金属材料屈服强度的应变率效应和热激活理论
无机材料物理性能题库(1)
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
金属材料的力学行为模型
金属材料的力学行为模型引言:金属材料在人类社会中扮演着重要的角色，广泛应用于建筑、交通、电子等领域。
研究金属材料的力学行为模型对于优化设计、材料选择和结构安全具有重要意义。
本文将探讨金属材料的力学行为模型，并介绍常用的弹性、塑性和粘弹性模型。
第一部分：弹性模型弹性模型用于描述金属材料在受力后恢复原状的能力。
最简单的弹性模型是胡克定律，它表明应力与应变成正比。
然而，金属材料的力学行为往往不符合线性弹性假设。
因此，工程领域常采用线性弹性模型、非线性弹性模型和弹塑性模型等。
线性弹性模型假设应力与应变呈线性关系，其中应力是单位面积上的力，应变是单位长度上的形变。
最常用的线性弹性模型是胡克-杨模型，它描述了金属材料的正弹性行为。
然而，在高应力下，金属材料的力学行为不再符合线性弹性假设。
第二部分：塑性模型塑性模型用于描述金属材料在超过弹性极限后的可塑性变形。
金属材料在受力时会出现塑性变形，即无法完全恢复原状。
晶体塑性理论是研究金属材料塑性变形的重要方法。
它基于晶体的滑移理论和晶体微弱滑移的条件。
其中，最常用的塑性模型是von Mises模型，它假设金属材料在达到屈服点后会开始塑性变形。
该模型描述了材料的屈服条件，并引入了流动准则来确定塑性变形发生的条件。
第三部分：粘弹性模型粘弹性是介于弹性和塑性之间的力学特性，用于描述金属材料在应力施加后的时间依赖性。
与弹性相比，粘弹性模型考虑了材料的时间依赖性。
常见的粘弹性模型包括粘弹性弹簧模型和粘弹性体模型。
粘弹性模型的研究包括应力松弛实验和应变迟滞实验。
这些实验揭示了金属材料在受力后的时间依赖性行为，为粘弹性模型的建立提供了实验基础和理论依据。
结论:金属材料的力学行为模型对于优化设计和结构安全具有重要意义。
本文介绍了金属材料的弹性、塑性和粘弹性模型，并讨论了它们的适用范围和应用。
在工程实践中，根据材料的具体情况选择适当的模型进行分析和设计是至关重要的。
希望本文的探讨能够为金属材料力学行为模型的应用提供一定的指导和启示。
金属材料抗拉强度与屈服强度的关系
金属材料抗拉强度与屈服强度的关系现代制造业中，金属材料是最常用的材料之一，它们具有良好的机械性能、可塑性和强度。
其中，抗拉强度和屈服强度是最重要的两个指标。
抗拉强度是指材料在受拉力作用下所能承受的最大应力值，即在试验时，试样发生断裂前所能承受的最大拉力。
而屈服强度，则是指材料在拉伸过程中发生塑性变形时所承受的最大应力值。
本文主要探讨金属材料抗拉强度与屈服强度之间的关系。
1、定义抗拉强度和屈服强度是试验性能的两个基本概念，通常通过拉伸试验来测试这两个指标。
拉伸试验是将试样放置于金属夹具之间，在受到相对拉伸力的作用下直接拉伸，从而记录下应力-应变曲线并运用Hooke定律分析材料力学特性的一种试验方法。
应力-应变曲线包括线性弹性区和非线性区。
线性弹性区是指在应力值较小时，应变值与应力值呈线性关系。
非线性区是指在应力值较大时，应变值与应力值不再呈线性关系。
抗拉强度就是在材料拉伸力最大的瞬间，材料所受应力的最大值；而屈服强度则是应力-应变曲线的非线性区域初次偏斜的应力值。
2、实验结果实验结果表明，抗拉强度和屈服强度具有一定的关系，但两者之间的比例取决于材料的性质。
例如，高强度钢的屈服强度与抗拉强度之间的比例通常在0.5左右，而铝合金的比例则通常在0.7左右。
钢材和铝合金等金属材料的屈服强度通常比抗拉强度低约20-30%。
这是因为，当材料受到拉伸力时，首先发生的是塑性变形，只有当材料达到一定的变形程度后，才会发生断裂。
因此，当材料在承受拉伸力时，应力-应变曲线在开始时是呈弹性曲线的。
材料受到增加的拉伸力后，应变率也随之增加。
在应力值低于屈服强度时，材料的应变不发生持续的塑性变形，而只会形成一些弹性变形。
当应力值达到屈服强度时，材料开始发生塑性变形，此时塑性变形所产生的能量将会导致材料的应力值下降，称为“降伏现象”。
在此后的过程中，材料的塑性变形将不再与应力成正比，而是呈现非线性关系。
在这段区域，材料的应力值将会继续下降，直至达到最终破断强度为止。
材料性能学_总结
比例极限p σ是保证材料的弹性变形按正比关系变化的最大应力，即在拉伸应力－应变曲线上开始偏离直线时的应力值。
弹性极限e σ是材料发生弹性变形的最大应力，在撤消这个应力后，材料能完全恢复。
s σ：屈服极限—屈服强度， s σ=Fs/A0 材料屈服时对应的应力值也就是材料抵抗起始塑性变形或产生微量塑性变形的能力，这一应力值称为材料的屈服强度。
b σ：抗拉强度—断裂抗力，0A F bb =σ 试样拉断过程中最大实验力所对应的力。
弹性比功e a ：弹性变形过程中吸收变形功的能力。
滞弹性：快速加载或者卸载后，材料随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。
伪弹性是指在一定的温度条件下，当应力达到一定水平后，金属或合金将产生应力诱发马氏体相变，伴随应力诱发相变产生大幅度的弹性变形的现象。
包申格效应是指，金属材料经预先加载产生少量塑性变形（残余应变小于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。
粘弹性是指材料在外力作用下，弹性和粘性两种变形机理同时存在的力学行为。
其特征是应变对应力的响应（或反之）不是瞬时完成的，需要一个弛豫过程，但卸载后，应变恢复到初始值，不留下残余变形。
式中的e 为真应变。
于是，工程应变和真应变之间的关系为)1ln(lnε+==L Le 金属材料常见的塑性变形机理为晶体的滑移和孪生两种。
多晶体金属材料，由于各晶粒的位向不同和晶界的存在，塑性变形复杂，有如下特点： （1）各晶粒变形的不同时性和不均匀性； （2）各晶粒变形的相互协调性。
影响金属材料屈服强度的因素：1.晶体结构、2.晶界与亚结构、3.溶质元素、4.第二相、5.温度、6.应变速率与应力状态金属材料应变硬化的机理：是塑性变形过程中的多系滑移和交滑移造成的。
应变硬化指数n ：nKe S = S 真应力，e 真应变，K 硬化系数 缩颈是变形集中于局部区域的特殊状态拉伸断裂 分类：①脆性与韧性断裂：按宏观塑性变形的程度； ②穿晶和沿晶断裂：按裂纹扩展的途径； ③解理和剪切断裂：按微观断裂机理；④正断和切断：按作用力的性质。
8-高温条件下的力学性能-蠕变解析
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二、约比温度
温度的高低，是相对于材料的熔点而言的，一般用“约比温 度(T/Tm)”来描述；以绝对温度K计算。
一般，当T/Tm＞0.5时为高温，反之则为低温。 金属材料：T>0.3-0.4Tm； 陶瓷材料：T>0.4Tm； 高分子材料T>Tg ，Tg 玻璃化温度
0 引言
三、高温对材料力学性能的影响 1）发生蠕变现象 2）强度与载荷作用的时间有关：载荷作用时间越长，引起 变形的抗力越小。 3）材料在高温长时载荷下不仅强度降低，而且塑性也降低。 应变速率越低，作用时间越长，塑性降低越显著，甚 至出现 脆性断裂。 4）与蠕变现象相伴随的还有高温应力松弛
弹性变形引起的蠕变，当载荷去除后，可以发生回复， 称为蠕变回复，这是高分子材料的蠕变与其他材料的不同 之一。
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8.2 蠕变变形与蠕变断裂机理
1.蠕变变形机理 主要有位错滑移、攀移、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) 位错滑移、攀移蠕变机理 在常温下，若滑移面上位错运动受阻，产生塞积现象，滑 移便不能进行。 在高温下，由于温度的升高，给原子和空位提供了热激活 的可能，使得位错可以克服某些障碍得以运动，继续产生 塑性变形。
蠕变发展到第三阶段，由于裂
纹迅速扩展，蠕变速度加快。当
裂纹达到临界尺寸便产生蠕变断 裂。
(4) 粘弹性机理 高分子材料在恒定应力的作用下，分子链由卷曲状态逐渐 伸展，发生蠕变变形，这是体系熵值减小的过程 当外力减小或去除后，体系自发地趋向熵值增大的状态，分 子链由伸展状态向卷曲状态回复，表现为高分子材料的蠕变 回复特性。
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8.2 蠕变变形与蠕变断裂机理
图中，虚线--迁移前晶界,实线为迁移后晶界 A-B，B-C,及A-C晶界发生晶界滑移，晶界迁移，三晶 粒的交点由1移至2再移至3点。
的工程材料力学性能-第2版问题详解 束德林
《工程材料力学性能》束德林课后答案机械工业出版社 2008第2版第一章单向静拉伸力学性能1、解释下列名词。
1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。
2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。
3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。
4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，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。
5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。
6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。
韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b的台阶。
8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。
是解理台阶的一种标志。
9.解理面：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，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。
10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。
沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。
11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变12.弹性不完整性：理想的弹性体是不存在的，多数工程材料弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象,称之为弹性不完整性。
弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等2、 说明下列力学性能指标的意义。
答：E 弹性模量 G 切变模量 r σ规定残余伸长应力 2.0σ屈服强度 gt δ金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率 n 应变硬化指数 【P15】3、 金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标？答：主要决定于原子本性和晶格类型。
第八章 材料的屈服强度与强化-放映
一、点钉扎强化的一般规律
在滑移面上移动的一条位错，遇 到两个钉扎点Q与P而被钉扎住。 受外力作用，位错段发生弯曲
钉扎点自身受力平衡条件
2T cos F p 2
点钉扎示意图
钉扎的特征量：钉扎点间距为l ；最大钉 扎力Fmax ，对应于两边位错线夹角为φC • 弱钉扎：Fmax/2T <0.6 ，即φC >100º • 强钉扎：Fmax/2T >0.6，则φC <100º 极端强钉扎点：Fmax > 2T，使φC＝0 (T为位错线张力)
通常材料中两者不符的原因？个别相符何故？
塑性变形的位错理论
基本原理 普通金属中存在位错，塑性 变形是通过这些位错的移动 将原子的相对切动由理想晶 体中的一致性移动转化成局 部切动，使变形过程拉长， 因此降低了所需应力
屈服强度对应于位错移动所 需外应力
位错移动与塑性变形关系
一条位错在其滑移面上扫 过后，滑移面上下两部分 晶体相对移动一个距离： 位错线的 Burgers vector b
塑性变形机理及理论强度
机理：相邻两个面上的原子，沿
着切变方向发生不可恢复的相对 移动，从一个低能的平衡位臵移 动到下一个平衡位臵上
理论屈服强度：从原子面的整
体相对切动、以及能量的正弦变 化假设出发，利用Hooke定律近似， 得
Sth G 4
单向拉伸屈服强度
Sth 2 Sth G 2
Orowan绕过
Gb C l
二、点钉扎强化例－固溶强化
固溶强化－向基体中加入异类原子形成固溶体而产生 的强化
溶质原子在大小尺寸(相对于其替代的基体原子或者其所处的 间隙的大小而言)、弹性模量、电子浓度、化学性质等方面与 基体的差异，都会通过其与位错之间的交互作用能量，对位错 经过其附近的移动造成阻力，相应产生强化效果 固溶原子尺寸差造成的畸变及强化方式分为两种： (1) 球对称畸变(spherical distortion)：如代位原子半径r与基体原 子半径r0的尺寸差形成对位错移动的阻力、产生强化 (2)非球对称畸变(tetragonal distortion)：如间隙原子半径r与间 隙半径r0的尺寸差形成对位错移动的阻力、产生强化
材料力学性能-课后答案-(时海芳-任鑫)
第一章1.解释下列名词①滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。
②弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。
③循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。
④包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，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。
⑤塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。
⑥韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
脆性：指金属材料受力时没有发生塑性变形而直接断裂的能力⑦加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时,由于晶粒发生滑移, 出现位错的缠结,使晶粒拉长、破碎和纤维化,使金属的强度和硬度升高,塑性和韧性降低的现象。
⑧解理断裂：解理断裂是在正应力作用产生的一种穿晶断裂，即断裂面沿一定的晶面（即解理面）分离。
2.解释下列力学性能指标的意义弹性模量）；（2）ζ p（规定非比例伸长应力）、ζ e（弹性极限）、ζ s（屈服强度）、ζ 0.2（屈服强度）；（3）ζ b （抗拉强度）；（4）n（加工硬化指数）; （5）δ （断后伸长率）、ψ （断面收缩率）4.常用的标准试样有5 倍和10倍，其延伸率分别用δ 5 和δ 10 表示，说明为什么δ 5>δ 10。
答：对于韧性金属材料，它的塑性变形量大于均匀塑性变形量，所以对于它的式样的比例，尺寸越短，它的断后伸长率越大。
5.某汽车弹簧，在未装满时已变形到最大位置，卸载后可完全恢复到原来状态；另一汽车弹簧，使用一段时间后，发现弹簧弓形越来越小，即产生了塑性变形，而且塑性变形量越来越大。
试分析这两种故障的本质及改变措施。
答：（1）未装满载时已变形到最大位置：弹簧弹性极限不够导致弹性比功小；（2）使用一段时间后，发现弹簧弓形越来越小，即产生了塑性变形，这是构件材料的弹性比功不足引起的故障，可以通过热处理或合金化提高材料的弹性极限（或屈服极限），或者更换屈服强度更高的材料。