第一章工程材料的力学性能(同济)

工程材料

第一章 工程材料的性能[本章内容] 1 材料的强度与塑性 2 材料的硬度 3 材料的冲击韧性 4 材料的疲劳强度 5 材料的断裂韧度 [重点掌握] 各种力学性能指标(强度, 塑性；冲击韧性；硬 度HB,HRC,HV;疲劳强度，断裂韧性。)的物理 意义和单位。

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材料的力学性能定义 : 材料的力学性能是指材料在不同环境(温度、 介质)下，承受各种外加载荷(拉伸、压缩、 弯曲、扭转、冲击、交变应力等)时所表现出 的力学特征。 指标 : 弹性 、刚度、强度、塑性 、 硬度、冲击韧 性 、断裂韧度和疲劳强度等。

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第一节 静载时材料的力学性能一.静拉伸试验

*拉伸试验及拉伸曲线

*拉伸曲线所确定的力学性能 指标及意义

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可用于各种 金属材料，非 金属材料的拉 伸，压缩，弯 曲，剪切等力 学性能试验。

微机屏显式液压万能试验机

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拉伸试样：

GB6397-86规定《金属拉伸试样》有： 圆形、矩形、异型及全截面. 常用标准圆截面试样。 长试样：L0=10d0 短试样：L0=5d0

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拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线：

低碳钢拉伸曲线

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F

op段：比例弹性变形阶段； pe段：非比例弹性变形阶段； e s k p 平台或锯齿(s段):屈服阶段； Fb Fe Fs sb段：均匀塑性变形阶段，是 强化阶段。 b点：形成了“缩颈”。 Fp bk段：非均匀变形阶段，承载 Δl 下降，到k点断裂。 o g f Δl Δl 断裂总伸长为Of,其中塑形变 形Og(试样断后测得的伸长), Δl 弹性伸长gf。 u b

b

拉伸曲线

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应力与应变曲线 应力ζ :单位面积上试样承受的载荷。这里用试样承受的载荷 除以试样的原始横截面积S 0表示:

F ζ= —— ( M pa ) S0

载荷( N )原始横截面积( mm )2

应变ε:单位长度的伸长量。这里用试样的伸长量除以试样的原 始标距表示: ζ

ε

Δl = —— l0

伸长量(mm )

原始长度( mm)

应力-应变曲线( ζ- ε曲线): 形状和拉伸曲线相同，单位不同

ζe ζs ζb ε

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二、拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义 1.刚度和弹性 刚度材料在受力时，抵抗弹性变形的能力。 E=σ/ε 杨氏弹性模量 GPa, MPa 本质是：反映了材料内部原子结应力的大小，组 织不敏感的力系指标。 弹性：材料不产生塑性变形的情况下，所能承受 的最大应力。 比例极限：σp=Fp/Ao 应力――应变保持线性 关系的极限应力值

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F S0

(一)、弹性与刚度1.弹性:金属材料受外力作用时产生变形,当外力 去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。 E=ζ / ε

弹性变形: 随载荷撤除而消失的变形。2.刚度：将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。 弹性模量：弹性下应力与应变的比值,表示材料抵抗弹性

变 形的能力。即： E=ζ / ε

材料的E越大，刚度越大； E对组织不敏感；零件的刚度主要决定于E,也与形状、截面等有关。

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e

ζe 弹性极限: Fe 弹性极限载荷( N )

ζe =S0

( M pa )试样原始横截面积( mm2)

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(二)强度: 材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力。 种类: 抗拉强度、 抗压强度、 抗弯 强 度 、 抗剪强度 、 抗扭强度等。 1、 屈服点 与屈服强度: 产生明显塑性变形的最低应力值.

ζs

Fs ζs =

试样屈服时的载荷( N ) ( M Pa )

S0

试样原始横截面积( mm2)

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屈服强度( 塑性变形量为0.2%,微量塑性变形)

ζ0.2:试样产生残余塑性变形0.2%时的应力

试样产生0.2%残余塑性变形

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屈服强度( 塑性变形量为0.2%,微量塑性变形)

F0.2 ζ0.2

=S0

试样产生0.2%残余塑性变 形时的载荷(N)( M Pa ) 试样原始横截面( mm2)

屈服点 ζs 、屈服强度ζ0.2是零件设计的主要依据； 也是评定金属强度的重要指标之一。

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2、抗拉强度：试样在断裂前 所能承受的最大应力。

它表示材料抵抗断裂的能力。 是零件设计的重要依据；也是评定金属强度 的重要指标之一。

ζe ζs ζb

F

b

试样断裂前的最大载荷(N) ( M Pa )

ζb =S0

试样原始横截面积( mm2)

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(三)、塑性:是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。 1、 断面收缩率: 是指试样拉断处横截面积的收缩 量Δ S与原始横截面积S0之比。 S0 - S 1 ψ = ——-—× 100% S0 2、伸长率:是指试样拉断后的标距伸长量Δ L 与 原始标距L 0之比。 l 1 - l0 δ = ——-—× 100% l0

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ζ

思考:同一材料δ5 > δ10?

ζe ζ s ζ bE δu δ δb

δ < 2 ~ 5% δ ≈ 5 ~ 10% δ > 10%

属脆性材科 属韧性材料 属塑性材料

ε

塑性指标不直接用于计算，但任何零件都需要一定塑性。 防止过载断裂；塑性变形可以缓解应力集中、削减应力峰值。

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延伸率 延伸率与试样尺寸有关；δ5、δ10 (L0=5d,10d) 思考:同一材料δ5 > δ10?断面收缩率 > 时，无颈缩，为脆性材料表征； < 时，有颈缩，为塑性材料表征。

拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象

断裂后

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练习题一 拉力试样的原标距长度为50mm,直径为10mm,经拉力试

验后，将已断裂的试样对接起来测量，若最后的标距长度为 71mm,颈缩区的最小直径为4.9mm,试求该材料的伸长率 和断面收缩率的值？ 解： δ5=[(71-50)/50]x100%=42% S0=3.14x(10/2)2=78.5(mm2) S1=3.14x(4.9/2)2=18.85(mm2) Ψ=[(S0-S1)/S0]x100%=24%

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5xwi.html