向和背应力的方向相反，而当反向加载时位错运动的方向与原来的方向相反了，和背应力方向一致，背应力帮助位错运动，塑性变形容易了，于是，经过预变形再反向加载，其屈服强度就降低了。这一般被认为是产生包辛格效应的主要原因。其次，在反向加载时，在滑移面上产生的位错与预变形的位错异号，要引起异号位错消毁，这也会引起材料的软化，屈服强度的降低。

实际意义：在工程应用上，首先是材料加工成型工艺需要考虑包辛格效应。其次，包辛格效应大的材料，内应力较大。另外包辛格效应和材料的疲劳强度也有密切关系，在高周疲劳中，包辛格效应小的疲劳寿命高，而包辛格效应大的，由于疲劳软化也较严重，对高周疲劳寿命不利。

可以从河流花样的反“河流”方向去寻找裂纹源。

解理断裂是典型的脆性断裂的代表，微孔聚集断裂是典型的塑性断裂。

7、弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。

比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。

三、塑性变形

1、★塑性变形的方式：滑移、孪生。

特点:A、各晶粒变形的不同时性和不均匀性；B、各晶粒变形的相互协调性。

★Q:多晶体和单晶体变形的特点？

2、★屈服现象:试验过程中，外力不增加（保持恒定）试样仍能继续伸长；或外力增加到一定值后迅速下降，随后在外力不增加或上下波动的情况下，试样继续伸长变形的现象。

屈服点 ；上屈服点 ；下屈服点 ；屈服平台；屈服线；

屈服现象与下列三个因素有关：A、材料变形前可动位错密度很小；B、随塑性变形发生，位错能快速增殖；C、位错运动速率与外加应力有强烈依存关系。

★屈服强度的工程应用：P11

屈服强度金属材料重要力学性能指标，是工程上静强度角度选择韧性材料的基本依据，因为实际零件不可

能在抗拉强度对应的那样打的均匀塑性变形条件下服役。因此，传统强度设计法规定，单向应力状态需用应力

[σ]=σs/n,n为安全系数，n>=2.

屈服判据实际上是机件开始塑性变形的强度设计准则。追求过高的屈服强度，会增大屈强比（屈服强度和

抗拉强度比值），不利于某些应力集中部位应力的重新分布，极易引起脆性断裂。对于具体工件，其屈服强度设计值应由机件的形状、所受应力状态、应变速率等决定。

★Q:影响屈服强度的因素？

与以下三个方面相联系的因素都会影响到屈服强度

位错增值和运动；晶粒、晶界、第二相等；外界影响位错运动的因素

主要从内因和外因两个方面考虑

（一） 影响屈服强度的内因素

（1）金属本性和晶格类型（结合键、晶体结构）

单晶的屈服强度从理论上说是使位错开始运动的临界切应力，其值与位错运动所受到的阻力（晶格阻力－－派拉力、位错运动交互作用产生的阻力）决定。

由本人自己,基于机械工业出版社《工程材料力学性能》第2版(束德林主编),针对四川大学材料学院金属材料工程系期末复习整理。

派拉力：

位错交互作用力

（a是与晶体本性、位错结构分布相关的比例系数，L是位错间距。）

（2）晶粒大小和亚结构

晶粒小→晶界多（阻碍位错运动）→位错塞积→提供应力→位错开动 →产生宏观塑性变形 。

晶粒减小将增加位错运动阻碍的数目，减小晶粒内位错塞积群的长度，使屈服强度降低（细晶强化）。

屈服强度与晶粒大小的关系：霍尔－派奇（Hall-Petch) σs= σi+kyd-1/2

细晶强化能强化金属又不降低塑性。

（3）溶质元素

加入溶质原子→（间隙或置换型）固溶体→（溶质原子与溶剂原子半径不一样 …… 此处隐藏：2519字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……