力学性能指标

金属力学性能测试技术,课程名称：金属力学性能测试技术 主要教材：材料的力学性能 郑修麟主编 西北工业大学出版社 1991,不迟到、不早退、不旷课、 上课时请把手机调至静音,要求,作业：计入平时成绩 实验：计入平时成绩 成绩：平时成绩（出勤作业实验报告+课堂回答问题，占40%）期终考试成绩（占60%）,成绩评定,绪 论,一、力学性能概念 二、研究力学性能的意义 三、本课程的研究对象及内容 四、本课程的任务与要求,材料是在不同的外界条件下使用的，如在载荷、温度、介质、电场等作用下将表现出不同的行为，即材料的使用性能。,一、力学性能概念,使用性能主要包括：物理性能、化学性能、力学性能,力学性能是指材料在载荷(外力)作用下所表现出的特性。,一、力学性能概念,是关于材料强度的一门学科，即关于材料在外加载荷(外力)作用下或载荷和环境因素(温度、介质和加载速率)联合作用下表现的变形、损伤与断裂的行为规律及其物理本质和评定方法的学科。,力学性能指标是材料在载荷和环境因素作用下抵抗变形与断裂的量化因子，是评定材料质量的主要依据，是结构设计时选材的根据。,一、力学性能概念,弹性，是指材料在外力作用下保持固有形状和尺寸的能力，以及在外力去除后恢复固有形状的尺寸的能力。表征材料弹性的力学性能指标有弹性模量E、切变模量G、比例极限P和弹性极限e等。 强度，是指材料对塑性变形和断裂的抗力，如材料的屈服强度s、抗拉强度b、抗弯强度bb、抗压强度bc、抗扭强度和抗剪强度等 塑性，是指材料在外力作用下发生不可逆的永久变形的能力或容量，如延伸率、断面收缩率等。 韧性，是指材料在断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力，如静力韧性W、冲击韧性Ak断裂韧性KIC等。,一、力学性能概念,力学性能指标,硬度，是指材料的软硬程度，如材料的布氏硬度HB、洛氏硬度HRC、维氏硬度HV、努氏硬度HK、肖氏硬度HS、莫氏硬度、显微硬度等。 耐磨性，是指材料抵抗磨损的能力，如线(质量、体积)磨损量、相对耐磨性等。 缺口敏感性，是指材料对缺口(截面变化)的力学响应，如应力集中系数Kt、静拉伸缺口敏感性NSR、疲劳缺口系数Kf、疲劳缺口敏感系数qf等。 裂纹扩展速率，是表征裂纹试样在外力和环境作用下演化行为的参量，如应力腐蚀裂纹扩展速率dadt、疲劳裂纹扩展速率dadN等。 寿命，是指材料或构件在外加应力和环境作用下能够安全、有效使用(运行)的期限，如疲劳裂纹扩展寿命N和滞后断裂时间t等。,一、力学性能概念,按材料的种类，材料的力学性能应包括 金属材料 陶瓷材料 高分子材料 复合材料 纳米材料,一、力学性能概念,试样的形状而言，材料的力学性能应包括 光滑试件 主要用于材料基本力学性能的测定和失效机理与判据的研究 缺口试件 主要用于模拟截面变化机械零件的力学行为 裂纹试件 主要用于评价裂纹结构件的剩余强度和寿命,一、力学性能概念,外加载荷施加条件的不同,材料的力学性能应包括 静载荷 单向拉伸、压缩、弯曲、扭转等 冲击载荷 冲击弯曲、低温脆性转变 交变载荷 高周疲劳、低周疲劳、热疲劳、冲击疲劳,一、力学性能概念,环境条件不同, 材料的力学性能应包括？,一、力学性能概念,1.首先是可以正确地使用材料； 2.可以评价材料合成与加工工艺的有效性； 3.设计和开发出新材料。,二、材料力学性能的研究目的和意义,1、变形和断裂的行为过程与微观机理 2、评定材料的力学性能指标及其物理和工程实用意义 3、力学性能指标的测试原理、方法和影响因素 4、改善力学性能的方法和途径,三、本课程的研究的内容,四、课程的任务与要求,掌握评价金属材料力学性能的有关基本知识、基本理论和基本技能。 能评价、选择金属材料；根据需要能提出检测项目； 会按要求操作检测设备，完成检测任务。 培养在产品质量检测工作中，分析、解决问题的实际能力。,课程任务,四、课程的任务与要求,第一部分（第一至第七章），主要论述用于评价构件安全、有效地服役所需要的力学性能指标和相关的理论知识，以及测定原理和方法； 第二部分（第八至第十一章），主要论述评价机件寿命所需要的力学性能指标，包括疲劳、蠕变、环境效应和磨损 第三部分（第十二至第十四章）包括，论述高分子材料、陶瓷材料和复合材料的力学性能。,教材内容,四、课程的任务与要求,希望同学们通过课堂教学、复习、阅读参考文献、答疑、实验和做练习等6个教学环节，将本课程学得更好。,第一章 材料的拉伸性能,主要内容,一、拉伸性能及试验 二、材料拉伸性能指标 三、脆性材料的拉伸性能 四、塑性材料的拉伸性能,拉伸性能及试验,拉伸试验是研究材料力学性能最基本最常用试验方式，可测定材料的弹性、强度、塑性、应变硬化及韧性等性能指标。 这些性能指标统称为拉伸性能。是材料的最基本的力学性能。,拉伸性能及试验,一、拉伸试验标准： 金属拉伸试验方法 老标准GB228-76 、GB228-87 金属材料室温拉伸试验方法 新标准GB/T228-2002； 试验是用拉力拉伸试样，一般拉至断裂，测定相应的力学性能。除非另有规定，试验一般在室温1035范围内进行，对温度要求严格的试验，试验温度应为23±5。,拉伸性能及试验,二、拉伸试样 1、金属拉伸试验试样标准：GB6397-86 2、与拉伸试样相关的几个概念： 标 距：测量伸长用的试样圆柱和棱柱部分的长度； 原始标距 l0：施力前的试样标距； 断后标距：试样断裂后的标距。 平行长度l：试样两头部或两夹持部分之间平行部分的长度； 伸 长：试验期间任一时刻原始标距的增量。,拉伸性能及试验,拉伸试样,拉伸试样一般为经机加工的试样和不经机加工的全截面试样,其横截面通常为圆形、矩形、异形以及不经加工的全截面形状。,1) 圆形试样,拉伸试样,拉伸性能及试验,2) 矩形试样,l0,t,b,3）异型试样,拉伸性能及试验,拉伸性能及试验,三、拉伸试验设备,拉伸性能及试验,材料拉伸性能指标,材料拉伸性能指标,一、应力应变曲线,材料拉伸性能指标,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 断裂,材料拉伸性能指标,二、拉伸性能指标 1、屈服强度指标 2、抗拉强度指标 3、延伸率 4、断面收缩率,材料拉伸性能指标,二、拉伸性能指标 1、屈服强度指标 2、抗拉强度指标 3、延伸率 4、断面收缩率,脆性材料的拉伸性能,脆性材料拉伸时，没有屈服阶段，也没有颈缩现象。,应力应变曲线没有明显的直线段，通常在应力较小时，取 图上的弦线近似地表示拉伸时的应力应变关系，并按弦线的斜率近似地确定弹性模量 E。,反映强度的力学性能只能测得强度极限，而且拉伸时强度极限 的值较低。,由于抗拉强度较差，一般不宜选做承受拉力的构件。抗拉强度差，这是脆性材料共同的特点。,脆性材料的拉伸性能,脆性材料的拉伸性能,脆性材料应力与应变的关系（胡克定律）,E弹性模量,产生 的塑性应变时所对应的应力值。,1）无明显的直线段； 2）无屈服阶段； 3）无颈缩现象； 4）延伸率很小。,b强度极限。,E割线的弹性模量。,名义屈服极限,拉伸破坏,