材料力学性能08
材料的力学性能
材料的力学性能
材料在一定温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能。
锅炉、压力容器用材料的常规力学性能指标主要包括：强度、硬度、塑性和韧性等。
（1）强度强度是指金属材料在外力作用下对变形或断裂的抗力。
强度指标是设计中决定许用应力的重要依据，常用的强度指标有屈服强度σS或σ0.2和抗拉强度σb，高温下工作时，还要考虑蠕变极限σn 和持久强度σD。
（2）塑性塑性是指金属材料在断裂前发生塑性变形的能力。
塑性指标包括：伸长率δ，即试样拉断后的相对伸长量；断面收缩率ψ，即试样拉断后，拉断处横截面积的相对缩小量；冷弯（角）α，即试件被弯曲到受拉面出现第一条裂纹时所测得的角度。
（3）韧性韧性是指金属材料抵抗冲击负荷的能力。
韧性常用冲击功Ａk和冲击韧性值αk表示。
Αk值或αk值除反映材料的抗冲击性能外，还对材料的一些缺陷很敏感，能灵敏地反映出材料品质、宏观缺陷和显微组织方面的微小变化。
而且Ａk对材料的脆性转化情况十分敏感，低温冲击试验能检验钢的冷脆性。
表示材料韧性的一个新的指标是断裂韧性δ，它是反映材料对裂纹扩展的抵抗能力。
（4）硬度硬度是衡量材料软硬程度的一个性能指标。
硬度试验的方法较多，原理也不相同，测得的硬度值和含义也不完全一样。
最常用的是静负荷压入法硬度试验，即布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、
HRB、HRC）、维氏硬度（HV），其值表示材料表面抵抗坚硬物体压入的能力。
而肖氏硬度（HS）则属于回跳法硬度试验，其值代表金属弹性变形功的大小。
因此，硬度不是一个单纯的物理量，而是反映材料的弹性、塑性、强度和韧性等的一种综合性能指标。
材料的力学性能
2）塑性 ）
材料在断裂前发生永久变形的能力叫塑性。 材料在断裂前发生永久变形的能力叫塑性。塑性以材料断 裂后永久变形的大小来衡量。 裂后永久变形的大小来衡量。 塑性指标有延伸率和断面收缩率两种。 塑是衡量材料软硬程度的指标，反映材料表面抵抗微区塑性 变形的能力。
材料的力学性能
材料在力的作用下所表现出来的特性即为材料的力学性能。 材料在力的作用下所表现出来的特性即为材料的力学性能。
主要指标
1 强度与塑性 2 硬度 3 韧性 4 老化性能 5 耐磨性 6 疲劳特性
强度与塑性
1）强度 ）
①屈服强度 屈服强度 在外力作用下材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。 在外力作用下材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。 ②抗拉强度 抗拉强度 试样在被拉断前的最大承载应力为抗拉强度。 试样在被拉断前的最大承载应力为抗拉强度。 其他强度 由扭转实验、弯曲实验、 由扭转实验、弯曲实验、压缩实验等相应条件下的强度指标叫 扭转强度、抗弯强度、抗压强度等。 扭转强度、抗弯强度、抗压强度等。
工程上常用布氏硬度 、洛氏硬度 布氏硬度HB、洛氏硬度HR、 布氏硬度 、 维氏硬度HV、肖氏硬度HS和赵氏 和赵氏、 维氏硬度 、肖氏硬度 和赵氏、邵 氏硬度（ 氏硬度（邵A）等。 ）
韧性
指材料抵抗裂纹萌生与发展的能力。 NOTES 韧性与脆性是两个意义上完全相反的概 韧性与脆性是两个意义上完全相反的概 韧性好，脆性就差。反之亦然。 念。韧性好，脆性就差。反之亦然。 度量指标 冲击韧性 断裂韧性 用材料裂纹尖端应力强度因子的临界值Kic 来表征 用材料受冲击而破坏的过程所吸收的冲击功 来表征
耐磨性
磨损
一个零件相对另一个零件摩擦的结果，引起摩擦表面 有微小颗粒分离出来，使接触面尺寸变化、重量损失及其他 性能下降的这种现象称为磨损。 磨损的种类： 包括氧化磨损、咬合磨损、热磨损、 磨损的种类： 包括氧化磨损、咬合磨损、热磨损、磨粒 磨损、卷曲磨损、冲击磨损、表面疲劳磨损等， 磨损、卷曲磨损、冲击磨损、表面疲劳磨损等，材料磨损多 是数种磨损共同作用的结果。 是数种磨损共同作用的结果。
材料的力学性能包括
材料的力学性能包括材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现出的力学特性，包括强度、韧性、硬度、塑性等方面。
这些性能对于材料的选择、设计和应用具有重要的指导意义。
下面将分别介绍材料的力学性能。
首先，强度是材料抵抗外力破坏的能力。
材料的强度可以分为拉伸强度、压缩强度、剪切强度等。
拉伸强度是指材料在拉伸作用下抵抗破坏的能力，压缩强度是指材料在压缩作用下抵抗破坏的能力，剪切强度是指材料在剪切作用下抵抗破坏的能力。
强度的大小直接影响着材料的使用安全性和可靠性，因此在材料选择和设计中需要充分考虑材料的强度。
其次，韧性是材料在外力作用下抵抗破坏的能力。
韧性是材料抵抗断裂的能力，通常用断裂韧性来表示。
断裂韧性是指材料在受到外力作用下能够吸收能量并抵抗断裂的能力。
韧性越大，材料在外力作用下越不容易发生断裂，具有更好的抗破坏能力。
因此，韧性是衡量材料抗破坏能力的重要指标之一。
另外，硬度是材料抵抗划伤、压痕和穿透的能力。
硬度是材料抵抗外力作用而不易产生形变或破坏的能力。
硬度的大小直接影响着材料的耐磨性和耐久性，对于一些需要长期使用的材料来说，硬度是一个非常重要的性能指标。
最后，塑性是材料在外力作用下发生形变的能力。
塑性是指材料受到外力作用后能够发生持久性形变的能力，通常用屈服点和延伸率来表示。
塑性越大，材料在外力作用下发生形变的能力越强，具有更好的加工性能和变形能力。
总的来说，材料的力学性能是材料在外力作用下所表现出的力学特性，包括强度、韧性、硬度、塑性等方面。
这些性能直接影响着材料的使用安全性、耐久性和加工性能，对于材料的选择、设计和应用具有重要的指导意义。
因此，在材料研究和工程应用中，需要充分考虑材料的力学性能，以确保材料的使用安全和可靠。
第八章材料力学性能
4.金属材料蠕变断裂断口特征 宏观特征为：一是在断口附 4)高温高应力下，在强烈变形 近产生塑性变形，在变形区域 部位将迅速发生回复再结晶， 附近有很多裂纹，使断裂机件 晶界能够通过扩散发生迁移， 表面出现龟裂现象；另一个特 即使在晶界上形成空洞，空洞 征是由于高温氧化，断口表面 也难以继续长大。 往往被一层氧化膜所覆盖。 微观特征主要是冰糖状花样的沿晶断裂。
§1 蠕变现象 晶界滑动和晶内滑移可能在晶界形 成交截，使晶界曲折。 应力集中不能被滑动晶界前方 晶粒的塑性交形或晶界的迁移 所松弛，那么当应力集中达到 晶界的结合强度时，在三晶粒 交界处必然发生开裂，形成楔 形空洞。
曲折的晶界和晶界夹杂物阻碍了晶 界的滑动，引起应力集中，导致空 洞形成
§1 蠕变现象 2）空位聚集模型 在垂直于拉应力的那些晶界上, 当应力水平超过临界值时，通 过空位聚集的方式萌生空洞；
§1 蠕变现象 3）高分子材料 温度过低，外力太小，蠕变很 小而且很慢，在短时间内不易 觉察； 如玻璃相完全湿润 晶体相，则 玻璃相包围晶粒，抗蠕变的性能 最弱。 （3）温度： 随着温度升高，位错运动和晶界 滑动速度加快，扩散系数增大， 蠕变速率增 大。 温度过高，外力过大，形变发 展过快，也感觉不出蠕变现象； 在适当的外力作用下，通常在 高聚物的Tg以上不远，链段在 外力下可以运动，但运动时受 到的内摩 擦力又较大，只能缓 慢运动，则可观察到较明显的 蠕变现象。
第Ⅰ阶段：AB段，为可逆形变阶 段，是普通的弹性变形，即应力 和应变成正比； 第Ⅱ阶段：BC段，为推迟的弹性 变形阶段，也称高弹性变形发展 阶段；
1、蠕变变形机理 主要有位错滑移、原子扩散和 晶界滑动，对于高分子材料还 有分子链段沿外力的舒展。
§1 蠕变现象 (1) 位错滑移蠕变机理 由于原子或空位的热激活运动， 塑性变形→位错滑移→塞积、强 使得刃型位错得以攀移，攀移后 化、更大切应力下才能重新运动 的位错或者在新的滑移面上得以 滑移(a);或者与异号位错反应得 →变形速度减小； 在高温下，由于温度的升高，给 以消失(b);或者形成亚晶界(c);或 原子和空位提供了热激活的可能，者被大角晶界所吸收(d)。 使得位错可以克服某些障碍得以 这样被塞集的位错数量减少，对 运动，继续产生塑性变形。 位错源的反作用力减小，位错源 就可以重新开动，位错得以增殖 和运动，产生蠕变变形。 第I阶段，材料因变形而强化， 阻力增大，速率减小。
08钢剪切强度
08钢剪切强度引言：08钢是一种常用的结构钢，广泛应用于各个工业领域。
剪切强度是评价08钢材料力学性能的一个重要指标。
本文将对08钢剪切强度进行详细介绍，包括定义、影响因素、测试方法以及应用领域等方面的内容。
一、定义剪切强度是指材料在受到剪切力作用下抵抗变形和破坏的能力。
对于08钢而言，剪切强度可以理解为材料在受到外部剪切力时所能承受的最大力量。
二、影响因素1.材料的成分：08钢的成分对其剪切强度有着重要影响。
高含碳量和合金元素的08钢通常具有较高的剪切强度。
2.热处理工艺：热处理能够改变08钢的晶体结构和力学性能，从而对其剪切强度产生影响。
3.材料的状态：08钢的状态（固态、热处理后、冷却速率等）也会对其剪切强度产生一定的影响。
三、测试方法剪切强度的测试通常采用剪切试验机进行。
具体步骤如下：1.将08钢样品切割成标准的试样。
2.将试样固定在剪切试验机上。
3.施加剪切力，逐渐增加直至试样发生破坏。
4.记录试样破坏时所施加的剪切力，即为08钢的剪切强度。
四、应用领域08钢剪切强度的优良性能使其在各个领域有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1.建筑工程：08钢常用于承受大型结构的剪切力，如桥梁、高层建筑等。
2.汽车制造：08钢在汽车制造中被广泛应用于车身结构和安全部件，以提高整车的强度和安全性。
3.机械制造：08钢常用于制造机械零部件，如轴承、齿轮等，以提高其耐磨性和耐久性。
4.航空航天：由于08钢的高强度和耐腐蚀性能，它常被用于飞机和火箭等航空航天器的结构件。
结论：本文对08钢剪切强度进行了详细的介绍，包括定义、影响因素、测试方法以及应用领域等方面。
剪切强度是评价08钢材料力学性能的重要指标，其优良的性能使得08钢在各个领域有着广泛的应用前景。
对于工程师和研究人员来说，了解和掌握08钢剪切强度的特性对于正确选择和应用该材料具有重要意义。
对于未来的研究方向，我们可以进一步深入研究08钢剪切强度的影响因素，以及开发出更高性能的08钢材料，以满足不断发展的工业需求。
材料力学性能
材料力学性能材料力学性能是指材料在外力作用下所表现出的力学特性，包括材料的强度、韧性、硬度、塑性等。
这些性能直接影响着材料在工程领域的应用，因此对材料力学性能的研究和评价显得尤为重要。
首先，强度是材料力学性能中的重要指标之一。
材料的强度是指材料抵抗外力破坏的能力，通常用抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等来表示。
不同材料的强度差异很大，例如金属材料的强度通常较高，而塑料和橡胶等材料的强度相对较低。
材料的强度直接影响着材料在工程中的承载能力和使用寿命。
其次，韧性是衡量材料抵抗断裂的能力。
韧性高的材料在受到外力作用时能够延展变形而不易断裂，这对于一些需要承受冲击或振动载荷的工程结构来说尤为重要。
例如，航空航天领域对材料的韧性要求较高，以确保飞行器在受到外部冲击时能够保持结构完整。
此外，硬度是材料力学性能中的重要参数之一。
材料的硬度是指材料抵抗划痕和压痕的能力，通常用洛氏硬度、巴氏硬度等来表示。
硬度高的材料通常具有较好的耐磨性和耐腐蚀性，适用于一些对材料表面要求较高的工程领域，例如汽车制造、船舶建造等。
最后，塑性是材料力学性能中的重要特性之一。
材料的塑性是指材料在受到外力作用时能够发生塑性变形而不断裂，这对于一些需要进行成形加工的工程材料来说尤为重要。
例如，金属材料的塑性使其能够通过锻造、轧制等工艺进行成形，从而制备出各种复杂的零部件。
综上所述，材料力学性能是材料工程领域中的重要研究内容，不同的材料力学性能对材料的应用具有重要的影响。
因此，对材料力学性能的研究和评价具有重要的意义，可以为工程领域的材料选择和设计提供重要的参考依据。
材料的力学性能
材料的力学性能
1.刚度---材料抵抗弹性变形的能力
2.强度---材料对塑性变形的抗力
1）屈服强度σs ，材料抵抗塑性变形的能力。
2）抗拉强度σb ，材料抵抗断裂的能力。
3）条件屈服强度σ0.2，有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2。
4）屈强比σs/σb，钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。
屈强比越大，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为0.65-0.75，合金结构钢为0.84-0.86。
3.塑性---材料塑性变形的能力
1）延伸率δ，试样拉伸断裂后标距段的总变形ΔL与原标距长度L之比的百分数。
2）断面收缩率ψ，试样拉断时颈缩部位的截面积与原始截面积之差，与原始截面积之比的百分数。
4.硬度---材料表面上，局部体积内对塑性变形的抗力
1）布氏硬度 HB，测量有色金属、铸铁等软材料。
2）洛氏硬度 HRC，测量淬火钢等硬材料（当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量）。
3）维氏硬度 HV，测量硬质合金等高硬度材料。
6.疲劳强度 -1 ---材料承受N次应力循环而不断裂的最大应力
疲劳机理：应力集中、表面状态、内部缺陷等导致显微裂纹>裂纹扩张>零件有效截面减小>
断裂。
材料力学性能
材料力学性能材料力学性能是指材料在外力的作用下所表现出来的力学特性和性能。
材料力学性能的评价是材料工程中非常重要的一个方面，它直接关系到材料的使用性能和安全性。
下面就常见的材料力学性能进行简要介绍。
1. 强度：材料的强度是指材料在外力作用下抗变形和断裂的能力。
强度是材料力学性能中最基本和重要的指标之一。
常见的强度指标有拉伸强度、屈服强度、抗压强度、剪切强度等。
2. 韧性：材料的韧性是指材料在受到外力作用下的抗冲击和抗断裂能力。
韧性可以通过材料的断裂韧性、冲击韧性等指标来评价。
高韧性的材料具有良好的抗冲击和抗断裂性能。
3. 塑性：材料的塑性是指材料在受到外力作用下能够发生可逆的形变。
材料的塑性可以通过塑性应变、塑性延伸率、塑性饱和应变等指标来描述。
常见的塑性材料有金属材料和塑料材料。
4. 刚性：材料的刚性是指材料在受到外力作用下不易发生形变的能力。
刚性材料具有较高的弹性模量和抗弯刚度。
常见的刚性材料有钢材和铝合金等。
5. 弹性：材料的弹性是指材料在受到外力作用后能自行恢复原状的能力。
弹性材料具有较高的弹性模量和较小的应变率。
常见的弹性材料有弹簧钢和橡胶等。
6. 硬度：材料的硬度是指材料抵抗外部物体对其表面的压入的能力。
硬度指标可以通过洛氏硬度、布氏硬度、维氏硬度等来表示。
硬度高的材料具有较好的抗划伤和抗磨损性能。
7. 耐磨性：材料的耐磨性是指材料在长时间摩擦和磨损作用下的抗磨损能力。
耐磨性可以通过磨损试验来评价。
高耐磨性的材料具有较长的使用寿命。
总的来说，材料力学性能是评价材料使用性能的重要指标，不同材料的力学性能差异很大，选择合适的材料可以提高产品的使用寿命和安全性。
在材料工程中，需要根据具体应用要求和工作环境选择合适的材料，并通过力学性能的评价来保证材料的质量和可靠性。
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1856年 Maxwell提出(其书信出版后才知道)
1904年 Huber 提出该理论的准则
1913年 Mises提出，但不相信是正确的 1925年 Hencky以能量观点解释与论证 《失效准则》 形状应变比能是引起材料塑性屈服的原因
具体说——不管在什么应力状态下，只要构件内 有一点处的 形状比能 达到材料单向拉伸的塑性 屈服时的形状比能，就发生塑性屈服
SIII是第三强度理论换算应力，又称应力强度(Stress Intensity) SIV是第四强度理论换算应力，又称Mises等效应力(eq) SIII 、SIV均与主切应力有关，说明第三、第四强度理论均认
为塑性变形是切应力作用下发生的
S2-5 物理屈服现象及其本质
1.物理屈服现象
2.物理屈服的本质
《推导》
失效方程（或极限条件） 即
max s
s
2
1 3
2
s
2
或
1 3 s
s
n [ ]
强度条件
S III 1 3
《评价》
实验表明：理论偏于安全，差异有时达15% 原因：未考虑2 的影响
(2)形状改变比能（第四强度）理论（Mises准则）
《推导》
失效方程（或极限条件）为
u f u0 f
uf
0 f
1 1 2 2 2 3 2 3 1 2 6E
1 2(1 ) 2 2 2 2 u s 0 s s (单向拉伸) 6E 6E
则 强度条件
S IV
1 1 2 2 2 3 2 3 1 2 s 2
S IV
1 1 2 2 2 3 2 3 1 2 [ ] 2
《评价》
理论与实验基本符合 比第三强度理论精确
《备注》
哈尔滨工业大学材料学院 朱景川
第二章 材料变形行为
S2-4 材料的塑性变形
6.宏观屈服条件
微观屈服条件： c
宏观屈服条件： 简单加载: s 或 s
复杂应力状态屈服准则？
(1)最大剪应力（第三强度）理论（Tresca准则）
1773年，Coulomb提出假设
1868年，Tresca完善 《失效准则》 最大剪应力是引起材料塑性屈服的原因 具体说——不管在什么应力状态下，只要构件内 有一点处的最大剪应力达到材料单向拉伸的塑性 屈服时的剪应力，就发生塑性屈服
3.应变时效
4.与物理屈服相关的几个工程问题
(1)在薄钢板冷冲压成形时，往往因局部 变形不均匀，板面吕德斯带导致表面折皱， 影响表面质量。 为避免折皱出现，可对钢板预变形，变形 量稍大于屈服应变，然后冲压时将不出现物 理屈服，避免折皱。
(2)应变时效可能导致工程构件脆性增加。
习题三：试比较塑性变形的滑移和孪生机制，
拉伸曲线所表现的物理屈服点是材料特性
和特定的拉伸试验条件共同作用的结果。
(1)试验条件： 夹头或横梁位移速度恒定
(2)材料特性(内部因素)
①钉扎机制： 溶质原子与位错交互作用
柯氏气团
②位错运动机制
切应力作用下位错运动状态
b vv 0源自 m材料具有明显屈服点的条件