材料宏观力学性能基础知识介绍
探究材料的宏观性能分析方法与应用
探究材料的宏观性能分析方法与应用材料的宏观性能分析方法与应用材料是现代工业和科学研究的基础，对于材料的性能分析是工程设计和科学研究的重要环节。
材料的宏观性能分析方法主要包括力学性能分析、热学性能分析和电学性能分析等。
本文将探究这些宏观性能分析方法的原理和应用。
一、力学性能分析力学性能分析是对材料的力学性能进行定量评估的方法。
常用的力学性能参数包括强度、韧性、硬度等。
强度是材料抵抗外力破坏的能力，可以通过拉伸试验、压缩试验和弯曲试验等方法进行测定。
韧性是材料抵抗外力破坏的能力，可以通过冲击试验和断裂韧性试验等方法进行测定。
硬度是材料抵抗外力划痕的能力，可以通过洛氏硬度试验、维氏硬度试验和巴氏硬度试验等方法进行测定。
力学性能分析的应用非常广泛。
在工程设计中，力学性能分析可以帮助工程师选择合适的材料，确保产品的安全性和可靠性。
在科学研究中，力学性能分析可以帮助研究人员深入了解材料的力学行为，为材料的改进和优化提供依据。
二、热学性能分析热学性能分析是对材料的热学性能进行定量评估的方法。
常用的热学性能参数包括热导率、热膨胀系数和热稳定性等。
热导率是材料传导热量的能力，可以通过热导率测定仪进行测定。
热膨胀系数是材料在温度变化下体积变化的程度，可以通过热膨胀系数测定仪进行测定。
热稳定性是材料在高温环境下的稳定性能，可以通过热重分析仪进行测定。
热学性能分析在材料研究和工程应用中具有重要意义。
在材料研究中，热学性能分析可以帮助研究人员了解材料的热传导机制，为新材料的设计和开发提供指导。
在工程应用中，热学性能分析可以帮助工程师选择合适的材料，确保产品在高温环境下的稳定性和可靠性。
三、电学性能分析电学性能分析是对材料的电学性能进行定量评估的方法。
常用的电学性能参数包括电导率、介电常数和电阻率等。
电导率是材料传导电流的能力，可以通过电导率测定仪进行测定。
介电常数是材料在电场中的响应能力，可以通过介电常数测定仪进行测定。
材料宏观力学性能基础知识介绍
材料性能
材料性能的分类
强度
使用性能
（材料在使用过程 中所表现的性能）
力学性能 （材料在外力作用 下表现出来的性能）
物理性能
化学性能
硬度 韧性 塑性
工艺性能
（材料适应各种冷、热 加工和热处理的性能）
铸造性能
锻造性能 焊接性能 冲压性能 切削加工性能 热处理工艺性能
力学性能：指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有强度、塑性、硬 度、韧性和疲劳强度等。
o
l
e — 弹性极限点
S — 屈服点
b — 极限载荷点
K — 断裂点
1、强度
• 什么是强度：强度是指材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。
• 强度种类:
强度
抗拉强度 抗压强度 抗弯强度 抗剪强度 抗扭强度
• 工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。 • 屈服强度：是指金属材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力，或开始
失去功能的弹性变形失效容易判断, 如弹簧被拉得很长; 安全阀弹簧, 压力没 超压, 就把阀芯顶起。
弹性变形失效的原因及防护措施
过载、超温或材料变质是构件产生弹件变形失效的原因，而这些原因往 往是由于构件原设计的考虑不周、计算错误或选材不当造成的。
防 1) 选择合适的材料或构件结构：选用E值高的材料或改善构件结构 尽可能获得大的刚度；
δ ≈ 5 ~ 10% 属韧性材料
δ > 10%
属塑性材料
金属材料的延伸率和断面收缩率数值越大，表示材料的塑性 越好。 塑性好的金属可以发生大量的塑性变形而不破坏， 便于通过各种压力加工获得复杂形状的零件。
力学材料类知识点总结
力学材料类知识点总结力学材料是研究各种材料在受力作用下的力学性能的一个重要领域，包括金属材料、塑料材料、陶瓷材料、复合材料和生物材料等。
力学材料的研究对于材料工程、结构设计、材料制备具有重要的意义。
在这篇总结中，我们将介绍一些力学材料的基本知识点，包括材料的力学性能、材料的力学测试方法、材料的损伤与断裂、材料的应用等方面的内容。
1. 材料的力学性能材料的力学性能是指材料在受力作用下所表现出的力学特性及其与力学参数之间的关系。
主要包括材料的弹性性能、塑性性能、断裂性能、疲劳性能等。
材料的力学性能直接影响到材料的应用领域和使用寿命。
弹性性能：材料的弹性性能是指材料在受力作用下的变形能力。
当受力作用停止后，材料能够恢复到原始形状和尺寸。
弹性模量是衡量材料弹性性能的重要参数，不同的材料具有不同的弹性模量。
塑性性能：材料的塑性性能是指材料在受力作用下的变形能力。
当受力超过一定程度时，材料会发生塑性变形并无法完全恢复原态。
屈服强度和延伸率是衡量材料塑性性能的重要参数。
断裂性能：材料的断裂性能是指材料在受力作用下的抗断裂能力。
断裂韧性、断裂强度和断裂伸长率是衡量材料断裂性能的重要参数。
疲劳性能：材料的疲劳性能是指材料在受循环加载作用下的抗疲劳性能。
疲劳寿命、疲劳极限和疲劳裂纹扩展速率是衡量材料疲劳性能的重要参数。
2. 材料的力学测试方法力学测试是研究材料力学性能的重要手段，通常包括拉伸试验、压缩试验、弯曲试验、扭转试验、硬度测试、冲击试验等。
这些测试方法能够准确地评估材料的力学性能，并为材料的应用提供有效的数据支持。
拉伸试验：拉伸试验是测定材料拉伸强度、屈服强度、断裂伸长率等参数的常用试验方法。
通过拉伸试验得到的应力-应变曲线能够反映材料的弹性行为和塑性行为。
压缩试验：压缩试验是测定材料在压缩状态下的力学性能参数，如压缩强度、屈服强度等。
压缩试验能够评估材料在受压状态下的表现情况。
弯曲试验：弯曲试验是测定材料在弯曲状态下的力学性能参数，如抗弯强度、屈服强度、弯曲模量等。
陶瓷基复合材料 宏观力学
陶瓷基复合材料宏观力学
陶瓷基复合材料指的是将陶瓷作为基体材料，并添加其他材料（如金属、高分子等）制成的复合材料。
宏观力学是研究物体整体运动和相互作用的力学学科，它包括力的作用、物体的运动和相互作用等内容。
对于陶瓷基复合材料而言，宏观力学主要涉及以下几个方面：
1. 强度和刚度：陶瓷基复合材料的强度和刚度是衡量其材料性能的关键指标。
宏观力学可以研究复合材料的抗弯强度、抗拉强度、抗压强度等力学性能，并通过力学模型进行预测和分析。
2. 断裂行为：由于陶瓷基复合材料的脆性本质，其断裂行为对于应用性能至关重要。
宏观力学可以研究复合材料的断裂行为，如断裂韧性、断裂韧度等。
3. 疲劳和损伤：陶瓷基复合材料在使用过程中容易发生疲劳和损伤，宏观力学可以研究复合材料的疲劳寿命和损伤演化规律，为设计和使用提供参考。
4. 多尺度效应：陶瓷基复合材料的力学性能在不同尺度下可能具有显著的差异，宏观力学可以将宏观力学行为与微观结构相联系，研究多尺度效应对复合材料性能的影响。
通过宏观力学的研究，可以更好地了解陶瓷基复合材料的整体力学性能，为材料设计、加工和应用提供基础理论支持。
同时，
宏观力学研究可以为优化复合材料的力学性能提供指导，提高材料的使用寿命和可靠性。
材料力学性能学习要点
材料力学性能知识框架不同材料（金属、高分子、陶瓷基复合材料）具有怎样的力学性能特点；结合成型与加工、选材和材料改质、改性等项要求，理解各材料力学性能指标（复习不再列出）的含义、物理及技术意义；材料变形与断裂的基本特征（金属为主，了解高分子、陶瓷及复合材料）；结合工件服役（受载、环境因素）条件和材料断口形貌特征，判断材料失效及断裂类型；了解主要力学性能指标的测试方法；分析、把握影响材料主要力学性能指标的主要因素。
1．拉伸力学性能强度、塑性、韧性；（1）强度：金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。
强度是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。
（2）塑性：材料受力，应力超过屈服点后，仍能继续变形而不发生断裂的性质（能力）。
“δ”-伸长率，“ψ”-断面收缩率。
意义：a. 确保安全，防止产生突然破坏；b. 缓和应力集中；c. 是轧制、挤压等冷热加工变形的必要条件；影响因素：a. 细化晶粒，塑性↑；b. 软的第二相，塑性↑；c. 温度提高，塑性↑；d. 固溶、硬的第二相等，塑性↓（3）韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
（或者材料抵抗裂纹扩展的能力，J/m3），是材料的力学性能。
退火低碳钢静拉伸曲线特征；断口形貌特点；退火低碳钢在拉伸力作用下的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。
弹性变形、塑性变形；（1）弹性变形：定义：当外力去除后，能恢复到原来形状或尺寸的变形，叫弹性变形。
特点：单调、可逆、变形量很小（＜0.5～1.0%）（2）塑性变形：定义：外载荷卸去后，不能恢复的变形。
特点：各晶粒变形的不同时性和不均匀性、变形的相互协调性屈服（不均匀塑性变形）、均匀塑性变形、集中塑性变形(缩颈)；（1）屈服（不均匀塑性变形）：在金属塑性变形开始阶段，外力不增加、甚至下降时，变形继续进行的现象，称为屈服。
特点：上屈服点、下屈服点（吕德丝带）（2）均匀塑性变形：屈服之后，缩颈之前的阶段（在这一阶段，塑性变形并是能像屈服平台那样连续流变先去，而需要不断增加外力才能进行，）（3）集中塑性变形(缩颈)：a. 意义变形集中于局部区域b. 缩颈的判据（塑性变形时，体积不变的条件）e B = n结论：当金属材料真实均匀塑性应变量等于应变硬化指数时，便产生缩颈。
第九章宏微观计算材料力学_材料的宏微观力学性能
第九章宏微观计算材料力学_材料的宏微观力学性能材料的宏微观力学性能是指材料在宏观和微观尺度下的力学行为和性能。
宏观力学性能是指材料在整体上对外加力的响应和表现，包括弹性模量、屈服强度、断裂韧性等。
微观力学性能是指材料在微观尺度下的组织结构和缺陷对力学性能的影响，包括位错运动、晶格缺陷、相变等。
在宏观尺度下，材料的弹性模量是一个重要的力学性能。
弹性模量反映了材料受力时的变形能力，是材料的刚度系数。
常见的材料如金属、聚合物、陶瓷等具有不同的弹性模量，弹性模量越大，材料的刚度越大，抵抗变形的能力越强。
屈服强度是材料受力后开始发生塑性变形的临界点，它反映了材料抵抗外力引起塑性变形的能力。
断裂韧性反映了材料抵抗断裂的能力，即破坏前材料吸收的能量。
不同材料的断裂韧性也不同，金属通常具有较高的断裂韧性，而陶瓷则通常具有较低的断裂韧性。
在微观尺度下，材料的力学性能与材料内部的位错运动和晶格缺陷密切相关。
位错是材料中的晶格缺陷，它可以通过滑移、螺旋滑移等方式运动，从而引起材料的塑性变形。
位错的数量和运动性质对材料的塑性变形行为有着重要的影响，不同类型的位错运动可导致不同的塑性变形和强化行为。
晶格缺陷包括点缺陷、线缺陷和面缺陷等，它们对材料的力学性能和缺陷扩展行为有着重要影响。
例如，点缺陷可以降低材料的强度和韧性，而面缺陷可以作为裂纹的起始点，并影响裂纹的扩展行为。
此外，材料的相变行为也是材料力学性能的重要组成部分。
相变是指材料在温度、应力或组分等条件发生变化时，形态和结构也发生变化的过程。
相变可以引起材料的塑性变形、蠕变和强度等力学性能的变化。
例如，材料的固溶体化相变可以改变材料的晶体结构、晶界运动和晶粒尺寸等，从而对材料的力学性能产生影响。
总之，材料的宏微观力学性能是多个因素共同作用的结果，包括材料的组织结构、晶格缺陷和相变行为等。
深入理解和研究材料的宏微观力学性能对于改善材料的性能和开发新型材料具有重要意义。
材料力学性能重点总结讲解学习
材料力学性能重点总结讲解学习名词解释：1加工硬化：试样发生均匀塑性变形，欲继续变形则必须不断增加载荷，这种随着随性变形的增大形变抗力不断增大的现象叫加工硬化。
2弹性比功：表示金属材料吸收弹性变形功的能力。
3滞弹性：在弹性范围内快速加载或卸载后，随着时间延长产生附加弹性应变的现象。
4包申格效应：金属材料通过预先加载产生少量塑性变形（残余应变小于1%-4%），而后再同向加载，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。
5塑性：金属材料断裂前发生塑性变形的能力。
常见塑性变形方式：滑移和孪生6弹性极限：以规定某一少量的残留变形为标准，对应此残留变形的应力。
7比例极限：应力与应变保持正比关系的应力最高限。
8屈服强度：以规定发生一定的残留变形为标准，如通常以0.2%的残留变形的应力作为屈服强度。
9韧性断裂是材料断裂前发生产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的断裂过程，在裂纹扩展过程中不断的消耗能量。
韧性断裂的断裂面一般平行于最大切应力并于主应力成45度角。
10脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑形变形，没有明显征兆，危害性很大。
断裂面一般与主应力垂直，端口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状。
11剪切断裂是金属材料在切应力作用下，沿着滑移面分离而造成的断裂，又分滑断和微孔聚集性断裂。
12解理断裂：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，总是脆性断裂。
13缺口效应：由于缺口的存在，在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态发生变化，产生所谓“缺口效应“①缺口引起应力集中，并改变了缺口应力状态，使得缺口试样或机件中所受的应力由原来的单向应力状态改变为两向或者三向应力状态。
②缺口使得材料的强度提高，塑性降低，增大材料产生脆断的倾向。
8缺口敏感度：有缺口强度的抗拉强度σbm与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb的比值. NSR=σbn / σs NSR越大缺口敏感度越小9冲击韧性：Ak除以冲击式样缺口底部截面积所得之商10冲击吸收功：式样变形和断裂所消耗的功，称为冲击吸收功以Ak表示，单位J11低温脆性：一些具有体心立方晶格或某些秘排立方晶格的金属，当温度降低到、某一温度时，会由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集变为穿晶解理，断口特征由纤维状变为结晶状，这种现象称为低温脆性12 脆性转变温度：当温度降低时，材料屈服强度急剧增加，而塑形和冲击吸收功急剧减小。
材料力学基础
材料力学基础材料力学是研究材料在外力作用下的变形、破坏和性能的一门学科。
它是材料科学的重要组成部分，对于材料的设计、制备和应用具有重要的指导意义。
本文将介绍材料力学的基础知识，包括应力、应变、弹性模量、屈服强度等内容。
首先，我们来介绍应力和应变的概念。
应力是单位面积上的力，通常用σ表示，其计算公式为F/A，其中F为受力，A为受力面积。
应变是物体长度相对于初始长度的变化量，通常用ε表示，其计算公式为ΔL/L，其中ΔL为长度变化量，L为初始长度。
应力和应变是描述材料在外力作用下的变形情况的重要物理量。
接下来，我们将介绍材料的弹性模量。
弹性模量是描述材料抵抗变形的能力的物理量，通常用E表示。
对于线弹性材料，弹性模量可以通过应力-应变关系来计算，即E=σ/ε。
弹性模量是衡量材料刚度和变形能力的重要参数，不同材料的弹性模量具有很大差异，对于材料的选择和设计具有重要意义。
除了弹性模量，材料的屈服强度也是一个重要的力学性能参数。
屈服强度是材料在受力过程中开始发生塑性变形的应力值，通常用σy表示。
当材料受到的应力超过屈服强度时，材料会发生塑性变形，这对于材料的加工和使用具有重要的影响。
屈服强度是衡量材料抗拉伸能力的重要指标，对于材料的工程应用具有重要意义。
此外，材料的断裂行为也是材料力学研究的重要内容。
材料的断裂行为通常可以通过拉伸试验来研究，通过拉伸试验可以得到材料的断裂应力和断裂应变。
断裂应力和断裂应变是描述材料断裂性能的重要参数，对于材料的设计和评价具有重要意义。
综上所述，材料力学是研究材料在外力作用下的变形、破坏和性能的重要学科，其基础知识包括应力、应变、弹性模量、屈服强度等内容。
这些基础知识对于材料的设计、制备和应用具有重要的指导意义，是材料科学不可或缺的重要组成部分。
希望本文的介绍能够对读者对材料力学有所了解，并对材料科学的学习和研究有所帮助。
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根据KI=Yσa ≥KIC的临界判据知： 为使零件不发生脆断，设计时可以控制三个参数：材料的断裂韧度K1C 、名义工作 应力σ和零件内的裂纹长度a，它们之间的定量关系能直接用于设计计算，可以解决 以下三方面的工程实际问题：
1）根据零件的实际工作应力σ和其内可能的裂纹尺寸a，确定材料应有的断裂韧度 K1C，为正确选材提供依据；
材料性能
材料性能的分类
强度
使用性能
（材料在使用过程 中所表现的性能）
力学性能 （材料在外力作用 下表现出来的性能）
物理性能
化学性能
硬度 韧性 塑性
工艺性能
（材料适应各种冷、热 加工和热处理的性能）
铸造性能
锻造性能 焊接性能 冲压性能 切削加工性能 热处理工艺性能
力学性能：指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有强度、塑性、硬 度、韧性和疲劳强度等。
失去功能的弹性变形失效容易判断, 如弹簧被拉得很长; 安全阀弹簧, 压力没 超压, 就把阀芯顶起。
弹性变形失效的原因及防护措施
过载、超温或材料变质是构件产生弹件变形失效的原因，而这些原因往 往是由于构件原设计的考虑不周、计算错误或选材不当造成的。
防 1) 选择合适的材料或构件结构：选用E值高的材料或改善构件结构 尽可能获得大的刚度；
理化室的洛氏硬度仪
HRA用于测量高硬度材料, 如硬质合金、表淬层和渗碳层。 HRB用于测量低硬度材料, 如有色金属和退火、正火钢等。 HRC用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。 洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。 缺点：测量精度较低，不同标尺的硬度值不能比较。
应用：是生产中应用最广泛的硬度试验方法。 可用于成品检验和薄件表面硬度检验。 不适于测量组织不均匀材料。
抗拉强度 屈服强度 疲劳强度 刚度 硬度 塑性 韧性
机械构件失效 通常分四种类型：变形失效、断裂失效、 腐蚀失效、磨损失效
一、变形失效 主要有弹性变形失效和塑性变形失效
弹性变形失效
（1）过量的弹性变形失效
指构件产生的弹性变形量超过构件匹配所允许的值。 判断过量的弹性变形失效比较难。
（2）失去弹性功能的弹性变形失效 当弹性变形已不遵循变形可逆性、单值性和小变形量的特征时，构件就失 去了弹性功能而失效。
护 措 2) 确定适当的构件匹配尺寸或变形的约束条件； 施 3) 采用减少变形影响的连接件，如皮带传动、软管连接、柔性轴
出现塑性变形时的最低应力值，用σs表示。 • 抗拉强度：是指金属材料在拉力的作用下，被拉断前所能承受的最大应力 （1值），屈用服σ强b度表（示σ。S）
σS = Fs / S0 （MPa）
它表征了材料抵抗微量塑性变形的能力。
当材料单位面积上所受的应力σe<σ<σs时，只产生小量的塑性变形。 当σ>σs时，材料将产生明显的塑性变形。
（1）、布氏硬度HB基本原理
HB 0.102
2P
D(D D2 d 2 )
基本原理：压入法——通过压痕面积衡量硬度
理化室布氏硬度仪
• 压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450 以下的材料。
• 压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在450-650的材料。
2）根据零件所使用的材料断裂韧度K1C及已探伤出的零件内存在的裂纹尺寸a，确定 零件的临界断裂应力σC，为零件最大承载能力设计提供依据；
3）根据已知材料的断裂韧度K1C和零件的实际工作应力σ，估算断裂时的临界裂纹 长度aC，为零件的裂纹探伤提供依据。
5、疲劳强度
疲劳强度： 疲劳强度是指材料经受无限次循环应力也不发生断裂的最大应 力值，记作σD。
冲击韧性是一个对材料组织结构相当敏感的量，提高材料的冲击韧性的途径有： • 改变材料的成分，如加入钒、钛、铝、氮等元素，通过细化晶粒来提高其韧性；
• 提高材料的冶金质量，减少偏析、夹渣、气泡等缺陷。
（2）断裂韧性
应力强度因子（KI ）：描述裂纹尖端附近应力场强度的指标。
• 随应力的增大，KI不断增大，当KI增大到某一定值 时，这可使裂纹前沿的内应力大到足以使材料分离， 从而导致裂纹突然扩展，材料快速发生断裂。
δ ≈ 5 ~ 10% 属韧性材料
δ > 10%
属塑性材料
金属材料的延伸率和断面收缩率数值越大，表示材料的塑性 越好。 塑性好的金属可以发生大量的塑性变形而不破坏， 便于通过各种压力加工获得复杂形状的零件。
良好的塑性是金属材料进行压力加工的必要条件，也是保证 机械零件工作安全，不发生突然脆断的必要条件。
塑性好的材料，在受力过大时， 由于首先产生塑性变形而不致发生突然断裂，因此比较安全。
普通铸铁的塑性差，因而不能进行压力加工，只能进行铸造。
3、硬度
• 定义：硬度是材料抵抗弹性变动、塑性变形或破坏的能力； • 是衡量金属材料软硬程度的指标 • 常用硬度测量方法： • 布氏硬度（HB） • 洛氏硬度（HRA、HRB、HRC） • 维氏硬度（HV） • 显微硬度等方法。
• 表示方法：硬度值+HBS(HBW)+D+F+t • 120HBS10/1000/30 • 表示直径为10mm的钢球在1000kgf载荷作用下保持30s测得的布氏硬
度值为120。
布 氏 硬 度 压 痕
布氏硬度测量注意事项： 较软的材料（HB<450）采用淬火钢球 较硬的材料（HB 450~650）采用硬质合金球 试样厚度应大于压痕深度10倍以上 越软的材料载荷保持时间越久 所加压力必须与试件表面垂直 压痕直径应该在(0.25~0.6)D范围内
• 这个应力强度因子的临界值，称为材料的断裂韧度， 用KIC表示。
• 断裂韧性：材料抵抗内部裂纹失ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ扩展的能力。
裂纹扩展的基本形式
K IC Y C aC
C为断裂应力，aC为临界裂纹半长 KＩ＞＞ KIC，材料必发生裂纹失稳扩展而脆断。 KＩ＜ KIC，材料中裂纹不扩展或扩展缓慢。 KIC可通过试验来测定，它与材料成分、热处理及加工工艺等有关
零件疲劳失效的过程
零件疲劳失效的过程可分为疲劳裂纹产生、疲劳裂纹扩 展和瞬时断裂三个阶段。
疲劳断口一般可明显地分成三个区域，即疲劳源、疲劳 裂纹扩展区和瞬时断裂区。
疲劳断口示意图 1-疲劳源 2-扩展区 3-瞬时断裂
6、机械构件失效
材料力学性能与失效模式之间的关系
失效形式
力学性能
断裂 塑性变形 过量弹变 磨损
•若零件在使用时只要求不发生破坏，则以材料的σb来设计计算。 •因此σs和σb是机械零件设计计算的主要依据。
工程上所用的金属材料，不仅希望具有较高的σs ， 还希望具有一定的屈强比 (σs／σb ) 。
屈强比小，工程构件的可靠性高， 说明即使外载荷或某些意外因素使金属变形，也不至于立即 断裂。 但若屈强比过小，则材料强度的有效利用率太低。
疲劳断裂
疲劳断裂是指在变动载荷的作用下，零件经过较长时间工作或多次应力循环 后所发生的突然断裂现象。
疲劳断裂的特点
（1）疲劳断裂是一种低应力脆断，断裂应力低于材料的屈服强度， 甚至低于材料的弹性极限； （2）断裂前，零件没有明显的塑性变形，即使伸长率δ和断面收缩率ψ很高的 塑性材料也是如此； （3）疲劳断裂对材料的表面和内部缺陷非常敏感，疲劳裂纹常在表面缺口（如 螺纹、刀痕、油孔等）、脱碳层、夹渣物、碳化物及孔洞等处形成；
4、韧性
金属材料在断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力， 称为金属材料的韧性。
由于断裂前金属材料所受力的类型、大小不同，材料的韧性也表 现为不同的形式，常用的主要有冲击韧性和断裂韧性。
（1）冲击韧性
以很大速度作用于构件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷 作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。 用途：A.评价缺口敏感性；B.材料质量；C.材料高低温的转变特性。
洛氏硬度主要有A、B、C三个标尺，其主要区别及应用：
（3）、 维氏硬度
维氏硬度：以一定的试验 力将压头压入试样表面， 保持规定时间卸载后，在 试样表面留下一个四方锥 形的压痕，测量压痕两对 角线长度，以此计算出硬 度值。
维氏硬度压痕：
维氏硬度测量原理： 理化室维氏硬度仪
• 维氏硬度用符号HV表示，符号前的数字为硬度值， 后面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时 间。
• 布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 • 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬
的材料。 • 应用： • 具有粗大晶粒或粗大组成相的材料，如灰铸铁、轴承合
金。特别是对于较软的金属，如纯铝、铅、锡，测定的 硬度非常准确； • 不适用于零件表面的硬度测试，薄壁件或表面硬化层的 硬度测试、大批量样品的硬度测试 。
屈服强度 — 是塑性材料选材和评定的依据，因屈服强度接近于开始 塑性变形所需的应力，所以屈服强度更多应用于设计。 （2）抗拉强度（σb ）
σb =Fb/S0 （MPa） 它表征了材料在拉伸条件下所能承受的最大应力。
抗拉强度 — 是脆性材料选材的依据。(脆性材料没有屈服现象)
•若零件在使用时不允许产生过量塑性变形，应以材料的σs或 σ0.2进行设计计算。
对于大多数机械零件，工作时不允许产生塑性变形， 所以屈服强度是零件强度设计的依据；
对于因断裂而失效的零件，而用抗拉强度作为其强度设计的 依据。 抗拉强度的测定一般用拉伸试验机，理化室的万能试验机可 以做抗拉强度的测量。
理化室万能试验机
2、塑性 塑性定义：材料在外力作用下，产生永久变形而不引起破坏的能力。 常用的衡量塑性的指标为断面收缩率和延伸率 (1)断面收缩率: 是指试样拉断处横截面积Sk的收缩量与原始横截面积S0 之比。
材料力学性能方面的相关理论主要应用于产品前期的设计开发，保证产品 具有预期的使用功能。例如强度理论，保证设计出来的零件的强度能够满足 使用要求；材料力学性能方面的相关知识，也可以用来进行零件的失效分析。