工程材料学-1材料的力学性能

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,工,程,程,材,材,料,料,学,学,南京,航,航空,航,航天,大,大学,梁文,萍,萍,材料,的,的静,载,载力,学,学性,能,能,拉,伸,伸试,验,验,硬,度,度,材料,的,的动,载,载载,力,力学,性,性能,冲,击,击试,验,验,疲,劳,劳试,验,验,断裂,韧,韧性,第一,章,章,材,材料,的,的力,学,学性,能,能,学习,目,目的,和,和要,求,求,理解,材,材料,常,常用,力,力学,性,性能,指,指标,的,的物理,意,意义。,了解强度、塑性、硬度及冲击,韧,韧性指标,的,的测试,方,方法以及,使,使用,这,这些,指,指标,时,时应,注,注意,的,的局限,性,性，重,点,点掌,握,握布氏,硬,硬度和洛氏,硬,硬度的优缺,点,点、相互,关,关系以及应用,场,场合。,材料,的,的性,能,能：材料,在,在外,界,界因,素,素作,用,用下,所,所表,现,现,出,出来,的,的行,为,为。,力学,性,性能,物理,性,性能,化学,性,性能,工艺,性,性能,1,1,材,材,料,料的,力,力学,性,性能,1.1.1,概,概念,与,与定,义,义,材料,的,的力,学,学性,能,能：,材料,在,在一,定,定环,境,境因,素,素下,承,承受,外,外加,载,载荷,所,所表,现,现出,来,来的,行,行为,，,，通,常,常表,现,现为,变,变形,（,（几,何,何形,状,状和,尺,尺寸,的,的变,化,化）,与,与断,裂,裂。,1.1.1,概,概念,与,与定,义,义,材料,的,的力,学,学性,能,能：,1.1.1,概,概念,与,与定,义,义,材料,用,用于,结,结构,零,零件,时,时，,其,其力,学,学性,能,能是,工,工程,设,设计,的,的基,本,本依,据,据；,以,以其,它,它性,能,能如,物,物理,、,、化,学,学性,能,能作,为,为主,要,要使,用,用要,求,求时,，,，其,力,力学,性,性能,同,同样,也,也是,设,设计,的,的重,要,要参,考,考依,据,据。,不同,的,的工,作,作条,件,件和,环,环境,下,下，,对,对力,学,学性,能,能的,要,要求,与,与侧,重,重各,有,有不,同,同。,1.1.2 材料,力,力学性能,指,指标,12,材,材料的,静,静载力学,性,性能,静载荷：,是指大小,不,不变或变,化,化过程缓,慢,慢的载荷,。,。,材料的静,载,载力学性,能,能指标：,主要有强度、塑,性,性、硬度等。,1.2.1 拉伸,试,试验,1.2.1 拉伸,试,试验,标 准,拉,拉,伸,伸,试,试 样,GB/T228-2002,拉伸曲线,应力-应,变,变曲线,应力,F,/,S,0,应变,l,/,l,0,1.2.1 拉伸,试,试验,1.2.1 拉伸,试,试验,试样在拉,伸,伸时的伸,长,长和断裂,过,过程,a）试样b）伸,长,长 c）,产,产生缩颈d）断,裂,裂,拉伸曲线分成弹性变形、屈服、均匀塑性,变,变形和局部塑性,变,变形等四个阶,段,段。,1.2.1 拉伸,试,试验,45号钢,的,的外力-,伸,伸长曲线,1.2.1 拉伸,试,试验,1弹性,变,变形阶段,（,（曲线,ob,段）,在这个阶,段,段中试样,的,的变形是,弹,弹性的。,如,如果在试,验,验过程中,卸,卸除拉力,F,，则试样,的,的伸长便,消,消失，试,样,样标距恢,复,复到原长,L,0,，不产生,残,残余伸长,。,。超过,b,点它就会,产,产生塑性,变,变形。,b,点所对应,的,的外力为,试,试样产生,弹性变形,的,的极限外,力,力,，以,Fe,表示。,1.2.1 拉伸,试,试验,1弹性,变,变形阶段,（,（曲线,ob,段）,在弹性变,形,形阶段内,的,的,oa,段，试样,的,的伸长与,外,外力成正,比,比例直线,关,关系，即,每,每增加一,定,定外力，,就,就对应一,定,定的伸长,量,量，因此,，,，,oa,段也称为,线,线弹性变,形,形阶段。,一,一旦外力,超,超过曲线,上,上的,a,点时，正,比,比例关系,就,就破坏了,。,。而该点,对,对应的外,力,力,Fp,称为比例变形,的,的极限外,力,力。,ab,段为弹性,变,变形的非,线,线性阶段,，,，此阶段,很,很短，一,般,般不容易,观,观察到。,2屈服,阶,阶段（曲,线,线,cd,段）,1.2.1 拉伸,试,试验,当拉力超,过,过,Fe,后继续增,加,加，达到,Fs,（即曲线,上,上,c,点）时，,试,试样的伸,长,长突然增,加,加。在拉,伸,伸曲线上,表,表现为一,横,横平线段,cd,。它说明,此,此时拉力,虽,虽然没有,增,增加，但,试,试样好象,屈,屈服于外,力,力而自行,伸,伸长，这,种,种现象称,为,为屈服现,象,象。,cd,段称为屈服阶段，它所对,应,应的外力,称,称为屈服,力,力，以,Fs,表示。,2屈服,阶,阶段（曲,线,线,cd,段）,1.2.1 拉伸,试,试验,其实，试,样,样在超过,弹,弹性极限,的,的外力作,用,用下，即,在,在,bc,段就已,开,开始产生,塑,塑性变形,。,。不过，,此,此时所产,生,生的塑性,变,变形量甚,微,微，不易,觉,觉察罢了,。,。而当达,到,到屈服阶,段,段时，则,塑,塑性变形,突,突然增加,。,。因此，,可,可以把这,种,种拉力不增,加,加而变形,仍,仍能继续,增,增加的现,象,象，表观上,看,看作是金,属,属从弹性,变,变形阶段,到,到塑性变,形,形阶段的,个明显,标,标志。,3均匀,塑,塑形变形,阶,阶段（曲,线,线,de,段）,1.2.1 拉伸,试,试验,试样在屈,服,服力,Fs,作用下，,屈,屈服变形,直,直至,d,点，至此,，,，屈服阶,段,段已告结,束,束。此后,必,必须进一,步,步增加拉,力,力才能使,试,试样进一,步,步伸长。,在,在,de,这一阶段,中,中，金属,变,变形具有,另,另一种特,点,点即随着变形,量,量的增加,金,金属不断,强,强化，这种现,象,象称为加工硬化（或变形,强,强化）。,表,表现在拉,伸,伸曲线上,就,就是,de,段不断上,升,升。,3均匀,塑,塑形变形,阶,阶段（曲,线,线,de,段）,1.2.1 拉伸,试,试验,在此阶段,中,中，试样,的,的一部分,产,产生塑性,变,变形，虽,然,然这一部,分,分截面减,小,小，使此,处,处承受负,荷,荷能力下,降,降。但由,于,于变形强,化,化的作用,而,而阻止塑,性,性变形在,此,此处继续,发,发展，使,变,变形推移,到,到试样的,其,其它部位,。,。这样、,变,变形和强,化,化交替进,行,行，就使,试,试样各部,位,位产生了,宏,宏观上均,匀,匀的塑性,变,变形。曲,线,线上的,d,点是屈服阶,段,段结束点也,是,是加工硬化开,始,始点。,4局部塑,形,形变形阶段,（,（曲线,ef,段）,1.2.1,拉,拉伸试验,在,de,里，随着变,形,形量的增加,，,，变形强化,能,能力逐渐减,小,小，终于发,生,生变形强化,跟,跟不上变形,的,的发展，从,而,而塑性变形,集,集中在试样,的,的某一部位,进,进行，致使,该,该处截面不,断,断减小，而,形,形成“缩颈”现象。这,样,样，试样从,产,产生缩颈开,始,始就结束了,均,均匀塑性变,形,形阶段而进,入,入局部塑性,变,变形阶段，,其,其分界处就,是,是拉伸曲线,上,上最高的,e,点。,4局部塑,形,形变形阶段,（,（曲线,ef,段）,1.2.1,拉,拉伸试验,在这一阶段,，,，变形将全,部,部局限于试,样,样的缩颈处,使缩颈部,位,位的横截面,积,积急剧减小,。,。因此外力,F,不断降低，,缩,缩颈部位仍,继,继续伸长，,最,最后就在缩,颈,颈处产生断,裂,裂。拉伸曲,线,线上与,e,点相对应的,外,外力,F,b,为试样断裂前所能,承,承受的最大,拉,拉力。,1.2.1,拉,拉伸试验,应力-应变,曲,曲线,低碳钢的应,力,力-应变曲,线,线,1.2.1,拉,拉伸试验,应力-应变,曲,曲线,将拉伸力,伸,伸长曲线的,纵,纵、横坐标,分,分别用拉伸,试,试样的原始,截,截面积,S,0,和原始标距,长,长度,L,0,去除，则得,到,到应力-应,变,变曲线。因,均,均系以一常,数,数相除，故,曲,曲线形状不,变,变。这样的,曲,曲线称为工,程,程应力-应,变,变曲线。,应力,F,/,S,0,应变,L,/,L,0,1. 弹性,指,指标：,弹性变形:,随完全卸载,而,而消失的变,形,形。,弹性:,金属材料受,外,外力作用时,产,产生变形，,当,当外力去掉,后,后能恢复到,原,原来形状及,尺,尺寸的性能,。,。,刚性:,材料抵抗弹,性,性变形的能,力,力。,比例极限,p,：,金属拉伸曲,线,线的初始阶,段,段，力与变,形,形成直线比,例,例关系，而,这,这个阶段的,最,最大应力称,为,为比例极限,。,。,弹性极限,e,：,完全卸载后,不,不出现任何,明,明显残余应,变,变的最大应,力,力,即:,1. 弹性,指,指标：,弹性模量,E,（,在工程上也,称,称材料的刚,度,度,） ：,应力-应变,曲,曲线上完全,弹,弹性变形阶,段,段,应力与,应,应变的比值,即:,E,主要取决于,金,金属的本身,性,性质，难以,通,通过合金化,、,、热处理和,加,加工的办法,使,使之改变。,1. 弹性,指,指标：,弹性模量,E,（,在工程上也,称,称材料的刚,度,度,） ：,它表示材料,在,在外载荷,F,作用下抵抗弹性变,形,形的能力。材料的弹,性,性模量主要,取,取决于结合,键,键的本性和,原,原子间的结,合,合力，而材,料,料的成分和,组,组织对它的,影,影响不大，,所,所以说它是,一,一个对组织不敏,感,感的性能指,标,标，这是弹性,模,模量在性能,上,上的主要特,点,点。改变材,料,料的成分和,组,组织会对材,料,料的强度（,如,如屈服强度,、,、抗拉强度,）,）有显著影,响,响，但对材,料,料的刚度影,响,响不大。,1. 弹性,指,指标：,2. 强度,指,指标：,强度：,表征材料对,变,变形和断裂,的,的抗力的指,标,标，单位为,MPa,或,N/mm,2,。,屈服强度,s,：,试样屈服,时,时承受的,最,最小应力,。,。表征,材,材料对明,显,显塑性变,形,形的抗力,。,。屈服是指,拉,拉伸过程,中,中，应力,不,不增加或,有,有所下降,而,而试样能,继,继续变形,的,的状态。,2. 强,度,度指标：,条件屈服,强,强度,0.2,：,某些材料,在,在拉伸试,验,验中没有,明,明显的屈,服,服现象，,规,规定产生,0.2%,的残余变,形,形时材料,所,所承受的,应,应力。,强度极限,（,（抗拉强,度,度）,b,：,试样能承,受,受的最大,应,应力。表,征,征材料对,最,最大均匀,变,变形的抗,力,力。,2. 强,度,度指标：,比强度,：,：,材料的强,度,度值与密,度,度值之比,名称,密度(g / cm,3,),强度( MPa ),比强度,纯铝,2.7,80100,3037,纯铁,7.87,180280,2336,纯钛,4.5,405500,90111,塑性变形,：,：,不可恢复,的,的永久变,形,形。塑性,是,是表征材,料,料断裂前,具,具有塑性,变,变形的能,力,力。,3. 塑,性,性指标：,断后伸长,率,率,（,5,、,10,）,：,断后试样,标,标距伸长,量,量与原始,标,标距之比,的,的百分率,，,，,即：, 10%,属塑性材,料,料,3. 塑,性,性指标：,断面收缩,率,率,：,断后试样,横,横截面积,的,的最大缩,减,减量与原,始,始横截面,积,积之比的,百,百分率，,即,即：,材料的塑,性,性指标一,般,般不直接,用,用于机械,设,设计计算,。,。,零件遭受,意,意外过载,或,或冲击时,，,，通过塑,性,性变形可,以,以避免突,然,然断裂。,材料具有,一,一定塑性,可,可保证某,些,些成型工,艺,艺（如冷,冲,冲压、轧,制,制、冷弯,等,等）顺利,进,进行。,对于金属,材,材料，塑,性,性指标还,反,反映了其,冶,冶金质量,的,的好坏。,3. 塑,性,性指标：,力学性能,性能指标,说 明,符号,名称,强度,b,抗拉强度,试样在拉断前承受的最大应力值,s,屈服强度,材料开始产生屈服现象时的应力,0.2,条件屈服强度,对于无明显屈服的材料，规定残余应变为0.2时所对应的应力值,塑性,（ ,5,、,10,）,断后伸长率,试样断后标距与原始标距之比的百分率，试样的长度/直径比为5、10时记为,5,、,10,断面收缩率,试样拉断处横截面积减缩量与原始横截面积的百分比,弹性,e,弹性极限,产生完全弹性变形时所能承受的最大应力,p,比例极限,产生弹性变形并完全符合虎克定律时所能承受的最大应力,刚性,E,弹性模量,完全弹性变形时应力与应变的比值，表征材料对弹性变形的抗力,拉伸试验,的,的主要力,学,学性能指,标,标小结,1.2.2 硬度,硬度是材,料,料表面抵,抗,抗局部压,入,入变形或,刻,刻划破裂,等,等的能力,。,。,工程中常,用,用的硬度,指,指标有：,布氏硬度,、,、洛氏硬,度,度、维氏,硬,硬度,硬度的种,类,类及测试,方,方法,硬度试验方法,压入法,划痕法,加载速率,静载,试验法,动载,试验法,布氏硬度,洛氏硬度,维氏硬度,显微硬度,肖氏硬度,锤击布氏硬度,莫氏硬度,材料抵抗破断的能力,材料变形功的大小,材料表明局部地区抵抗变形的能力,HB=F/S,压痕深度,布氏硬度计,1. 布,氏,氏硬度(Brinell-hardness ),用于测定,硬,硬度不高,的,的金属材,料,料。主要,有,有铸铁、,有,有色金属,、,、低合金,结,结构钢、,结,结构调质,钢,钢等。,测定原理,：,：,用一定大,小,小的载荷P，把直,径,径为D的,淬,淬火钢球,压,压入被测,金,金属的表,面,面，保持,一,一定的时,间,间后卸除,载,载荷，用,金,金属压痕,的,的表面积,，,，除载荷,所,所得的商,值,值即为布,氏,氏硬度值,。,。,1. 布,氏,氏硬度(Brinell-hardness ),布氏硬度,测,测量示意,图,图,适用范围:,450HBS,650HBW,布氏硬度,测,测试规范,：,：,根据材料,的,的软硬和,试,试样的不,同,同选择合,适,适的载荷,P,与钢球直,径,径,D,。,d,/,D,应在,0.240.6,之间。,布氏硬度,值,值的表示,方,方法,符号HBS或HBW之前的数,字,字表示硬,度,度值，符,号,号后面的,数,数字按顺,序,序分别表,示,示球体直,径,径,（mm）,、载荷及,（N）,载荷保持,时,时间,（s）,。,如:120HBS10/1000/30表示,直,直径为10mm的,钢,钢球在1000kgf（9.807kN）载,荷,荷作用下,保,保持30s测得的,布,布氏硬度,值,值为120。,布氏硬度,的,的特点,为了使同,一,一材料用,不,不同的P,和,和D值测,得,得的HB,值,值相同，,应,应使P/D,2,=常数。,压坑面积,大,大，误差,小,小，,但不宜检,验,验成品、,小,小件、薄,件,件；,HB650 不,适,适；,多用于毛,坯,坯及原材,料,料。,h,1,-,h,0,洛氏硬度测试示意图,2.洛氏,硬,硬度 HR (Rockwellhardness ),测试原理,：,：用一定规,格,格的压头,，,，在一定,载,载荷作用,下,下压入试,样,样表面，,然,然后测定,压,压痕的深,度,度来计算,并,并表示其,硬,硬度的大,小,小，用符,号,号HR来,表,表示。,主要有HRA、HRB、HRC、HRF等。,2.洛氏,硬,硬度 HR (Rockwellhardness ),洛氏硬度值的表示方法,硬度值可从洛氏硬度计的百分度盘上直接读,出，标记时将硬度值置于HR前。,例：60HRC、75HRA,洛氏硬度,的,的特点,迅速方便,，,，可直接,读,读数；,压坑小，,适,适于薄材,或,或成品的,检,检测；,误差稍大,，,，宜不同,部,部位多点,测,测量取平,均,均值。,2.洛氏,硬,硬度 HR (Rockwellhardness ),3. 维,氏,氏硬度HV (Vikershardness),测试原理,：,：,维氏硬度,测,测试原理,与,与布氏硬,度,度相同，,不,不同点是,压,压头为金,刚,刚石四方,角,角锥体，,所,所加负荷,较,较小。所,测,测硬度值,精,精确。改,变,变负荷可,测,测定从极,软,软到极硬,材,材料的硬,度,度。,3. 维,氏,氏硬度HV (Vikershardness),维氏硬度值的表示方法,硬度值+HV+试验力（kgf）数字+载荷保持时间,例：640HV30/20,适用范围:,测量薄板类,HVHBS,维氏硬度的特点,HV值不随载荷变化，即不同载荷下的HV可相互比较；,测量精度高，测量范围广；,特别适用于测定工件表面硬化层、金属镀层及薄片金属的硬度。,4. 显,微,微硬度,测试原理,：,：,与维氏硬,度,度完全相,同,同，只是,所,所用载荷,要,要小得多,。,。常用于,测,测定材料,中,中某个相,的,的硬度。,测试原理,：,：,里氏硬度,试,试验也是,动,动载荷试,验,验法，它,是,是用规定,质,质量的冲,击,击体在弹,力,力作用下,以,以一定速,度,度冲击试,样,样表面，,用,用冲头(,碳,碳化钨球)的回弹,速,速度表征,金,金属的硬,度,度值。里,氏,氏硬度的,符,符号为,HL,。,里,氏,氏,硬,硬,度,度,计,计,均,均,为,为,手,手,提,提,式,式,，,，,使,使,用,用,方,方,便,便,，,，,可,可,在,在,现,现,场,场,测,测,量,量,大,大,型,型,工,工,件,件,的,的,硬,硬,度,度,。,。,5.,里,里,氏,氏,硬,硬,度,度,（,（Leeb,shardness,）,）:,5.,里,里,氏,氏,硬,硬,度,度,（,（Leeb,shardness,）,）:,几,种,种,硬,硬,度,度,指,指,标,标,小,小,结,结,硬度种类,硬度符号,压头类型,载荷/kgf,硬度值有效范围,典型应用,布氏,HBS,10mm淬火钢球,1000,450,退火、正火或调质钢件,HBW,10mm硬质合金球,1000,650,淬火钢等较硬材料,洛氏,HRA,120,。,金刚石圆锥,60,70-85,硬质合金、表面淬火钢,HRB,1.588mm淬火钢球,100,25-100,退火钢、有色合金,HRC,120,。,金刚石圆锥,150,20-67,一般淬火钢件,维氏,HV,136,金刚石四棱锥,5120,0-1000,经表面处理后的材料表面层,1,3,动,载,载,力,力,学,学,性,性,能,能,动,载,载,荷,荷,是,是,指,指,由,由,于,于,运,运,动,动,而,而,产,产,生,生,的,的,作,作,用,用,在,在,构,构,件,件,上,上,的,的,力,力,。,。,根,据,据,作,作,用,用,的,的,性,性,质,质,不,不,同,同,分,分,为,为,交,交,变,变,载,载,荷,荷,与,与,冲,冲,击,击,载,载,荷,荷,。,。,动,载,载,力,力,学,学,性,性,能,能,指,指,标,标,主,主,要,要,有,有,冲,冲,击,击,韧,韧,性,性,和,和,疲,疲,劳,劳,强,强,度,度,。,。,1.3.1,冲,冲,击,击,韧,韧,性,性,韧,性,性,：,：,材,料,料,在,在,塑,塑,性,性,变,变,形,形,和,和,断,断,裂,裂,过,过,程,程,中,中,吸,吸,收,收,能,能,量,量,的,的,能,能,力,力,。,。,冲,击,击,韧,韧,性,性,：,：,是,材,材,料,料,在,在,冲,冲,击,击,载,载,荷,荷,作,作,用,用,下,下,抵,抵,抗,抗,变,变,形,形,和,和,断,断,裂,裂,的,的,能,能,力,力,。,。,常,常,用,用,一,一,次,次,弯,弯,曲,曲,冲,冲,击,击,韧,韧,性,性,试,试,验,验,a,k,值,来,来,表,表,示,示,。,。,a,k,值,是,带,带,缺,缺,口,口,标,标,准,准,试,试,样,样,快,快,速,速,冲,冲,断,断,时,时,，,，,单,单,位,位,横,横,截,截,面,面,积,积,吸,吸,收,收,的,的,功,功,。,。,冲,冲,击,击,韧,韧,性,性,是,是,材,材,料,料,强,强,度,度,和,和,塑,塑,性,性,综,综,合,合,作,作,用,用,的,的,结,结,果,果,。,。,一,次,次,弯,弯,曲,曲,冲,冲,击,击,韧,韧,性,性,试,试,验,验,冲,击,击,韧,韧,性,性,试,试,样,样,试,样,样,：,：,夏,夏,比,比U,型,型,缺,缺,口,口,试,试,样,样,（,（,梅,梅,氏,氏,试,试,样,样,）,）,夏,比,比V,型,型,缺,缺,口,口,试,试,样,样,（,（,夏,夏,氏,氏,试,试,样,样,）,）,试样冲断时所消耗的冲击功,A,k,为:,A,k,= m g H m g h (J),冲击韧性值,a,k,：,（J/cm,2）,H,h,a,k,的意义,：,：,材料的,韧,韧性，,表,表示材,料,料在冲,击,击载荷,作,作用下,抵,抵抗变,形,形和断,裂,裂的能,力,力；,对材料,内,内部缺,陷,陷、显,微,微组织,变,变化敏,感,感，可,检,检验材,料,料冶金,质,质量与,热,热加工,质,质量;,受大能,量,量冲击,的,的机件,，,，需一,定,定,k,以保证,安,安全，,但,但,k,值无法,用,用于零,件,件设计,计,计算，,只,只能根,据,据经验,提,提出,k,值要求,。,。,评定材,料,料低温,变,变脆倾,向,向，测,定,定材料,的,的冷脆,转,转变温,度,度,T,K,；,1.3.2,疲,疲劳强,度,度,交变载,荷,荷：,方向、,大,大小随,时,时间呈,周,周期循,环,环性变,化,化的载,荷,荷。,循环应,力,力：,周期性,变,变动载,荷,荷作用,下,下产生,循环周,次,次,循环应,力,力特征,参,参数：,最大应,力,力,max,、最小,应,应力,min,、,应力半,幅,幅,a,、平均,应,应力,m,应力循,环,环对称,系,系数r= ,min,/,max,疲劳断,裂,裂：,定义：机件,在,在交变,载,载荷作,用,用下，,在,在长时,间,间工作,后,后发生,突,突然断,裂,裂的现,象,象。,特点：,断裂时,的,的应力,远,远低于,静,静载下,的,的抗拉,强,强度甚,至,至屈服,强,强度；,无明显,塑,塑性变,形,形；,无预兆,、,、突然,发,发生。,机理:在交,变,变载荷,作,作用下,，,，材料,表,表面应,力,力集中,处,处和材,料,料内部,缺,缺陷处,首,首先产,生,生疲劳,裂,裂纹，,并,并随应,力,力循环,周,周次的,增,增加，,疲,疲劳裂,纹,纹不断,扩,扩展，,甚,甚至零,件,件的有,效,效横截,面,面面积,不,不能承,受,受外载,荷,荷时突,然,然断裂,。,。,测定：旋转弯,曲,曲疲劳,试,试验,疲劳强,度,度：,材料经,无,无限次,循,循环而,不,不发生,断,断裂的,最,最小应,力,力。表,征,征了材,料,料抵抗,疲,疲劳断,裂,裂的能,力,力。,疲劳曲,线,线,-1,：,材料承,受,受对称,循,循环交,变,变应力,时,时的疲,劳,劳强度,。,。,有色金,属,属的循,环,环次数,一,一般取,N =10,8,钢材的,循,循环次,数,数一般,取,取N =10,7,疲劳断,裂,裂的危,害,害性：,机件断,裂,裂80%是疲,劳,劳断裂,；,；,突发性,，,，难以,防,防范；,低应力,脆,脆断。,影响疲,劳,劳强度,的,的因素,常用的,工,工程材,料,料中，,金,金属的,疲,疲劳抗,力,力最高,（,（,钢的,-1,/,b,约为4050%,，,，有,色,色金,属,属约,为,为2550%,），,所,所以,抗,抗疲,劳,劳机,件,件几,乎,乎都,选,选用,金,金属,材,材料,；,；陶,瓷,瓷与,聚,聚合,物,物的,疲,疲劳,抗,抗力,很,很低,，,，不,能,能用,于,于制,造,造承,受,受交,变,变载,荷,荷的,零,零件,；,；纤,维,维增,强,强复,合,合材,料,料也,有,有比,较,较好,的,的抗,疲,疲劳,性,性能,，,，处,于,于交,变,变载,荷,荷下,工,工作,的,的应,用,用正,逐,逐渐,增,增多,。,。,影响,疲,疲劳,强,强度,的,的因,素,素,提高,零,零件,的,的疲,劳,劳强,度,度可,通,通过,如,如下,途,途径,：,：,合理,选,选材,；,；,改善,零,零件,的,的形,状,状与,结,结构,；,；,减少,材,材料,的,的缺,陷,陷；,降低,零,零件,表,表面,的,的粗,糙,糙度,；,；,对零,件,件表,面,面进,行,行强,化,化等,。,。,14,材料,的,的断,裂,裂韧,性,性,低应,力,力脆,断,断：,一些,大,大型,零,零件,在,在远,低,低于,材,材料,的,的屈,服,服强,度,度的,应,应力,值,值作,用,用下,发,发生,的,的脆,性,性断,裂,裂。,低应,力,力脆,断,断是,由,由于,材,材料,本,本身,固,固有,微,微裂,纹,纹，,在,在应,力,力的,作,作用,下,下失,稳,稳扩,展,展的,结,结果,。,。,断裂,韧,韧性,：,：,材料,抵,抵抗,裂,裂纹,失,失稳,扩,扩展,能,能力,的,的性,能,能指,标,标。,裂纹,尖,尖端,的,的应,力,力集,中,中现,象,象和,应,应力,场,场强,度,度因,子,子：,应力,强,强度,因,因子,K,是表,达,达裂,纹,纹运,动,动规,律,律的,函,函数,，,，是,裂,裂纹,体,体所,受,受各,种,种外,力,力在,裂,裂纹,顶,顶端,产,产生,效,效果,的,的综,合,合体,现,现，,这,这种,效,效果,通,通过,f,(,Y，,，a,),表现,出,出来,。,。因,此,此，,对,对于,一,一定,形,形状,和,和尺,寸,寸的,裂,裂纹,，,，在,一,一定,的,的应,力,力环,境,境中,，,，其,应,应力,强,强度,因,因子,是,是惟,一,一确,定,定的,，,，也,因,因此,而,而有,确,确定,的,的运,动,动规,律,律。,断裂,韧,韧性,（,（,K,Ic,)：,一个,有,有裂,纹,纹的,试,试样,，,，在,所,所加,拉,拉力,逐,逐渐,增,增加,，,，或,裂,裂纹,逐,逐渐,扩,扩展,时,时，,裂,裂纹,尖,尖端,的,的应,力,力场,强,强度,因,因子,K,I,也随之逐,渐,渐增大，,当,当,K,I,达到临界,值,值时，裂,纹,纹将产生,突,突然的失,稳,稳扩展，,这,这个应力,场,场强度因,子,子的临界,值,值，称为,材,材料的断,裂,裂韧性。,如,如果裂纹,尖,尖端处于,平,平面应变,状,状态，则,断,断裂韧性,的,的值最低,，,，称为平,面,面应变断,裂,裂韧性，,用,用,K,I c,表示。,K,I,和,K,IC,是两个不,同,同的概念,。,。两者的,区,区别,类似于,与,s,的区别。,K,I,和,对应，都,是,力学参量,，,，只和载,荷,荷及,试样尺寸,有,有关，而,和,和材料无,关,关；,K,IC,和,s,对应，都,是,是力学性,能,能指标，,只,只和,材料成分,、,、组织结,构,构有关，,而,而和载荷,及,及试样,尺寸无关,。,。,金属材料,的,的,K,Ic,值最高，,复,复合材料,次,次之，高,分,分子材料,和,和陶瓷最,低,低。,断裂韧性,（,（ K,I c,)反映了材,料,料抵抗裂,纹,纹失稳扩,展,展的能力,。,。它与裂,纹,纹本身的,大,大小、形,状,状以及外,加,加应力的,大,大小均无,关,关。只与,材,材料的成,分,分、热处,理,理及加工,工,工艺有关,。,。,断裂K判,据,据,当,K,I,K,IC,裂纹失稳,扩,扩展而断,裂,裂,15,其他力学,性,性能,磨损,黏着磨损,、,、磨粒磨,损,损、腐蚀,磨,磨损、接,触,触疲劳,材料的高,温,温性能,1.蠕变,材料在长,时,时间的恒,温,温、恒应,力,力作用下,，,，即使应,力,力小于屈,服,服强度，,也,也会发生,缓,缓慢塑性,变,变形的现,象,象。,2.应力,松,松弛,承受弹性,变,变形的零,件,件在工作,中,中总变形,量,量保持不,变,变，但随,时,时间的延,长,长工作应,力,力自行衰,减,减的现象,。,。,3.蠕变,强,强度,材料在一,定,定温度下,、,、一定时,间,间内产生,一,一定永久,变,变形量所,能,能承受的,最,最大应力,。,。,4.持久,强,强度,材料在一,定,定温度下,、,、一定时,间,间内所能,承,承受的最,大,大应力。,