力学性能指标及定义:
脆性材料:弹性变形,然后断裂
塑性材料:弹性变形,塑性变形
低塑性变形材料:无颈缩
高塑性材料:有颈缩
弹性:是材料的可逆变形。本质:晶体点阵内的原子具有抵抗相互分开、接近或剪切移动的性质。
弹性模量Ε:表明材料对弹性形变的抗力,代表了材料的刚度。(斜率)
弹性极限ζe:材料发生最大弹性形变时的应力值。
弹性比功W e:材料吸收变形功而又不发生永久变形的能力。W e=1/2ζeεe=εe2/2Ε(面积)
普弹形变(高分子):应力与应变的关系符合胡克定律,变形由分子链内部键长和键角发生变化产生
高弹形变(高分子):分子链在外力作用下,原先卷曲的链沿受力方向逐渐伸展产生,伸展长度与应力不成线性关系。
弹性的不完整性:应变滞后于应力。本质:组织的不均匀性,使材料受应力作用时各晶粒的应变不均匀或应变明显受时间的影响。
弹性后效:加载时应变落后于应力而和时间有关的现象称为正弹性后效;反之,卸载时应变落后于应力的现象称为反弹性后效。
弹性滞后:由于正反弹性后效使得应力-应变得到的封闭回线
内耗:加载时消耗于材料的的变形功大于卸载时材料所放出的变形功,因而有部分变形功被材料所吸收,这被吸收的功为内耗。(例子:①音响效果好的元件要求内耗小such as音叉、琴弦等②机件在运转时常
伴有振动,需要良好的消振材料such as灰口铸铁)
包申格效应:金属材料预先经少量塑性变形后再同向加载,弹性极限升高,反之降低的现象。与位错运动所受阻力有关。(例子:高速运转部件预先进行高速离心处理,有利于提高材料的抗变形能力。)超弹性材料:材料在外力作用下产生远大于其弹性极限时的应变量,外力去除自动恢复其变形的现象。
脆性:弹性极限前断裂(断裂前不产生塑性变形的性质)力学性能
韧性:断裂前单位体积材料所吸收的变性能和断裂能,即外力所作的功
①弹性变形能
②塑性变形能
③断裂能
塑性:材料在断裂前发生的永久型变形(不可逆变形)
塑性变形:位错在外力的作用下发生滑移和孪生。
滑移:位错在切应力作用下沿滑移面和滑移方向进行的运动过程。
滑移系:滑移面与滑移方向的组合
临界分切应力:使位错产生滑移所需要的分切应力
孪生:发生在金属晶体内局部区域的一个均匀切变过程。切边区的宽度较小,切变后已变形区的晶体取向与未变形区的晶体取向成镜面对称关系。
高分子塑性变形:由于分子链团的运动而产生,即粘性流动。剪切带和银纹是玻璃态高分子局部塑性变形的两种形式,与温度有关。银纹垂直于应力方向,它是由于高分子在塑性伸长时局部区域内
所产生大量空穴而引起的,因为空穴处折射率低于高分子本体,发生全反射现象。银纹不
同于裂纹,银纹40%为空穴,裂纹全空。
伸长率δk
断面收缩率Ψk
材料的强化:本质是阻止位错的运动
①形变强化:金属在外力作用下通过位错的滑移和孪生产生变形,由于位错之间发生交互作用,位错的滑移
受阻,要让滑移继续,就必须要更大的应力作用于材料。
②固溶强化:在金属中加入溶质元素,形成间隙型或置换型固溶体,溶质原子与位错之间会产生弹性交互作
用、电学作用、化学作用以及几何作用等,阻碍位错运动,使材料强化。
③第二相强化:第二相的尺寸、形状、分布、数量和数量
④晶粒细化强化:当材料存在晶粒时,位错还必须克服界面阻力
霍尔佩奇关系式Hall-Petch:ζs=ζ0+kd-1/2k为常数,表征晶界对强度的影响程度;
d为多晶体中各晶粒的平均直径;ζ0位错在晶体运动中的总阻力。
⑤相变强化:热处理获得高位错滑移阻力的组织结构
⑥无缺陷强化:晶须
⑦高分子材料:增加高分子的极性或产生氢键、增加结晶度、把纤维无机颗粒等作为强化分子得到复合材料。强度:材料对塑性变形和断裂的抗力
屈服强度 σs :材料产生明显塑性变形时的应力。反映材料对塑性变形的抗力。
屈服现象产生因素:①材料在变形前可动位错密度很小
②随塑性变形的发生,位错能快速增殖
③位错运动速率与外加应力有强烈的依存关系。
抗拉强度 σb:材料能承受的最大应力
断裂强度 σk :材料断裂时的应力
格里菲斯Griffith理论:脆性材料实际断裂强度与理论断裂强度之间的差异。
假定在实际材料中存在裂纹,即使外加应力低于材料的理论断裂强度,由于裂
纹尖端应力集中作用,使裂纹尖端附近的应力超过材料的理论强度,结果导致裂纹
快速扩展,引起脆性断裂。
公式ζc=(2Εγ/πa)1/2
a c=2Εγ/πζ2
ζc实际断裂强度,a一定半裂纹长度,a c为临界半裂纹长度,大于a c时,裂纹自动
扩展,小于时,说明需要外加应力
蠕变:金属的蠕变是指金属在恒定应力作用下,即使应力低于弹性极限,也会发生缓慢塑性变形的现象,它是高温与应力对金属的共同作用的结果。
高温下,金属的蠕变变形主要是通过位错滑移、晶界滑移及空位扩散等方式进行。
蠕变极限
松弛极限:
材料的超塑性:
脆性断裂:
解理断裂:
沿晶断裂:
韧性断裂:
断裂韧度:
应力强度因子ΚΙ
断裂韧度ΚΙc:
材料的脆性--韧性转变:①应力状态
②温度和加载速度
③材料的微观组织
陶瓷材料增韧:①陶瓷与金属复合增韧
②相变增韧
③微裂纹增韧
④其它:金属与晶粒细化双重增韧、改变裂纹扩展的路径、使裂纹尖端钝化、增强纤维或晶须。材料的疲劳
氢脆
材料的磨损