材料力學(xué)對(duì)行為及性能

1、緒論0.1 工程材料工程材料分類（按其應(yīng)用分） 結(jié)構(gòu)材料聲學(xué)材料：隔音層光學(xué)材料：玻璃，鏡片電學(xué)材料：金屬導(dǎo)線，電子元器件磁學(xué)材料：磁頭、磁卡化學(xué)材料：高分子材料催化劑生物材料：人工關(guān)節(jié)、人工骨骼依靠其力學(xué)性能得以發(fā)展和應(yīng)用的材料。 功能材料利用物質(zhì)的聲、光、電、磁、化學(xué)乃至生物性能得以發(fā)展和應(yīng)用的材料。（本課程所研究和講述的重點(diǎn)在第一種，尤其是結(jié)構(gòu)材料中的金屬材料）0.2 力學(xué)性能材料抵抗外加載荷（不僅指外力和能量的作用，而且還包括環(huán)境因素例如溫度、介質(zhì)、加載速率等的影響）所引起的變形和斷裂的能力。0.3 研究內(nèi)容研究材料在外力作用下的變形、斷裂和壽命。 彈性生活中常指后者材料在外力作用下保

2、持固有形狀和尺寸的能力；以及在外力去除后恢復(fù)固有形狀和尺寸的能力。 塑性材料在外力作用下發(fā)生永久不可逆變形的能力。 強(qiáng)度材料對(duì)塑性變形和斷裂的抗力。 壽命材料在外力的長期和重復(fù)作用下，或在外力和環(huán)境因素的復(fù)合作用下，抵抗失效的能力（時(shí)間長短）。（以上只是定性地說明這些力學(xué)性能，如果要定量地說明它就必須用一些力學(xué)參量（應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子等）來表示這些力學(xué)性能。如果我們說某材料的力學(xué)性能好，就是指這些力學(xué)參量的值高或低，所以人們通常將力學(xué)參量的臨界值或規(guī)定值稱為材料的力學(xué)性能指標(biāo)。如：強(qiáng)度指標(biāo)、塑性指標(biāo)、韌性指標(biāo)）具體研究涉及的內(nèi)容： 材料（包括金屬材料和非金屬材料）在不同形式外力作用下，

3、或者外力、溫度、環(huán)境等因素的共同作用下，發(fā)生變形、損傷和斷裂的過程、機(jī)理和力學(xué)模型； 評(píng)定力學(xué)性能的各項(xiàng)指標(biāo)的意義（物理意義和工程實(shí)用意義）、各指標(biāo)間的相互關(guān)系以及具體的測(cè)試技術(shù)； 研究力學(xué)性能指標(biāo)機(jī)理、影響因素以及改善或提高這些力學(xué)性能指標(biāo)的方法和途徑。（注：材料力學(xué)性能的影響因素內(nèi)因：化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、冶金質(zhì)量、殘余應(yīng)力、表面和內(nèi)部缺陷。外因：載荷性質(zhì)、載荷譜、應(yīng)力狀態(tài)、溫度、環(huán)境介質(zhì)等。）0.4學(xué)習(xí)和研究材料力學(xué)性能的目的和意義機(jī)械和工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)達(dá)到所要求的性能，并且在規(guī)定的服役期內(nèi)安全可靠地運(yùn)行，同時(shí)也要具有經(jīng)濟(jì)性，即低的設(shè)計(jì)、制造和維修費(fèi)用。達(dá)到使用要求；安全性；經(jīng)濟(jì)性然而

4、，各種機(jī)械和結(jié)構(gòu)零部件的使用條件各不相同，因而要選用不同的的材料制成零件，也需要采用不同的工藝手段來完成零件的實(shí)際制作。而材料的力學(xué)性能及其評(píng)定指標(biāo)，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)選用材料、制訂加工工藝的主要依據(jù)，也是評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)質(zhì)量的主要依據(jù)。 在零部件使用中，要求材料具有高的變形和斷裂抗力，使零部件在受外力作用時(shí)能保持設(shè)計(jì)所要求的外形和尺寸，并保證在服役期內(nèi)安全地運(yùn)行； 在零部件的生產(chǎn)過程中，則要求材料具有優(yōu)良的可加工性。（例如，在金屬的塑性成形中，要求材料具有優(yōu)良的塑性和低的塑性變形抗力）對(duì)于學(xué)生，必須具有材料力學(xué)性能方面的知識(shí)，以便在研究新材料和改善材料的過程中，能根據(jù)材料的使用要求，選用合適的現(xiàn)有材料或研

5、制新材料，制訂合適的加工工藝。0.5研究方法 理論分析 試驗(yàn)測(cè)定 數(shù)值模擬0.6課程的內(nèi)容安排 第一部分材料在一次靜加載條件下的形變和斷裂過程、機(jī)制和基本理論；試樣有光滑、缺口和含裂紋的； 第二部分論述材料的疲勞、蠕變、環(huán)境效應(yīng)和磨損； 第三部分簡要介紹復(fù)合材料、高分子材料和陶瓷材料的力學(xué)性能。0.7學(xué)習(xí)要求 注重溫故而知新（和其他課程的關(guān)系） 掌握基本概念和基本理論（對(duì)公式做理解性記憶） 注重理論和試驗(yàn)相結(jié)合（試驗(yàn)原理，方法，設(shè)備以及結(jié)果分析等） 做練習(xí)第一章 材料在靜拉伸條件下的力學(xué)性能拉伸試驗(yàn)是最簡單，但卻是最重要的力學(xué)性能試驗(yàn)方法，可測(cè)定材料的彈性、強(qiáng)度、塑性、應(yīng)變硬化和韌性等許多重要

6、的力學(xué)性能指標(biāo)。（拉伸性能）1.1 拉伸試驗(yàn)室溫大氣中，在緩慢施加（110mpa/s）的單向拉伸載荷作用下，用光滑試件測(cè)定材料力學(xué)性能的方法。gb/t 228-201020mpa/s0.0025/s10mm/min標(biāo)準(zhǔn)圓棒形拉伸標(biāo)準(zhǔn)板狀拉伸試樣比例試樣退火低碳鋼的拉伸圖彈性變形屈服均勻塑性變形局集塑性變形斷裂工程應(yīng)力：；工程應(yīng)變：工程應(yīng)力應(yīng)變曲線真應(yīng)力：；真應(yīng)變：由于材料具有不同的化學(xué)成份和微觀組織，在相同的試驗(yàn)條件下，也會(huì)顯示出不同的應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)。脆性材料鑄鐵、玻璃等不存在屈服平臺(tái)，有色金屬（鋁合金），焊接接頭無頸縮、局集的塑變高錳鋼，鋁青銅無均勻塑性變形，冷拔鋼絲存在非線性彈性變形聚氯乙烯

7、工程實(shí)踐中，常按材料在拉伸斷裂前有無塑性變形，將材料分為脆性材料和塑性材料。1.2 彈性變形變形：材料在外力作用下發(fā)生尺寸或形狀的變化，稱為變形；彈性變形：若外力除去后，變形隨之消失（恢復(fù)原形狀、尺寸，變形可逆），稱為彈性變形。一、物理本質(zhì)原子間的相互作用力當(dāng)原子偏離其平衡位置較小時(shí)，原子間的相互作用力與原子間的距離近似成正比?；⒖硕桑憾?、彈性常數(shù)彈性模量：；泊松比： ；切變（剪切）模量： 體積彈性模量： 廣義虎克定律：；（本構(gòu)方程，物理方程，彈性矩陣）三、彈性模量的影響因素彈性模量e越高，在相同應(yīng)力作用下，彈性變形越小，因此e代表了材料對(duì)彈性變形的抗力，或者說代表了材料的剛度（注意：和構(gòu)件

8、的剛度不同）1. 隨原子序數(shù)做周期性變化；表明e隨原子半徑增大而減?。ㄍ逶兀雍俗钔鈱与娮优帕蟹绞较嗤?，亦即隨原子間的距離增大而減小。（各向異性）2. 合金元素和熱處理對(duì)e影響較?。患春辖鸹ㄈ绻挥绊懺娱g距的話）和熱處理對(duì)e基本無影響；3. 溫度e（鋼：34%/100）固體中的彈性變形以介質(zhì)中的聲速傳播4. 一般的加載速率不影響e（鋼：vs=5000m/s，擺錘沖擊：46m/s，子彈出膛：1000m/s）5. 冷變形稍微降低金屬的彈性模量（鋼：下降46）四、彈性指標(biāo)1.比例極限（p）（proportion）非比例伸長應(yīng)力材料彈性變形時(shí)應(yīng)力和應(yīng)變成嚴(yán)格的正比關(guān)系的上限應(yīng)力（彈性應(yīng)變和

9、應(yīng)力成正比關(guān)系的最大抗力）彈性元件（儀表）需要應(yīng)力應(yīng)變呈嚴(yán)格線性關(guān)系，即靈敏系數(shù)為定值條件（規(guī)定）比例極限的確定應(yīng)力超過彈性極限，材料便開始發(fā)生塑性變形2.彈性極限（e）材料發(fā)生可逆的彈性變形的上限應(yīng)力值理論上，彈性極限的測(cè)定應(yīng)該是通過不斷的加載與卸載，直到能使變形恢復(fù)的極限載荷為止；實(shí)際上，工程中通常規(guī)定以產(chǎn)生規(guī)定的某一少量殘留變形（如0.005，0.01，0.05）時(shí)的應(yīng)力做為彈性極限，稱為條件彈性極限。（均表征材料對(duì)微量塑性變形的抗力）條件彈性極限的確定（有些不允許出現(xiàn)殘留變形的工件，例如機(jī)床的導(dǎo)軌）3. 屈服強(qiáng)度（屈服極限）（s y或0.2）屈服強(qiáng)度標(biāo)志著金屬對(duì)塑性變形的抗力，是工程技

10、術(shù)上最為重要的力學(xué)性能指標(biāo)之一。對(duì)于拉伸時(shí)出現(xiàn)屈服平臺(tái)的材料，由于下屈服點(diǎn)再現(xiàn)性較好，故以下屈服應(yīng)力做為材料的屈服強(qiáng)度。記為s。但是，更多的材料在拉伸時(shí)看不到屈服平臺(tái)，因而人為地規(guī)定當(dāng)試件發(fā)生一定殘余塑性變形量時(shí)的應(yīng)力做為材料的屈服強(qiáng)度，稱為條件屈服強(qiáng)度。允許的殘余變形量可因機(jī)件的服役條件而異。常用的條件屈服強(qiáng)度為0.2，表示殘余變形量為0.2時(shí)的應(yīng)力。（對(duì)于一些特殊機(jī)件，如高壓容器，為保持嚴(yán)格氣密性，其緊固螺栓不允許有微小的殘余伸長，要采用0.01甚至0.001做為條件屈服強(qiáng)度；而對(duì)于橋梁、建筑物等大型工程結(jié)構(gòu)的構(gòu)件則可以容許更大的殘余變形量如0.5。因此可見，條件屈服強(qiáng)度和條件彈性極限沒有

11、本質(zhì)的區(qū)別。）4. 彈性比功（we）又稱彈性應(yīng)變能密度，彈性比能，彈性應(yīng)變比能。金屬材料吸收變形功而又不發(fā)生永久變形的能力；是在開始塑性變形前單位體積材料所能吸收的最大彈性變形功。減震和儲(chǔ)能，既要吸收大量變形功，又不允許發(fā)生塑性變形淬火+中溫回火提高e，或降低e均可提高材料的彈性比功，而提高e作用更大（因其為平方），且e很難改變（如前述）。彈性元件要求在低應(yīng)力條件下發(fā)生較大的可見變形而又不發(fā)生塑性變形。硅錳鋼e=1200mpa1600mpa（如60si2mn）彈性元件還多用磷青銅，鈹青銅，優(yōu)點(diǎn)是無磁性，高的e（1000mpa），低的彈性模量e（110gpa），因此靈敏度高。五、彈性不完善性（彈

12、性不完整性）完善彈性指受到應(yīng)力作用時(shí)立即產(chǎn)生相應(yīng)的彈性應(yīng)變，去除應(yīng)力時(shí)彈性應(yīng)變也隨之消失；在應(yīng)力應(yīng)變曲線上，加載線和卸載線完全重合，即應(yīng)力和應(yīng)變嚴(yán)格同相位。然而實(shí)際的金屬材料，即使在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)變與應(yīng)力也并非呈嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即應(yīng)變不僅和應(yīng)力有關(guān)，還和時(shí)間以及加載方式有關(guān)，這些與完善彈性性質(zhì)不同的現(xiàn)象，稱為彈性不完善性。主要包括彈性后效、彈性滯后以及包申格效應(yīng)（bauschinger）。1.彈性后效（滯彈性）正彈性后效（），彈性蠕變；反彈性后效（）（用于表示彈性后效的大?。?yīng)變落后于應(yīng)力的變化。對(duì)于多晶金屬材料，彈性后效與起始變形的非同時(shí)性有關(guān)，即與各晶粒中應(yīng)變不一致不均一性有關(guān)。（因此

13、，材料的成分和組織不均勻，彈性后效增大。具有密排六方晶格的鎂，晶格對(duì)稱性較低（與立方晶格相比），彈性后效強(qiáng)烈；經(jīng)淬火或冷作硬化的碳鋼，彈性后效高達(dá)30（回火300450，彈性后效消失）；另外溫度和應(yīng)力狀態(tài)對(duì)彈性后效也有明顯影響）彈性后效明顯，會(huì)影響儀表中彈性原件的靈敏度。2.彈性滯后和內(nèi)耗相對(duì)滯后系數(shù)循環(huán)韌性彈性滯后環(huán)cr13系列鋼用于制造汽輪機(jī)葉片 優(yōu)點(diǎn)彈性滯后，加載時(shí)金屬所吸收的彈性變形能大于卸載時(shí)所釋放的彈性變形能，即有一部分能量被不可逆地吸收（滯后環(huán)面積），稱為內(nèi)耗。可用于減震（減震元件，例如灰口鑄鐵，做機(jī)器或結(jié)構(gòu)的底座或支架） 缺點(diǎn)有內(nèi)耗，如果做為儀表的彈性元件，將降低其靈敏度，另外

14、，樂器中元件（例如琴弦），要求其內(nèi)耗低，以使聲音 共鳴而不衰減，音響效果好。1880年代，德國人，拉壓試驗(yàn)3.包申格（bauschinger）效應(yīng)材料預(yù)先經(jīng)過少量塑性變形（b(a、b共同特點(diǎn)：斷口齊平，并且垂直于最大主應(yīng)力方向，宏觀正斷，無塑性變形或有少量的均勻塑性變形，無頸縮，k極小。但微觀并不一定是正斷（解理斷），b可能是剪切型斷裂)（鑄鐵、淬火低溫回火的高碳鋼）（e）試樣的斷面可減細(xì)到近于一尖刀，然后沿最大切應(yīng)力方向斷開。（sk）（純金au、純鋁al）（c）既有宏觀正斷，又有宏觀切斷（sk）（d）宏觀切斷（sk）（c、d共同特點(diǎn)：出現(xiàn)頸縮，試樣中心先開裂，然后向外延伸（可能出現(xiàn)快速擴(kuò)展（

15、低能撕裂），如c），接近表面時(shí)，沿最大切應(yīng)力方向的斜面斷開，形成杯錐狀斷口。（詳細(xì)后述）2.斷裂類型及相關(guān)術(shù)語從工程應(yīng)用角度，常將斷裂分為韌性（延性）斷裂和脆性斷裂；韌性斷裂是金屬材料斷裂前產(chǎn)生明顯宏觀塑性變形的斷裂；脆性斷裂是金屬材料斷裂前沒有明顯宏觀塑性變形的斷裂；根據(jù)裂紋擴(kuò)展路徑不同，可以分為穿晶斷裂和沿晶斷裂（晶間斷裂）；根據(jù)擴(kuò)展機(jī)制不同，可以分為解理斷裂和剪切斷裂（包括純剪切和微孔聚集型斷裂）；正斷和切斷，是指引發(fā)斷裂的原因和斷裂面的取向；（斷裂的宏觀表現(xiàn)與微觀機(jī)理并非是一一對(duì)應(yīng)的）（在不同的場(chǎng)合，用不同的術(shù)語描述斷裂的特征。應(yīng)注意有關(guān)術(shù)語的含義及它們之間的相互關(guān)系和區(qū)別）三、脆性斷

16、裂脆性斷裂的宏觀特征，是斷裂前不發(fā)生可測(cè)的塑性變形，因此，結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)力不能通過材料的塑性變形而重新分布，材料也不可能通過塑性變形而強(qiáng)化，因而不能延緩斷裂的發(fā)生；再則，材料發(fā)生脆性斷裂時(shí)，裂紋的擴(kuò)展速度往往很快，相當(dāng)于（該材料中的）音速。所以，脆性斷裂前無明顯的征兆，且斷裂是突然發(fā)生的，危害更大。脆性斷裂的微觀機(jī)制主要有解理斷裂（準(zhǔn)解理斷裂）和晶間斷裂。1.解理斷裂1）定義材料在拉應(yīng)力的作用下，由于原子間結(jié)合鍵遭到破壞，嚴(yán)格地沿一定的結(jié)晶學(xué)平面（解理面）劈開而造成的。（解理面通常是表面能最小的晶面）回火過程中馬氏體分解和殘余奧氏體轉(zhuǎn)變都會(huì)產(chǎn)生碳化物（例如滲碳體）（fcc一般不解理，因其滑移系多

17、）2）形貌 宏觀形貌：較為平坦的、發(fā)亮的結(jié)晶狀斷面； 微觀形貌：河流狀花樣，河流的流向?yàn)榱鸭y擴(kuò)展方向；舌狀花樣（沿孿晶面擴(kuò)展形成）；（解理臺(tái)階的匯合）2.準(zhǔn)解理斷裂1）定義多在馬氏體回火鋼（淬火回火鋼，40cr）中出現(xiàn)，回火產(chǎn)物中細(xì)小的碳化物質(zhì)點(diǎn)影響裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。其解理面呈多種小平面，解理小平面間有明顯的撕裂棱。n 準(zhǔn)解理斷裂起源于晶內(nèi)硬質(zhì)點(diǎn)，向四周放射狀擴(kuò)展；n 解理裂紋則從晶界一側(cè)向另一側(cè)延伸2）形貌過共析鋼中析出二次滲碳體，沿奧氏體晶界網(wǎng)狀分布短而彎曲的撕裂棱，局部區(qū)域出現(xiàn)韌窩（是解理和微孔聚合的混合型斷裂），河流花樣已不十分明顯。3.沿晶斷裂1）定義裂紋沿晶界形成并沿晶界擴(kuò)展而引發(fā)

18、的脆性斷裂（晶界強(qiáng)度降低的原因：晶界存在連續(xù)分布的脆性第二相；微量有害雜質(zhì)元素在晶界上偏聚；由于環(huán)境因素?fù)p害了晶界，如氫脆，應(yīng)力腐蝕，蠕變等）2）形貌 宏觀形貌：粗瓷狀、顆粒狀，色澤稍灰暗； 微觀形貌：巖石狀、冰糖狀四、韌性斷裂（延性斷裂）（以微孔聚集型斷裂為典型）1.斷裂過程當(dāng)光滑試樣受拉伸載荷作用，當(dāng)載荷達(dá)到最大值時(shí)，試樣發(fā)生頸縮。在頸縮區(qū)形成三向拉應(yīng)力狀態(tài)，在三向應(yīng)力作用下，使得試樣心部的夾雜物或第二相質(zhì)點(diǎn)破裂（或夾雜物或第二相質(zhì)點(diǎn)與基體界面脫離結(jié)合形成微孔。在外力作用下，微孔在縱向和橫向上均長大，并聯(lián)接而形成大的中心空腔（中心裂紋）（微孔形核微孔長大微孔聚合）。然后，裂紋擴(kuò)展：（微孔萌

19、生顯微裂紋新的微孔萌生（在剪切帶上）微孔和裂紋聚合（擴(kuò)展緩慢，形成鋸齒形纖維形）裂紋迅速擴(kuò)展（形成放射狀花樣）剪切斷裂（剪切唇）（束德林：工程材料力學(xué)性能；黃明志：金屬力學(xué)性能）最后，沿45方向切斷，形成杯錐狀斷口。2.微孔成核、長大與聚合機(jī)制實(shí)際金屬中總有第二相粒子存在，它們是微孔形核的源。分為兩類：夾雜物（如鋼中的硫化物）在不大的應(yīng)力作用下便與基體脫開或本身裂開而形成微孔；強(qiáng)化相（如鋼中彌散的碳化物或其他第二相）它們本身比較堅(jiān)實(shí)，與基體結(jié)合比較牢固，因位錯(cuò)聚集，或在位錯(cuò)塞積引起的高應(yīng)力或高應(yīng)變條件下，第二相與基體塑性變形不協(xié)調(diào)而萌生微孔。1）微孔形核與長大的位錯(cuò)模型（見上頁圖）2）微孔形核

20、和長大的塑性變形不協(xié)調(diào)理論基體塑性好，隨外加應(yīng)力而變形，第二相粒子塑性差不易變形，兩者不協(xié)調(diào)，界面上就出現(xiàn)了相互作用的內(nèi)應(yīng)力（切應(yīng)力），超過一定程度時(shí)，將界面拉開而形成微孔。3）微孔聚合的內(nèi)頸縮或幾何軟化理論微孔長大后出現(xiàn)“內(nèi)縮頸”，使實(shí)際承載的面積減小而應(yīng)力增加，起到“幾何軟化”作用，促使變形的進(jìn)一步發(fā)展，加速微孔的長大，直至聚合。3.斷口形貌1）宏觀形貌 纖維狀，色澤灰暗，邊緣有剪切唇（與主應(yīng)力方向呈45，最大切應(yīng)力方向）。杯錐狀斷口（退火低碳鋼圓棒試樣室溫拉伸）；由纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇三部分組成。（三部分所占面積和材料的塑性密切相關(guān)，材料的塑性越好，則放射區(qū)面積所占比例越小，最終放射區(qū)

21、消失）2）微觀形貌韌窩三種類型：拉伸型的等軸狀韌窩剪切型的伸長（拋物線型）韌窩撕裂型的伸長（拋物線型）韌窩（應(yīng)當(dāng)指出，微觀斷口上的韌窩形貌，往往與宏觀上的韌性斷裂相聯(lián)系，但并無嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，例如構(gòu)件處于三向應(yīng)力狀態(tài)，其斷裂宏觀上可能是脆性的，但微觀機(jī)制仍可能是微孔聚集型的韌性斷裂）本章小結(jié)：一、試驗(yàn)方法試驗(yàn)過程、工程應(yīng)力應(yīng)變曲線、真應(yīng)力應(yīng)變曲線二、彈性變形物理本質(zhì)、彈性常數(shù)、應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、特征值、不完善性三、塑性變形物理本質(zhì)、屈服及屈服強(qiáng)度、形變強(qiáng)化、頸縮、特征指標(biāo)（屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率、斷面收縮率）四、斷裂斷裂強(qiáng)度（斷裂延性）、斷裂類型及物理本質(zhì)和基本形貌；第二章 材料在其他靜載荷

22、下的力學(xué)性能研究材料在常溫靜載荷下的力學(xué)性能時(shí)，除采用單向靜拉伸試驗(yàn)方法外，有時(shí)還選用壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等試驗(yàn)方法，目的是：很多機(jī)件在服役過程中常承受彎矩、扭矩或軸向壓力的作用，有必要測(cè)定試樣在相應(yīng)承載條件下的力學(xué)性能指標(biāo)，做為設(shè)計(jì)和選材的依據(jù)；（實(shí)際中存在）不同的加載方式產(chǎn)生不同的應(yīng)力狀態(tài)，材料在不同應(yīng)力狀態(tài)中表現(xiàn)的力學(xué)性能不完全相同，因此，應(yīng)選用不同應(yīng)力狀態(tài)的試驗(yàn)方法。（和單向拉伸應(yīng)力狀態(tài)不同）本章介紹壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)和剪切等試驗(yàn)方法及測(cè)定的力學(xué)性能指標(biāo)2.1 應(yīng)力狀態(tài)柔度因數(shù)（軟性系數(shù)）一、柔度因數(shù)塑性變形和斷裂是金屬材料在靜載荷下失效的兩種主要形式，它們是金屬所能承受的應(yīng)力達(dá)到其相應(yīng)的強(qiáng)

23、度極限而產(chǎn)生的。當(dāng)金屬所受的最大切應(yīng)力max達(dá)到屈服強(qiáng)度s時(shí)，產(chǎn)生屈服；當(dāng)max達(dá)到切斷強(qiáng)度k時(shí)，產(chǎn)生剪切型斷裂；當(dāng)最大正應(yīng)力smax達(dá)到正斷強(qiáng)度sk時(shí)，產(chǎn)生正斷型斷裂。但同一種金屬材料，在一定承載條件下產(chǎn)生何種失效方式，除與自身的強(qiáng)度大小有關(guān)以外，還與承載條件下的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。不同的應(yīng)力狀態(tài)，其最大正應(yīng)力與最大切應(yīng)力的相對(duì)大小是不一樣的?？紤]到三向應(yīng)力狀態(tài)下另外兩向應(yīng)力的貢獻(xiàn)，因此材料的最大正應(yīng)力的計(jì)算采用第二強(qiáng)度理論給出：即：不再采用smax1而采用（第二強(qiáng)度理論）：稱為最大當(dāng)量正應(yīng)力最大切應(yīng)力由第三強(qiáng)度理論給出：一般將最大切應(yīng)力與最大當(dāng)量正應(yīng)力的比值定義為應(yīng)力狀態(tài)柔度因數(shù)（軟性系數(shù)）不同

24、加載方式下的軟性系數(shù)值（0.25）加載方式主應(yīng)力軟性系數(shù)123三向等拉伸0三向不等拉伸(8/9)(8/9)0.1單向拉伸000.5扭轉(zhuǎn)00.8二向等壓縮01.0單向壓縮002.0三向壓縮22二、弗里德曼圖與材料的韌脆轉(zhuǎn)變弗里德曼考慮了材料在不同狀態(tài)下的極限條件與失效形式，用圖解的方法把它們的關(guān)系做了概括，即力學(xué)狀態(tài)圖。從圖中可以看出：三向不等拉伸（2.0，幾乎所有的金屬材料在這種應(yīng)力狀態(tài)下都能產(chǎn)生塑性變形。因此，這種試驗(yàn)方法不僅可以測(cè)定塑性金屬材料的硬度，也可測(cè)定淬火鋼、硬質(zhì)合金甚至陶瓷等脆性材料的硬度。始于1900年gb/t 231-84gb/t 231.1-20023.1 布氏硬度一、測(cè)試

25、原理和方法1.試驗(yàn)原理p單位：kgf；尺寸單位：mm載荷單位如用n，則需要進(jìn)行換算，公式右乘以0.102用一定的壓力將淬火鋼球或硬質(zhì)合金球壓頭壓入試樣表面，保持規(guī)定的時(shí)間后卸除壓力，在試樣表面留下壓痕，單位壓痕表面積（a）所承受的平均壓力定義為布氏硬度值。原標(biāo)準(zhǔn)壓球可用硬質(zhì)合金球（標(biāo)為hbw），也可用淬火鋼球（標(biāo)為hbs），現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定只用硬質(zhì)合金球，統(tǒng)一為hbw，同時(shí)載荷p單位統(tǒng)一為牛頓（n），則：1908，德國meyer（邁耶爾）定律：a， n：材料常數(shù)2.試驗(yàn)規(guī)范材料不同、厚度不同，則測(cè)時(shí)需要選用不同直徑的壓頭和壓力，為了具有不同試驗(yàn)條件下的試驗(yàn)結(jié)果具有可比性，則要求同一材料，不同壓力、不

26、同壓頭直徑的壓痕具有幾何相似性：（：壓入角）則要求：同時(shí)要求d控制在（0.240.6）d（或0.250.5）之間，以保證得到有效的硬度值。d有10mm，5mm、2.5mm和1mm四種，根據(jù)試樣厚度選擇，h450hbw），因?yàn)闀?huì)壓壞壓頭，宜采用洛氏硬度測(cè)試方法； 測(cè)量d需要時(shí)間，影響效率，不適合自動(dòng)檢測(cè)。gb/t 230-91gb/t1818-94(表面)gb/t 230.1-20043.2 洛氏硬度一、測(cè)試原理和方法1.試驗(yàn)原理洛氏硬度試驗(yàn)以測(cè)量壓痕深度表示材料的硬度值洛氏硬度試驗(yàn)所用的壓頭有兩種：圓錐角120的金剛石圓錐體；一定直徑的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球（以s、w區(qū)分之）（1.588mm，1/16 in）一般（比如鋼材）載荷保持時(shí)間：46s;軟金屬：1060s（塑性變形需要時(shí)間，指針可能繼續(xù)移動(dòng)）試驗(yàn)中先加初始試驗(yàn)力p0（以保證壓頭和試樣表面接觸良好），在